JPH0864500A

JPH0864500A - 信号処理方法および位置検出光学系の調整方法およびターゲットパターンならびに露光方法および露光装置

Info

Publication number: JPH0864500A
Application number: JP6200480A
Authority: JP
Inventors: Susumu Komoriya; 進小森谷; Takahiro Machida; 貴裕町田; Shinji Kuniyoshi; 伸治国吉; Nobuyuki Irikita; 信行入来; Hiroshi Maejima; 央前島; Masamichi Kobayashi; 正道小林
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-08-25
Filing date: 1994-08-25
Publication date: 1996-03-08
Also published as: EP0701174A1; CN1123466A; TW283254B

Abstract

(57)【要約】【目的】コントラストおよび対称性の良い位置検出信
号を得ることが可能なターゲットパターンを提供する。【構成】検査光の波長λ、開口数ＮＡ、パーシャル・
コヒーレンシσの位置検出光学系で検出されるターゲッ
トパターン１を、凸状の幅Ｗ１（＜0.５λ（１＋σ）／
ＮＡ）のドット部またはライン部１ａと、その周囲に配
置されたピッチＰ（＜λ（１＋σ）／ＮＡ）、凸部の幅
Ｗ２（＜0.５λ（１＋σ）／ＮＡ）の繰り返し段差部１
ｂとで構成する。また、ターゲットパターン２を、凹状
の幅Ｗ１（＜0.５λ（１＋σ）／ＮＡ）のドット部また
はライン部２ａと、その周囲に配置されたピッチＰ（＜
λ（１＋σ）／ＮＡ）、凸部の幅Ｗ２（＜0.５λ（１＋
σ）／ＮＡ）の繰り返し段差部２ｂとで構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、信号処理技術および位
置検出光学系の調整技術およびターゲットパターンなら
びに露光技術に関し、特に、高精度の位置合わせを要求
される半導体装置の製造プロセスに適用して有効な技術
に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、特開平４−１４７１５１号公
報に開示されているように、半導体装置の製造プロセス
では、レチクル等の原版を透過した露光光を半導体ウェ
ーハ上のレジストに投影させて回路パターンを転写する
投影露光装置が用いられている。

【０００３】明視野方式の検出光学系で位置合わせを行
う投影露光装置は図２２に示すようにパターンを投影す
る投影レンズとＸＹステージとパターンの位置を認識す
る明視野検出光学系等から構成されており、位置合わせ
のためにウェーハ上のパターンを検出光学系で画像信号
として検出し、メモリに記憶したうえで、信号処理を行
いパターンの位置を高精度に認識している。

【０００４】高い位置合わせ精度を得るためには、検出
光学系の光学系収差や検出用照明光軸ずれ等の誤差が無
い様に正確に調整する必要がある。

【０００５】従来の明視野方式検出光学系調整方法とし
ては、図２３（ａ）および（ｂ）に示す様にレジストパ
ターン等を検出し、その検出波形の左右の信号の高さの
差から判定する方法が用いられている。しかしながら作
業者のカンと経験によるところが多く、調整者による個
人差が大きいという問題がある。

【０００６】画像信号（Ｇ）は位置（ｉ）の関数Ｇ＝Ｇ
（ｉ）として記憶される。

【０００７】従来の信号処理としては、たとえば、特開
昭６１−２３６１１７号公報に開示された技術のよう
に、対称性演算法が一般的に用いられている。対称性演
算法は、任意の検出基準点（ｊ）に対して、対称性の不
一致度Ｚ（ｊ）を計算し、Ｚ（ｊ）が最小となる位置を
求める方法である。対称性は、

【０００８】

【数２】

【０００９】の式で計算する。ここでｋは対称性演算の
積分範囲の変数であり、積分範囲はｋ１からｋ２であ
り、ともに正の整数である。ｊは検出基準点の変数であ
る。本方法は、基準点に対しての対称性誤差を求めてお
り、画像信号が対称の場合、高精度の検出ができる。し
かし、上述の積分範囲内に波形が無い場合もＺ（ｊ）の
値は小さくなり、極小値が多数個出現するため、誤認識
しやすい問題がある。また、波形の対称性の絶対値を比
較評価することは困難である。

【００１０】またウェーハを高精度の位置合わせするた
めには、コントラストが良く、対称性の良い信号が得ら
れるターゲットパターンを挿入する必要がある。

【００１１】従来のターゲットパターン挿入方法として
は、図２４に示す様に多層膜の無地の領域にターゲット
パターンを転写し、エッチングにより、段差をつける方
法が用いられている。さらに、この上に多層膜が堆積さ
れ、その上にレジスト膜が塗布されている。多層膜での
光の干渉による影響や堆積された多層膜や塗布されたレ
ジスト膜の段差上での非対称による影響があり、十分な
検出信号が得られない場合がある。

【００１２】検出信号が不十分な場合、高精度な位置合
わせができない問題がある。

【００１３】暗視野方式の検出光学系で位置合わせを行
う投影露光装置は、図２５に示すように、パターンを投
影する投影レンズとＸＹステージとパターンの位置を認
識する暗視野検出光学系等から構成されており、細長い
形状のレーザビームのスポットを図１９に示すウェーハ
上のターゲットパターン（複数の四角形の凹形のドット
部を所定のピッチでレーザビームのスポットの長手方向
に配列したもの）に照射し、検出器の手前の入射瞳共役
面に配置された遮光板（空間フィルタ）によってターゲ
ットパターンで生じる０次光をカットすることにより、
ターゲットパターンで生じる０次光以外の回折光を検出
し、メモリに記憶したうえで信号処理を行い、ターゲッ
トパターンの位置を高精度に認識している。

【００１４】暗視野方式の検出の場合、レーザビームの
スポット位置は固定されており、ウェーハを移動するこ
とによりターゲットパターンを走査している。このた
め、検出光学系の収差の影響を受けにくい長所がある反
面、図１９に示すターゲットパターンは、段差上の膜の
カバレッジ非対称やターゲットパターン周辺のわずかな
凹凸（グレイン）の影響により位置合わせ精度が劣化し
やすい等の問題がある。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】明視野方式の検出光学
系で高精度の位置合わせ精度を得るためには、検出光学
系の光学系収差や検出用照明光軸ずれ等の誤差が無い様
に正確に調整する必要がある。検出光学系の代表的な誤
差としては、（１）検出用照明光軸ずれ（２）焦点位置誤差（３）検出光学系のコマ収差（４）検出光学系の色収差等があり、これらの誤差により検出精度が劣化する。

【００１６】本発明の目的は、コマ収差や照明光軸ずれ
等の誤差要因を弁別して、高精度に位置検出光学系を調
整することが可能な位置検出光学系の調整技術を提供す
ることにある。

【００１７】高精度の位置合わせ精度を得るためには、
位置検出光学系の光学系収差や検出用照明光軸ずれ等の
誤差の影響が少ない信号処理方法が必要である。しか
し、上述の対称性演算法は積分範囲内に波形が無い場合
もＺ（ｊ）の値は小さくなり、極小値が多数個出現する
ため、誤認識しやすい問題がある。

【００１８】また、波形の対称性の絶対値を比較評価す
ることは困難である。

【００１９】本発明の他の目的は、誤認識が少なく、波
形の対称性の絶対値を比較評価が可能な信号処理技術を
提供することにある。

【００２０】またウェーハを高精度に位置合わせするた
めには、コントラストが良く、対称性の良い信号が得ら
れるターゲットパターンを挿入する必要がある。

【００２１】ターゲットパターンは多層膜での光の干渉
による影響やデポされた多層膜や塗布されたレジスト膜
の段差上での非対称による影響によって、十分な検出信
号が得られない場合がある。この場合、高精度な位置合
わせができないことがある。

【００２２】本発明の目的は、明視野方式の検出光学系
においてコントラストおよび対称性の良い位置検出信号
が得られるターゲットパターンを提供することにある。

【００２３】暗視野方式の検出光学系で、高精度の位置
合わせ精度を得るためには、ターゲットパターンの段差
上の膜のカバレッジ非対称や、ターゲットパターン周辺
の凹凸（グレイン）の影響を軽減する必要がある。ター
ゲットパターンの段差上には、ＳｉＯ₂,ポリＳｉ，メタ
ル等の膜が形成される。さらにこの上に、レジスト膜が
塗布される。これらの膜はＣＶＤ、スパッタ、回転塗布
等の方法により形成されるが、完全には対称に段差上に
形成されない。非対称なターゲットパターン段差は、検
出信号波形の非対称や位置ズレを生じるため、検出精度
が劣化する。

【００２４】また、メタル等のデポ膜は生成の過程で表
面にわずかな凹凸（グレイン）を生じるが、これは検出
信号波形のＳ／Ｎ比を劣化させるため検出精度が劣化す
る。

【００２５】本発明の目的は、暗視野方式の検出光学系
において、ターゲットパターン段差上の膜のカバレッジ
非対称の影響を軽減し、高精度の位置検出が可能なター
ゲットパターンを提供することにある。

【００２６】本発明のさらに他の目的は、暗視野方式の
検出光学系において、ターゲットパターン周辺のグレイ
ンの影響を軽減し、高精度の位置検出が可能なターゲッ
トパターンを提供することにある。

【００２７】本発明のさらに他の目的は、高精度のパタ
ーン転写が可能な露光技術を提供することにある。

【００２８】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００２９】

【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、
以下のとおりである。

【００３０】検出光学系で検出される画像信号波形は波
動光学理論により、近似的に求めることができる。光の
波動（Ｕ）は、

【００３１】

【数３】

【００３２】として与えられる。ここにＡ（ｔ）は光源
の波動の振幅であり、時間（ｔ）の関数である。ωは波
動の角速度である。また、Ｋ＝２π／λであり、λは波
長である。βは光路差である。同一の点から発する光は
時間に無関係に一定な振幅として考えることができ、

【００３３】

【数４】

【００３４】として扱える。

【００３５】パターン面が平行光で照明されている場
合、パターン面により光の反射光の強度差や位相差を生
じる。反射光は互いに干渉し、検出光学系の瞳面上にフ
ーリェ変換像を結像する。フーリェ変換像（Ｆ）は、

【００３６】

【数５】

【００３７】として与えられる。ここにＭ（ｘ，ｙ）は
パターン面により光の反射光であり、複素数の関数であ
る。βは光路差であり、Θｘ，Θｙ，ｘ，ｙの関数であ
る。また、Ｋ＝２π／λであり、λは波長である。この
積分は必要なパターン面の領域について行う必要があ
る。

【００３８】検出光学系の瞳面上を通過した光は、レン
ズを通過することにより、像面上に結像される。結像し
た光の波動（Ｗ）は、

【００３９】

【数６】

【００４０】として与えられる。ここにＦ（Θｘ，Θ
ｙ）は瞳面上のフーリェ変換像であり、複素数の関数で
ある。βは光路差であり、Θｘ，Θｙ，ｘ，ｙの関数で
ある。また、Ｋ＝２π／λであり、λは波長である。こ
の積分は瞳面上の領域について行う必要がある。

【００４１】結像した光の強度は波動の自乗である。ま
た、照明光光源が有限の大きさをもつ場合は、それぞれ
の光源点は非干渉性があるとして、光の強度の平均値と
して求めることができる。

【００４２】検出光学系に収差がある場合は、光路差β
の関数を操作することにより求めることができる。

【００４３】図５（ａ）に明視野検出方式において理想
的なターゲットパターンを示す。これは、ターゲットパ
ターン部のみが１００％の反射率であり、ターゲットパ
ターンの周りは０％の反射率である。実際にはウェーハ
上に、このようなターゲットパターンを形成することは
困難であるが、本発明によれば、これと類似の画像信号
が得られるターゲットパターンを形成することが可能で
ある。これが課題を解決するための手段の１つである。

【００４４】波動光学理論を用いて、図５（ａ）に示す
理想的なターゲットパターンの瞳面上の波動を求めると
図５（ｂ）に示すようになる。

【００４５】さらに、理想的な明視野方式検出光学系で
得られる画像信号を求めると図６（ａ）に示すようにな
る。もし、明視野方式検出光学系に照明光軸の傾きがあ
る場合の画像信号を求めると図６（ｂ）に示すようにな
る。同様に、明視野方式検出光学系にコマ収差がある場
合の画像信号を求めると図６（ｃ）に示すようになる。

【００４６】上記計算において、波長（λ）＝６３３ｎ
ｍ、開口数（ＮＡ）＝0.５２とした。

【００４７】図６（ａ）は、横軸に検出方向の位置、縦
軸に光の強度を示す。フォーカスについては、それぞれ
＋３μｍ、０μｍ、−３μｍについて計算している。無
収差の明視野方式検出光学系においては、画像信号は完
全に対称形であり、またデフォーカス時においても画像
信号の劣化は少なく、対称形である。

【００４８】図６（ｂ）において、照明光軸の傾きがあ
る場合、ベストフォーカス時は画像信号は対称形である
が、デフォーカス時は画像信号は非対称形となり、また
位置ズレを生じる。

【００４９】図６（ｃ）において、コマ収差がある場
合、ベストフォーカス時も画像信号は非対称形となる。
デフォーカスの影響は小さい。

【００５０】上記の画像信号から、パターンの中心位置
や画像信号の対称性を正確にかつ定量的に求めるには、
適切な演算処理が必要となる。

【００５１】従来の信号処理としては、対称性演算法が
一般的に用いられている。対称性演算法は、任意の検出
基準点（ｊ）に対して、対称性の不一致度Ｚ（ｊ）を計
算し、Ｚ（ｊ）が最小となる位置を求める方法である。
対称性は、

【００５２】

【数７】

【００５３】の式で計算する。ここでｋは対称性演算の
積分範囲の変数であり、積分範囲はｋ１からｋ２であ
り、ともに正の整数である。ｊは検出基準点の変数であ
る。本方法は、基準点に対しての対称性誤差を求めてお
り、画像信号が対称の場合、高精度の検出ができる。し
かし、上述の積分範囲内に波形が無い場合もＺ（ｊ）の
値は小さくなり、極小値が多数個出現するため、誤認識
しやすい問題がある。

【００５４】また、波形の対称性の絶対値を比較評価す
ることは困難である。

【００５５】本発明で改良された信号処理技術では、積
分範囲はｋ１からｋ２までの間の画像信号の分散値を求
め、これを用いて対称性演算結果を正規化することによ
り、上述のような困難を克服する。

【００５６】具体的な演算式としては、

【００５７】

【数８】

【００５８】Ｇ_Bは積分範囲ｋ１からｋ２におけるＧ
（ｊ＋ｋ）の平均値。

【００５９】を求め、正規化された対称性演算結果
（Ｓ）を、

【００６０】

【数９】

【００６１】もしくは、

【００６２】

【数１０】

【００６３】として求める。

【００６４】図７（ａ）に無収差の明視野方式検出光学
系で得られた画像信号を正規化対称性演算した結果を示
す。

【００６５】図７（ｂ）に照明光軸に傾きがある場合の
明視野方式検出光学系で得られた画像信号を正規化対称
性演算した結果を示す。

【００６６】図７（ｃ）にコマ収差がある場合の明視野
方式検出光学系で得られた画像信号を正規化対称性演算
した結果を示す。

【００６７】図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）は上
記の２番目の式（平方根を用いた式）を用いている。画
像信号に対して正規化対称性演算処理を行うとパターン
の中心位置で対称性誤差が最小となることから、容易に
パターンの中心位置を求めることができる。

【００６８】図７（ａ）の無収差の明視野方式検出光学
系で得られた画像信号を正規化対称性演算処理した結果
においては、フォーカス値にかかわらずパターンの中心
位置において対称性誤差は零である。これは画像信号波
形が完全に対称であることを示している。

【００６９】図７（ｂ）の照明光軸に傾きがある場合の
検出光学系で得られた画像信号を正規化対称性演算処理
した結果においては、デフォーカス時にパターンの中心
位置がシフトすることを示している。しかし、画像信号
波形の対称性は比較的良いことを示している。

【００７０】図７（ｃ）のコマ収差がある場合の明視野
方式検出光学系で得られた画像信号を正規化対称性演算
処理した結果においては、パターンの中心位置のシフト
量は小さいが、ベストフォーカス時においても対称性誤
差は大きい。これは画像信号波形が非対称であることを
示している。

【００７１】正規化対称性演算処理を用いることによ
り、パターンの中心位置を正確に求めると同時に画像信
号波形の対称性を正確かつ定量的に求めることができ
る。

【００７２】ウェーハを高精度に位置合わせするために
は、コントラストが良く、対称性の良い信号が得られる
ターゲットパターンを挿入する必要がある。

【００７３】ターゲットパターンは多層膜での光の干渉
による影響やデポされた多層膜や塗布されたレジスト膜
の段差上での非対称による影響によって、十分な検出信
号が得られない場合があり、この場合高精度な位置合わ
せができないことがある。

【００７４】図１（ｃ）に従来の一般的な明視野検出用
ターゲットパターンの断面を示す。

【００７５】次に明視野検出用理想ターゲットパターン
と等価なコントラストが良く、対称性の良い信号が得ら
れるターゲットパターンを図１（ａ）と図１（ｂ）に示
す。

【００７６】図１（ａ）と図１（ｂ）の改良されたター
ゲットパターンは、段差の上の部分と下の部分の反射率
が等しい場合は等価の画像信号が得られる。しかし一般
のプロセスウェーハにおいては多層膜における薄膜多重
干渉の影響により、段差の上の部分と下の部分の反射率
が異なる。

【００７７】図１（ａ）の改良された明視野検出用ター
ゲットパターン１は、凸状のライン部またはドット部１
ａと、その周囲に配置された繰り返し段差部１ｂとから
なり、段差の上の部分の反射率が高い場合に有効であ
る。

【００７８】図１（ｂ）の改良された明視野検出用ター
ゲットパターン２は、凹状のライン部またはドット部２
ａと、その周囲に配置された繰り返し段差部２ｂとから
なり、段差の底の部分の反射率が高い場合に有効であ
る。

【００７９】図２に段差の上の部分と下の部分の反射率
が等しい場合の瞳面の波動分布を示す。

【００８０】前述の図５（ｂ）の理想的な瞳面の波動分
布と図２の改良ターゲットの瞳面の波動分布を比較する
と一見類似していないように見えるが、光学系のＮＡ＝
0.５２を考慮すると角度が±３０度以内の波動のみが有
効であり、この範囲に限定すれば類似している。

【００８１】改良されたターゲットパターンについて、
図３（ａ）に明視野方式の検出光学系が無収差の場合の
画像信号を、図３（ｂ）に明視野方式の検出光学系に照
明光軸ずれがある場合の画像信号を、図３（ｃ）に明視
野方式の検出光学系にコマ収差がある場合の画像信号
を、それぞれ示す。

【００８２】また、図４（ａ）に明視野方式の検出光学
系が無収差の場合の正規化対称性を、図４（ｂ）に明視
野方式の検出光学系に照明光軸ずれがある場合の正規化
対称性を、図４（ｃ）に明視野方式の検出光学系にコマ
収差がある場合の正規化対称性を、それぞれ示す。

【００８３】図５（ａ）の理想的な明視野検出用ターゲ
ットパターンと図１（ａ）改良された明視野検出用ター
ゲットパターン１と図１（ｂ）の改良された明視野検出
用ターゲットパターン２は、得られる画像信号の形状と
正規化対称性演算処理後の形状がほとんど類似している
ことがわかる。このため、明視野方式検出光学系におい
て高精度のアライメントが可能となる。

【００８４】図２６に暗視野検出方式の標準的なターゲ
ットパターン平面図を、図２７には、図２６において矢
印Ａ−Ａで示される部分の断面図を示す。このターゲッ
トパターンにレーザビームを照射すると、レーザ光はパ
ターンの段差の上の面と下の面で反射するが、段差深さ
により反射光は位相差を生じる。段差の上面と下面で反
射した光はそれぞれが干渉し、検出光学系の瞳面上に図
２８（ａ）や図２８（ｂ）に示すような回折像を生じ
る。この回折像の光強度分布と強度は、段差深さによる
上面と下面の反射光の位相差に強く影響され変化する。

【００８５】段差上に形成した膜の（走査方向における
エッジＥ１およびＥ２の各々での）カバレッジ非対称が
あると、段差深さがレーザビーム照射位置を走査するに
したがって非対称（図２８の（ａ）および（ｂ）はそれ
ぞれ、走査中にエッジＥ１およびＥ２の上をレーザビー
ムが通過する時に検出される回折像を示す）に変化す
る。このため、検出信号波形が非対称となり検出精度が
劣化する。この段差部の非対称は一般的に凹部の下面で
生じやすい。これは、エッチングによるムラやスパッタ
時凹部の一部が段差の影となるためである。

【００８６】従来のターゲットパターンは、段差の上面
と下面をほぼ同面積レーザ光を照射して生じる回折像を
検出しているため、段差部カバレッジ非対称の影響を受
けやすい。

【００８７】本発明で改良された暗視野検出用ターゲッ
トパターンを図２９に示す。複数のａ部（ドット部：繰
り返し段差部１０４ｂ）の各々は、検出系の開口数をＮ
Ａ、検出波長をλとした場合、ピッチ寸法がλ／ＮＡ以
下のライン状の凹と凸のパターンで形成される。ａ部
（ドット部）の間のｂ部は平坦となっている。このパタ
ーンにレーザビームを照射すると、ａ部（ドット部）で
反射した光は、検出ＮＡ絞りの外側に回折像を生じるた
め、実効的には検出に寄与しなくなる。したがって、ｂ
部で反射した光の回折像が強くなり、図３０に示すよう
な回折像を生じる。

【００８８】図３０において、ａは０次光、ｂは１次
光、ｃは３次光である。０次光は図２５の空間フィルタ
でカットされ、１次光と３次光が主に検出される。

【００８９】図２９のｂ部は平坦となっているため、段
差上に形成した膜のカバレッジの非対称性の影響を受け
ることがなくなり、高精度の位置検出が可能となる。

【００９０】図１９に、暗視野方式の検出光学系でメタ
ル等のデポ膜生成でグレインがあるターゲットを検出場
合の検出信号を示す。レーザビームがパターンがなく平
坦な部分のみに照射されている場合、反射光は０次回折
光のみとなる。この０次光は遮光板でカットされるた
め、検出電圧はほぼ零となる。ＸＹテーブルを移動する
ことによりウェーハ上のターゲットパターンが移動し、
グレイン上にレーザビームが照射されると、グレインに
より反射角度が変化するため０次回折光が広がりを持っ
てくる。このため、遮光板で完全に遮光することができ
ず光がもれるためノイズ信号が生じる。さらにＸＹテー
ブルを移動し、レーザビームがターゲットパターン上に
照射されると正規の回折像を生じ、ターゲット信号が生
じる。

【００９１】ターゲット信号に対してノイズ信号の相対
比（Ｓ／Ｎ比）が増大すると、検出精度が劣化する。

【００９２】本発明で改良された暗視野検出用ターゲッ
トパターンを図１８に示す。この図１８のターゲットパ
ターンは、複数のドット部１０３ａの周囲に繰り返し段
差部１０３ｂを形成したものである。図１８の繰り返し
段差部１０３ｂは検出系の開口数をＮＡ、検出波長をλ
とした場合、ピッチ寸法がλ／ＮＡ以下のライン状の凹
と凸のパターンで形成される。このパターンにレーザビ
ームを照射すると、繰り返し段差部１０３ｂで反射した
光は検出ＮＡ絞りの外側に回折像を生じるため、検出電
圧はほぼ零となる。

【００９３】繰り返し段差部１０３ｂにグレインがある
場合は、グレインにより反射角度が変化し回折像が広が
りを持ってくるが、回折像は検出ＮＡ絞りの外側にある
ためモレ光は生じない。このためグレインによりノイズ
信号を生じなくなり、高精度の位置検出が可能となる。

【００９４】

【作用】明視野方式の検出光学系においては、最初に、
照明光軸ずれに敏感なターゲットパターンを用いて位置
検出光学系の照明光軸ずれを調整する。次にコマ収差に
敏感なターゲットパターンを用いて位置検出光学系のコ
マ収差を調整する。

【００９５】一方、プロセスウェーハには、照明光軸ず
れやコマ収差および焦点ズレに影響されない改良された
ターゲットパターンを形成する。

【００９６】そして、コマ収差や照明光軸ずれが補正さ
れることによって、位置検出光学系が最良に調整された
露光装置を用い、また上述の改良されたターゲットパタ
ーンをプロセスウェーハに形成して用いれば、高精度の
アライメントが可能となる。

【００９７】暗視野方式の検出光学系においては、上述
の改良されたターゲットパターンをプロセスウェーハに
形成していれば、段差上の膜のカバレッジ非対称やウェ
ーハ表面のグレインの影響を受けることなく、高精度の
アライメントが可能となる。

【００９８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。

【００９９】図８は、明視野方式の検出光学系における
本発明の一実施例である露光方法の一例を示すフローチ
ャートであり、図２０および図２１は、この露光方法が
適用される露光装置の構成の一例を示す概念図である。

【０１００】まず、本実施例の露光装置の概要を図２０
および図２１を参照しながら、説明する。本実施例の移
動ステージ１０の上には、ウェーハ２０が載置される露
光ステージ３０と、予備ステージ４０が搭載されてい
る。移動ステージ１０の上方には、下から順に、縮小投
影レンズ５１、露光瞳５２、レチクル５３、露光照明レ
ンズ５４等からなる露光光学系が設けられている。そし
て、レチクル５３を透過した露光光５５をウェーハ２０
に縮小投影することにより、当該ウェーハ２０の表面に
形成されたレジスト膜を所望のパターンの感光させる露
光処理を行う。

【０１０１】本実施例の露光装置には、露光光学系の他
に、ウェーハ２０上のターゲットパターンを検出して位
置合わせを行う位置検出光学系６０と、図２１に例示さ
れるように、レチクル５３と、移動ステージ１０（露光
ステージ３０）との位置合わせを行う一対の位置合わせ
光学系７０と、露光光学系のウェーハ２０に対する焦点
位置の調整を行うオートフォーカス機構８０と、移動ス
テージ１０（露光ステージ３０）の変位を精密に測定す
るための、レーザ測長機構９０、等が備えられている。
レーザ測長機構９０は、移動ステージ１０の側に配置さ
れたミラー９１と、信号処理機構を兼ね備え、測長レー
ザ９２ａを発生するレーザ源９２などからなる。

【０１０２】位置検出光学系６０は、図２０に例示され
るように、たとえば、検査光６１ａとして0.６３３μｍ
のレーザを発生する光源６１、コンデンサレンズ６２、
ハーフミラー６３、共役瞳６４、リレーレンズ６５、検
査光６１ａを露光瞳５２および縮小投影レンズ５１に導
く中継ミラー６６、撮像部６７、信号処理部６８等を含
んでいる。そして、ウェーハ２０上の後述のようなター
ゲットパターンからの検査光６１ａの反射光を撮像部６
７にて捕捉し、信号処理部６８にて、前述の式（７）〜
式（１０）による対称性演算等の画像処理を行うことに
より、ターゲットパターンの位置を精密に検出する、等
の動作を行う。

【０１０３】なお、暗視野方式の検出光学系の場合、位
置検出光学系６０では、細長い形状のレーザスポットに
よる暗視野照明を行うため、コンデンサレンズ６２に
は、たとえば、シリンドリカルレンズを用いる。また、
特に図示しないが、ハーフミラー６３と撮像部６７の間
には、共役瞳６４を投影結像するためのレンズと、回折
光のうち０次光をカットするための遮光板が設けられ
る。

【０１０４】予備ステージ４０の上には、位置合わせマ
ーク４２ａおよび位置合わせマーク４２ｂが形成された
ダミーウェーハ４１が載置されている。

【０１０５】一方、位置合わせ光学系７０は、露光光５
５と同じ、たとえばｉ線等の検査光７１ａを発生する光
源７１、コンデンサレンズ７２、ハーフミラー７３、リ
レーレンズ７４、検査光７１ａをレチクル５３上に形成
された位置合わせマーク５３ａおよび位置合わせマーク
５３ｂを介して露光光学系に導く中継ミラー７５、撮像
部７６、等を含んでいる。

【０１０６】そして、図２１に例示されるように、露光
光学系を予備ステージ４０の側に相対的に移動させ、レ
チクル５３上の位置合わせマーク５３ａおよび５３ｂの
検出画像と、ダミーウェーハ４１上の位置合わせマーク
４２ａおよび４２ｂの検出画像が一致するように、レチ
クル５３等の位置を補正し、その時の、レーザ測長機構
９０から得られた露光光学系（位置検出光学系６０）と
移動ステージ１０（露光ステージ３０）の位置関係を記
憶することにより、レチクル５３と、露光ステージ３０
上のウェーハ２０との精密な位置合わせを可能にしてい
る。

【０１０７】オートフォーカス機構８０は、検査光８１
ａを発生する光源８１と、露光光学系の光軸を挟む対称
位置に配置され、ダミーウェーハ４１上に検査光８１ａ
を導く中継ミラー８２および中継ミラー８３と、受光器
８４、等で構成されている。そして、露光光学系のダミ
ーウェーハ４１に対するベストフォーカス位置の時の、
ダミーウェーハ４１で反射される検査光８１ａの受光器
８４に対する入射位置を記憶することにより、ダミーウ
ェーハ４１と等価な位置にある露光ステージ３０上のウ
ェーハ２０に対する露光光学系の焦点位置合わせを自動
的に行うものである。

【０１０８】このような、露光装置において、本実施例
では、図８のフローチャートに基づいて、露光処理を行
う。

【０１０９】すなわち、最初に、位置検出光学系６０の
コマ収差や照明光軸ずれの調整を以下のようにして行
う。

【０１１０】照明光軸ずれチェック用のターゲットパタ
ーンとしては、図１（ｃ）従来ターゲットを用いた。本
実施例で用いた位置検出光学系６０の検査光６１ａの検
出波長はλ＝0.６３３μｍ、ＮＡ＝0.５２であり、ター
ゲットパターンは、たとえば、幅Ｗ＝４μｍ×長さ３０
μｍの矩形のラインパターンで、凹形の深さＤ＝λ／８
（＝0.０８μｍ）とした。なお、λ／８は、λ／８＋Ｎ
λ／２（Ｎは任意の整数）において、Ｎ＝０の場合であ
る。

【０１１１】図９（ａ）に検出光学系が無収差の場合の
画像信号を、図９（ｂ）に検出光学系に照明光軸ずれが
ある場合の画像信号を、図９（ｃ）に検出光学系にコマ
収差がある場合の画像信号を、それぞれ示す。

【０１１２】図１０（ａ）に検出光学系が無収差の場合
の正規化対称性を、図１０（ｂ）に検出光学系に照明光
軸ずれがある場合の正規化対称性を、図１０（ｃ）に検
出光学系にコマ収差がある場合の正規化対称性を、それ
ぞれ示す。

【０１１３】図１０における、画像信号の対称性評価に
ついては前述の正規化対称性演算処理を用いた。

【０１１４】上記条件（Ｄ＝λ／８（＝0.０８μｍ））
のターゲットパターンは、照明光軸ずれに対して敏感に
正規化対称性誤差が大きくなるため、照明光軸ずれを容
易にチェックすることが可能である。

【０１１５】すなわち、図１０（ｂ）におけるベストフ
ォーカス位置での正規化対称性誤差ε１の大小を評価
し、当該ε１が０になる状態が、照明光軸ずれのない状
態と判定することができ、この状態となるように、位置
検出光学系６０を調整する。具体的には、たとえば、光
源６１を検査光６１ａの光路を含む平面内で光軸に直交
する方向に微動させることによって調整する。

【０１１６】コマ収差チェック用のターゲットパターン
としては、図１（ｃ）の従来ターゲットを用いた。本実
施例で用いた位置検出光学系６０の検査光６１ａの検出
波長はλ＝0.６３３μｍ、ＮＡ＝0.５２であり、ターゲ
ットパターンは、たとえば、幅Ｗ＝４μｍ×長さ３０μ
ｍの矩形のラインパターンで、Ｄ＝λ／４（＝0.１６μ
ｍ）とした。なお、λ／４は、λ／４＋Ｎλ／２（Ｎは
任意の整数）において、Ｎ＝０の場合である。

【０１１７】図１１（ａ）に検出光学系が無収差の場合
の画像信号を、図１１（ｂ）に検出光学系に照明光軸ず
れがある場合の画像信号を、図１１（ｃ）に検出光学系
にコマ収差がある場合の画像信号を、それぞれ示す。

【０１１８】図１２（ａ）に検出光学系が無収差の場合
の正規化対称性を、図１２（ｂ）に検出光学系に照明光
軸ずれがある場合の正規化対称性を、図１２（ｃ）に検
出光学系にコマ収差がある場合の正規化対称性を、それ
ぞれ示す。

【０１１９】図１２における、画像信号の対称性評価に
ついては前述の式（１０）による正規化対称性演算処理
を用いた。

【０１２０】上記条件（Ｄ＝λ／４（＝0.１６μｍ））
のターゲットパターンは、コマ収差に対して敏感に正規
化対称性誤差が大きくなるため、コマ収差を容易にチェ
ックすることが可能である。すなわち、図１２（ｃ）に
おけるベストフォーカス位置での正規化対称性誤差ε２
の大小を評価し、当該ε２が０になる状態が、コマ収差
のない状態と判定することができ、この状態となるよう
に、位置検出光学系６０を調整する。具体的には、たと
えば、リレーレンズ６５を検査光６１ａの光路を含む平
面に直交する方向に微動させることによって調整する。

【０１２１】このような調整処理の後、実際の露光処理
に移行するが、本実施例では、ウェーハ２０に形成され
るターゲットパターンとして、図１（ｂ）に例示される
た構造のものを用いる。具体的には、明視野検出方式で
はたとえば、図１３に例示される形状とする。図１３
（ｂ）は、ターゲットパターン１０１の拡大平面図であ
り、図１３（ａ）は、その領域Ａを拡大して示す平面図
である。

【０１２２】なお、図１（ｂ）の場合と同様に、光学的
条件は、一例として、位置検出光学系６０の検査光６１
ａの波長λ＝0.６３３μｍ、縮小投影レンズ５１のＮＡ
＝0.５２である。また、パーシャル・コヒーレンシσ＝
0.４〜0.７とする。

【０１２３】すなわち、ターゲットパターン１０１は、
たとえば、幅Ｗ１＝3.７μｍ（＞0.６１μｍ）、で長さ
Ｌ＝３０μｍ、配列ピッチＬ１＝２０μｍの、複数の矩
形のライン部１０１ａと、このライン部１０１ａの間に
形成された、ピッチＰ＝1.２μｍ（＜λ（１＋σ）／Ｎ
Ａ）で、凹部の幅Ｗ１＝0.５μｍ（＜0.５λ（１＋σ）
／ＮＡ）凸部の幅Ｗ２＝0.７μｍ（＜0.５λ（１＋σ）
／ＮＡ）の繰り返し段差部１０１ｂから構成されてい
る。

【０１２４】図１７（ａ）および（ｂ）は、このような
ターゲットパターン１０１のウェーハ２０における形成
状態の一例を示す断面図である。すなわち、図１７
（ａ）は、たとえば、配線工程におけるターゲットパタ
ーン１０１の形成状態を示し、図１７（ｂ）は、ホール
形成工程におけるターゲットパターン１０１の形成状態
を示している。

【０１２５】図１７（ａ）では、Ｓｉ等の基板２１の上
に、ＳｉＯ₂等からなる絶縁膜２２、ポリＳｉまたはメ
タルからなる導体膜２３、ＳｉＯ₂等からなる絶縁膜２
４、ポリＳｉまたはメタルからなる導体膜２５、レジス
ト２６、等が多層膜構造に形成され、ＳｉＯ₂等からな
る絶縁膜２４に対して凹凸加工を施すことにより、その
上に被着形成されたポリＳｉまたはメタルからなる導体
膜２５が、繰り返し段差部１０１ｂをなす構造となって
いる。

【０１２６】同様に、図１７（ｂ）では、Ｓｉ等の基板
２１の上に、ＳｉＯ₂等からなる絶縁膜２２、ポリＳｉ
またはメタルからなる導体膜２３、ＳｉＯ₂等からなる
絶縁膜２４、レジスト２６、等が多層膜構造に形成さ
れ、ポリＳｉまたはメタルからなる導体膜２３に対して
凹凸加工を施すことにより、当該導体膜２３が、繰り返
し段差部１０１ｂをなす構造となっている。

【０１２７】このように形成することでライン部１０１
ａ部は明るく、繰り返し段差部１０１ｂは暗くなり、図
６（ａ）に示すようなコントラストが良く対称性の良い
画像信号が得られるため、高精度の位置検出が可能とな
る。

【０１２８】明視野検出方式で具体的に用いることがで
きる他のターゲットパターンを図１４に示す。図１４
（ｂ）は、ターゲットパターン１０２の全体平面図であ
り、図１４（ａ）は、その領域Ａを拡大して示す平面図
である。

【０１２９】この図１４の場合は、ターゲットパターン
１０２を構成するライン部１０２ａ自体を繰り返し段差
部１０２ｂによって構成したものである。

【０１３０】すなわち、複数のライン部１０２ａは、幅
Ｗ１＝4.１μｍ、長さＬ＝３０μｍの矩形状を呈し、配
列ピッチＬ１＝２０μｍで配列されている。個々のライ
ン部１０２ａは、その内部が、凸の幅Ｗ２＝0.７μｍ、
凹部の幅Ｗ３＝0.５μｍ、ピッチＰ＝1.２μｍの繰り返
し段差部１０２ｂによって構成されている。

【０１３１】この場合、ライン部１０２ａは暗くなりそ
の周辺は明るくなるため、上述の図１３の画像信号と比
較して明暗が逆転した画像信号となるが、コントラスト
と対称性は同様に優れており、高精度の位置検出が可能
である。

【０１３２】以上は明視野検出方式で適正なターゲット
パターンの例であるが、明視野検出方式では、検出原理
が異なるため適正なターゲットパターンは異なってく
る。

【０１３３】暗視野検出方式では、ターゲットパターン
によって生じる回折光を検出している。

【０１３４】この回折光の散乱角度の条件式は、

【０１３５】

【数１１】

【０１３６】で示される。

【０１３７】ここに、Ｐ：パターンのピッチ寸法、θ：
回折光の散乱角度、λ：検出波長、ｎ：任意の整数、で
あり、ｎ＝０のとき０次回折光、ｎ＝１のとき１次回折
光、ｎ＝２のとき２次回折光、ｎ＝ｎのときｎ次回折
光、となる。

【０１３８】図１９の従来技術ターゲットパターンは、
一辺が４μｍの正方形のパターンがピッチ８μｍで配置
されている。検出波長λ＝６３３ｎｍであり、１次光±
4.５°、３次回折光±１3.７°の方向に生じる。検出Ｎ
Ａは約0.２６程度あり、０次回折光は遮光板でカットし
ており、１次〜３次の回折光を検出している。

【０１３９】この従来技術ターゲットパターンは、すで
に述べたように、ウェーハ表面の凹凸（グレイン）によ
り０次回折光がもれるため、検出精度が劣化しやすい。

【０１４０】本発明で改良された暗視野検出用ターゲッ
トパターン図１８の具体的な実施例を図１５に示す。図
１５（ｂ）は、ターゲットパターン１０３の拡大平面図
であり、図１５（ａ）は、その領域Ａを拡大して示す平
面図である。

【０１４１】この図１５では、暗視野照明の場合に好適
なターゲットパターン１０３を示す。すなわち、この場
合のターゲットパターン１０３は、照明の走査方向に直
交する方向にピッチＰ２で配列された複数のドット部１
０３ａと、その周囲に配置された繰り返し段差部１０３
ｂとで構成されている。

【０１４２】一例として、ドット部１０３ａの配列ピッ
チＰ２は、たとえば８μｍであり、配列幅Ｌ２は、ほぼ
４８μｍである。また、繰り返し段差部１０３ｂのドッ
ト部１０３ａの配列方向における幅寸法Ｌ３は、８０μ
ｍである。個々のドット部１０３ａは、幅Ｗ１＝3.７μ
ｍ×Ｗ１′＝４μｍの四角形である。繰り返し段差部１
０３ｂのＰ、Ｗ２、Ｗ３等の寸法は、前述の図１３およ
び図１４の場合と同様である（光学的な条件も等し
い）。

【０１４３】この図１５の場合には、Ｗ１よりも幅が広
く、Ｌ２よりも長い矩形のレーザスポットによって選択
的に照明し、ターゲットパターン１０３を当該レーザス
ポットに対して相対的に、ドット部１０３ａの配列方向
に直交する方向に走査させて、画像信号を検出する。こ
の時、図１８および図１９に例示したように、ドット部
１０３ａの周囲に存在するグレイン等に起因するノイズ
による回折光が検出範囲外となり、ターゲットパターン
１０３のドット部１０３ａを明瞭に検出することができ
る。

【０１４４】本発明で改良された図２９の暗視野検出用
ターゲットパターンの具体的な実施例を図１６に示す。
図１６（ｂ）は、ターゲットパターン１０４の拡大平面
図であり、図１６（ａ）は、その領域Ａを拡大して示す
平面図である。

【０１４５】この図１６の場合、ターゲットパターン１
０４のドット部１０４ａ自体を、繰り返し段差部１０４
ｂで形成したものである。繰り返し段差部１０４ｂの諸
元（Ｐ、Ｗ２、Ｗ３）は図１５の場合と等しい。

【０１４６】この場合には、繰り返し段差部１０４ｂ
を、ウェーハ２０上に、たとえば、図１７（ａ）に例示
した構造で形成する場合、ドット部１０４ａを構成する
繰り返し段差部１０４ｂからの回折光は位置検出光学系
における検出視野の範囲外となって検出されなくなり、
ドット部１０４ａの間の平坦部からの回折光のみが検出
される結果、個々のドット部１０４ａにおける凹凸の薄
膜によるカバレッジの非対称性の影響がなくなるため、
単純な凹形あるいは凸形に形成する場合より、エッジ部
での検出信号の対称性が向上し、図２８（ａ）および
（ｂ）に例示したような各エッジ部での検出信号のばら
つき（非対称性）が減少するので、ターゲットパターン
１０４を高精度に検出できる結果、当該ターゲットパタ
ーン１０４を用いて行われるウェハ２０のレチクル５３
に対する位置合わせ精度の向上に寄与できる。

【０１４７】また、特に図示しないが、図１６に例示し
た繰り返し段差部１０４ｂによって構成されたドット部
１０４ａと、その背景領域に、図１５に例示された繰り
返し段差部１０３ｂを形成する技術を組み合わせてもよ
い。この場合には、エッジ部での検出信号の対称性の向
上と、背景領域のグレインに起因する０次光のもれ防止
によるＳ／Ｎ比向上とを両立させることができる。

【０１４８】そして、このようにして、ウェーハ２０上
に形成された、ターゲットパターン１０１、１０２、１
０３、１０４等を位置検出光学系６０で検出することに
より、ウェーハ２０を、レチクル５３に対して高精度に
位置合わせし、その状態で、レチクル５３を透過した露
光光５５を、縮小投影レンズ５１を介してウェーハ２０
上のレジスト２６に照射することにより、当該レジスト
２６を、所望のパターンに精密に露光することができ
る。

【０１４９】本発明者らの実験によれば、本実施例の技
術によって以下の効果が得られることが判明している。

【０１５０】（１）明視野方式の位置検出光学系６０の
照明光軸ずれ誤差を半分以下にすることができた。

【０１５１】（２）明視野方式の位置検出光学系６０の
コマ収差誤差を半分以下にすることができた。

【０１５２】（３）従来の対称性演算処理と比較して、
ターゲットパターンの中心位置の誤検出率を半分以下に
することができた。

【０１５３】（４）従来のターゲットパターンと比較し
て、アライメント誤差を約半分程度にすることができ
た。

【０１５４】（５）ＬＳＩの製造プロセスに本実施例の
技術を適用することにより、高集積化と歩留向上が得ら
れた。

【０１５５】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。

【０１５６】たとえば、上述の実施例では、一例とし
て、投影露光装置を例に説明してきたが、光学系と画像
信号処理機能を有する装置に応用できることはいうまで
もない。

【０１５７】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【０１５８】本発明の信号処理方法によれば、誤認識が
少なく、波形の対称性の絶対値を比較評価することがで
きる、という効果が得られる。

【０１５９】また、本発明の位置検出光学系の調整方法
によれば、コマ収差や照明光軸傾き等の誤差要因を弁別
して、高精度に検出光学系を調整することができる、と
いう効果が得られる。

【０１６０】また、本発明のターゲットパターンによれ
ば、コントラストおよび対称性の良い位置検出信号が得
られる、という効果がある。

【０１６１】また、本発明の露光方法によれば、高精度
のパターン転写を実現できる、という効果が得られる。

【０１６２】また、本発明の露光装置によれば、高精度
のパターン転写を実現できる、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）および（ｂ）は、本発明の明視野用のタ
ーゲットパターンを示す断面図であり、（ｃ）は従来の
ターゲットパターンの一例を示す断面図である。

【図２】本発明のターゲットパターンにおいて、段差の
上の部分と下の部分の反射率が等しい場合の瞳面の波動
分布を示す線図である。

【図３】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、本
発明のターゲットパターンについて、検出光学系が無収
差の場合、検出光学系に照明光軸ずれがある場合、およ
び検出光学系にコマ収差がある場合、の各々の画像信号
を示す線図である。

【図４】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、本
発明のターゲットパターンについて、検出光学系が無収
差の場合、検出光学系に照明光軸ずれがある場合、およ
び検出光学系にコマ収差がある場合、各々の正規化対称
性を示す線図である。

【図５】（ａ）は明視野方式の理想的なターゲットパタ
ーンの断面図であり、（ｂ）はその瞳面上の波動を示す
線図である。

【図６】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、理
想的なターゲットパターンについて、無収差の場合、照
明光軸の傾きがある場合、およびコマ収差がある場合、
の各々の画像信号を示す線図である。

【図７】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、理
想的なターゲットパターンについて、無収差の場合、照
明光軸の傾きがある場合、およびコマ収差がある場合、
の各々の対称性を示す線図である。

【図８】本発明の一実施例である露光方法および装置の
作用の一例を示すフローチャートである。

【図９】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、照
明光軸傾きに敏感なターゲットパターンについて、無収
差の場合、照明光軸の傾きがある場合、およびコマ収差
がある場合、の各々の画像信号を示す線図である。

【図１０】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、
照明光軸傾きに敏感なターゲットパターンについて、無
収差の場合、照明光軸の傾きがある場合、およびコマ収
差がある場合、の各々の対称性を示す線図である。

【図１１】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、
コマ収差に敏感なターゲットパターンについて、無収差
の場合、照明光軸の傾きがある場合、およびコマ収差が
ある場合、の各々の画像信号を示す線図である。

【図１２】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、
コマ収差に敏感なターゲットパターンについて、無収差
の場合、照明光軸の傾きがある場合、およびコマ収差が
ある場合、の各々の対称性を示す線図である。

【図１３】（ａ）および（ｂ）本発明の一実施例である
ターゲットパターンの構成の一例を示す平面図である。

【図１４】（ａ）および（ｂ）本発明の一実施例である
ターゲットパターンの構成の一例を示す平面図である。

【図１５】（ａ）および（ｂ）本発明の一実施例である
ターゲットパターンの構成の一例を示す平面図である。

【図１６】（ａ）および（ｂ）本発明の一実施例である
ターゲットパターンの構成の一例を示す平面図である。

【図１７】（ａ）および（ｂ）は、本発明の一実施例で
あるターゲットパターンのウェーハ上における形成状態
の一例を示す断面図である。

【図１８】本発明の一実施例であるターゲットパターン
の作用の一例を示す概念図である。

【図１９】従来のターゲットパターンの作用の一例を示
す概念図である。

【図２０】本発明の一実施例である露光方法が適用され
る露光装置の構成の一例を示す概念図である。

【図２１】本発明の一実施例である露光方法が適用され
る露光装置の構成の一例を示す概念図である。

【図２２】従来の露光装置の一例を示す概念図である。

【図２３】（ａ）および（ｂ）は、従来の光学系の調整
方法の一例を示す概念図である。

【図２４】従来のターゲットパターンの断面構造の一例
を示す断面図である。

【図２５】暗視野方式の検出光学系で位置合わせを行う
投影露光装置の一例を示す概念図である。

【図２６】従来の暗視野方式のターゲットパターンの一
例を示す平面図である。

【図２７】従来の暗視野方式のターゲットパターンの一
例を示す断面図である。

【図２８】（ａ）および（ｂ）は、従来の暗視野方式の
ターゲットパターンにおける走査方向の各エッジ部で検
出される回折像の一例を示す概念図である。

【図２９】本発明の暗視野用のターゲットパターンを示
す斜視図である。

【図３０】本発明の暗視野用のターゲットパターンから
検出される回折像の一例を示す概念図である。

【符号の説明】

１ターゲットパターン１ａドット部またはライン部１ｂ繰り返し段差部２ターゲットパターン２ａドット部またはライン部２ｂ繰り返し段差部１０移動ステージ２０ウェーハ２１基板２２絶縁膜２３導体膜２４絶縁膜２５導体膜２６レジスト３０露光ステージ４０予備ステージ４１ダミーウェーハ４２ａ位置合わせマーク４２ｂ位置合わせマーク５１縮小投影レンズ５２露光瞳５３レチクル５３ａ位置合わせマーク５３ｂ位置合わせマーク５４露光照明レンズ５５露光光６０位置検出光学系６１光源６１ａ検査光６２コンデンサレンズ６３ハーフミラー６４共役瞳６５リレーレンズ６６中継ミラー６７撮像部６８信号処理部７０位置合わせ光学系７１光源７１ａ検査光７２コンデンサレンズ７３ハーフミラー７４リレーレンズ７５中継ミラー７６撮像部８０オートフォーカス機構８１光源８１ａ検査光８２中継ミラー８３中継ミラー８４受光器９０レーザ測長機構９１ミラー９２レーザ源９２ａ測長レーザ１０１ターゲットパターン１０１ａライン部１０１ｂ繰り返し段差部１０２ターゲットパターン１０２ａライン部１０２ｂ繰り返し段差部１０３ターゲットパターン１０３ａドット部１０３ｂ繰り返し段差部１０４ターゲットパターン１０４ａドット部１０４ｂ繰り返し段差部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１６Ｂ (72)発明者入来信行東京都小平市上水本町５丁目20番１号株式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者前島央東京都小平市上水本町５丁目20番１号株式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者小林正道東京都小平市上水本町５丁目20番１号株式会社日立製作所半導体事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画素の位置（ｉ）に対応したターゲット
パターンの画像信号Ｇ（ｉ）を取り込み、画像演算処理
を行い、位置合わせを行う位置検出光学系における信号
処理方法であって、任意の検出基準点（ｊ）に対して、
正規化した対称性の不一致度Ｓ（ｊ）を、次式（１）で
計算し、前記対称性の不一致度Ｓ（ｊ）が最小となる位
置を求めて前記ターゲットパターンの中心位置とし、前
記対称性の不一致度Ｓ（ｊ）の最小値を前記画像信号の
非対称性として定量評価することを特徴とする信号処理
方法。【数１】ここにｋは、対称性演算の積分範囲であり、積分範囲
は、ｋ１からｋ２であり、Ｇ_B（ｊ）は、積分範囲ｋ１
からｋ２におけるＧ（ｊ＋ｋ）の平均値であり、ｍは、
任意の整数である。
【請求項２】波長λの検査光を用いて対象物上に形成
されたターゲットパターンの画像を検出する位置検出光
学系の調整方法であって、前記対象物上における前記タ
ーゲットパターンの段差寸法Ｄを、Ｎを任意の整数とす
るとき、（λ／４）＋（Ｎλ／２）または（λ／８）＋
（Ｎλ／２）に設定し、前記位置検出光学系における誤
差要因であるコマ収差および照明光軸傾きを弁別するこ
とを特徴とする位置検出光学系の調整方法。
【請求項３】前記ターゲットパターンの段差寸法Ｄ
を、（λ／４）＋（Ｎλ／２）に設定し、当該ターゲッ
トパターンの画像信号を請求項１記載の信号処理方法に
よって処理し、前記画像信号における前記対称性の不一
致度Ｓ（ｊ）の大小に基づいて前記コマ収差の有無およ
び程度を定量的に判定することを特徴とする請求項２記
載の位置検出光学系の調整方法。
【請求項４】前記ターゲットパターンの段差寸法Ｄ
を、（λ／８）＋（Ｎλ／２）に設定し、当該ターゲッ
トパターンの画像信号を請求項１記載の信号処理方法に
よって処理し、前記画像信号における前記対称性の不一
致度Ｓ（ｊ）の大小に基づいて前記照明光軸傾きの有無
および程度を定量的に判定することを特徴とする請求項
２記載の位置検出光学系の調整方法。
【請求項５】原版のパターンが露光光学系を介して転
写される露光対象物上に形成され、アライメント用の位
置検出光学系によって検出されることにより当該露光対
象物の前記原版に対する位置合わせに用いられるターゲ
ットパターンであって、前記露光光学系では解像し、前
記位置検出光学系では解像しないピッチおよび幅寸法を
有する繰り返し段差からなることを特徴とするターゲッ
トパターン。
【請求項６】原版のパターンが露光光学系を介して転
写される露光対象物上に形成され、アライメント用の位
置検出光学系によって検出されることにより当該露光対
象物の前記原版に対する位置合わせに用いられるターゲ
ットパターンであって、周辺領域には、前記露光光学系
では解像し、前記位置検出光学系では解像しないピッチ
および幅寸法を有する繰り返し段差が形成されてなるこ
とを特徴とするターゲットパターン。
【請求項７】半導体ウェーハ上に形成され、検出波長
（λ）、開口数（ＮＡ）、パーシャル・コヒーレンシ
（σ）の明視野方式の位置検出光学系によって検出され
ることにより当該半導体ウェーハの位置合わせに用いら
れるターゲットパターンであって、前記ターゲットパタ
ーンは、幅0.５λ（１＋σ）／ＮＡ以上の凸または凹の
平坦部を有するラインまたはドットからなり、前記ター
ゲットパターンの周辺領域には、ピッチ寸法がλ（１＋
σ）／ＮＡ未満で段差寸法がλ／１６以上の凸と凹のラ
イン状またはドット状の繰り返し段差が形成されてなる
ことを特徴とするターゲットパターン。
【請求項８】前記ターゲットパターンの凹凸部の上部
が底部よりも高反射率の場合、前記ターゲットパターン
は、幅0.５λ（１＋σ）／ＮＡ以上の凸型の平坦部を有
するライン部と、このライン部の幅方向に配列形成され
たピッチ寸法がλ（１＋σ）／ＮＡ未満で段差寸法がλ
／１６以上の凸と凹のライン状またはドット状の繰り返
し段差部とからなることを特徴とする請求項７記載のタ
ーゲットパターン。
【請求項９】前記ターゲットパターンの凹凸部の底部
が上部よりも高反射率の場合、前記ターゲットパターン
は、幅0.５λ（１＋σ）／ＮＡ以上の凹型の平坦部を有
するライン部と、このライン部の幅方向に配列形成され
たピッチ寸法がλ（１＋σ）／ＮＡ未満で段差寸法がλ
／１６以上の凸と凹のライン状またはドット状の繰り返
し段差部とからなることを特徴とする請求項７記載のタ
ーゲットパターン。
【請求項１０】半導体ウェーハ上に形成され、検出波
長（λ）、開口数（ＮＡ）、パーシャル・コヒーレンシ
（σ）の明視野方式の位置検出光学系によって検出され
ることにより当該半導体ウェーハの位置合わせに用いら
れるターゲットパターンであって、ピッチ寸法がλ（１
＋σ）／ＮＡ未満の凸と凹のライン状の繰り返し段差か
らなることを特徴とするターゲットパターン。
【請求項１１】半導体ウェーハ上に形成され、検出波
長（λ）、開口数（ＮＡ）の暗視野方式の位置検出光学
系によって検出されることにより当該半導体ウェーハの
位置合わせに用いられるターゲットパターンであって、
前記ターゲットパターンは、所定の一方向に所望のピッ
チで配列された複数のドットからなり、個々の前記ドッ
トは、ピッチ寸法がλ／ＮＡ未満の凸と凹の繰り返し段
差からなることを特徴とするターゲットパターン。
【請求項１２】半導体ウェーハ上に形成され、検出波
長（λ）、開口数（ＮＡ）の暗視野方式の位置検出光学
系によって検出されることにより当該半導体ウェーハの
位置合わせに用いられるターゲットパターンであって、
前記ターゲットパターンは、所定の一方向に所望のピッ
チで配列された複数のドット部と、このドット部の周囲
に配列形成されたピッチ寸法がλ／ＮＡ未満で段差寸法
がλ／１６以上の凸と凹のライン状またはドット状の繰
り返し段差部とからなることを特徴とするターゲットパ
ターン。
【請求項１３】半導体ウェーハ上に形成され、検出波
長（λ）、開口数（ＮＡ）の暗視野方式の位置検出光学
系によって検出されることにより当該半導体ウェーハの
位置合わせに用いられるターゲットパターンであって、
前記ターゲットパターンは、所定の一方向に所望のピッ
チで配列された複数のドットからなり、個々の前記ドッ
トは、ピッチ寸法がλ／ＮＡ未満の凸と凹の繰り返し段
差からなり、複数の前記ドットの周囲には、当該ドット
の配列方向に平行に配列形成されたピッチ寸法がλ／Ｎ
Ａ未満で段差寸法がλ／１６以上の凸と凹のライン状の
繰り返し段差部が形成されてなることを特徴とするター
ゲットパターン。
【請求項１４】レチクル上の所望のパターンを縮小投
影光学系を介して半導体ウェーハ上に転写するととも
に、前記レチクルと前記半導体ウェーハとの位置合わせ
は、前記半導体ウェーハ上に形成されたターゲットパタ
ーンを位置検出光学系を介して検出することによって行
う露光方法であって、前記位置検出光学系における照明
光軸ずれに敏感な第１のターゲットパターンの画像信号
を取り込み、請求項１記載の信号処理方法により画像信
号の対称性を検証することによって前記照明光軸ずれを
調整する第１の段階と、前記位置検出光学系におけるコ
マ収差に敏感な第２のターゲットパターンの画像信号を
取り込み、請求項１記載の信号処理方法により画像信号
の対称性を検証することによって前記コマ収差を調整す
る第２の段階と、前記半導体ウェーハ上に、前記縮小投
影光学系では解像し、前記位置検出光学系では解像しな
いピッチおよび幅寸法を有する繰り返し段差をその内部
または背景領域に含む第３のターゲットパターンを形成
する第３の段階と、前記第３のターゲットパターンを用
いて前記レチクルに対する前記半導体ウェーハの位置合
わせを行う第４の段階と、前記レチクル上のパターンを
前記半導体ウェーハに転写する第５の段階とからなるこ
とを特徴とする露光方法。
【請求項１５】レチクル上の所望のパターンを縮小投
影光学系を介して半導体ウェーハ上に転写するととも
に、前記レチクルと前記半導体ウェーハとの位置合わせ
は、前記半導体ウェーハ上に形成されたターゲットパタ
ーンを位置検出光学系を介して検出することによって行
う露光方法であって、前記縮小投影光学系では解像し、
前記位置検出光学系では解像しないピッチおよび幅寸法
を有する繰り返し段差をその内部または背景領域に含む
ターゲットパターンを前記半導体ウェーハの一部に形成
し、前記ターゲットパターンを用いて前記半導体ウェー
ハの前記レチクルに対する位置合わせを行うことを特徴
とする露光方法。
【請求項１６】前記位置検出光学系が、検出波長
（λ）、開口数（ＮＡ）、パーシャル・コヒーレンシ
（σ）の明視野方式であるとき、幅0.５λ（１＋σ）／
ＮＡ以上の凸または凹の平坦部を有するラインまたはド
ットからなる前記ターゲットパターンを形成し、前記タ
ーゲットパターンの周辺領域には、ピッチ寸法がλ（１
＋σ）／ＮＡ未満で段差寸法がλ／１６以上の凸と凹の
ライン状またはドット状の繰り返し段差を形成したこと
を特徴とする請求項１５記載の露光方法。
【請求項１７】前記位置検出光学系が、検出波長
（λ）、開口数（ＮＡ）の暗視野方式であるとき、前記
ターゲットパターンは、一方向に配列された複数のドッ
トからなり、個々の前記ドットは、ピッチ寸法がλ（１
＋σ）／ＮＡ未満の凸と凹のライン状の繰り返し段差か
らなることを特徴とする請求項１５記載の露光方法。
【請求項１８】前記ターゲットパターンを構成する複
数の前記ドットの間隙を除いた背景領域に、ピッチ寸法
がλ（１＋σ）／ＮＡ未満で段差寸法がλ／１６以上の
凸と凹のライン状の繰り返し段差部を形成することを特
徴とする請求項１７記載の露光方法。
【請求項１９】半導体ウェーハが載置されるテーブル
と、所望のパターンが形成されたレチクルと、前記レチ
クルの前記パターンを前記半導体ウェーハに転写する縮
小投影光学系と、前記半導体ウェーハ上に形成されたタ
ーゲットパターンを検出して前記半導体ウェーハの前記
レチクルに対する位置合わせを行う位置検出光学系とを
含む露光装置であって、前記位置検出光学系は、請求項
１記載の信号処理方法を行う信号処理部を備えたことを
特徴とする露光装置。
【請求項２０】前記半導体ウェーハの前記ターゲット
パターンは、前記縮小投影光学系では解像し、前記位置
検出光学系では解像しないピッチおよび幅寸法を有する
繰り返し段差をその内部または背景領域に含むことを特
徴とする請求項１９記載の露光装置。