JPH04124807A - ベースライン計測用計測マークの測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、オフアクシスアライメント系を有する露光装
置におけるヘースライン、すなわちオフアクシス系の位
置基準と露光系の位置基準との距離を計測するための、
可逆性の感光材料を有する物体、例えば露光装置用ダミ
ーウェハに記録された計測マークの測定方法に関する。

［従来の技術］ ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子製造用の露光装置には解像
性能と重ね合せ性能という２つの基本的な性能が要求さ
れる。

これからの露光装置として要求される解像性能は０．５
μｍ近傍であり、これを達成可能な露光方式としては、
エキシマ・レーザを光源とした露光装置、Ｘ線を露光源
としたプロキシミティ・タイプのアライナ、そして電子
ビーム（ＥＢ）の直接描画方式が挙げられるが、生産性
の点からすると、エキシマ・レーザによる露光方式が最
も有望視されている。

一方、重ね合せ精度（アライメント精度）は殻的に焼付
最小線幅の１／３〜１１５の値か必要とされており、こ
の精度を達成することは一般に解像性能の達成と同等か
それ以上の困難さを伴っている。アライメントの方イ去
には、アライメント光を露光波長と同一波長にするＴＴ
Ｌオンアクシスアライメント系とアライメント光学系を
投影レンズとは別にすることにより、アライメント光を
露光波長とは別波長にできるオフアクシス系の２つの方
法が考えられる。しかし、エキシマ・レーザによる露光
装置にＴＴＬオンアクシスアライメント系を採用すると
、吸収レジストの様なプロセスでは、ウェハからの信号
光が８１端に減衰する。

また、ＴＴＬオンアクシス系で他波長のアライメント光
を使用することもできるが、この場合、補正光学系が必
要となり、光路長が長く、かつ複雑なアライメント系と
なってしまう。

これに対し、オフアクシス系を持つ露光装置においては
、ウェハのアライメント光学系は投影レンズの制約を一
切受けずに自由に設計することができ、その自由度によ
りプロセスへの対応力を強化できる。

しかしなから、この方式ではレクチルとウェハの同時観
察はできず、レクチルはレクチルアライメント用の顕微
鏡で所定の基準に対してアライメントを行ない、ウェハ
はウェハアライメント用顕微鏡（以下、「ウェハ顕微鏡
」という）で顕微鏡内の基準にアライメントを行なって
いる。このため、レクチルとウニへの間に誤差要因か存
在してくる。さらに、ウェハアライメント後、ウェハの
パターンをレクチルの投影像と重ねるため、所定の距ｌ
Ｉ！（これを「基準長」または「ベースライン」という
）ウェハを移動せねばならない。したがって、この方法
はシステム誤差要因か増大する結果になる。

このようにシステム誤差を含むアライメント方式をもつ
装置においては、これらの誤差要因を安定維持するよう
に努めると同時に、定期的にその量をチエツクし補正し
てやる必要かある。

この補正量を測定するのにレクチルを照射する光（露光
光）に感度を有し、しかも書込みおよび消去が可能な可
逆性の感光材料を有したタミーウェハを用い、ベースラ
インの計測を行ない、補正量の算出を行なっている。

従来、ベースライン計測は第６図の流れ図に示す方法で
測定および算出が行なわれていた。

ここで第６図を簡単に説明する。

まず、搬送部より搬送されてきたダミーウェハを、ベー
スラインを測定するための計測マークが露光される所定
の位置へ搬送し、レクチル上の計測マークを露光する（
書込む）。次に、オフアクシス系のウェハ顕微鏡の下に
露光されたダミーウェハを移動させ、所定の基準に対し
、どの位誤差があるかを測定する。その測定された計測
マーク情報から重心位置を算出し、ベースラインの補正
量を算出していた。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、ベースライン計測に用いられたダミーウェハ
は、書込まれた計測マークを消去されて再生され、再度
使用される。この場合、ダミーウェハについては、再生
回数を増やすに従い、第８図に示すように、コントラス
トが書込側２３に関しては低下し、消去側２４に関して
は上昇してくる現象が一般的に知られている。

このため、上記従来例による位置測定では、初めて使用
するダミーウェハについては問題ないが、再生回数を増
やすに従い、計測マークの位置計測誤差が大きくなると
いう不都合があった。

これは再生回数を重ねるごとに、前回書込んだ計測マー
クが消去しても完全には消去できず、残像としてダミー
ウェハ上に残ってしまうからである。そして、このダミ
ーウェハを再度、補正量を測定するのに使用する場合、
ダミーウェハは搬送部よりプリアライメントされ、書込
み露光位置に搬送されるがプリアライメント部の位置再
現精度がそれほど良くないため、前回と同一位置に正確
に重複して計測マークが書込まれることはないと考えら
れる。つまり、前回書込んだ計測マークの近傍、または
、前回の計測マークとある程度重複してダミーウェハ上
に計測マークか形成されることとなる。この様にして形
成された計測マークを従来の方法で位置測定を行なうと
、残像計測マーりの情報まても取込んでしまい、重心位
置に誤差か生じ、これが補正量を狂わせてしまい、高精
度なベースライン計測が行なえないという問題が生じる
。

上記重心位置に誤差が生しる現象を、第７図、第４図お
よび第５図を用いて詳しく説明する。

第７図は、ダミーウェハを始めて露光した時と、消去後
、再露光した時のダミーウェハの状態を示す説明図で、
同図左側（−１側）に、その時のダミーウェハの様子、
右側（−２側）にコントラスト対ダミーウェハの位置を
示している。

第７図において、１２は基板、１３は可逆性を有する感
光材料、１６は第１回目の露光光、１７はダミーウェハ
上の露光領域、１８は消去を行なフたが完全にできない
様子、つまり消去後の残像を示す。１９は第２回目の露
光光で、２０は第２回目に露光された露光領域を示す。

１４．１５は基板の右側に示すグラフの座標位置を示し
、１４は原点（０）の位置、１５は原点１４から距離ａ
離れた位置（ａ）を示す。（ａ−１）、（ｂ−１）、（
ｃ−１）、（ｄ−１）および（ｅ−１）は、ダミーウェ
ハが露光、消去をくり返されたときの状態を模式的に表
わしている。（ａ−１）は可逆性の感光材料が塗布され
た未露光の基板を示し、（ｂ−１）は第１回目の露光が
行なわれた状態を示す。次に（ｃ−１）は第１回目の消
去作業が行なわれた状態、（ｄ−１）は第２回目の露光
が行なわれた状態、（ｅ−１）は第２回目の消去作業が
行なわれた状態を示す。また、右側に示す（ａ−２）〜
（ｅ−２）は、各状態でのコントラストを縦軸に、位置
を槙軸にとって示したグラフである。このグラフの中で
第１回目の露光Ｖよるコントラストのグラフ（ｂ−２）
について重心位置計算を行なうと、露光光の中心位置と
なるが、第２回目の露光によるコントラストのグラフ（
ｄ−２）について重心位置計算を行なうと、残像の影響
により、本来の露光中心位置より原点側に寄ることか容
易に考えられる。これをわかりやすく示したのが第４図
および第５図である。

第４図は、残像がないと仮定したときのグラフで、実際
の露光光は、この図の位置に露光されており、真のＸ座
標の重心位置は第４図に２２で示される８ａの点である
。一方、３４５図は、残像がある基板上に露光した時の
コントラストのグラフで第７図の（ｄ−２）を模したグ
ラフである。ここで、第５図のグラフのＸ座標の重心点
を求めると、Σ５ｉＸｉ／ΣＳｉの式より７．５８の位
置２１が重心点となり、真の位置より０．５８の誤差を
生じてしまう。

本発明は、上述の従来例における問題点に鑑みてなされ
たもので、可逆性の感光体、例えばダミーウェハを複数
回再生使用した場合にも、ベースライン計測のための計
測マーク測定を高精度で行なえる計測マーク測定方法を
提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 前記の目的を達成するため、本発明では、計測マークを
可逆性の感光体、例えばダミーウェハに書き込む前に、
−度つエバ顕微鏡により書込み前のダミーウェハの残像
情報を取込んでおき、以後は従来通りに、計測マークの
書込およびダミーウェハ上計測マーク情報の取込を行な
う。その後、取り込んだダミーウェハ上計測マーク情報
から残像情報を差引き、その情報を基に重心位置を求め
、ベースライン補正量を算出する。これにより、残像情
報が入り込まない、すなわち、誤差のない補正量の算出
ができる。

本発明の方法によると、さらに、ダミーウェハ上に残像
以外の誤差を発生させる要因（例えば、ゴミ感光塗料の
塗布むら等）があったとしても、これらの要因も補償さ
れるので、正確な補正量の算出を行なうことができる。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例に係るオフアクシスアライメ
ント形露光装置の概略の構成図、第２図は第１図におけ
るウェハステージおよびウェハ搬送系を含む部分の平面
図を示す。

第１図において、照明系２５からの光束はプラテン２６
により保持されている第１物体としてのレチクル２７を
照射する。モしてレチクル２７面上に形成されている電
子回路等のパターンを投影レンズ２８によって第２物体
としてのウェハ２９面上に投影転写する。

レチクル２７とウェハ２９は各々不図示の搬送手段によ
り交換可能となっている。レチクル２７の下部周辺には
レチクル２７を装置の座標系に対して正しく配置するた
めのレチクル基準マーク３０がレチクル２７と僅かの間
隔を有して配置されている。レチクル２７を挟んで対向
する位置にはレチクル２７をレチクル基準マーク３０に
対して位置合せするためのレチクル顕微ｆｉ３１が設け
られている。

なお、レチクル顕微鏡３１とレチクル基準マーク３０は
、例えばレチクルの中心を中心として対称に２ケ所設け
られている。

レチクルアライメントはレチクル顕微鏡３１によりレチ
クル２７面上に設けたレチクルセットマークとレチクル
基準マーク３０との相対位置誤差を読み取り、ＸＹθ方
向に移動可能なレチクルステージ３２によりレチクル２
７およびプラテン２６を相対位置誤差がτに近づく方向
に駆動させることにより行なう。そして、このときの相
対位置誤差が所定の許容範囲になったら終了する。なお
、３３は撮像管またはＣＣＤ等である。

投影レンズ２８の近傍にウェハ顕微鏡３４が配置されて
いる。ウェハ２９はウェハ保持台３５に真空吸着されて
保持されており、該ウェハ保持台３５は回転方向および
上下方向に移動可能なθ２ステージ３６に保持され、θ
Ｚステージ３６はＸＹ力方向移動可能となるように構成
されている。

なお、ここでθ方向はＺ軸回りの回転方向を示している
。

ＸＹステージ３７の端部にはＹ方向の位置座標検出のた
めの光学ミラー３８と、該光学ミラー３８に光束を入射
させるためのレーサ干渉測長器（以下「干渉計」という
。）３９が配置されている。同様にＸ方向の位置座標検
出のための不図示の光学ミラー４０と不図示の干渉計４
１か配置されている。そして、これら２つの干渉計４１
３９を利用してＸＹステージ３７の位置そしてウェハ２
９のＸＹ位置座標を読み取っている。

以上のレチクルアライメント、ウェハアライメント、そ
してステージの位置情報等のデータ処理はルーチン的に
行なっている。また、シーケンシャルな動作等は制御装
置４２において行なっている。ジョブの作成、装置への
コマンド、パラメータ等の設定はデイスプレィ４３上で
、キーボード４４によりコンソール入力して行なフてい
る。

′！Ｊ２図において、４５は投影レンズ２８の光軸であ
り、以下便宜上、ＸＹステージ３７の原点０と一致させ
て説明する。

Ｙ軸およびＸ軸は、それぞれ光学ミラー４０および３８
のミラー面４６および４７の方向で代表されている。ウ
ェハ顕微鏡３４の光軸４８（Ｐ点）は本実施例において
は便宜上Ｙ軸上（Ｘ＝０、Ｙ＝−１）の位置に配置して
いる。

投影レンズ２８の光軸４５とウェハ顕微鏡３４の光軸４
８との距１１１１は、いわゆる基準長（［１ａｓｅｌｉ
ｎｅ）である。ＸＹステージ３７のストロークは、Ｘ方
向についてはクエへの最大口径り、Ｙ方向については（
Ｄ＋１）か若しくはそれに近い値に設定されており、こ
れによりウェハ顕微鏡３４によりウェハ２９の表面全域
の観察およびウェハ２９全域の露光を行なっている。

投影レンズ２８の投影可能領域はウェハ２９面上で円４
９で示す領域であるが、一般にはレチクル２７は矩形状
であるため、有効領域は矩形領域５０となってくる。こ
の領域５０が１回の露光でウェハ２９面上にレチクル２
７面上のパターンが投影転写される領域である。

ＸＹステージ３７は、そこに搭載したウェハ２９の中心
が投影レンズ２８の光軸４５と合致するように描かれて
いるが、ＸＹステージ３７はこの位置に対し、Ｘ方向に
±Ｄ／２、Ｙ方向に＋Ｄ／２．−　（Ｄ／２＋１）の範
囲内で移動可能である。

一方、通常のウニ八連続処理ルーチンのために、未露光
ウェハを収納したウェハカセット５１からウェハを、供
給ベルト５２等の搬送手段でプリアライメントステージ
５３上に移送する。さらに、プリアライメントステージ
５３においてウェハの外形を基準に略位置決めした後、
そのウェハを供給ハンド５４によりウェハ受渡し位置Ｑ
点にあるウェハ保持台３５に載せる。

一方、ＸＹステージ３７上にあり、既に露光処理された
ウェハは回収ハンド５５により回収ベルト５６に載せら
れ、回収側の、クエへカセット５７に収納される。

この間のキャリブレーションに使用するダミーウェハ５
８は待機ステージ５９に保管されている。ダミーウェハ
５８はその基板上に、例えば光磁気記録材料やフォトク
ロミック材料等の可逆性の材料を有するようにして構成
されている。

第３図は、第１図の装置において実行されるベースライ
ン計測動作を示す流れ図を示す。同図の流れ図は、第６
図の流れ図に対し、ダミーウェハを測定位置へ搬送する
ステップ１、露光前に計測マーク（残像）を測定するす
るステップ２、露光前の計測マーク情報を記憶するする
ステップ３、および露光後の計測マーク情報を差し引き
するステップ７を付加し、ステップ８ではステップ７に
て差し引かれた計測マーク情報で重心位置を算出するよ
うにしてものたる。

ここで、本発明を第３図の流れ図に沿って説明する。オ
ペレーターによりコンソールにインプットされた所定の
時間になったとき、あるいは所定のウェハに処理枚数を
終えたとき制御装置４２の指令により、通常のウェハ処
理ルーチンを一旦停止し、露光済のウェハをウェハ保持
台３５から撤去した後、供給ハンド５４によりダミーウ
ェハ５８をウェハ保持台３５に移送する。

ウェハ保持台３５に移送されたダミーウェハ５８は、ウ
ェハ保持台３５に吸引固定され、まずウェハ顕微鏡３４
に下に移送される（ステップ１）。次に、ステップ２に
てダミーウェハ５８の上の残像測定か行なわれ、ステッ
プ３にて露光前の残像情報が記憶される。その後、ダミ
ーウェハ５８は露光位置４５へ移送され（ステップ４）
、レチクル２７上にある所定の計測用マークがダミーウ
ェハ５８に転写される（ステップ５）。この時、すでに
ある残像情報に計測マークが、重複して書込まれたこと
になる。

その後、再びウェハ顕微鏡で計測マークを測定し、重複
書込みされた計測マーク情報を得る（ステップ６）。こ
こで、前記ステップ３で得た露光前の残像情報を、この
ステップ６で得た情報から差し引く作業を行なう（ステ
ップ７）。この作業を行なうことにより、露光前の残像
情報はなくなって今回露光された計測マークの情報だけ
となり、真の計測マーク情報が得られる訳である。この
真の計測マーク情報から計測マークの重心位置を求め（
ステップ８）、ベースラインの補正量を算出する。

以上のように、露光前にダミーウェハ上の残像情報を記
憶しておき、露光後、重複された計測マーク情報から差
し引くという簡単な手順を踏むことにより、オフアクシ
スアライメント系で最も重要なベースラインの補正量の
誤差を除くことかできる。

［他の実施例コ 本発明の測定方法は、ダミーウェハだけでなく、可逆性
の感光材料が塗布された物（感光体）であれば全ての感
光体において有効な測定方法である。例えば、感光材料
がステージの特定位置に塗布されており、その特定位置
を利用してベースラインを測定する時等にも応用できる
。

上述においては、位置計算に重心を求める方法を記述し
たが、これは半値幅による中点で位置を求める時にも、
本発明に従って露光前の計測マーク情報を露光後の計測
マーク情報から差し引き、差し引かれた後の計測マーク
情報を使用すれば、複数回使用された時など、重ね書き
された計測マークが単純化されるため、半値幅および中
点の選出が容易となる。

［発明の効果コ 以上説明したように、可逆性を有する感光体と言えども
残像があるため、露光前の計測マーク情報を露光後の計
測マーク情報から差し引き、その情報をもとに位置算出
を行なうことによって、残像成分の誤差がないベースラ
イン補正量が算出でき高精度なベースライン計測ができ
る。また、ダミーウェハ等の感光体を再生使用していた
回数が従来の２〜３倍と増加でき、実質的なコストダウ
ンの効果がある。また、計測マーク露光領域付近に、ゴ
ミ等が付着しているとき、あるいは感光材料の塗布等の
むらがあったとしても、本発明によればこれらのゴミや
塗布むら等による影響を排除することができ高精度な計
測が行なえる効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係るオフアクシスアライ
メント形露光装置の概略構成図、第２図は、第１図にお
けるウェハステージおよびウェハ搬送系を含む部分の平
面図、 第３図は、第１図の装置において実行されるへ一スライ
ン計測動作を示す流れ図、 第４図は、゛本発明の方法により測定される計測マーク
重心位置を示す説明図、 第５図は、従来法で測定される計測マーク重心位置を示
す説明図、 ｉＳ図は、従来ベースライン計測動作を示す流れ図、 第７図は、ダミーウェハを始めて露光した時と、消去後
、再露光した時のダミーウェハの状態を示す説明図、そ
して 第８図は、可逆性の感光材料の再生回数に対するコント
ラストを示す図である。 ２５：照明系 ２７：レチクル ２８二投影レンズ ２９：ウェハ ３０ニレチクル基準マーク ３４・ウェハ顕微鏡 ４２：制御装置 ５８：ダミーウェハ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）オフアクシスによるアライメント系を有する露光
   装置において、露光系にて可逆性の感光材料を有する物
   体に計測マークを転写し、オフアクシス系にて該計測マ
   ークを測定してオフアクシス系と露光系との位置補正量
   を算出する際、前記計測マークの転写前に、オフアクシ
   ス系にて転写部のコントラスト情報を測定、記憶してお
   き、転写後に測定した計測マーク情報から前記転写前の
   コントラスト情報を差し引いて前記位置補正量を算出す
   ることを特徴とする計測マークの測定方法。