JP2001280913A - 光軸ずれ測定方法及び光学式顕微鏡 - Google Patents
光軸ずれ測定方法及び光学式顕微鏡Info
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】アライメントセンサー又はオーバーレイ検査装
置で使用される光学式顕微鏡の光軸ずれを簡単に測定す
ること。 【解決手段】基板６上に、２方向以上の回折格子パター
ンが隣り合って配置された評価マーク１４を形成し、こ
れに照明光学系を介して照明光１５を照射し、投影光学
系を介して評価マーク１４の像の明度を光学式顕微鏡で
観察し、評価マーク１４の像の明度を測定し、明度が最
も大きくなる回折格子パターンの方向を求める。
置で使用される光学式顕微鏡の光軸ずれを簡単に測定す
ること。 【解決手段】基板６上に、２方向以上の回折格子パター
ンが隣り合って配置された評価マーク１４を形成し、こ
れに照明光学系を介して照明光１５を照射し、投影光学
系を介して評価マーク１４の像の明度を光学式顕微鏡で
観察し、評価マーク１４の像の明度を測定し、明度が最
も大きくなる回折格子パターンの方向を求める。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体プロセスの
リソグラフィで使用される光学式顕微鏡の光軸ずれ測定
方法及び光学式顕微鏡に係わり、特に光学式位置合わせ
装置又は位置合わせ検査装置で使用される光学式顕微鏡
の調整に使用される光軸ずれ測定方法及び同方法を実施
するために有効な光学式顕微鏡に関する。
リソグラフィで使用される光学式顕微鏡の光軸ずれ測定
方法及び光学式顕微鏡に係わり、特に光学式位置合わせ
装置又は位置合わせ検査装置で使用される光学式顕微鏡
の調整に使用される光軸ずれ測定方法及び同方法を実施
するために有効な光学式顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の製造では、縮小投影露光装
置を用いてホトマスク上のパターンをシリコンウェハ上
に塗布されたレジスト膜に転写する所謂リソグラフィ工
程を行ない、エッチングやイオン注入或いは成膜を行な
った後、先に転写したパターンに対して位置合わせを行
ないながら再び別のホトマスクを用いてリソグラフィ工
程を行なう。そして、この一連の工程を十数回繰り返さ
れている。また、半導体装置の微細化は単位機能当たり
の製造コストを削減するだけでなく、同時に性能向上も
もたらすため、半導体技術者はこの目標に向けた努力が
行われている。リソグラフィ工程での位置合わせ精度は
最小線幅の１／３から１／４が必要となるため、半導体
装置の微細化は益々厳しい位置合わせ精度を要求してい
る。
置を用いてホトマスク上のパターンをシリコンウェハ上
に塗布されたレジスト膜に転写する所謂リソグラフィ工
程を行ない、エッチングやイオン注入或いは成膜を行な
った後、先に転写したパターンに対して位置合わせを行
ないながら再び別のホトマスクを用いてリソグラフィ工
程を行なう。そして、この一連の工程を十数回繰り返さ
れている。また、半導体装置の微細化は単位機能当たり
の製造コストを削減するだけでなく、同時に性能向上も
もたらすため、半導体技術者はこの目標に向けた努力が
行われている。リソグラフィ工程での位置合わせ精度は
最小線幅の１／３から１／４が必要となるため、半導体
装置の微細化は益々厳しい位置合わせ精度を要求してい
る。
【０００３】位置合わせ精度を支配する要因は極めて多
岐にわたるため、精度向上には関係各位が連携した地道
な努力の積み重ねが必要である。例えば、露光装置にお
いては、マスクステージやウェハステージの高精度化や
縮小投影レンズの歪曲収差等の低減、或いは位置合わせ
装置（以後、アライメントセンサーと呼ぶ。）の高精度
化であり、細やかなところでは露光装置内の空気の流れ
や熱の伝播の解析等が行われている。
岐にわたるため、精度向上には関係各位が連携した地道
な努力の積み重ねが必要である。例えば、露光装置にお
いては、マスクステージやウェハステージの高精度化や
縮小投影レンズの歪曲収差等の低減、或いは位置合わせ
装置（以後、アライメントセンサーと呼ぶ。）の高精度
化であり、細やかなところでは露光装置内の空気の流れ
や熱の伝播の解析等が行われている。
【０００４】半導体装置の設計製造においては、製造プ
ロセスによる影響を考慮した様々な工夫が位置合わせマ
ークのデザインに盛り込まれている。特に近年盛んに行
われている化学機械研磨（ＣＭＰ）技術によるウェハ基
板の平坦化は、検出信号の低下や位置合わせマークの非
対称をもたらすため、このＣＭＰ対策が重要なマークデ
ザインの課題になって来ている。
ロセスによる影響を考慮した様々な工夫が位置合わせマ
ークのデザインに盛り込まれている。特に近年盛んに行
われている化学機械研磨（ＣＭＰ）技術によるウェハ基
板の平坦化は、検出信号の低下や位置合わせマークの非
対称をもたらすため、このＣＭＰ対策が重要なマークデ
ザインの課題になって来ている。
【０００５】また、位置合わせ精度測定装置（以後、オ
ーバーレイ検査装置と呼ぶ）においても、測定精度自体
の向上やプロセス変動による影響の低減などが取り組ま
れている。
ーバーレイ検査装置と呼ぶ）においても、測定精度自体
の向上やプロセス変動による影響の低減などが取り組ま
れている。
【０００６】現在多く用いられているアライメントセン
サーやオーバーレイ検査装置は、その基本構造が一般的
な光学式拡大顕微鏡であり、ウェハ基板上に形成された
位置合わせマーク（以後、アライメントマークと呼ぶ）
や位置合わせ検査マーク（以後、バーインバーマークと
呼ぶ）の拡大像をＣＣＤカメラで撮影し、この画像デー
タを処理してマーク位置や位置合わせ精度を測定してい
る。このため、アライメントセンサーやオーバーレイ検
査装置に搭載された光学式拡大顕微鏡の性能は、そのま
ま測定精度に反映されてしまう。したがって、これらの
顕微鏡には一般的な光学式顕微鏡に比べ遥かに高い調整
技術と調整機構が必要である。
サーやオーバーレイ検査装置は、その基本構造が一般的
な光学式拡大顕微鏡であり、ウェハ基板上に形成された
位置合わせマーク（以後、アライメントマークと呼ぶ）
や位置合わせ検査マーク（以後、バーインバーマークと
呼ぶ）の拡大像をＣＣＤカメラで撮影し、この画像デー
タを処理してマーク位置や位置合わせ精度を測定してい
る。このため、アライメントセンサーやオーバーレイ検
査装置に搭載された光学式拡大顕微鏡の性能は、そのま
ま測定精度に反映されてしまう。したがって、これらの
顕微鏡には一般的な光学式顕微鏡に比べ遥かに高い調整
技術と調整機構が必要である。
【０００７】このような状況を踏まえ、現在、アライメ
ントセンサーやオーバーレイ検査装置の顕微鏡を評価す
る方法が提案・報告されている。文献１［Ｊｐｎ．Ｊ．
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３６（１９９７），ｐｐ．７５１
２−７５１６］では、シリコンウェハ基板に彫り込まれ
た溝の両段差間での信号の非対称性を測定する方法が紹
介されている。この方法は、現在顕微鏡の光学調整に最
も広く用いられている方法である。また、アライメント
センサーの顕微鏡のコマ収差に着目した評価法として、
文献２［米国出願整理番号：４ＨＧ２３５３５，特願平
１０−２３７８３７］が提案されている。この方法は、
シリコンウェハ基板上に太いパターンと細いパターンを
等間隔に交互に並べ、アライメントセンサーで、これら
の間隔を測定するものである。
ントセンサーやオーバーレイ検査装置の顕微鏡を評価す
る方法が提案・報告されている。文献１［Ｊｐｎ．Ｊ．
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３６（１９９７），ｐｐ．７５１
２−７５１６］では、シリコンウェハ基板に彫り込まれ
た溝の両段差間での信号の非対称性を測定する方法が紹
介されている。この方法は、現在顕微鏡の光学調整に最
も広く用いられている方法である。また、アライメント
センサーの顕微鏡のコマ収差に着目した評価法として、
文献２［米国出願整理番号：４ＨＧ２３５３５，特願平
１０−２３７８３７］が提案されている。この方法は、
シリコンウェハ基板上に太いパターンと細いパターンを
等間隔に交互に並べ、アライメントセンサーで、これら
の間隔を測定するものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの評価
方法は、主に顕微鏡のレンズ収差を評価するものであっ
て、シリコンウェハ基板上の測定マークを照らす照明光
学系からＣＣＤカメラの受光面に測定マークの像を投影
する拡大投影光学系までの全光学素子の設置誤差（以
後、光軸ずれと呼ぶ）を独立に評価できるものではな
い。
方法は、主に顕微鏡のレンズ収差を評価するものであっ
て、シリコンウェハ基板上の測定マークを照らす照明光
学系からＣＣＤカメラの受光面に測定マークの像を投影
する拡大投影光学系までの全光学素子の設置誤差（以
後、光軸ずれと呼ぶ）を独立に評価できるものではな
い。
【０００９】この光軸ずれは、シミュレーションの結
果、デフォーカスした状態での測定精度を著しく低下さ
せることが解っている。また、シリコンウェハ基板上の
測定マークは、製造プロセスによってウェハ毎に、或い
はマーク毎に構造の差が生じるため、常に同じフォーカ
ス状態で測定できる訳ではない。したがって、測定精度
の向上のためには、光軸ずれを正確に測定し、顕微鏡の
調整にフィードバックすることが重要である。
果、デフォーカスした状態での測定精度を著しく低下さ
せることが解っている。また、シリコンウェハ基板上の
測定マークは、製造プロセスによってウェハ毎に、或い
はマーク毎に構造の差が生じるため、常に同じフォーカ
ス状態で測定できる訳ではない。したがって、測定精度
の向上のためには、光軸ずれを正確に測定し、顕微鏡の
調整にフィードバックすることが重要である。
【００１０】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、半導体プロセスのリソ
グラフィで使用される光学式顕微鏡の光軸ずれを簡単に
測定できる光軸ずれ測定方法及び同方法を実施するため
に有効な光学式顕微鏡を提供することにある。
ので、その目的とするところは、半導体プロセスのリソ
グラフィで使用される光学式顕微鏡の光軸ずれを簡単に
測定できる光軸ずれ測定方法及び同方法を実施するため
に有効な光学式顕微鏡を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば下
記の通りである。すなわち、上記目的を達成するため
に、本発明（請求項１）に係る光軸ずれ測定方法は、基
板上に形成された評価マークに照明光学系を介して照明
光を照射し、投影光学系を介して前記評価マークの像を
観察する光学式顕微鏡の光軸ずれを測定する光軸ずれ測
定方法であって、前記評価マークとして回折格子パター
ンで形成されたものを使用し、前記評価マークの像の明
度と前記回折格子パターンの方向との関係に基づいて、
前記光軸ずれを測定することを特徴とする。
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば下
記の通りである。すなわち、上記目的を達成するため
に、本発明（請求項１）に係る光軸ずれ測定方法は、基
板上に形成された評価マークに照明光学系を介して照明
光を照射し、投影光学系を介して前記評価マークの像を
観察する光学式顕微鏡の光軸ずれを測定する光軸ずれ測
定方法であって、前記評価マークとして回折格子パター
ンで形成されたものを使用し、前記評価マークの像の明
度と前記回折格子パターンの方向との関係に基づいて、
前記光軸ずれを測定することを特徴とする。
【００１２】このようにして得られた評価マークの像の
明度は、光軸ずれが大きいほど方向の異なる回折格子パ
ターン間で差が高くなるため、評価マークの像の明度の
測定は、光軸ずれの測定と等価となる。したがって、評
価マークの像の明度を観察することで、光軸ずれの有無
を簡単に測定できるようになる。
明度は、光軸ずれが大きいほど方向の異なる回折格子パ
ターン間で差が高くなるため、評価マークの像の明度の
測定は、光軸ずれの測定と等価となる。したがって、評
価マークの像の明度を観察することで、光軸ずれの有無
を簡単に測定できるようになる。
【００１３】また、方向を含む光軸ずれ（例えばｘ−ｙ
直交座標系でのｘ方向、ｙ方向）の評価は、評価マーク
の像の明度が最も大きくなる回折格子パターンの方向と
なる。この場合、基板の向きすなわち評価マークの向き
を変えて複数観察を行ない、評価マークの像の明度の差
を比べて方向を求めても良いが、評価マークとして、２
方向以上の回折格子パターンが隣り合って配置されたも
のを使用することで（請求項２）、観察の回数を減らす
ことができる。
直交座標系でのｘ方向、ｙ方向）の評価は、評価マーク
の像の明度が最も大きくなる回折格子パターンの方向と
なる。この場合、基板の向きすなわち評価マークの向き
を変えて複数観察を行ない、評価マークの像の明度の差
を比べて方向を求めても良いが、評価マークとして、２
方向以上の回折格子パターンが隣り合って配置されたも
のを使用することで（請求項２）、観察の回数を減らす
ことができる。
【００１４】また、測定感度を高めるには、評価マーク
の像の明度の差を大きくする必要がある。そのために
は、例えば、基板による照明光の正反射光を投影光学系
の瞳位置で遮蔽すること（請求項３）、回折格子パター
ンによる複数の回折光を投影光学系の瞳位置で照明光の
正反射光に対して非対称に遮蔽すること（請求項４）が
有効である。本発明に係る光学式顕微鏡は、後者の方法
を実施するためのものである（請求項６）。
の像の明度の差を大きくする必要がある。そのために
は、例えば、基板による照明光の正反射光を投影光学系
の瞳位置で遮蔽すること（請求項３）、回折格子パター
ンによる複数の回折光を投影光学系の瞳位置で照明光の
正反射光に対して非対称に遮蔽すること（請求項４）が
有効である。本発明に係る光学式顕微鏡は、後者の方法
を実施するためのものである（請求項６）。
【００１５】また、方向及び向きを含めた光軸ずれ（例
えばｘ−ｙ直交座標系でのｘ方向の＋側、ｘ方向の−
側、ｙ方向の＋側、ｙ方向の−側）の評価は、回折格子
パターンによって正反射光に対して非対称に強度の異な
る複数の回折光を発生させることで可能となる（請求項
５）。
えばｘ−ｙ直交座標系でのｘ方向の＋側、ｘ方向の−
側、ｙ方向の＋側、ｙ方向の−側）の評価は、回折格子
パターンによって正反射光に対して非対称に強度の異な
る複数の回折光を発生させることで可能となる（請求項
５）。
【００１６】本発明の上記及びその他の目的と新規な特
徴は、本明細書の記載及び添付図面によって明らかにな
るであろう。
徴は、本明細書の記載及び添付図面によって明らかにな
るであろう。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態（以下、実施形態という）を説明する。
の実施の形態（以下、実施形態という）を説明する。
【００１８】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態に係るアライメントセンサー又はオーバーレ
イ検査装置に搭載される光学式顕微鏡（以下、単に顕微
鏡という）の構成を模式的に示す図である。
の実施形態に係るアライメントセンサー又はオーバーレ
イ検査装置に搭載される光学式顕微鏡（以下、単に顕微
鏡という）の構成を模式的に示す図である。
【００１９】図中、１はハロゲンランプを示しており、
このハロゲンランプ１が発した照明光は照明レンズ２
（照明光学系）、プリズム４、対物レンズ５を通り、基
板６上のパターンを照明する。一方、基板６による反射
光は対物レンズ５（投影光学系）、プリズム４、投影レ
ンズ７を通り、ＣＣＤカメラ９の受光面に基板６上のマ
ークの像が結像される。なお、３は照明レンズ絞り、８
は投影レンズ絞りを示している。
このハロゲンランプ１が発した照明光は照明レンズ２
（照明光学系）、プリズム４、対物レンズ５を通り、基
板６上のパターンを照明する。一方、基板６による反射
光は対物レンズ５（投影光学系）、プリズム４、投影レ
ンズ７を通り、ＣＣＤカメラ９の受光面に基板６上のマ
ークの像が結像される。なお、３は照明レンズ絞り、８
は投影レンズ絞りを示している。
【００２０】基板６上のマークは、アライメントセンサ
ーにおいては図２に示されるようなアライメントマーク
であり、またオーバーレイ検査装置においては図３に示
されるバーインバーマークである。
ーにおいては図２に示されるようなアライメントマーク
であり、またオーバーレイ検査装置においては図３に示
されるバーインバーマークである。
【００２１】アライメントマーク１０は、例えば、６μ
ｍ幅のラインパターンが１２μｍ周期で並んだ構造をし
ている。また、バーインバーマーク１１は、４角形に配
置した２μｍ幅のラインパターンが２重に形成された構
造をしている。アウターバー１２とインナーバー１３は
別々の露光時に形成され、両露光時の合わせずれを測定
する際に用いられる。
ｍ幅のラインパターンが１２μｍ周期で並んだ構造をし
ている。また、バーインバーマーク１１は、４角形に配
置した２μｍ幅のラインパターンが２重に形成された構
造をしている。アウターバー１２とインナーバー１３は
別々の露光時に形成され、両露光時の合わせずれを測定
する際に用いられる。
【００２２】アライメントセンサーやオーバーレイ検査
装置に搭載された顕微鏡の残留収差や光軸ずれは、アラ
イメント精度やオーバーレイ検査精度に影響するため、
これらを正しく把握することが、精度向上には重要であ
る。特に本発明は、この光軸ずれの評価に着目してい
る。
装置に搭載された顕微鏡の残留収差や光軸ずれは、アラ
イメント精度やオーバーレイ検査精度に影響するため、
これらを正しく把握することが、精度向上には重要であ
る。特に本発明は、この光軸ずれの評価に着目してい
る。
【００２３】図４に、本発明の第１の実施形態に用いら
れる評価マークを示す。基板６上に形成された評価マー
ク１４は、顕微鏡の解像限界以下、或いは解像限界付近
の寸法を有する周期パターンで形成されている。
れる評価マークを示す。基板６上に形成された評価マー
ク１４は、顕微鏡の解像限界以下、或いは解像限界付近
の寸法を有する周期パターンで形成されている。
【００２４】評価マーク１４を構成する周期パターンの
方向は、１方向でも良いが、図５に示すような複数方向
の周期パターンが並んだ配置をした構造をした方が、測
定に有利である。なぜなら、１方向の場合、評価マーク
１４の向きを変え、回折格子パターンの方向を変える毎
に測定を行なう必要があり、測定回数が多くなるからで
ある。
方向は、１方向でも良いが、図５に示すような複数方向
の周期パターンが並んだ配置をした構造をした方が、測
定に有利である。なぜなら、１方向の場合、評価マーク
１４の向きを変え、回折格子パターンの方向を変える毎
に測定を行なう必要があり、測定回数が多くなるからで
ある。
【００２５】図６（ａ）に示すように、評価マーク１４
に対し垂直に照明光１５が照明した場合、正反射光１６
と１次回折光１７が発生する。一方、照明光が図６
（ｂ）のように傾いた場合、正反射光１６や１次回折光
１７も等しく傾いてしまう。
に対し垂直に照明光１５が照明した場合、正反射光１６
と１次回折光１７が発生する。一方、照明光が図６
（ｂ）のように傾いた場合、正反射光１６や１次回折光
１７も等しく傾いてしまう。
【００２６】これを、例えば図５（ａ）に示す評価マー
クを用い、投影レンズ絞り８の位置での光分布を表わす
と、図６（ａ）の場合は投影レンズ絞り８で制限される
開口数１８の円に対して、図７（ａ）に示すように正反
射光１６と各１次回折光（１７ａ−１７ｄ）な対称な配
置を取る。
クを用い、投影レンズ絞り８の位置での光分布を表わす
と、図６（ａ）の場合は投影レンズ絞り８で制限される
開口数１８の円に対して、図７（ａ）に示すように正反
射光１６と各１次回折光（１７ａ−１７ｄ）な対称な配
置を取る。
【００２７】ただし、図５（ａ）の評価マークのうち、
左の周期パターンによる１次回折光は１７ｂと１７ｄ、
右の周期パターンによる回折光は１７ａと１７ｃであ
り、ＣＣＤカメラ９の受光面上に到達する光は、投影レ
ンズの開口数１８の内側を通る光のみである。
左の周期パターンによる１次回折光は１７ｂと１７ｄ、
右の周期パターンによる回折光は１７ａと１７ｃであ
り、ＣＣＤカメラ９の受光面上に到達する光は、投影レ
ンズの開口数１８の内側を通る光のみである。
【００２８】これに対して、照明光１５が傾いた図６
（ｂ）の場合は、図７（ｂ）に示すように、正反射光１
６と各１次回折光（１７ａ−１７ｄ）が照明光１５の傾
きに比例して一様にシフトする。したがって、周期パタ
ーンの向きによって開口数１８の内側を通過する１次回
折光の量が異なるため、ＣＣＤカメラ９の受光面での像
強度に差が生じることになる。
（ｂ）の場合は、図７（ｂ）に示すように、正反射光１
６と各１次回折光（１７ａ−１７ｄ）が照明光１５の傾
きに比例して一様にシフトする。したがって、周期パタ
ーンの向きによって開口数１８の内側を通過する１次回
折光の量が異なるため、ＣＣＤカメラ９の受光面での像
強度に差が生じることになる。
【００２９】以上、投影レンズ７に対して照明レンズ２
がずれている場合について説明したが、逆に照明レンズ
２に対して投影レンズ７がずれている場合も同様の現象
が見られるはずである。本発明では、どちらがずれてい
たのかを分離することはできない。しかし、光軸ずれは
相対的なものであるため、どちらがずれていたのかを示
すことは重要ではない。
がずれている場合について説明したが、逆に照明レンズ
２に対して投影レンズ７がずれている場合も同様の現象
が見られるはずである。本発明では、どちらがずれてい
たのかを分離することはできない。しかし、光軸ずれは
相対的なものであるため、どちらがずれていたのかを示
すことは重要ではない。
【００３０】次に、具体的な測定例を示す。評価マーク
には図５（ｃ）の２２．５°おきに回転した周期パター
ンを用い、周期パターンの１周期長は０．５５μｍであ
る。評価した装置は、投影レンズの開口数が０．５であ
るオーバーレイ検査装置である。
には図５（ｃ）の２２．５°おきに回転した周期パター
ンを用い、周期パターンの１周期長は０．５５μｍであ
る。評価した装置は、投影レンズの開口数が０．５であ
るオーバーレイ検査装置である。
【００３１】ＣＣＤカメラ９により撮影した像のうち、
図８（ａ）中の点線で区切られた領域について像強度の
変化を図８（ｂ）に示すと、この場合は、０°パターン
と９０°パターンの間で約３％の強度差が検出され、９
０°パターンの方が強度が強かった。この結果がＣＣＤ
カメラ９のむらによる可能性もあるので、パターンを９
０°ずつ回転させて同様の測定を行なったが、同様の結
果が得られた。したがって、この顕微鏡はＹ軸方向に光
軸がずれていたことが解った。また、同時にオーバーレ
イ検査装置の一般的な性能評価であるＴＩＳ計測を行な
った結果、やはりＹ方向での測定結果の方がＸ方向より
も悪い結果が得られた。
図８（ａ）中の点線で区切られた領域について像強度の
変化を図８（ｂ）に示すと、この場合は、０°パターン
と９０°パターンの間で約３％の強度差が検出され、９
０°パターンの方が強度が強かった。この結果がＣＣＤ
カメラ９のむらによる可能性もあるので、パターンを９
０°ずつ回転させて同様の測定を行なったが、同様の結
果が得られた。したがって、この顕微鏡はＹ軸方向に光
軸がずれていたことが解った。また、同時にオーバーレ
イ検査装置の一般的な性能評価であるＴＩＳ計測を行な
った結果、やはりＹ方向での測定結果の方がＸ方向より
も悪い結果が得られた。
【００３２】（第２の実施形態）通常の周期パターンを
用いた評価では、図８（ｂ）に示したようにパターンの
向きによる強度差は３％程度である。この程度の測定感
度では、今後更に高精度に調整された装置においては充
分な感度があるとは言い難い。ここでは、第１の実施形
態の改良例として、測定感度を高めた評価方法について
述べる。
用いた評価では、図８（ｂ）に示したようにパターンの
向きによる強度差は３％程度である。この程度の測定感
度では、今後更に高精度に調整された装置においては充
分な感度があるとは言い難い。ここでは、第１の実施形
態の改良例として、測定感度を高めた評価方法について
述べる。
【００３３】像強度は投影レンズの開口数１８の内側を
通過する光線の総量に比例することは既に述べたが、実
際には、その９割以上が正反射光１６の寄与であること
は明らかである。したがって、正反射光１６の強度を１
次回折光に対して相対的に弱める、或いは零にすること
が、測定感度の向上に繋がる。具体的な手法としては、
（１）評価マークで行なう、（２）顕微鏡で行なう、の
２つのアプローチが考えられる。
通過する光線の総量に比例することは既に述べたが、実
際には、その９割以上が正反射光１６の寄与であること
は明らかである。したがって、正反射光１６の強度を１
次回折光に対して相対的に弱める、或いは零にすること
が、測定感度の向上に繋がる。具体的な手法としては、
（１）評価マークで行なう、（２）顕微鏡で行なう、の
２つのアプローチが考えられる。
【００３４】評価マーク側で正反射光１６を抑えるため
には、図９（ａ）ハーフトーンタイプと図９（ｂ）レベ
ンソンタイプの２種類がある。これらの方法は、超解像
マスク技術の応用である。
には、図９（ａ）ハーフトーンタイプと図９（ｂ）レベ
ンソンタイプの２種類がある。これらの方法は、超解像
マスク技術の応用である。
【００３５】図９（ａ）は反射光の位相をコントロール
した減反射膜１９で周期パターンを形成した評価マーク
で、減反射膜１９上での反射光の位相、反射強度、及び
周期パターンのデューティ比をコントロールすること
で、正反射光を相対的に弱められる。減反射膜１９の材
料としては、特にＳｉＮxなどが有効であるが、干渉効
果を利用すれば如何なる材料を用いても正反射光を弱め
ることが可能である。ただし、正反射光の強度を弱める
ことが目的であるので、膜厚や位相を厳密にコントロー
ルする必要はない。
した減反射膜１９で周期パターンを形成した評価マーク
で、減反射膜１９上での反射光の位相、反射強度、及び
周期パターンのデューティ比をコントロールすること
で、正反射光を相対的に弱められる。減反射膜１９の材
料としては、特にＳｉＮxなどが有効であるが、干渉効
果を利用すれば如何なる材料を用いても正反射光を弱め
ることが可能である。ただし、正反射光の強度を弱める
ことが目的であるので、膜厚や位相を厳密にコントロー
ルする必要はない。
【００３６】図９（ｂ）は掘り込んだ周期パターンのう
ち、１つおきに位相コントロール膜２０を埋め込んだ構
造をしている。これは、隣り合った溝部の位相をほぼ１
８０°ずらすことで、正反射光の強度を弱めることがで
きる。また、位相コントロール膜２０の材料について
も、正反射光の強度を弱められさえすれば良いので、膜
厚をコントロールすれば如何なる材料でも可能である。
ただし、正反射光の強度を弱めることが目的であるの
で、膜厚や位相を厳密にコントロールする必要はない。
ち、１つおきに位相コントロール膜２０を埋め込んだ構
造をしている。これは、隣り合った溝部の位相をほぼ１
８０°ずらすことで、正反射光の強度を弱めることがで
きる。また、位相コントロール膜２０の材料について
も、正反射光の強度を弱められさえすれば良いので、膜
厚をコントロールすれば如何なる材料でも可能である。
ただし、正反射光の強度を弱めることが目的であるの
で、膜厚や位相を厳密にコントロールする必要はない。
【００３７】次に、顕微鏡側に正反射光を遮蔽する機能
を持たせる方法について説明する。これは、図１０に示
すように投影レンズ絞りの中心を遮蔽する方法である。
このように特殊な投影レンズ絞りを光軸上に入れる場
合、重要な懸念点として、投影レンズ絞りの位置決め精
度があげられる。
を持たせる方法について説明する。これは、図１０に示
すように投影レンズ絞りの中心を遮蔽する方法である。
このように特殊な投影レンズ絞りを光軸上に入れる場
合、重要な懸念点として、投影レンズ絞りの位置決め精
度があげられる。
【００３８】図１０では、中心の遮蔽板（以後、遮蔽部
と呼ぶ）と開口数を決める周辺の遮蔽板（以後、開口数
絞りと呼ぶ）が一枚の投影レンズ絞り２１で表現されて
いるが、実際には開口数絞りの位置がその都度ずれてし
まうのは問題が大きいので、遮蔽部のみを着脱させる方
が好都合である。更に、この遮光部の着脱に際する位置
決め精度は、それほど高い精度が要求されないことを説
明する。
と呼ぶ）と開口数を決める周辺の遮蔽板（以後、開口数
絞りと呼ぶ）が一枚の投影レンズ絞り２１で表現されて
いるが、実際には開口数絞りの位置がその都度ずれてし
まうのは問題が大きいので、遮蔽部のみを着脱させる方
が好都合である。更に、この遮光部の着脱に際する位置
決め精度は、それほど高い精度が要求されないことを説
明する。
【００３９】図１１に、投影レンズ絞り２１の位置での
光分布を示すと、正反射光１６と１次回折光１７は、照
明絞り３と相似な形状をしている。投影レンズの開口数
１８を表わす円と正反射光１６の半径の比が照明コヒー
レンスである。照明コヒーレンスが０．５程度の顕微鏡
であれば、周期パターンの１周期長を選ぶことで、正反
射光１６と１次回折光１７の間隔を充分に確保すること
が可能であり、遮蔽部の輪郭はこの間に入れさえすれば
良いため、遮蔽部の位置決めには、高い精度は必要ない
ことが解る。
光分布を示すと、正反射光１６と１次回折光１７は、照
明絞り３と相似な形状をしている。投影レンズの開口数
１８を表わす円と正反射光１６の半径の比が照明コヒー
レンスである。照明コヒーレンスが０．５程度の顕微鏡
であれば、周期パターンの１周期長を選ぶことで、正反
射光１６と１次回折光１７の間隔を充分に確保すること
が可能であり、遮蔽部の輪郭はこの間に入れさえすれば
良いため、遮蔽部の位置決めには、高い精度は必要ない
ことが解る。
【００４０】以上述べたような手法を取ることによっ
て、測定感度が飛躍的に向上し、光軸ずれを更に容易に
評価できるようになる。
て、測定感度が飛躍的に向上し、光軸ずれを更に容易に
評価できるようになる。
【００４１】（第３の実施形態）第１及び第２の実施形
態で説明した光軸ずれの評価方法においては、光軸ずれ
している軸方向（ＸとかＹといった）がわかるが、光軸
ずれの向き、すなわち＋Ｘか−Ｘかを判断することはで
きない。本発明の第３の実施形態では、光軸ずれの向き
を測定する方法について説明する。
態で説明した光軸ずれの評価方法においては、光軸ずれ
している軸方向（ＸとかＹといった）がわかるが、光軸
ずれの向き、すなわち＋Ｘか−Ｘかを判断することはで
きない。本発明の第３の実施形態では、光軸ずれの向き
を測定する方法について説明する。
【００４２】図１２に、光軸ずれの向きを含めた評価を
行なう顕微鏡の構成を模式的に示した。この顕微鏡は、
投影レンズ絞りを非対称に遮蔽し、着脱が可能な遮蔽部
を備え、且つこの遮蔽部を回転させる機能を有する絞り
装置が搭載されていることを特徴としている。
行なう顕微鏡の構成を模式的に示した。この顕微鏡は、
投影レンズ絞りを非対称に遮蔽し、着脱が可能な遮蔽部
を備え、且つこの遮蔽部を回転させる機能を有する絞り
装置が搭載されていることを特徴としている。
【００４３】また、図１２では、非対称に遮蔽する遮蔽
部と開口数絞りが一枚の投影レンズ絞り２２で表現され
ているが、実際には、遮蔽部のみが、着脱可能で且つ回
転させる方が、前述の実施形態と同様の理由により好都
合である。
部と開口数絞りが一枚の投影レンズ絞り２２で表現され
ているが、実際には、遮蔽部のみが、着脱可能で且つ回
転させる方が、前述の実施形態と同様の理由により好都
合である。
【００４４】上記遮蔽部は、左右に対称に発生する回折
光のうち、どちらか一方のみを遮蔽することを目的と
し、具体的な形状としては、図１３（ａ）〜（ｃ）があ
げられる。
光のうち、どちらか一方のみを遮蔽することを目的と
し、具体的な形状としては、図１３（ａ）〜（ｃ）があ
げられる。
【００４５】図１３（ｂ），（ｃ）は、図１３（ａ）の
変形例であり、正反射光１６も含めて遮蔽する構造であ
る。特に図１３（ｃ）は直交する回折光を全て通過させ
ることで、基板上のパターンレイアウトが解り易くする
工夫がなされている。また、本実施形態では、評価マー
ク１４は図５にあげたマークのみならず、図１４で示し
た市松パターンを用いることができる。
変形例であり、正反射光１６も含めて遮蔽する構造であ
る。特に図１３（ｃ）は直交する回折光を全て通過させ
ることで、基板上のパターンレイアウトが解り易くする
工夫がなされている。また、本実施形態では、評価マー
ク１４は図５にあげたマークのみならず、図１４で示し
た市松パターンを用いることができる。
【００４６】具体的な評価例を図１５と図１６に示す。
図１５には図１３（ａ）の投影レンズ絞りを採用した時
の光軸ずれと投影レンズ絞り２２の向き（０°，９０
°，１８０°，２７０°）を示している。、図１６
（ａ），（ｂ）にはそれぞれ図１５（ａ）と図１４
（ａ）の評価マークを採用した時の投影像の強度変化を
模式的に図示した。このように、本実施形態を用いれ
ば、向きを含めた光軸ずれの評価が可能である。
図１５には図１３（ａ）の投影レンズ絞りを採用した時
の光軸ずれと投影レンズ絞り２２の向き（０°，９０
°，１８０°，２７０°）を示している。、図１６
（ａ），（ｂ）にはそれぞれ図１５（ａ）と図１４
（ａ）の評価マークを採用した時の投影像の強度変化を
模式的に図示した。このように、本実施形態を用いれ
ば、向きを含めた光軸ずれの評価が可能である。
【００４７】（第４の実施形態）光軸ずれの向きを含め
た評価を行なうには、顕微鏡側に第３の実施形態であげ
た投影レンズ絞り２２を設ける他に、評価マークに特徴
を持たせることによっても実現できる。すなわち、図１
７に示すように回折光を非対称に発生させる周期パター
ンを採用する方法である。
た評価を行なうには、顕微鏡側に第３の実施形態であげ
た投影レンズ絞り２２を設ける他に、評価マークに特徴
を持たせることによっても実現できる。すなわち、図１
７に示すように回折光を非対称に発生させる周期パター
ンを採用する方法である。
【００４８】例えば、右側に回折する＋１次回折光２４
と左側に回折する−１次回折光２５の強度に大きな差が
あれば、投影レンズ絞りの位置での光分布は図１７
（ｂ）となる。したがって、このような周期パターンを
図１８（ａ）のように評価マーク１４を形成すれば、方
向及び向きを含めた光軸ずれの評価が可能である。図１
８（ａ）の矢印は、強い１次回折光が発生する向きであ
る。
と左側に回折する−１次回折光２５の強度に大きな差が
あれば、投影レンズ絞りの位置での光分布は図１７
（ｂ）となる。したがって、このような周期パターンを
図１８（ａ）のように評価マーク１４を形成すれば、方
向及び向きを含めた光軸ずれの評価が可能である。図１
８（ａ）の矢印は、強い１次回折光が発生する向きであ
る。
【００４９】非対称に回折光を発生させる周期パターン
の具体例を図１９に示す。図１９（ａ）は鋸刃状の断面
をした周期パターンであり、この場合、左方向への回折
光に比べ、右方向への回折光の方が強度は大きい。
の具体例を図１９に示す。図１９（ａ）は鋸刃状の断面
をした周期パターンであり、この場合、左方向への回折
光に比べ、右方向への回折光の方が強度は大きい。
【００５０】実際に図１９（ａ）の構造を作製すること
は現在の半導体プロセスでは困難であるが、図１９
（ｂ）に示すような階段状の構造はエッチングを複数回
行なうことで簡単に作製することが可能である。こここ
では、２段の階段状にしたものを例にあげたが、当然３
段、４段でも同様の効果が得られる。
は現在の半導体プロセスでは困難であるが、図１９
（ｂ）に示すような階段状の構造はエッチングを複数回
行なうことで簡単に作製することが可能である。こここ
では、２段の階段状にしたものを例にあげたが、当然３
段、４段でも同様の効果が得られる。
【００５１】図１９（ｃ）は、幅の異なる２種類の溝パ
ターンを交互に形成し、その一方に反射率や位相をコン
トロールする材料を埋め込んだ構造をした周期パターン
である。
ターンを交互に形成し、その一方に反射率や位相をコン
トロールする材料を埋め込んだ構造をした周期パターン
である。
【００５２】図１９（ｂ）の階段状周期パターンでは、
パターン露光、エッチング、合わせパターン露光、エッ
チング、…と繰り返して作製するため、最初の露光と次
の露光の間で位置合わせ誤差が発生する。
パターン露光、エッチング、合わせパターン露光、エッ
チング、…と繰り返して作製するため、最初の露光と次
の露光の間で位置合わせ誤差が発生する。
【００５３】周期パターンは、図１８（ａ）のように様
々な方向にあるため、このような位置誤差は、各方向の
パターンにおける回折効率の差に影響するため、像強度
の差が、光軸ずれによるものかパターンの回折効率の差
によるものかを分離することが難しい。
々な方向にあるため、このような位置誤差は、各方向の
パターンにおける回折効率の差に影響するため、像強度
の差が、光軸ずれによるものかパターンの回折効率の差
によるものかを分離することが難しい。
【００５４】１周期長が露光時の位置合わせ誤差を無視
できるくらい大きければ、図１９（ｂ）の構造が有利で
あるが、無視できない場合は、図１９（ｃ）の構造が有
利である。
できるくらい大きければ、図１９（ｂ）の構造が有利で
あるが、無視できない場合は、図１９（ｃ）の構造が有
利である。
【００５５】図１９（ｃ）では、溝を形成した後、溝の
内部に位相をコントロールした減反射膜、位相コントロ
ール膜又は減反射膜２３を埋め込み、平坦化した後に片
方の溝の中の材料のみを剥離する工程を採用すれば、露
光時の位置合わせ誤差は全く影響されずに構造を形成す
ることが可能である。
内部に位相をコントロールした減反射膜、位相コントロ
ール膜又は減反射膜２３を埋め込み、平坦化した後に片
方の溝の中の材料のみを剥離する工程を採用すれば、露
光時の位置合わせ誤差は全く影響されずに構造を形成す
ることが可能である。
【００５６】以上、本発明の実施形態について説明した
が、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実
施できる。
が、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実
施できる。
【００５７】
【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、半
導体プロセスのリソグラフィで使用される顕微鏡の光軸
ずれを簡単に測定できるようになる。
導体プロセスのリソグラフィで使用される顕微鏡の光軸
ずれを簡単に測定できるようになる。
【図１】本発明の第１の実施形態に係るアライメントセ
ンサー又はオーバーレイ検査装置に搭載される顕微鏡の
構成を模式的に示す図
ンサー又はオーバーレイ検査装置に搭載される顕微鏡の
構成を模式的に示す図
【図２】従来のアライメントマークを示す図
【図３】従来のバーインバーマークを示す図
【図４】本発明の第１の実施形態で使用する評価マーク
を示す図
を示す図
【図５】本発明の評価マークの好ましい例を示す図
【図６】照明光の傾きと回折光の傾きの関係を示す図
【図７】照明光に傾きがある場合及びない場合の投影レ
ンズ絞りの位置における光分布を示す図
ンズ絞りの位置における光分布を示す図
【図８】本発明の第１の実施形態における測定領域及び
測定結果を示す図
測定結果を示す図
【図９】本発明の第２の実施形態で使用する評価マーク
を示す図
を示す図
【図１０】本発明の第２の実施形態に係るアライメント
センサー又はオーバーレイ検査装置に搭載される顕微鏡
の構成を模式的に示す図
センサー又はオーバーレイ検査装置に搭載される顕微鏡
の構成を模式的に示す図
【図１１】図１０の顕微鏡を使用した場合の投影レンズ
絞りの位置における光分布を示す図
絞りの位置における光分布を示す図
【図１２】本発明の第３の実施形態に係るアライメント
センサー又はオーバーレイ検査装置に搭載される顕微鏡
の構成を模式的に示す図
センサー又はオーバーレイ検査装置に搭載される顕微鏡
の構成を模式的に示す図
【図１３】図１２の顕微鏡の投影レンズ絞りの例を示す
図
図
【図１４】本発明の第３の実施形態で使用する評価マー
クを示す図
クを示す図
【図１５】図１２の顕微鏡を使用した場合の投影レンズ
絞りの位置における光分布を示す図
絞りの位置における光分布を示す図
【図１６】図１５（ａ）と図１４（ａ）の評価マークを
採用した時の投影像の強度変化を模式的に示す図
採用した時の投影像の強度変化を模式的に示す図
【図１７】本発明の第４の実施形態に係る光軸ずれ測定
方法を説明するための図
方法を説明するための図
【図１８】同実施形態で使用する評価マーク及びそれを
用いた場合の投影レンズ絞りの位置における光分布を示
す図
用いた場合の投影レンズ絞りの位置における光分布を示
す図
【図１９】同実施形態で使用する評価マークの具体的な
断面形状を示す図
断面形状を示す図
１…ハロゲンランプ ２…照明レンズ ３…照明レンズ絞り ４…プリズム ５…対物レンズ ６…基板 ７…投影レンズ ８…投影レンズ絞り ９…ＣＣＤカメラ １０…アライメントマーク １１…バーインバーマーク １２…アウターバー １３…インナーバー １４…評価マーク １５…照明光 １６…正反射光 １７…１次回折光 １９…減反射膜 ２０…位相コントロール膜 ２１…投影レンズ絞り ２２…投影レンズ絞り ２３…位相をコントロールした減反射膜、位相コントロ
ール膜又は減反射膜 ２４…＋１次回折 ２５…−１次回折光
ール膜又は減反射膜 ２４…＋１次回折 ２５…−１次回折光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA03 AA07 AA19 BB13 BB15 BB29 DD03 FF48 GG02 GG12 HH04 HH13 JJ03 JJ09 JJ26 LL04 LL30 LL42 LL46 QQ28 UU08 2H052 AD35 AF02 5F046 EA03 EA07 EA09 FA10 FA17 FC04
Claims (6)
- 【請求項１】基板上に形成された評価マークに照明光学
系を介して照明光を照射し、投影光学系を介して前記評
価マークの像を観察する光学式顕微鏡の光軸ずれを測定
する光軸ずれ測定方法であって、前記評価マークとして
回折格子パターンで形成されたものを使用し、前記評価
マークの像の明度と前記回折格子パターンの方向との関
係に基づいて、前記光軸ずれを測定することを特徴とす
る光軸ずれ測定方法。 - 【請求項２】前記評価マークは、２方向以上の回折格子
パターンが隣り合って配置されたものであることを特徴
とする請求項１に記載の光軸ずれ測定方法。 - 【請求項３】前記基板による前記照明光の正反射光を、
前記投影光学系の瞳位置で遮蔽することを特徴とする請
求項１又は２に記載の光軸ずれ測定方法。 - 【請求項４】前記回折格子パターンによる複数の回折光
を、前記投影光学系の瞳位置で、前記基板による前記照
明光の正反射光に対して非対称に遮蔽することを特徴と
する請求項１又は２に記載の光軸ずれ測定方法。 - 【請求項５】前記回折格子パターンによって正反射光に
対して非対称に強度が異なる回折光を発生させることを
特徴とする請求項１又は２に記載の光軸ずれ測定方法。 - 【請求項６】照明光学系を介して照明光を基板上に形成
された評価マークに照射し、投影光学系を介して前記評
価マークの像を観察する光学式顕微鏡であって、前記投
影光学系の瞳位置に、着脱可能で、前記基板による前記
照明光の正反射光に対して非対称な遮断領域を有し、且
つ回転可能な遮蔽手段を設けたことを特徴とする光学式
顕微鏡。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000088701A JP3863339B2 (ja) | 2000-03-28 | 2000-03-28 | 光軸ずれ測定方法 |
| US09/816,164 US6822740B2 (en) | 2000-03-28 | 2001-03-26 | Method of measuring displacement of optical axis, optical microscope and evaluation mark |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000088701A JP3863339B2 (ja) | 2000-03-28 | 2000-03-28 | 光軸ずれ測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001280913A true JP2001280913A (ja) | 2001-10-10 |
| JP3863339B2 JP3863339B2 (ja) | 2006-12-27 |
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ID=18604542
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000088701A Expired - Fee Related JP3863339B2 (ja) | 2000-03-28 | 2000-03-28 | 光軸ずれ測定方法 |
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|---|---|
| US (1) | US6822740B2 (ja) |
| JP (1) | JP3863339B2 (ja) |
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| KR101188532B1 (ko) | 2004-02-18 | 2012-10-05 | 케이엘에이-텐코 코포레이션 | 연속 가변 오프셋 마크 및 오버레이 결정 방법 |
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| DE102007021823A1 (de) * | 2007-05-07 | 2008-11-13 | Vistec Semiconductor Systems Gmbh | Messsystem mit verbesserter Auflösung für Strukturen auf einem Substrat für die Halbleiterherstellung und Verwendung von Blenden bei einem Messsystem |
| US20090231411A1 (en) * | 2007-08-24 | 2009-09-17 | Zhihua Yan | Integrated web-based instant messaging apparatus used as a video phone |
| DE102012102902A1 (de) * | 2012-04-03 | 2013-10-10 | Carl Zeiss Meditec Ag | Varioskopoptik und Mikroskop mit einer Varioskopoptik |
| JP2020041859A (ja) | 2018-09-07 | 2020-03-19 | キオクシア株式会社 | 位置計測方法、位置計測装置および半導体装置の製造方法 |
| CN110824865B (zh) * | 2019-11-29 | 2021-06-18 | 中国科学院微电子研究所 | 对准误差测量方法及装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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