JP4007231B2 - マーク検出方法および露光方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、近接露光の際に用いる位置合わせマークを有するウェハおよび露光マスクにおける検出方法および露光方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置製造におけるリソグラフィ工程は、現在は光リソグラフィが主流であり、最小加工線幅0.09μm世代ではArFエキシマを用いた波長193nmの露光装置が量産に適用されているが、その次の0.065μm世代においては2kVの低加速電子線を用いて等倍近接露光を行うLEEPL(Low energy electron beam proximity projection lithography)が有力候補の一つとなっている。
【0003】
ところで、上述したLEEPLのように、ウェハと露光マスクとを近接配置して行う近接露光においては、ウェハと露光マスクとの位置合わせ(いわゆるアライメント)に、SLA(scatterd-light alignment)方式が採用されている。
【0004】
SLA方式においては、図3の要部拡大図に示すように、露光マスク1の表面1aおよびウェハ3の露光面3aに、ドットパターン5を所定方向(例えば図面上x方向)に配列させた位置合わせマーク(マスクマーク7、ウェハマーク7’)をそれぞれ設けている。これらのマスクマーク7、ウェハマーク7’は、ウェハ3の露光面3a上に露光マスク1を所定状態で近接配置した場合に、ドットパターン5の配列方向が同一方向に揃えられた所定の配置状態となるように、露光マスク1の表面1aおよびウェハ3の露光面3aにそれぞれ設けられていることとする。ここでは、例えば、x方向に4列にドットパターン5を配列してなる2つのウェハマーク7’の中央に、同様の配列状態のマスクマーク7が同一方向を向けて配置される構成とする。また、これらのマスクマーク7およびウェハマーク7’は、露光マスク1の表面1aおよびウェハ3の露光面3aの複数箇所にそれぞれの向きで配置されていることとする。
【0005】
このSLA方式が採用される露光装置には、図4に示すように、光源21、ハーフミラー22、レンズ23、像検出器24からなる検査光学系が、マスクステージ(図示省略)の周囲の複数箇所に設けられている。そして、各検査光学系は、光源21から照射された検査光hが、ハーフミラー22およびレンズ23を通過することでマスクステージ上の露光マスク1の表面1aに斜め方向から入射され、さらに露光マスク1を透過してウェハ3の露光面3aに入射されると共に、ウェハ3ウェハ11および露光マスク1のドットパターン5のエッジでの散乱光が、像検出器24で検出されるように構成されている。また、このような構成の検査光学系は、所定状態で配置された露光マスク1およびウェハ3におけるマスクマーク7およびウェハマーク7’の配置部に対応し、上述したドットパターン5の配列方向(図面上においてはx方向)に対して検査光hの入射面が平行となるように設けられている(以上、下記特許文献1参照)。
【0006】
【特許文献1】
特許第2955668号公報
【0007】
そして、アライメントを行う際には、各部に設けられた検査光学系で、マスクマーク7およびウェハマーク7’においての検査光hの散乱光を画像信号として検出する。ここで、図3を用いて説明したように、所定状態で配置された露光マスク1およびウェハ3においては、マスクマーク7の中央にウェハマーク7’が配置されるように設定されている。このため、図5(1)に示すように、ドットパターン5の配列方向と垂直な方向の画像信号の信号強度▲1▼には、マスクマーク7とウェハマーク7’の配置位置に対応して3つのピークが生じることになる。したがって、これらのピーク位置から、露光マスク1とウェハ3との間のx-y成分、θ成分、および倍率成分のずれが検知される。
【0008】
また、図4を用いて説明したように、検査光hの入射面が上述したドットパターン5の配列方向に平行となるように、露光マスク1およびウェハ3に対して検査光hが斜め方向から照射される。これにより、フォーカス面fsが露光マスク1およびウェハ3を斜めに横切ることになり、画像信号には、露光マスク1とウェハ3とのギャップgの大きさに対応したフォーカス位置(図3の2点鎖線で示す)のずれがドットパターン5の配列方向に生じることになる。このため、図5(2)に示すように、ドットパターン5の配列方向の信号強度を微分処理することで、ウェハマーク7’側のフォーカス位置fp1とマスクマーク7側のフォーカス位置fp2とが検出され、これらのフォーカス位置fp1、fp2から露光マスク1とウェハ間のギャップgのずれが検知される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上説明したSLA方式では、露光マスクとウェハ側の位置合わせマーク(マスクマークとウェハマーク)の画像を同時に検出してオート・ゲインを掛けるため、両者の信号強度の差が大きいと演算に十分な強度が取れなくなり検出精度が劣化しまう。特に、ウエハ側の位置合わせマークはウエハプロセスに依存して信号強度が変わるため、露光マスク側の位置合わせマークの信号強度と同程度に強くすることが望まれている。しかも、近年においては、ウェハと露光マスクとの間のギャップが露光精度に大きな影響を与えるようになってきている。このため、ウェハ−露光マスク間のギャップ検出精度のさらなる向上も望まれている。
【0010】
そこで本発明は、ウェハ−露光マスク間のギャップの補正を含むアライメント精度の向上を図ることが可能なマーク検出方法および露光方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するための本発明は、近接露光の際の位置合わせ用の検査光を散乱させるエッジを備えた位置合わせマークを露光面に設けてなるウェハであり、特に位置合わせマークの構成に特徴を備えている。すなわち、位置合わせマークは、所定方向にドットパターンを配列してなるドットパターン群を、当該ドットパターンの配置間隔よりも広い配置間隔で当該所定方向に配列してなることを特徴としている。
【0012】
このような構成のウェハにおいては、位置合わせの際の検査光を散乱させるエッジが、位置合わせマークを構成するドットパターンによって供給されることになる。ここで、露光面には、所定方向に沿ってドットパターンを配列してなるドットパターン群が、ドットパターンの配置間隔よりも広い間隔で当該所定方向に配置されている。このため、入射面がドットパターンの配列方向に平行な斜め上方から、露光面に対して検査光を入射させた場合、エッジが高密度に配置されることで検査光の散乱が多く信号強度が高い部分が、ドットパターンの配列方向に周期的に配置されることになる。したがって、この信号強度が高い部分においてウェハの位置合わせマークの検出強度が十分に高められる。しかも、検査光のフォーカス位置付近において、周期的に信号強度が変化するため、フォーカス位置付近においての信号強度の変化が大きくなり、フォーカス位置の検出精度が向上する。
【0013】
また、本発明は、このような位置合わせマークを有する露光マスクを用いたマーク検出方法および露光方法でもある。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0015】
図1には、実施形態のウェハにおける位置合わせマーク部分の拡大平面図を示す。この図に示すウェハ11は、従来の技術で説明したと同様に、近接露光を行う際にSLA方式でのアライメントが行われるものであり、その露光面11aには次のような構成の位置合わせマーク(以下、ウェハマークと記す)13が設けられている。
【0016】
すなわちウェハマーク13は、所定方向に複数のドットパターン15を配列してなるドットパターン群15aを、ドットパターン15の配列方向と同一の所定方向に向かって複数列に配列された構成となっている。
【0017】
各ドットパターン15は、ドットパターン15の配列方向(ここではx方向とする)に所定の長さLを有し、それと垂直な方向に所定の幅Wを有する矩形の凸状パターン、または凹状パターンであることとする。そして、このようなドットパターン15で構成される各ドットパターン群15aは、ドットパターン15を、その配列方向xに所定の配置間隔p1で配列してなる。ここでは例えば、長さL=0.5μm×幅W=2.0μmのドットパターン15を、配置間隔p1=0.2μmで配列方向x(長さL方向)に3個並べてドットパターン群15aが構成されていることとする。
【0018】
そして、このようなドットパターン群15aで構成されるこのウェハマーク13は、ドットパターン15の配列方向xに沿って、ドットパターン群15aを所定の配置間隔p2で配列してなる。この配置間隔p2は、ドットパターン15の配置間隔p1およびドットパターン15の長さLよりも大きいことする。ここでは、例えば配置間隔p2=2μmで構成されていることとする。また、ここでは、以上のような配置間隔p2でx方向に配列されたドットパターン群15aの列が、y方向に3列配置されていることとする。ドットパターン群15aのy方向の間隔は、例えば0.2μm程度であることとする。
【0019】
尚、このような構成のウェハマーク13は、従来のウェハマークにおける各ドットパターン内に、スリットsを設けた構成であって良い。
【0020】
そして、上述した構成のウェハマーク13の露光面11aへの配置状態は、従来のウェハマークと同様であり、例えば、図3を用いて説明した構成における2つのウェハマーク7’を、それぞれ実施形態で説明した構成のウェハマーク13に置き換えた構成であることとする。またさらに、これらのウェハマーク13は、ウェハ11の露光面11aの複数箇所にそれぞれの向き(x方向、y方向)で配置されていることとする。
【0021】
そして、以上のようなウェハマーク13を備えたウェハ11に対して近接露光を行う場合には、従来と同様のSLA方式でのアライメントが行われる。すなわち、露光装置に配置したウェハ11の露光面11a上に、従来と同様のマスクマークを設けた露光マスクを所定状態で近接配置する。そして、露光マスクを囲む各部に設けられた検査光学系を用いて、マスクマークおよびウェハマーク13においての検査光hの散乱光を画像信号として検出する。この際、検査光hを散乱させるエッジが、ウェハマーク13を構成するドットパターン15によって供給されることになる。
【0022】
以上説明した構成のウェハマーク13は、所定方向xに沿ってドットパターン15を配列してなるドットパターン群15aが、ドットパターン15の配置間隔p1よりも広い間隔p2で所定方向xに配置されている。このため、入射面がドットパターン15の配列方向xに平行に保たれるような斜め上方から、露光面11aに対して検査光hが入射されると、エッジが高密度に配置されることで検査光hの散乱が多く信号強度が高い部分が、配列方向xに周期的に配置されることになる。
【0023】
したがって、この信号強度が高い部分において、ウェハ11の位置合わせマークの検出強度が十分に高められる。これにより、図5(2)に示すように、ドットパターン5の配列方向と垂直な方向における信号強度▲2▼を、ウェハマークと露光マスク側のマスクマークとで同程度にすることが可能になり、ウェハ−露光マスク間のx−y成分、θ成分、および倍率成分のずれの検出精度の向上が図られる。
【0024】
しかも、ウェハマーク13のフォーカス位置付近においては、配列方向xの信号強度が周期的に変化する。このため、図5(2)に示すように、ドットパターン5の配列方向の信号強度の微分値▲2▼は、ウェハマークのフォーカス位置fp1付近においてのより狭い範囲で大きく変化するようになり、フォーカス位置fp1の検出精度が向上する。これにより、ウェハ−露光マスク間のギャップgの検出の検出精度の向上が図られる。
【0025】
以上の結果、SLA方式のアライメントにおいて、ウェハ−露光マスク間のギャップの制御を含むアライメント精度の向上を図ることが可能になる。
【0026】
以上説明した実施形態においては、1つのドットパターン群15aが3つのドットパターン15で構成された場合を説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されることなく、図2に示すように1つのドットパターン群15aが4つ以上のドットパターン15からなる構成、さらには1つのドットパターン群15aが2つのドットパターン15からなる構成であっても良い。この場合、ドットパターン15の長さLおよび配置間隔p1を小さくすることで、信号強度を強めることができる。
【0027】
また、ドットパターン群15aの配置方向xの長さおよび配置間隔p2によって、上述した信号強度の周期が変化する。このため、露光マスク−ウェハ間のギャップの大きさによって、微分波形がよりシャープになるように(すなわちスポットとスポットの分離解像性が保てるように)配置間隔p2を適宜設定することで、フォーカス位置の検出精度をより向上させることが可能である。
【0028】
尚、上述した構成のウェハマーク13は、そのまま露光マスク用の位置合わせマーク(マスクマーク)として露光マスクに設けても良い。この場合、図3を用いて説明した構成のマスクマーク7を、そのままウェハマーク(位置合わせマーク)13に置き換えてこれをマスクマークとして良い。このようなマスクマークを露光マスクに設けることで、SLA方式によるアライメントの際に、露光マスクにおける信号強度を強めることができる。これにより、ウェハの露光面が反射性の高い材料で構成されている場合に、マスクマークの信号強度をウェハマークと同程度にまで高めることができる。またマスクマークのフォーカス位置の検出精度を向上させることが可能になるため、ウェハマークと組み合わせて用いることで、ウェハ−露光マスク間のギャップgの検出精度をさらに向上させることが可能になる。
【0029】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のマーク検出方法および露光方法によれば、SLA方式のアライメントを行う場合に、x-y成分、閘成分、および倍率成分のずれを検出するための信号強度を高めることができ、かつウェハ−露光マスク間のギャップを検出するためフォーカス位置の検出精度を高めることができる。したがって、ウェハ−露光マスク間のギャップの制御を含むアライメント精度の向上を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態のウェハに設けられる位置合わせマークの構成図である。
【図2】本発明のウェハに設けられる位置合わせマークの他の例を示す構成図である。
【図3】従来の技術を説明する図である。
【図4】SLA方式を行う検査光学系を説明する図である。
【図5】SLA方式における信号処理を説明するグラフである。
【符号の説明】
11…ウェハ、11a…露光面、13,13’…ウェハマーク(位置合わせマーク)、15…ドットパターン、15a…ドットパターン群、h…検査光、p1…配置間隔(ドットパターン間)、p2…配置間隔(ドットパターン群間)
Claims (12)
- 所定方向にドットパターンを配列してなる位置合わせマークを有するウェハ上に、前記位置合わせマークと同じパターン配列の位置合わせマークを有する露光マスクを、前記位置合わせマークの配列方向が同一方向に揃えられた所定の配置状態となるように配置した状態で、位置合わせ用の検査光を前記露光マスクを透過して前記ウェハの露光面に入射させ、当該ウェハおよび露光マスクのドットパターンのエッジでの散乱光を検出する位置合わせマーク検出方法において、
前記ウェハまたは露光マスクの何れか一方の位置合わせマークは、平面上に凸状パターンとして設けたドットパターン内にスリットを設けることにより、所定方向にドットパターンを配列してなるドットパターン群を当該ドットパターンの配置間隔よりも広い配置間隔で所定方向に配列してなる位置合わせマークとして構成されている
ことを特徴とする位置合わせマーク検出方法。 - 前記露光マスクおよび前記ウエハに対して前記位置合わせ用の検査光が斜めから入射される
ことを特徴とする請求項1に記載の位置合わせマーク検出方法。 - 前記位置合わせ用の検査光の入射面は、前記ドットパターンの配列方向に平行に保たれるような斜め上方から入射される
ことを特徴とする請求項1に記載の位置合わせマーク検出方法。 - 前記露光は、近接露光である
ことを特徴とする請求項1に記載の位置合わせマーク検出方法。 - 前記検査光の散乱を前記ドットパターンの配列方向の信号強度の微分処理により行う
ことを特徴とする請求項1に記載の位置合わせマーク検出方法。 - 前記検査光の散乱が多く信号強度が高い部分が配列方向に周期的に配置される
ことを特徴とする請求項1に記載の位置合わせマーク検出方法。 - 所定方向にドットパターンを配列してなる位置合わせマークを有するウェハ上に、前記位置合わせマークと同じパターン配列の位置合わせマークを有する露光マスクを、前記位置合わせマークの配列方向が同一方向に揃えられた所定の配置状態となるように配置した状態で、位置合わせ用の検査光を前記露光マスクを透過して前記ウェハの露光面に入射させ、当該ウェハおよび露光マスクのドットパターンのエッジでの散乱光を検出することによって当該ウェハおよび露光マスクとの位置合わせを行い、
次いで、前記露光マスクを介して前記ウェハに露光を行う露光方法において、
前記ウェハまたは露光マスクの何れか一方の位置合わせマークは、平面上に凸状パターンとして設けたドットパターン内にスリットを設けることにより、所定方向にドットパターンを配列してなるドットパターン群を当該ドットパターンの配置間隔よりも広い配置間隔で所定方向に配列してなる位置合わせマークとして構成されている
ことを特徴とする露光方法。 - 前記露光マスクおよび前記ウエハに対して前記位置合わせ用の検査光が斜めから入射される
ことを特徴とする請求項7に記載の露光方法。 - 前記位置合わせ用の検査光の入射面は、前記ドットパターンの配列方向に平行に保たれるような斜め上方から入射される
ことを特徴とする請求項7に記載の露光方法。 - 前記露光は、近接露光である
ことを特徴とする請求項7に記載の露光方法。 - 前記検査光の散乱を前記ドットパターンの配列方向の信号強度の微分処理により行う
ことを特徴とする請求項7に記載の露光方法。 - 前記検査光の散乱が多く信号強度が高い部分が配列方向に周期的に配置される
ことを特徴とする請求項7に記載の露光方法。
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