JP4005572B2

JP4005572B2 - In-focus position detection method, exposure apparatus, and interval measurement method

Info

Publication number: JP4005572B2
Application number: JP2004032135A
Authority: JP
Inventors: 大三天野
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2004-02-09
Filing date: 2004-02-09
Publication date: 2007-11-07
Anticipated expiration: 2024-02-09
Also published as: JP2005223264A

Description

本発明は、合焦位置検出方法及び露光装置に関し、特にアライメントマークを斜めから観測し、ピントの最も合っている位置を検出する合焦位置検出方法、及び合焦位置を検出する露光装置に関する。 The present invention relates to an in-focus position detecting method and an exposure apparatus, and more particularly to an in-focus position detecting method for detecting an in-focus position by observing an alignment mark obliquely and detecting an in-focus position.

下記特許文献１に、近接露光に適用されるマスクとウエハとの間隔の測定方法が開示されている。マスク及びウエハに形成されたアライメントマークを、斜めの光軸を有する観測装置で観測する。アライメントマークは、観測装置の光軸とマスク表面の法線とを含む平面に平行な方向に配列した複数の散乱箇所を有する。これらの散乱箇所で散乱された散乱光により、観測装置の受光受像面に像が形成される。これらの像は、散乱箇所の配列方向に対応して、複数の明るい点が配列したパターンを有する。 Patent Document 1 below discloses a method for measuring a distance between a mask and a wafer applied to proximity exposure. The alignment mark formed on the mask and the wafer is observed with an observation apparatus having an oblique optical axis. The alignment mark has a plurality of scattering points arranged in a direction parallel to a plane including the optical axis of the observation apparatus and the normal line of the mask surface. An image is formed on the light receiving surface of the observation apparatus by the scattered light scattered at these scattering points. These images have a pattern in which a plurality of bright spots are arranged corresponding to the arrangement direction of the scattered portions.

斜めから観測しているため、像を構成する複数の明るい点のうち、被写界深度内に位置する散乱箇所に対応する点が明瞭に現れ、ピントの合っている位置（合焦位置）から離れるに従って、明るい点がぼけてくる。マスク上のアライメントマークの像の最もピントの合っている位置と、ウエハ上のアライメントマークの像の最もピントの合っている位置との距離から、マスクとウエハとの間隔を求めることできる。２つの像の最もピントの合っている位置の間の距離を求める方法として、パターンマッチングが挙げられている。 Observing from an oblique angle, among the multiple bright spots that make up the image, a point corresponding to a scattered spot located within the depth of field appears clearly, and from the focused position (focus position) As you move away, the bright spots become blurred. The distance between the mask and the wafer can be determined from the distance between the most focused position of the alignment mark image on the mask and the most focused position of the alignment mark image on the wafer. Pattern matching is cited as a method for obtaining the distance between the in-focus positions of two images.

特許第３３３３７５９号公報Japanese Patent No. 3333759

マスクと観測装置との相対位置を固定し、マスクとウエハとの間隔を変化させると、マスク上のアライメントマークの像のパターンは変化しないが、ウエハ上のアライメントマークの像のパターンが変化する。このため、パターンマッチングによって、２つの像の最もピントの合っている位置の間の距離を測定する方法では、アライメントマークの形状変化に起因する像のパターンが変化や、背景の明るさの不均一さによってパターン間の相関値が低下しすることによる測定誤差が発生してしまう。 When the relative position between the mask and the observation device is fixed and the distance between the mask and the wafer is changed, the pattern of the alignment mark image on the mask does not change, but the pattern of the alignment mark image on the wafer changes. For this reason, in the method of measuring the distance between the in-focus positions of two images by pattern matching, the image pattern changes due to the shape change of the alignment mark or the background brightness is uneven. This causes a measurement error due to a decrease in the correlation value between patterns.

本発明の目的は、像のパターン変化や背景の明るさの影響を受けにくく、２つの対象物の間隔の測定精度を高めることができる間隔測定方法、及びその方法に利用される合焦位置検出方法を提供することである。さらに、本発明の他の目的は、２つの対象物の間隔の測定精度を高めた露光装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an interval measurement method that is less affected by image pattern changes and background brightness, and that can improve the measurement accuracy of the interval between two objects, and in-focus position detection used in the method. Is to provide a method. Furthermore, the other object of this invention is to provide the exposure apparatus which raised the measurement precision of the space | interval of two objects.

本発明の一観点によると、（ａ）対象物の表面にＸＹ直交座標系を定義した時、該対象物に、Ｙ軸方向に配列した複数の散乱箇所を含むアライメントマークが形成されており、該対象物の表面の法線方向からＹ軸方向に傾いた光軸を有する観測装置で該アライメントマークを観測し、像を受光受像面上に形成する工程と、（ｂ）前記受光受像面上の、物体空間のＸ軸に対応する方向をｕ軸とするｕｖ直交座標系を定義した時、受光受像面上の光強度を、ｖ座標ごとにｕ軸方向に積算して、ｖ軸方向に関する光強度分布を示す第１の波形を得る工程と、（ｃ）前記第１の波形にハイパスフィルタを適用して、または該第１の波形を微分して、第２の波形を得る工程と、（ｄ）前記第２の波形に基づいて、最もピントのあっているｖ軸上の位置を検出する工程とを有する合焦位置検出方法が提供される。 According to one aspect of the present invention, (a) when an XY orthogonal coordinate system is defined on the surface of an object, an alignment mark including a plurality of scattering points arranged in the Y-axis direction is formed on the object. Observing the alignment mark with an observation device having an optical axis inclined in the Y-axis direction from the normal direction of the surface of the object, and forming an image on the light-receiving image surface; and (b) on the light-receiving image surface. When the uv orthogonal coordinate system having the u-axis as the direction corresponding to the X axis of the object space is defined, the light intensity on the light receiving surface is integrated in the u-axis direction for each v-coordinate, and the v-axis direction is obtained. Obtaining a first waveform indicating a light intensity distribution; (c) applying a high-pass filter to the first waveform or differentiating the first waveform to obtain a second waveform; (D) Based on the second waveform, the most focused position on the v-axis is Focus position detecting method and a step of output is provided.

本発明の他の観点によると、転写すべきパターン及びアライメントマークが形成されたマスクを保持するマスク保持台と、前記マスク保持台に保持されたマスクからプロキシミティギャップを隔ててウエハが配置されるように、ウエハを保持するウエハ保持台と、前記マスク保持台に保持されたマスクを介して、前記ウエハ保持台に保持されたウエハを露光する露光用ビーム源と、前記マスクの表面にＸＹ直交座標系を定義した時、該マスクの表面の法線方向からＹ軸方向に傾いた光軸を有し、該マスクに形成されたアライメントマークを観測し、受光受像面上に像を形成する観測装置と、制御装置とを有し、該制御装置は、前記受光受像面上の、物体空間のＸ軸に対応する方向をｕ軸とするｕｖ直交座標系を定義した時、受光受像面上の光強度を、ｖ座標ごとにｕ軸方向に積算して、ｖ軸方向に関する光強度分布を示す第１の波形を得る工程と、前記第１の波形にハイパスフィルタを適用して、または該第１の波形を微分して、第２の波形を得る工程と、前記第２の波形に基づいて、最もピントのあっているｖ軸上の位置を検出する工程とを実行する露光装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, a mask holding table for holding a mask on which a pattern to be transferred and an alignment mark are formed, and a wafer is disposed with a proximity gap from the mask held on the mask holding table. As described above, a wafer holding table for holding a wafer, an exposure beam source for exposing the wafer held on the wafer holding table via a mask held on the mask holding table, and an XY orthogonal to the surface of the mask When the coordinate system is defined, the observation has an optical axis inclined in the Y-axis direction from the normal direction of the surface of the mask, observes an alignment mark formed on the mask, and forms an image on the light receiving and receiving surface. And a control device, and the control device defines a uv orthogonal coordinate system on the light-receiving image plane, the u-axis being a direction corresponding to the X axis of the object space. light The degree is integrated in the u-axis direction for each v-coordinate to obtain a first waveform indicating a light intensity distribution in the v-axis direction, and a high-pass filter is applied to the first waveform, or the first An exposure apparatus is provided that performs a step of differentiating the waveform of λ to obtain a second waveform and a step of detecting a position on the v-axis that is in focus based on the second waveform. .

本発明のさらに他の観点によると、（ａ）第１の対象物の表面にＸＹ直交座標系を定義した時、該第１の対象物に、Ｙ軸方向に配列した複数の散乱箇所を含む第１のアライメントマークが形成されており、該第１の対象物からかある間隙を隔てて配置された第２の対象物に、Ｙ軸方向に配列した複数の散乱箇所を含む第２のアライメントマークが形成されており、該第１の対象物の表面の法線方向からＹ軸方向に傾いた光軸を有する観測装置で該第１及び第２のアライメントマークを観測し、像を受光受像面上に形成する工程と、（ｂ）前記受光受像面上の、物体空間のＸ軸に対応する方向をｕ軸とするｕｖ直交座標系を定義した時、前記第１のアライメントマークの像を含む領域の光強度を、ｖ座標ごとにｕ軸方向に積算して、ｖ軸方向に関する光強度分布を示す第１の波形を得る工程と、（ｃ）前記第１の波形にハイパスフィルタを適用して、または該第１の波形を微分して、第２の波形を得る工程と、（ｄ）前記第２の波形に基づいて、最もピントのあっているｖ軸上の位置を検出する工程と、（ｅ）前記第２のアライメントマークの像を含む領域の光強度を、ｖ座標ごとにｕ軸方向に積算して、ｖ軸方向に関する光強度分布を示す第３の波形を得る工程と、（ｆ）前記第３の波形にハイパスフィルタを適用して、または該第３の波形を微分して、第４の波形を得る工程と、（ｇ）前記第４の波形に基づいて、最もピントのあっているｖ軸上の位置を検出する工程と、（ｈ）前記工程ｄで求められた最もピントの合っている位置と、前記工程ｇで求められた最もピントの合っている位置とのｖ軸方向の距離から、前記第１の対象物と第２の対象物との間隔を求める工程とを有する間隔測定方法が提供される。 According to still another aspect of the present invention, (a) when an XY orthogonal coordinate system is defined on the surface of the first object, the first object includes a plurality of scattering points arranged in the Y-axis direction. A second alignment, in which a first alignment mark is formed, and includes a plurality of scattering points arranged in the Y-axis direction on a second object arranged with a certain gap from the first object. The first and second alignment marks are observed by an observation device having an optical axis inclined in the Y-axis direction from the normal direction of the surface of the first object, and the image is received and received. And (b) defining a uv orthogonal coordinate system on the light receiving and receiving surface with the u axis as a direction corresponding to the X axis of the object space, the image of the first alignment mark The light intensity of the included area is integrated in the u-axis direction for each v coordinate, Obtaining a first waveform indicating a light intensity distribution to be performed; and (c) applying a high-pass filter to the first waveform or differentiating the first waveform to obtain a second waveform; (D) based on the second waveform, detecting the most focused position on the v-axis, and (e) the light intensity of the region including the image of the second alignment mark, v Integrating each coordinate in the u-axis direction to obtain a third waveform indicating a light intensity distribution in the v-axis direction, and (f) applying a high-pass filter to the third waveform, or Differentiating the waveform to obtain a fourth waveform; (g) detecting the most focused position on the v-axis based on the fourth waveform; and (h) the step d. The most in-focus position obtained in step (2) and the most in-focus position obtained in step g. From v of axial distance between the position where there, interval measurement method and a step of obtaining a distance between the first object and the second object is provided.

第１の波形にハイパスフィルタを適用するか、または第１の波形を微分することにより、第１の波形に重畳されている空間周波数の低い成分を除去することができる。これにより、アライメントマーク以外の要因に起因するバックグラウンドの明るさの不均一さの影響を排除することができる。バックグラウンドの影響を排除してアライメントマークに起因する像を観測することにより、そのピントの最も合っている位置の検出精度を高めることができる。ピントの最も合っている位置を高精度に検出できるため、第１の対象物と第２の対象物との間隔の測定精度を高めることができる。 By applying a high-pass filter to the first waveform or differentiating the first waveform, a component having a low spatial frequency superimposed on the first waveform can be removed. Thereby, it is possible to eliminate the influence of uneven brightness of the background caused by factors other than the alignment mark. By observing the image resulting from the alignment mark while eliminating the influence of the background, the detection accuracy of the position where the focus is best can be improved. Since the best focus position can be detected with high accuracy, the measurement accuracy of the distance between the first object and the second object can be increased.

図１に、本発明の実施例による近接露光装置の概略図を示す。実施例による位置合わせ装置はウエハ／マスク保持部１０、観測装置２０、及び制御装置３０を含んで構成されている。 FIG. 1 shows a schematic view of a proximity exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. The alignment apparatus according to the embodiment includes a wafer / mask holding unit 10, an observation apparatus 20, and a control apparatus 30.

ウエハ／マスク保持部１０は、ウエハ保持台１５、マスク保持台１６、移動機構１７及び１８を含んで構成されている。位置合わせ時には、ウエハ保持台１５の上面にウエハ１１を保持し、マスク保持台１６の下面にマスク１２を保持する。ウエハ１１とマスク１２とは、ウエハ１１の被露光面とマスク１２のウエハ側の面との間に一定の間隙（プロキシミティギャップ）が形成されるようにほぼ平行に配置される。電子ビーム近接露光を行う場合には、マスク１２としてステンシルタイプのものが用いられる。マスクメンブレンに設けられた開口部により、転写パターン及びアライメントマークが形成されている。 The wafer / mask holding unit 10 includes a wafer holding table 15, a mask holding table 16, and moving mechanisms 17 and 18. At the time of alignment, the wafer 11 is held on the upper surface of the wafer holding table 15 and the mask 12 is held on the lower surface of the mask holding table 16. The wafer 11 and the mask 12 are arranged substantially in parallel so that a certain gap (proximity gap) is formed between the exposed surface of the wafer 11 and the surface of the mask 12 on the wafer side. When performing electron beam proximity exposure, a stencil type mask 12 is used. A transfer pattern and an alignment mark are formed by an opening provided in the mask membrane.

移動機構１７は、基準ベース１に固定され、ウエハ１１とマスク１２との被露光面内に関する相対位置が変化するように、ウエハ保持台１５を移動させることができる。移動機構１８は、ウエハ１１とマスク１２との間隔が変化するように、ウエハ保持台１５を移動させることができる。紙面の裏から表に向かってＸ軸、左から右に向かってＹ軸、被露光面の法線方向にＺ軸をとると、移動機構１７は、ウエハ１１とマスク１２の、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸の回りの回転方向（θ_Ｚ方向）に関する相対位置を調整し、移動機構１８は、Ｚ軸方向、Ｘ軸及びＹ軸の回りの回転（あおり）方向（θ_Ｘ及びθ_Ｙ方向）の相対位置を調整する。 The moving mechanism 17 is fixed to the reference base 1 and can move the wafer holder 15 so that the relative position of the wafer 11 and the mask 12 in the exposed surface changes. The moving mechanism 18 can move the wafer holding table 15 so that the distance between the wafer 11 and the mask 12 changes. When taking the X axis from the back of the paper surface to the front, the Y axis from the left to the right, and the Z axis in the normal direction of the exposed surface, the moving mechanism 17 can move the wafer 11 and the mask 12 in the X axis direction, The relative positions of the Y-axis direction and the rotation direction around the Z-axis (θ _Z direction) are adjusted, and the moving mechanism 18 rotates in the Z-axis direction, the X-axis and Y-axis rotation (tilting) directions (θ _X and θ The relative position in the _Y direction is adjusted.

露光用ビーム源４３から電子ビーム４２が出射される。電子ビーム４２は、マスク１２を介してウエハ１１に照射される。 An electron beam 42 is emitted from the exposure beam source 43. The electron beam 42 is irradiated onto the wafer 11 through the mask 12.

観測装置２０は、レンズ２２、ビームスプリッタ２３、光ファイバ２４、及び受光受像素子２９を含んで構成される。観測装置２０の光軸２５は、マスク１２の表面の法線方向からＹ軸の正の向きに傾いている。通常、マスク１２に４つのアライメントマークが形成されており、アライメントマークごとに観測装置が設置される。図１では、４つの観測装置のうち１つのみを代表して示している。他の１つの観測装置の光軸は、観測装置２０の光軸２５の傾斜方向とは反対向き（Ｙ軸の負の向き）に傾いている。残りの２つの観測装置の光軸は、それぞれマスク１２の表面の法線方向からＸ軸の正の向き及び負の向きに傾いている。 The observation apparatus 20 includes a lens 22, a beam splitter 23, an optical fiber 24, and a light receiving / receiving element 29. The optical axis 25 of the observation device 20 is inclined from the normal direction of the surface of the mask 12 in the positive direction of the Y axis. Usually, four alignment marks are formed on the mask 12, and an observation device is installed for each alignment mark. In FIG. 1, only one of the four observation devices is shown as a representative. The optical axis of the other observation device is inclined in a direction opposite to the inclination direction of the optical axis 25 of the observation device 20 (negative direction of the Y axis). The optical axes of the remaining two observation devices are inclined in the positive direction and negative direction of the X axis from the normal direction of the surface of the mask 12, respectively.

観測装置２０は、Ｘ方向ステージ２１Ｘ、Ｙ方向ステージ２１Ｙ、及び光軸方向ステージ２１Ａにより基準ベース１に支持されている。Ｘ方向ステージ２１Ｘ、Ｙ方向ステージ２１Ｙ、及び光軸方向ステージ２１Ａは、それぞれ観測装置２０をＸ軸方向、Ｙ軸方向、及び光軸２５に平行な方向に移動させる。これらのステージは、制御装置３０により制御される。 The observation apparatus 20 is supported on the reference base 1 by an X direction stage 21X, a Y direction stage 21Y, and an optical axis direction stage 21A. The X direction stage 21X, the Y direction stage 21Y, and the optical axis direction stage 21A move the observation device 20 in the X axis direction, the Y axis direction, and the direction parallel to the optical axis 25, respectively. These stages are controlled by the control device 30.

光ファイバ２４から出射した照明光がビームスプリッタ２３で反射して光軸２５に沿った光線束とされ、レンズ２２を通して被露光面に斜めから入射する。 Illumination light emitted from the optical fiber 24 is reflected by the beam splitter 23 to form a light bundle along the optical axis 25, and enters the exposed surface through the lens 22 at an angle.

ウエハ１１及びマスク１２に設けられたアライメントマークのエッジ（散乱箇所）で照明光が散乱される。散乱光のうちレンズ２２に入射する光が、レンズ２２で収束され、その一部がビームスプリッタ２３を透過して受光受像素子２９の受光受像面上に到達し、アライメントマークの像が形成される。受光受像面上への結像倍率は、例えば６０〜１００倍である。 Illumination light is scattered at the edges (scattering points) of the alignment marks provided on the wafer 11 and the mask 12. Of the scattered light, the light incident on the lens 22 is converged by the lens 22, and a part of the light passes through the beam splitter 23 and reaches the light receiving image receiving surface of the light receiving image receiving element 29 to form an alignment mark image. The The imaging magnification on the light receiving / receiving surface is, for example, 60 to 100 times.

受光受像素子２９の受光受像面に、受光画素が行列状に配置されている。各画素は、当該画素に照射された光の強度に応じて画素対応の画像信号を生成する。この画像信号は制御装置３０に入力される。 The light receiving pixels are arranged in a matrix on the light receiving image receiving surface of the light receiving image receiving element 29. Each pixel generates an image signal corresponding to the pixel in accordance with the intensity of light emitted to the pixel. This image signal is input to the control device 30.

制御装置３０は、画像処理を行い、マスク１２のアライメントマークの像とウエハ１１のアライメントマークの像との相対位置情報を得る。 The control device 30 performs image processing to obtain relative position information between the image of the alignment mark on the mask 12 and the image of the alignment mark on the wafer 11.

図２（Ａ）は、ウエハ上のアライメントマーク及びマスク上のアライメントマークの相対位置関係を示す平面図である。例えば、長方形パターンをＸ軸方向に３個、Ｙ軸方向に１４個、行列状に配列して各ウエハ上のアライメントマーク１３Ａ及び１３Ｂが構成されている。アライメントマーク１３Ａ及び１３Ｂで１つのアライメントマークが構成される。同様の長方形パターンをＸ軸方向に３個、Ｙ軸方向に５個、行列状に配置してマスク上の１つのアライメントマーク１４が構成されている。このように、アライメントマークは、少なくともＹ軸方向に等間隔で配列した複数の散乱箇所を含む。位置合わせが完了した状態では、マスク上のアライメントマーク１４は、Ｘ軸方向に関してウエハ上のアライメントマーク１３Ａと１３Ｂとのほぼ中央に配置される。 FIG. 2A is a plan view showing the relative positional relationship between the alignment mark on the wafer and the alignment mark on the mask. For example, the alignment marks 13A and 13B on each wafer are configured by arranging three rectangular patterns in the X-axis direction and 14 in the Y-axis direction in a matrix. Alignment marks 13A and 13B constitute one alignment mark. One alignment mark 14 on the mask is formed by arranging three similar rectangular patterns in the X-axis direction and five in the Y-axis direction in a matrix. Thus, the alignment mark includes at least a plurality of scattered portions arranged at equal intervals in the Y-axis direction. In the state where the alignment is completed, the alignment mark 14 on the mask is arranged at approximately the center between the alignment marks 13A and 13B on the wafer in the X-axis direction.

図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の一点鎖線Ｂ２−Ｂ２における断面図を示す。ウエハ上のアライメントマーク１３Ａ及び１３Ｂは、例えば被露光面上に形成したＳｉＮ膜、ポリシリコン膜等をパターニングして形成される。ウエハ１１の被露光面上にレジスト膜１１Ｒが形成されている。マスク上のアライメントマーク１４は、例えばＳｉＣ等からなるマスクメンブレンに形成された開口により構成される
図３は、エッジからの散乱光による受光受像面２９上の像のスケッチである。図３の横方向（ｕ軸方向）が図２（Ａ）のＸ軸方向に相当し、縦方向（ｖ軸方向）が図２（Ａ）のＹ軸方向に相当する。ウエハ上のアライメントマーク１３Ａ及び１３Ｂからの散乱光による像４０Ａ及び４０Ｂがｕ軸方向に離れて現れ、その間にマスク上のアライメントマーク１４からの散乱光による像４１が現れる。像４０Ａ及び４０Ｂと、像４１とは、ｖ軸方向に関して相互に異なる位置に現れる。 2B is a cross-sectional view taken along dashed-dotted line B2-B2 in FIG. The alignment marks 13A and 13B on the wafer are formed by patterning, for example, a SiN film or a polysilicon film formed on the exposed surface. A resist film 11 </ b> R is formed on the exposed surface of the wafer 11. The alignment mark 14 on the mask is configured by an opening formed in a mask membrane made of, for example, SiC. FIG. 3 is a sketch of an image on the light receiving image receiving surface 29 by scattered light from the edge. The horizontal direction (u-axis direction) in FIG. 3 corresponds to the X-axis direction in FIG. 2A, and the vertical direction (v-axis direction) corresponds to the Y-axis direction in FIG. Images 40A and 40B due to scattered light from alignment marks 13A and 13B on the wafer appear apart in the u-axis direction, and an image 41 due to scattered light from alignment mark 14 on the mask appears therebetween. The images 40A and 40B and the image 41 appear at different positions with respect to the v-axis direction.

図２（Ａ）に示したように、マスク１２のアライメントマーク１４は、長方形パターンが５行３列に配置されている。各長方形パターンの手前のエッジと奥側のエッジで照明光が散乱されるため、アライメントマーク１４の像４１は、１０行３列の明るい点で構成される。ただし、ピントがずれた位置においては、これらの点がぼけて隣の点に連続する場合や、ほとんど点として観測されない場合がある。 As shown in FIG. 2A, the alignment mark 14 of the mask 12 has a rectangular pattern arranged in 5 rows and 3 columns. Since the illumination light is scattered at the front edge and the back edge of each rectangular pattern, the image 41 of the alignment mark 14 is composed of 10 rows and 3 columns of bright spots. However, at a position out of focus, these points may be blurred and continuous with adjacent points, or may be hardly observed as points.

像４０Ａ、４０Ｂ及び４１のｕ軸方向の位置を検出することにより、図２（Ａ）に示したウエハ上のアライメントマーク１３Ａ、１３Ｂと、マスク上のアライメントマーク１４とのＸ軸方向の位置情報を得ることができる。 By detecting the positions of the images 40A, 40B, and 41 in the u-axis direction, positional information in the X-axis direction between the alignment marks 13A and 13B on the wafer and the alignment mark 14 on the mask shown in FIG. Can be obtained.

次に、図４〜図７を参照して、本発明の実施例による合焦位置検出方法について説明する。以下、マスク上のアライメントマークの像４１の合焦位置の検出方法について説明するが、ウエハ上のアライメントマークの像４０Ａ及び４０Ｂの合焦位置も同様の方法で検出することができる。 Next, a focus position detection method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Hereinafter, a method for detecting the in-focus position of the alignment mark image 41 on the mask will be described, but the in-focus position of the alignment mark images 40A and 40B on the wafer can also be detected by the same method.

ステップＳ１において、観測装置２０で得られた２次元画像信号の強度（光強度に対応）、ｖ座標ごとにｕ軸方向に積算し、１次元画像信号を得る。この積算により、図５（Ａ）に示すように、ｖ軸方向に関する信号波形が得られる。図５（Ａ）の縦軸は信号の強度を表す。像４１を構成する複数の明るい点に対応した振動波形Ａが現れる。実際には、像４１が現れている領域以外の領域の明るさに起因するバックグラウンド波形Ｂに、この振動波形Ａが重畳された波形が観測される。バックグラウンドの明るさは均一ではないため、バックグラウンド波形Ｂは、振動波形Ａに比べて緩やかな傾きをもった形状を示す。 In step S1, the intensity (corresponding to the light intensity) of the two-dimensional image signal obtained by the observation device 20 is integrated in the u-axis direction for each v coordinate to obtain a one-dimensional image signal. By this integration, a signal waveform in the v-axis direction is obtained as shown in FIG. The vertical axis in FIG. 5A represents the signal intensity. A vibration waveform A corresponding to a plurality of bright spots constituting the image 41 appears. Actually, a waveform in which the vibration waveform A is superimposed on the background waveform B caused by the brightness of the region other than the region where the image 41 appears is observed. Since the brightness of the background is not uniform, the background waveform B shows a shape having a gentler slope than the vibration waveform A.

ステップＳ２に進み、ステップＳ１で観測された波形にハイパスフィルタを適用する。空間周波数の低いバックグラウンド成分が除去され、像４１に起因する空間周波数の高い波形が取り出される。図５（Ｂ）に、ハイパスフィルタを通過した後の波形を示す。なお、ハイパスフィルタを適用する代わりに、観測された波形を微分してもよい。 Proceeding to step S2, a high-pass filter is applied to the waveform observed at step S1. A background component having a low spatial frequency is removed, and a waveform having a high spatial frequency resulting from the image 41 is extracted. FIG. 5B shows a waveform after passing through the high-pass filter. Instead of applying a high-pass filter, the observed waveform may be differentiated.

像４１は、図３に示したように、アライメントマークの散乱箇所に対応して配列した複数の明るい点で構成される。最もピントのあっている位置では、明るい点が明確に現れ、その位置から離れるに従って、ぼけた点になる。ステップＳ１で観測された振動波形は、この明るい点のピッチに対応する空間周波数を持つ。ステップＳ２で適用するハイパスフィルタとして、この振動波形の空間周波数以上の周波数成分を通過させるものを用いる必要がある。また、この空間周波数よりも低い空間周波数成分を除去するハイパスフィルタを用いることが好ましい。 As shown in FIG. 3, the image 41 is composed of a plurality of bright spots arranged corresponding to the scattered portions of the alignment mark. At the most in-focus position, a bright spot appears clearly, and as it moves away from that position, it becomes a blurred point. The vibration waveform observed in step S1 has a spatial frequency corresponding to the pitch of this bright spot. As the high-pass filter applied in step S2, it is necessary to use a filter that passes a frequency component equal to or higher than the spatial frequency of the vibration waveform. It is preferable to use a high-pass filter that removes a spatial frequency component lower than the spatial frequency.

ステップＳ３に進み、ステップＳ２で得られた波形の各点の強度（縦軸の値）の絶対値をとる。図５（Ｃ）に、絶対値をとった後の波形を示す。図５（Ｂ）の波形の負の部分が正の部分に折り返された波形が得られる。なお、絶対値をとる代わりに、ステップＳ２で得られた波形の各点の強度を二乗してもよい。 Proceeding to step S3, the absolute value of the intensity (value on the vertical axis) at each point of the waveform obtained in step S2 is taken. FIG. 5C shows a waveform after taking the absolute value. A waveform obtained by folding the negative portion of the waveform of FIG. 5B into a positive portion is obtained. Instead of taking the absolute value, the intensity of each point of the waveform obtained in step S2 may be squared.

ステップＳ４に進み、ステップＳ３で得られた波形の平滑化を行う。平滑化された波形を、図５（Ｃ）に破線で示す。例えば、絶対値をとった波形にローパスフィルタを適用することにより、平滑化を行うことができる。このローパスフィルタとして、例えば像４１の明るい点のピッチに対応する空間周波数以上の成分を除去する特性を有するものを用いる。 Proceeding to step S4, the waveform obtained at step S3 is smoothed. The smoothed waveform is indicated by a broken line in FIG. For example, smoothing can be performed by applying a low-pass filter to a waveform having an absolute value. As this low-pass filter, for example, a filter having a characteristic of removing a component having a spatial frequency or higher corresponding to the pitch of the bright spot of the image 41 is used.

ステップＳ５に進み、ステップＳ４で平滑化された波形の最大値を求める。この最大値を与えるｖ座標が、最もピントの合っている位置と考えられる。最大値を求めるためには、例えば平滑化された波形を微分し、微分結果が０になる位置を求めればよい。なお、適宜補間演算を行って、位置精度を高めることが好ましい。 Proceeding to step S5, the maximum value of the waveform smoothed at step S4 is obtained. The v coordinate that gives this maximum value is considered to be the most focused position. In order to obtain the maximum value, for example, a smoothed waveform is differentiated and a position where the differentiation result is 0 may be obtained. Note that it is preferable to increase the position accuracy by appropriately performing an interpolation calculation.

図５（Ｃ）に示した平滑化前の波形、または平滑化後の波形と、ガウス分布波形との相関層間演算を行うことにより、合焦位置を検出することもできる。相関係数が最大になる位置におけるガウス分布波形の中心のｖ座標を合焦位置と考えることができる。 The in-focus position can also be detected by performing correlation layer calculation between the waveform before smoothing or the waveform after smoothing shown in FIG. 5C and the Gaussian distribution waveform. The v coordinate of the center of the Gaussian distribution waveform at the position where the correlation coefficient is maximized can be considered as the in-focus position.

上記方法と同様に、図３に示したウエハ上のアライメントマークの像４０Ａ及び４０Ｂの最もピントの合っている位置を検出することができる。図３に示すように、マスク上のアライメントマークの像４１の最もピントの合っている位置と、ウエハ上のアライメントマークの像４０Ａ及び４０Ｂの最もピントの合っている位置とのｖ軸方向の距離間隔をＷとする。 Similar to the above method, it is possible to detect the in-focus position of the alignment mark images 40A and 40B on the wafer shown in FIG. As shown in FIG. 3, the distance in the v-axis direction between the most in-focus position of the alignment mark image 41 on the mask and the most in-focus position of the alignment mark images 40A and 40B on the wafer. Let the interval be W.

次に、図６を参照して、ウエハとマスクとの間隔を求める方法について説明する。マスク１２とウエハ１１とが、間隔δを隔てて平行に配置されている。観測装置２０の光軸２５と、マスク１２の表面の法線とのなす角をθとする。観測装置２０の受光受像面２９と共役な関係にある面を物面２７とする。すなわち、物面２７上の位置が、最もピントの合っている位置に対応する。物面２７とウエハ１１の表面との交線をＰ_０、物面２７とマスク１２の表面との交線をＰ_１とする。交線Ｐ_０とＰ_１との間隔が、図３に示した最もピントの合っている位置の間の距離Ｗに対応する。受光受像面上における距離Ｗが求まると、物体空間内の対応する距離Ｗが求まる。マスク１２とウエハ１１との間隔δは、 Next, a method for obtaining the distance between the wafer and the mask will be described with reference to FIG. The mask 12 and the wafer 11 are arranged in parallel with an interval δ. An angle formed by the optical axis 25 of the observation device 20 and the normal line of the surface of the mask 12 is defined as θ. A surface having a conjugate relationship with the light receiving / receiving surface 29 of the observation device 20 is defined as an object surface 27. That is, the position on the object surface 27 corresponds to the most focused position. An intersection line between the object surface 27 and the surface of the wafer 11 is P ₀ , and an intersection line between the object surface 27 and the surface of the mask 12 is P ₁ . The interval between the intersection lines P ₀ and P ₁ corresponds to the distance W between the in-focus positions shown in FIG. When the distance W on the light receiving / receiving surface is obtained, the corresponding distance W in the object space is obtained. The distance δ between the mask 12 and the wafer 11 is

（数１）
δ＝Ｗ×ｓｉｎθ
と表される。 (Equation 1)
δ = W × sin θ
It is expressed.

図１において、マスク１２とウエハ１１との間隔が測定されると、両者の間隔が目標値に近づくように移動機構１８を制御する。 In FIG. 1, when the distance between the mask 12 and the wafer 11 is measured, the moving mechanism 18 is controlled so that the distance between the two approaches the target value.

上記実施例による方法では、図４に示したステップＳ２において、得られた波形のうち空間周波数の低い成分を除去する、バックグラウンドの明るさの変化による影響を軽減し、ピントの合っている位置をより正確に検出することができる。ピントの合っている位置の検出精度を高めることにより、マスク１２とウエハ１１との間隔を、より高精度に求めることができる。 In the method according to the above-described embodiment, in step S2 shown in FIG. 4, a component having a low spatial frequency is removed from the obtained waveform, the influence due to a change in background brightness is reduced, and a focused position is achieved. Can be detected more accurately. By increasing the detection accuracy of the in-focus position, the distance between the mask 12 and the wafer 11 can be determined with higher accuracy.

ウエハ１１をウエハ保持台１５に載置した後に、マスク１２とウエハ１１との間隔を調整しても、通常ウエハ１１の表面にうねりがあるため、ウエハ上の各ダイとマスクとの間隔はダイごとにばらつく。ダイバイダイアライメントを行う際に、ダイごとに間隔の測定及び調整を行うことにより、アライメント精度を高めることができる。 Even if the distance between the mask 12 and the wafer 11 is adjusted after the wafer 11 is placed on the wafer holder 15, the surface of the wafer 11 is usually undulated. Everything varies. When performing die-by-die alignment, the alignment accuracy can be increased by measuring and adjusting the interval for each die.

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

本願発明の合焦位置検出方法は、電子ビーム近接露光方法に限らず、Ｘ線近接露光方法や紫外線近接露光方法等の他の近接露光方法に適用することができる。さらに、アライメントマークを斜めから観測する場合に、合焦位置を検出する必要のある種々の用途に適用することができる。 The focus position detection method of the present invention is not limited to the electron beam proximity exposure method, but can be applied to other proximity exposure methods such as an X-ray proximity exposure method and an ultraviolet proximity exposure method. Furthermore, when observing the alignment mark from an oblique direction, the present invention can be applied to various uses where it is necessary to detect the in-focus position.

本発明の実施例による露光装置の概略図である。It is the schematic of the exposure apparatus by the Example of this invention. ウエハ上のアライメントマークとマスク上のアライメントマークとの平面図である。It is a top view of the alignment mark on a wafer and the alignment mark on a mask. マスク及びウエハの、アライメントマークが形成されている部分の断面図である。It is sectional drawing of the part in which the alignment mark is formed of a mask and a wafer. アライメントマークの像をスケッチした図である。It is the figure which sketched the image of the alignment mark. 実施例による合焦位置検出方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the focus position detection method by an Example. マスク上のアライメントマークの像の光強度を、ｖ軸方向に積算して得られた波形を示すグラフである。It is a graph which shows the waveform obtained by integrating the light intensity of the image of the alignment mark on a mask in the v-axis direction. 図５（Ａ）の波形にハイパスフィルタを適用して得られた波形を示すグラフである。6 is a graph showing a waveform obtained by applying a high-pass filter to the waveform of FIG. 図５（Ｂ）の波形の縦軸の各値の絶対値をとって得られた波形を示すグラフ、及びその波形にローパスフィルタを適用して得られた波形を示すグラフである。6 is a graph showing a waveform obtained by taking the absolute value of each value on the vertical axis of the waveform of FIG. 5B, and a graph showing a waveform obtained by applying a low-pass filter to the waveform. マスクとウエハとの間隔を求める方法を説明するための線図である。It is a diagram for demonstrating the method of calculating | requiring the space | interval of a mask and a wafer.

符号の説明Explanation of symbols

１基準ベース
１０ウエハ／マスク保持部
１１ウエハ
１１Ｒレジスト膜
１２マスク
１３Ａ、１３Ｂウエハ上のアライメントマーク
１４マスク上のアライメントマーク
１５ウエハ保持台
１６マスク保持台
１７、１８移動機構
２０観測装置
２１ＸＸ方向ステージ
２１ＹＹ方向ステージ
２１Ａ光軸方向ステージ
２２レンズ
２３ビームスプリッタ
２４光ファイバ
２５光軸
２７物面
３０制御装置
４０Ａ、４０Ｂウエハ上のアライメントマークの像
４１マスク上のアライメントマークの像
４２電子ビーム
４３露光用ビーム源 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reference base 10 Wafer / mask holding part 11 Wafer 11R Resist film 12 Mask 13A, 13B Alignment mark 14 on a wafer 14 Alignment mark 15 on a mask Wafer holding stand 16 Mask holding stand 17, 18 Moving mechanism 20 Observation apparatus 21X X direction stage 21Y Y direction stage 21A Optical axis direction stage 22 Lens 23 Beam splitter 24 Optical fiber 25 Optical axis 27 Object surface 30 Controllers 40A and 40B Image of alignment mark on wafer 41 Image of alignment mark on mask 42 Electron beam 43 For exposure Beam source

Claims

（ａ）対象物の表面にＸＹ直交座標系を定義した時、該対象物に、Ｙ軸方向に配列した複数の散乱箇所を含むアライメントマークが形成されており、該対象物の表面の法線方向からＹ軸方向に傾いた光軸を有する観測装置で該アライメントマークを観測し、像を受光受像面上に形成する工程と、
（ｂ）前記受光受像面上の、物体空間のＸ軸に対応する方向をｕ軸とするｕｖ直交座標系を定義した時、受光受像面上の光強度を、ｖ座標ごとにｕ軸方向に積算して、ｖ軸方向に関する光強度分布を示す第１の波形を得る工程と、
（ｃ）前記第１の波形にハイパスフィルタを適用して、または該第１の波形を微分して、第２の波形を得る工程と、
（ｄ）前記第２の波形に基づいて、最もピントのあっているｖ軸上の位置を検出する工程と
を有する合焦位置検出方法。 (A) When an XY orthogonal coordinate system is defined on the surface of the object, an alignment mark including a plurality of scattering points arranged in the Y-axis direction is formed on the object, and the normal of the surface of the object Observing the alignment mark with an observation apparatus having an optical axis inclined in the Y-axis direction from the direction, and forming an image on the light receiving and receiving surface;
(B) When a uv orthogonal coordinate system with the u axis as a direction corresponding to the X axis of the object space on the light receiving image receiving surface is defined, the light intensity on the light receiving image receiving surface is set in the u axis direction for each v coordinate. Integrating to obtain a first waveform indicating a light intensity distribution in the v-axis direction;
(C) applying a high-pass filter to the first waveform or differentiating the first waveform to obtain a second waveform;
(D) a focus position detection method including a step of detecting a position on the v-axis that is in focus based on the second waveform.

前記工程ａにおいて得られる像が、アライメントマークの散乱箇所に対応して、受光受像面上のｖ軸方向に第１のピッチで並んだ明るい点を含み、
前記工程ｃにおいて、少なくとも前記第１のピッチに対応する空間周波数以上の周波数成分を取り出す請求項１に記載の合焦位置検出方法。 The image obtained in the step a includes bright spots arranged at a first pitch in the v-axis direction on the light receiving and receiving surface, corresponding to the scattering positions of the alignment mark,
The focus position detection method according to claim 1, wherein in step c, a frequency component equal to or higher than a spatial frequency corresponding to at least the first pitch is extracted.

前記工程ｄが、
（ｄ１）前記第２の波形の各点の値の絶対値をとるか、または各点の値を二乗した第３の波形を得る工程と、
（ｄ２）前記第３の波形に基づいて、最もピントの合っている位置を検出する工程と
を含む請求項１または２に記載の合焦位置検出方法。 Step d is
(D1) taking the absolute value of the value of each point of the second waveform or obtaining a third waveform obtained by squaring the value of each point;
(D2) The focus position detection method of Claim 1 or 2 including the process of detecting the position which is in focus most based on the said 3rd waveform.

前記工程ｄ２が、
前記第３の波形と、ガウス分布波形との相関演算を行う工程と、
相関層間演算結果に基づいて、最もピントの合っている位置を検出する工程と
を含む請求項３に記載の合焦位置検出方法。 Step d2 is
Performing a correlation operation between the third waveform and a Gaussian distribution waveform;
The focus position detection method according to claim 3, further comprising a step of detecting a focused position based on the correlation layer calculation result.

前記工程ｄ２が、
前記第３の波形を微分し、微分結果が０になる位置を最もピントがあっている位置とする工程を含む請求項３に記載の合焦位置検出方法。 Step d2 is
The in-focus position detection method according to claim 3, further comprising: differentiating the third waveform and setting a position where the differentiation result is 0 to a position where the focus is best.

転写すべきパターン及びアライメントマークが形成されたマスクを保持するマスク保持台と、
前記マスク保持台に保持されたマスクからプロキシミティギャップを隔ててウエハが配置されるように、ウエハを保持するウエハ保持台と、
前記マスク保持台に保持されたマスクを介して、前記ウエハ保持台に保持されたウエハを露光する露光用ビーム源と、
前記マスクの表面にＸＹ直交座標系を定義した時、該マスクの表面の法線方向からＹ軸方向に傾いた光軸を有し、該マスクに形成されたアライメントマークを観測し、受光受像面上に像を形成する観測装置と、
制御装置と
を有し、該制御装置は、
前記受光受像面上の、物体空間のＸ軸に対応する方向をｕ軸とするｕｖ直交座標系を定義した時、受光受像面上の光強度を、ｖ座標ごとにｕ軸方向に積算して、ｖ軸方向に関する光強度分布を示す第１の波形を得る工程と、
前記第１の波形にハイパスフィルタを適用して、または該第１の波形を微分して、第２の波形を得る工程と、
前記第２の波形に基づいて、最もピントのあっているｖ軸上の位置を検出する工程と
を実行する露光装置。 A mask holder for holding a mask on which a pattern to be transferred and an alignment mark are formed;
A wafer holding table for holding the wafer such that the wafer is arranged with a proximity gap from the mask held by the mask holding table;
An exposure beam source for exposing the wafer held on the wafer holding table via the mask held on the mask holding table;
When an XY orthogonal coordinate system is defined on the surface of the mask, an optical axis inclined in the Y-axis direction from the normal direction of the surface of the mask is observed, an alignment mark formed on the mask is observed, and a light receiving image receiving surface An observation device that forms an image on the top;
A control device, the control device comprising:
When a uv orthogonal coordinate system with the u axis as the direction corresponding to the X axis of the object space on the light receiving image surface is defined, the light intensity on the light receiving image surface is integrated in the u axis direction for each v coordinate. Obtaining a first waveform indicating a light intensity distribution in the v-axis direction;
Applying a high pass filter to the first waveform or differentiating the first waveform to obtain a second waveform;
And a step of detecting a position on the v-axis that is in focus based on the second waveform.

さらに、前記マスク保持台に保持されたマスクと、前記ウエハ保持台に保持されたウエハとの間隔が変化するように、前記マスク保持台またはウエハ保持台を移動させる移動機構を有し、
前記観測装置は、前記マスクに形成されたアライメントマークを観測すると共に、前記ウエハ保持台に保持されたウエハに形成されたアライメントマークを観測して、前記受光受像面上に像を形成し、
前記制御装置は、さらに、マスクのアライメントマークの像の最もピントの合っている位置と、ウエハのアライメントマークの最もピントの合っている位置との相対関係から、マスクとウエハとの間隔を求める工程を実行する請求項６に記載の露光装置。 And a moving mechanism for moving the mask holding table or the wafer holding table so that an interval between the mask held on the mask holding table and the wafer held on the wafer holding table changes.
The observation device observes the alignment mark formed on the mask, observes the alignment mark formed on the wafer held on the wafer holding table, forms an image on the light receiving image receiving surface,
The control device further determines a distance between the mask and the wafer from a relative relationship between the most focused position of the image of the mask alignment mark and the most focused position of the wafer alignment mark. The exposure apparatus according to claim 6, wherein:

前記制御装置は、求められたマスクとウエハとの間隔に基づいて、両者の間隔が目標値に近づくように前記移動機構を制御する請求項７に記載の露光装置。 8. The exposure apparatus according to claim 7, wherein the control device controls the moving mechanism based on the obtained distance between the mask and the wafer so that the distance between the two approaches a target value.

（ａ）第１の対象物の表面にＸＹ直交座標系を定義した時、該第１の対象物に、Ｙ軸方向に配列した複数の散乱箇所を含む第１のアライメントマークが形成されており、該第１の対象物からかある間隙を隔てて配置された第２の対象物に、Ｙ軸方向に配列した複数の散乱箇所を含む第２のアライメントマークが形成されており、該第１の対象物の表面の法線方向からＹ軸方向に傾いた光軸を有する観測装置で該第１及び第２のアライメントマークを観測し、像を受光受像面上に形成する工程と、
（ｂ）前記受光受像面上の、物体空間のＸ軸に対応する方向をｕ軸とするｕｖ直交座標系を定義した時、前記第１のアライメントマークの像を含む領域の光強度を、ｖ座標ごとにｕ軸方向に積算して、ｖ軸方向に関する光強度分布を示す第１の波形を得る工程と、
（ｃ）前記第１の波形にハイパスフィルタを適用して、または該第１の波形を微分して、第２の波形を得る工程と、
（ｄ）前記第２の波形に基づいて、最もピントのあっているｖ軸上の位置を検出する工程と、
（ｅ）前記第２のアライメントマークの像を含む領域の光強度を、ｖ座標ごとにｕ軸方向に積算して、ｖ軸方向に関する光強度分布を示す第３の波形を得る工程と、
（ｆ）前記第３の波形にハイパスフィルタを適用して、または該第３の波形を微分して、第４の波形を得る工程と、
（ｇ）前記第４の波形に基づいて、最もピントのあっているｖ軸上の位置を検出する工程と、
（ｈ）前記工程ｄで求められた最もピントの合っている位置と、前記工程ｇで求められた最もピントの合っている位置とのｖ軸方向の距離から、前記第１の対象物と第２の対象物との間隔を求める工程と
を有する間隔測定方法。 (A) When an XY orthogonal coordinate system is defined on the surface of the first object, a first alignment mark including a plurality of scattering points arranged in the Y-axis direction is formed on the first object. A second alignment mark including a plurality of scattering points arranged in the Y-axis direction is formed on the second object arranged with a certain gap from the first object, and the first object Observing the first and second alignment marks with an observation apparatus having an optical axis inclined in the Y-axis direction from the normal direction of the surface of the object, and forming an image on the light receiving and receiving surface;
(B) When a uv orthogonal coordinate system is defined on the light receiving and receiving surface with the u axis as the direction corresponding to the X axis of the object space, the light intensity of the region including the image of the first alignment mark is expressed as v Integrating each coordinate in the u-axis direction to obtain a first waveform indicating a light intensity distribution in the v-axis direction;
(C) applying a high-pass filter to the first waveform or differentiating the first waveform to obtain a second waveform;
(D) detecting the most focused position on the v-axis based on the second waveform;
(E) integrating the light intensity of the region including the image of the second alignment mark in the u-axis direction for each v coordinate to obtain a third waveform indicating a light intensity distribution in the v-axis direction;
(F) applying a high-pass filter to the third waveform or differentiating the third waveform to obtain a fourth waveform;
(G) detecting the most focused position on the v-axis based on the fourth waveform;
(H) From the distance in the v-axis direction between the most in-focus position obtained in the step d and the most in-focus position obtained in the step g, the first object and the first object And a step of obtaining a distance between the two objects.