JP2007043199A - 走査形写真平版のためのオフ軸アライメント装置及び写真平版ツール - Google Patents

Abstract

【課題】 走査形写真平版装置においてウェファとマスクとの間の整列正確度を改善する。
【解決手段】 アライメント装置は、アライメントレチクルパターンを、アライメントマークを含むウェファ上に結像させる。走査の間に、アライメントレチクルイメージからの光線はウェファおよびそのアライメントマークによって反射され、そして散乱される。明るいフィールドおよび暗いフィールド領域において、反射されそして散乱された光線を収集するために、多数の検出器がアライメント装置のピューピル平面に設けられる。結果的な信号およびそれらの分析は、ウェファの正確なアライメントの決定に導く。
【選択図】 図２

Description

本発明は、一般的には半導体製造に、そしてより特定化すれば走査形写真平版製造ツールにおいて用いられるアライメント装置及び写真平版ツールに関する。

半導体回路の製造は、基本的には写真平版技術を用いて行われる。この製造処理の間に、回路パターンの多数の層が半導体ウェファ上に作られる。このことは、回路パターンを含むマスクの結像を、一般的にフォトレジストとして知られている光感応混合物で覆われたウェファ上に投射することによって行われる。半導体ウェファ上に形成される回路パターンの特色となる寸法は、標準的に０．５０ミクロンまたはそれ以下の範囲である。それらの著しく小さな特色となるサイズによって、そして半導体チップを形成するための処理の一部としての多数の層を露光する必要から、０．１ミクロンよりも正確に半導体ウェファにマスク結像をアライメントさせるためのアライメント装置の使用が必要である。

そのようなアライメント装置の１つが、１９８７年９月２９日にフレデリック Ｙ．Ｗｕによって出願された「走査形写真平版アライナのための反転ダークフィールドアライメント装置」と題する、米国特許第４，６９７，０８７号において説明されており、これは本明細内に参照出願として組み込まれている。ここで開示されたアライメント装置においては、その上にウェファターゲットを持つウェファおよびその上にマスクターゲットを持つマスクが互いに他に対してアライメントされるというものである。このアライメント装置は、半導体ウェファ上に結像されるマスクパターンの上および下のスクライブアレーにおいてアライメントターゲットを検出するために用いられる２つの光学チャンネルまたはアームを持っている。２つの光学チャンネルまたはアームにおいて用いられる光パスの部分は、ウェファ上に回路パターンを含むマスクを結像するのに用いられる投射光学装置が通過する。この装置は、オフ軸スルーザレンズアライメント装置として知られている。オフ軸スルーザレンズアライメント装置は、いくつかの利点を持つとはいえ、この特性および固有の複雑さは、以下に説明するようないくつかの欠陥に導くものである。

オーバーレイアライメントシーケンスの間には、ウェファを覆う光感応レジストは、露光されることが出来ない。そのため光感応レジストコーティングを露光するため用いられる深部まで達する紫外線またはＵＶ作用性波長は、オフ軸スルーザレンズアライメント装置によって用いられることが出来ない。オフ軸スルーザレンズアライメント装置は、非作用性の、可視波長の、狭い帯域レーザー光を使用する。投射光学装置が、写真平版作用性波長（すなわち深部に達するＵＶ）において理想的に性能を発揮するように設計されているため、オフ軸スルーザレンズアライメント装置の可視波長における投射光学装置の特性はいくらか妥協的である。このため、アライメント装置は作用性ＵＶ波長に比較してアライメント装置の可視波長において投射光学装置の色しゅうさに関する補正を必要とする。色収差に関するこれらの調節は、異なる光学アライメントチャンネルまたはアーム位置において周期的に再校正される必要がある。

加えて、オフ軸スルーザレンズアライメント装置の狭い帯域レーザー光の使用は、ウェファ表面およびコーティング特性に依存してアライメント信号強度および形状における広い変動をもたらす結果となる。数、厚さおよび表面層の型式のようなウェファ特性は、最終製品を得るために必要とされる処理に依存して変化する。そのような処理変化の関数としてのアライメント信号における変動は、処理感度として知られている。オフ軸スルーザレンズアライメント装置に関する処理感度は、ウェファアライメントマークを覆う層構造によって生ずる干渉効果における可能性の故に、レーザー光の使用によって悪化させられる。

このため、投射光学装置に独立して動作することが出来るアライメント装置の必要が存在する。このことによって、投射光学装置およびアライメント装置の両方にとって、２つの装置の間に何の妥協もすることなく独立的に理想化することが出来るようになる。特に、この分離は、アライメント装置をスルーザレンズアライメント装置におけるような色補正に関して何の校正または調節も必要でないように設計することを可能とする。このことはアライメント装置は干渉効果を除くような広帯域の光を用いて働くように設計することを可能とし、そしてその結果、処理感度が減少する。加えて、正確な、信頼度の高いそして容易に維持出来るより単純な安価なアライメント装置に関する必要は、投射光学装置をバイパスすることによってより容易に達成することが出来る。アライメント装置の一部としての投射光学装置の使用は、コストおよび複雑さを増加させ、同様に写真平版スキャナの信頼性を減ずる可能性がある一方、維持管理を必要とする。

走査形写真平版装置においてウェファとマスクとの間のアライメント正確度を改善することが本発明の目的である。

回路パターンを結像させるのに用いられる平版作用性投射光学装置と独立したアライメント装置を持つことが本発明の目的である。

数、厚さおよびウェファアライメントマークを覆う層の型式のような層構造特性と無関係のより正確なアライメントを提供することが本発明の別の目的である。すなわち処理感度を減少させることが本発明の目的である。

本発明は、走査形写真平版製造用ツール上で実行されるアライメントシーケンスに関連する基本的なコンポーネントであり、その上に回路パターンを持つマスクの、その上に前もって存在するパターンを持つ半導体ウェファへの正確なアライメントをもたらすものである。本発明は、投射光学装置に隣接して取り付けられるアライメント装置である。本発明は、その上に前もって決められたパターンを持つアライメントレチクルを照射するために広帯域の光源を使用する。光学装置は、アライメントレチクルパターンをウェファ平面内に結像するために用いられる。結像された光線は反射され、そしてウェファが固定されたアライメントレチクルイメージを走査通過するに従い、ウェファ上のアライメントマークによって散乱される。反射されそして散乱された光線は、結像用光学装置によって制御され、そしてビームスプリッタを通してピューピル平面に向けられる。検出器が、別個の領域内のピューピル平面に設けられる。分離された検出を提供するそれらの領域は、ウェファにおける反射されそして散乱された光線の特別の角度分配（すなわち開口数またはＮＡ）に相当する。すなわち、ピューピルはアライメントレチクル結像用ＮＡ（すなわち明るい視野）に相当する反射された光線を収集する中央領域および、アライメントレチクル結像用ＮＡを越える分散された光線（すなわち暗い視野）を収集する４つの外側領域とに分割される。それらの４つの外側領域はさらに、散乱された光線の間を、中央レチクル結像用ＮＡの左および右（すなわちプラスおよびマイナスＮＡ）に識別する。

広帯域の光源が用いられることが本発明の特色である。

広帯域で照射されたアライメントレチクルをウェファ平面に結像させるアライメント装置光学装置は、軸および横方向色、非点収差、球形、および視界曲がりを含む収差に関してよく補正されることが可能であり、そしてコマおよびその高次の変動のような非対称収差に関してもよく補正される。

本発明は大きな焦点深度にわたって有用なアライメント信号を提出することが、特色である。

アライメント装置がウェファにおいて遠隔中心性であることが本発明の特色である。

分離された検出器が、明るい視野および暗い視野のウェファ平面開口数に相当する、反射されたそして散乱された光線を検出するために用いられることが本発明の特色である。

暗い視野領域が、中央レチクル結像用ＮＡの左および右（すなわちプラスおよびマイナスＮＡ）に散乱された光線を収集する検出領域にさらに分割されることが、本発明の特色である。

熱を発生するコンポーネントが、温度に感応しやすい投射光学装置およびウェファステージから隔てられていることが本発明の特色である。

アライメント信号発生用光学パスにおいて、結像およびピューピル平面の両方において、同時に、一様な強度分配を存在させることが本発明の特色である。

アライメント信号光源が、アライメント装置を再アライメントまたは校正する必要なしに規定の間隔で置換することが出来るのは、本発明の特色である。

２つの動作モードの間で切り替えられることが可能であるのは、本発明の特色である。アライメント信号を発生する自動モード、およびウェファのＴＶモニタイメージを発生する手動モードがある。

本発明の利点は、これがより複雑さが少なく、アライメントおよび集積が容易であり、校正、調節および維持の必要が少なく、低価格であり、そしてオフ軸スルーザレンズアライメント装置よりも良好な信頼性を持っていることである。

これらのそして他の目的利点および特色は引き続く詳細な説明を見ることによって明らかになるであろう。

図１は、本発明を構成する主要なコンポーネントのブロック図である。アライメント装置１２のアライメントセンサヘッド１０はマウント１６を用いて紫外線、またはＵＶ投射光学装置１４に取り付けられている。図１に描かれているように、アライメント装置１２は作用性光源２、マスク４および投射光学装置１４で構成される走査形写真平版露光装置の光学パスから独立している。作用性波長において動作する投射光学装置１４は、回路パターンを含むマスク４を、光感応レジスト６で覆われたウェファ１８上に結像させる。マウント１６はアライメントセンサヘッド１０を焦点合わせし、そして初期的セットアップの一部として基板またはウェファ１８に対してチルトされ、そして露光ツール上にアライメント装置を集約する。焦点合わせサブシステム２０はアライメントセンサヘッド１０に取り付けられる。焦点合わせサブシステム２０は、アライメント走査の間にアライメントセンサヘッド１０に関するウェファ焦点合わせを維持するために容量性ゲージを用いる。焦点合わせサブシステム２０の詳細な説明は、本発明の明細の範囲には含まれない。アライメント装置の残りのサブシステムには、アライメント照射装置２２、アライメント検出装置２４、カメラ照射装置２６およびＣＣＤカメラ２８が含まれる。それらはファイバー光学装置３０を通して遠隔的に設けられる。遠隔的に設けられたそれらのサブシステムは、熱源を温度に感応する投射光学装置１４およびウェファ１８から取り除き、そして本発明にサービス性、維持性および改装性を可能とするモジュール性の程度を増し加える。アライメントセンサヘッド１０、アライメント照射装置２２、アライメント検出装置２４、カメラ照射装置２６、およびＣＣＤカメラ２８のサブシステムを含むアライメント装置１２の詳細な説明は以下の通りである。

アライメント信号発生
図２は、アライメント信号を発生させる、本発明のコンポーネントを概略的に描いている。これは以下のサブシステム、アライメントセンサヘッド１０、アライメント照射装置２２およびアライメント検出装置２４、を含んでいる。

アライメントセンサヘッドサブシステム１０は、アライメント装置１２の、そして特に、最終的にオーバーレイ重ね合わせが達成されるためのアライメント信号の発生に関しての、キーコンポーネントである。アライメント照射装置２２からの広帯域光線は、アライメントマーク３４および３４’を含む、半導体ウェファ１８上に結像されるパターン３２を照射するのに用いられる。広帯域照射源６８は、４００ｎｍから７００ｎｍの波長を持つ光の有用な連続スペクトルを持っている。最小でも、４つの光の波長が、１００ナノメータよりも少なくない範囲にわたって分配された広帯域等価を提供するために用いられるべきである。照射のためにレーザー光線も用いることが出来る。

この光線は、光線の一部がそこを通過することが出来るよう、その上に前もって決められたパターンを含むレチクル３２を通過するように方向づけられる。光学装置３６は、開口ストップ３８を通る光線を中間結像平面およびフィールドストック４０の場所に結像させる。光学装置３６はレチクル３２が製造上納得出来るような大きさになるような拡大を提供する。開口ストップ３８はウェファ１８上に入射した光線のＮＡを０．２５となるようセットする。フィールドストップ４０はストレーまたは他の望ましくない光線を除去するためのバッフルとして用いられる。

フィールドストップ４０の後に、光線はビームスプリッタ４２を通過する。ビームスプリッタ４２に斜辺４４は、広帯域の、角度に無関係な、公称５０％透過／５０％反射のコーティングを持っており、これは金属製、誘電性のいずれでもよく、またはその組み合わせであっても良い。ビームスプリッタ４２は、公称的には５０／５０であるために、光線の半分は反射として失われる。この望ましくない反射された光線は、ビームブロック４６によってブロックされ、そして吸収される。

ビームスプリッタ４２を通過することによって、光線はウェファ１８平面に中間イメージを再結像させる光学装置４８および５０上に入射する。ウェファ１８平面において結像された光線は、ウェファ１８およびアライメントマーク３４および３４’によって反射され、そして散乱される。反射され、そして散乱された光線は、光学装置４８および５０によって収集され、そしてビームスプリッタ４２に向かう。ビームスプリッタ４２はその光線を中間結像平面およびフィールドストップ５２の場所に向けて反射する。フィールドストップ５２は、ビームスプリッタおよび他の表面から生じるかもしれない望ましくない光線を除去するためのバッフルとして作用するための中間結像平面に設けられている。フィールドストップ５２の後に、光線はピューピル平面場所に設けられている検出マスク５４上に入射するようになる。

光学装置４２、４８および５０が結像および収集パスの両方において動作するため、それらは二重機能を提供できなければならない。すなわち、それらの光学装置４２、４８および５０は、０．２５のウェファ平面ＮＡに関するレチクル３２の良好に補正されたイメージを提供する一方、同時にウェファ１８からの散乱された光線の０．７の高いＮＡを収集することが出来なければならない。加えて、ウェファ１８平面におけるイメージは遠隔中心性であるために、ピューピルは光学装置５０の近くの接近し難い場所に設けられる。光学装置４８はピューピルを再結像し、そしてビームスプリッタ４２に沿って２つのピューピル平面へのアクセスを提供する。一方において、結像されたＮＡは開口ストップ３８によってセットされ、そして他においては検出マスク５４が設けられる。

アライメント検出サブシステム２４は、ウェファ１８平面における反射されそして散乱された光線の角度分配を決め、これは検出されそして検出された光線は電気信号に変換される。それらの電気信号はアライメントマーク３４および３４’が投射されたアライメントレチクルパターンによって通過される時間を決めるために処理され、それによってそれらの場所の引き続く決定が可能となる。このサブシステムは、光を収集する５つの個別の領域に分割される検出マスク５４からなっている。各領域は、５つの検出器５８、６０、６２、６４、６６の遠隔検出器に全体として接続されている。ウェファ１８によって反射された光線を収集する１つの中央の明るいフィールド領域検出器５８が存在する。この領域と結びついている検出器５８は、フォトダイオードであることが望ましい。４つの外側の暗いフィールド領域検出器６０、６２、６４、６６は、ウェファアライメントマーク３４および３４’から散乱された光線を検出する。散乱された光線の強さは小さいので、関連する暗いフィールド検出器６０、６２、６４、６６は光電子増倍管であることが望ましい。光線はマスク５４からファイバー光ケーブル３０を通して検出器６０、６２、６４、６６に伝えられる。ファイバー光ケーブル３０は、５つのファイバー光バンドルを含んでおり、そのそれぞれは端から端までランダムに（インコヒーレントに）整合された個別の数のファイバーを持っている。

アライメント照射サブシステム２２は、アライメント信号を発生するために用いられる光線を供給する。このサブシステムはファイバーバンドル７２の一端上に光学装置７０によって結像される広帯域源６８からなっている。誘電性ガラスファイバー７４は、光源スペクトルの可視（４００ｎｍから７００ｎｍ）部分を通過させ、一方望まれない光源の熱（７００ｎｍよりも大きなＩＲ放射）を反射させ、そしてＵＶ（４００ｎｍよりも小さい）を吸収するのに用いられる。光源６８は、光源６８を３つの垂直な軸に変換することができる、そしてランプ交換およびアライメント／理想化を容易にすることが出来るハウジング２２内に設けられる。端から端までランダムに（インコヒーレントに）整合される、かなりの数の個別のファイバーを含むファイバーバンドル７２は、広帯域可視光線をアライメントセンサヘッド１０に伝送する。バンドル７２から発散された光線は、最初に光放散ガラス７６上に入射する。放散ガラス７６とインコヒーレントなファイバーバンドルとの組み合わせは、レチクル３２の空間的にインコヒーレントな照射を提供し、そしてレチクル３２および、アライメントセンサヘッド１０の開口ストップ３８の両方にわたって一様な強さの分配を確実にする。

図３、図４および図５は、ウェファ１８がレチクル３２の固定イメージに相対的に走査されるに従い、アライメント信号の特性を決めるコンポーネントの詳細を説明する。図３は透明な視野における伝達性クロスパターンからなる。このクロスは２つのセグメント３１および３３で作られている。２つのセグメント３１、３３は、同じ長さと幅であり、そして互いに他に対して直交している。

図４は、それらが半導体ウェファ１８上に現れるように、ウェファ平面アライメントマーク３４、３４’を描いている。アライメントマーク３４、３４’は、それらの向きによって分類される。プラスウェファアライメントマーク３４’は、図４に描かれているようにｘ−ｙ平面において正のスロープを持って方向づけられており、そしてマイナスアライメントマーク３４は、ｘ−ｙ平面において負のスロープを持つように方向付けられている。図４において理解されるように、レチクルイメージ９６は、クロスのセグメント３１および３３がマイナスおよびプラスアライメントマーク３４および３４’それぞれに平行となるように方向付けられている。

図５は、検出器マスク５４を描いている。検出器マスク５４は透明フィールドにおいて５つの分離された伝達領域５８’、６０’、６２’、６４’、６６’を含んでいる。それら５つの領域５８’、６０’、６２’、６４’、６６’は、５つの検出器５８、６０、６２、６４、６６に相当している。中央領域５８’はウェファからの反射された光線を収集する。他の領域６０’、６２’、６４’、および６６’は散乱した光線を検出するものであり、そして図５に示される方向で中央領域の周りに設けられる。

図４および図５を参照すると、レチクルイメージ９６がウェファ１８平面アライメントマーク３４または３４’と合致していないときには、結像光線は平坦なウェファによって、入射結像光線のそれと等しいＮＡに鏡のように反射される。検出マスク５４の中央の明るいフィールド領域５８’が０．２５のウェファ平面ＮＡに相当する光を集めるようなサイズである。レチクルイメージ９６がアライメントマーク３４、３４’と合致するとき、しかしながら、いくらかの結像光線は中央の明るいフィールド領域５８’に相当する角度を越えて散乱される。検出マスク５４の暗いフィールド領域６０’、６２’、６４’、６６’はこの散乱された光線の部分を収集する。各領域の形状は、収集された散乱光線のウェファ平面角度分配を決定する。暗いフィールド領域６０’、６２’、６４’、６６’の各々への散乱された光線の量は、アライメントマーク３４、３４’の方向、アライメントマーク３４、３４’の構造、およびアライメントマーク３４、３４’を覆っている層の特性に依存する。本発明においては、暗いフィールド領域６０’、６２’、６４’、６６’は０．３５から０．７までの間のウェファ１８平面ＮＡに相当している。

一般的には、プラスアライメントマーク３４’によって発生される最も大きな散乱されたコンポーネントは、レチクルイメージ９６のセグメント３３との交差によって生じ、そして暗いフィールド領域６０’および６６’に向けられる。暗いフィールド領域６６’は、「右の」散乱された光線、すなわち図４に示されている正のｘ方向から４５度（時計回り）の方向において０．３５から０．７０の間のＮＡ範囲へのプラスアライメントマーク３４’によって散乱された光線、を収集する。一方、暗いフィールド領域６０’は、「左の」散乱された光線、すなわち図４において示されている正のｙ方向から４５度（反時計方向）の方向において０．３５から０．７０の間のＮＡ範囲内へのプラスアライメントマーク３４’によって散乱された光線、を収集する。同様に、マイナスアライメントマーク３４によって発生される最も大きな散乱されたコンポーネントは、レチクルイメージ９６のセグメント３１との交差によって生じ、そして暗いフィールド領域６２’、および６４’に向けられる。暗いフィールド領域６２’は、「右の」散乱された光線、すなわち図４に示される正のｘ方向から４５度（反時計方向）の方向において０．３５から０．７０の間のＮＡ範囲内へのマイナスアライメントマークによって散乱された光線、を収集する。一方、暗いフィールド領域６４’は、「左の」散乱された光線、すなわち図４において示されているマイナスｙ方向から４５度（時計方向）の方向における０１．３５から０．７０の間のＮＡ範囲内へのプラスアライメントマークによって散乱された光線、を収集する。

図５を参照すると、何の光線も収集されない、検出マスク５４上の透明領域が存在する。これは中央の明るいフィールド領域５８’と４つの外側の暗いフィールド領域６０’、６２’、６４’、６６’との間であり、そしてガードバンド領域８４として参照されている。例えばレジストにおける浅いディップによって生じることがある、アライメントマーク３４、３４’を覆っている層からの望ましくない散乱された、または反射された光線をブロックすることは重要である。本実施例においては、ガードバンド８４は、０．２５から０．３５の間のウェファ１８平面ＮＡに相当している。

この検出マスク５４の形状および関連する検出器が単純かつ効果的であると知られているとはいえ、ピューピル平面をさらに分割する、他のより複雑なマスクもまた設けることが出来る。

アライメント信号発生の描かれている例
図４に示されている矢印８２によって表されているように、ウェファが一定の速度でｘ方向に走査されるに従い、アライメント信号が発生される。図６は信号のシーケンスの例を描いたチャートである。図６は、アライメント信号発生原理を明確にするための例として用いられる概略図であり、（すなわち測定されたデータではなく）、そして動作状態を表現することのみを意図しているものではないことを強調しておくべきである。

５つのグラフ８６、９４、８８、９０、９２の各々は、ウェファ走査の間の時間の関数としての、検出器の１つの出力を描いている。ウェファおよびアライメントマークを含んでいるステージが場所で参照されそしてアライメント走査が一定の速度であるため、時間は位置に変換出来るということを指摘しておくことは重要である。このため、以下の説明においては、時間および空間（または場所）が交換可能なものとして用いられている。グラフ８６は、明るいフィールド検出器５８の出力を表し、一方グラフ９４、８８、９０、および９２は、４つの暗いフィールド検出器６６、６０、６２および６４それぞれからの出力を表している。図６および図７を参照すると、グラフの各々は走査の間に特定の時間ｔ１−ｔ８において垂直にマークされている。それらの垂直境界の各々の１つは、アライメントレチクルイメージ９６がアライメントマーク３４または３４’の長さ方向エッジと交差するときに生ずる。図７は、ウェファアライメントマーク３４および３４’と、８つの時間マークに関して規定される９つの異なる時間領域におけるレチクルイメージ９６を絵画的に表現したものである。

ウェファアライメントマーク３４および３４’が投射されたアライメントレチクルイメージに関して左から右に走査するに従い、どのようにアライメントマークが投射されたアライメントレチクルイメージ９６と交差するかに依存して、光線が反射または散乱される。

時間周期、ｔ＜ｔ１、ｔ２＜ｔ＜ｔ３、ｔ４＜ｔ＜ｔ５、ｔ６＜ｔ＜ｔ７、ｔ＞ｔ８、においてはアライメントマーク３４’および３４はレチクルイメージ９６と交差しない。このため、何の散乱光線も存在しない。明るいフィールド信号８６は、すべての暗いフィールド信号９４、８８、９０、９２がローのままの時でも、ハイである。

時間周期、ｔ１＜ｔ＜ｔ２およびｔ３＜ｔ＜ｔ４、においては、プラスアライメントマーク３４’がレチクルイメージ９６と交差する。光線は明るいフィールド領域５８’から散乱されて、そしてプラスの右および左の暗いフィールド領域６６’および６０’に入る。明るいフィールド信号８６は、プラスの暗いフィールド信号９４および８８が上昇するときに降下する。この例に関しては、アライメントマークのリーディングエッジは光線をほとんどプラス右の暗いフィールド領域６６’に散乱させ、一方トレーリングエッジはほとんどプラス左の暗いフィールド領域６０’に散乱し、この結果暗いフィールドプラス右信号９４は、暗いフィールド左信号８８よりも前にピークを迎える。他の２つの暗いフィールド信号９０および９２は、ローのままである。

時間周期、ｔ５＜ｔ＜ｔ６およびｔ７＜ｔ＜ｔ８、においては、マイナスアライメントマーク３４がレチクルイメージ９６と交差する。光線は明るいフィールド領域５８’から散乱しそしてマイナス右および左の暗いフィールド領域６２’および６４’に入る。明るいフィールド信号８６は、マイナスの暗いフィールド信号９０および９２が上昇するときに降下する。この例に関しては、アライメントマーク３４のリーディングエッジが、光線をほとんどマイナス右の暗いフィールド領域６２’に散乱させ、一方トレーリングエッジはほとんどマイナス左暗いフィールド領域６４’に散乱し、その結果、暗いフィールドマイナス右信号９０は暗いフィールド左信号９２よりも前にピークを迎える。他の２つの暗いフィールド信号８８および９４はローのままである。

アライメント信号分析
アライメント信号を発生させる目的は、ウェファ空間におけるアライメントマーク３４、３４’の場所を決めることである。このことは、図６に示されるように、明るいフィールドまたは暗いフィールド信号のいずれかを分析することによって行われる。以前に指摘したように、ウェファ１８は一定の速度で走査されるので、時間スケールは位置に変換されることが出来る。暗いフィールド信号はより大きな処理感度を持つので、暗いフィールドが一般的には望ましい。１つのアライメントマーク３４または３４’からの暗いフィールド左および右信号は、アライメントマークのエッジによって発生され、そして時間的に分離している。アライメントマークの中央は、左および右の暗いフィールド信号の両方を考慮することによって決められる。例えば、図６および図７を参照すると、リーディングアライメントマーク３４’の中心は、右信号ピーク９８および左信号ピーク１００を別々に最初に発見し、そして次にその２つの結果を平均化することによって決めることができる。このことは左および右信号の間の中点を与え、そしてその結果アライメントマーク３４’の中心を与えるものである。

注目すべき主要な点は、左および右信号のピークが別々に求められ、そして次に答えが組み合わせられることである。この方法は、アライメントマーク３４、３４’の真実の中心を求めるのに、左および右信号を振幅において整合させる必要がない。このことは、左および右の暗いフィールド信号を発生するために必要とされる分離された光学パスを整合（例えば伝送整合）させるという問題を軽減させる。このことはまた、処理を特徴づける分析用散乱非対称に関する手段をも提供する。

図６および図７において描かれる信号発生の説明を単純にするため仮定が設けられており、そして本発明がアライメントマーク３４、３４’の位置を正確に発見出来る条件のみを表したものを意味していないということを繰り返すべきであろう。実際には、信号が個別に分析され、そして次に平均化されて、答えがアライメントマーク３４または３４’の真実の中心を与えるように、アライメントマーク３４、３４’の各エッジからのレチクル３２のイメージの散乱された光線分配が左および右信号を発生する限り、このアライメント装置は種々の条件の下で正確である。

ウェファ平面ＴＶモニタ観察
時には、ウェファを観察する必要が存在する。このことは、手動中間アライメントの目的のために、初期的セットアップのために、または可視でのウェファ検査のために、生じる。本発明においては、装置が、アライメント信号を発生する自動アライメントモードから、ウェファのＴＶモニタイメージを発生する手動モードへと切り替えることが可能である。図８は、ウェファのＴＶモニタイメージを発生させるのに使用されるコンポーネントを概略的に描いたものである。これはサブシステム、アライメントセンサヘッド１０、カメラ照射装置２６およびＣＣＤカメラ２８、を含んでいる。

ＴＶモニタウェファ１８のイメージを発生させるためのイメージパスは以下の通りである。ウェファ１８平面から始まって、ウェファ１８平面からの光線は、光学装置５０および４８によって収集され、そしてフィールドストップ５２が存在するポイントである中間結像平面に再結像される。フィールドストップ５２の後に、自動アライメントモードにおいては通常は検出マスク５４上に達する光線を遮る位置に動いてくるミラー１０２が存在する。動くミラー１０２で反射された光線は、光学装置１０４を通過し、そして平板ビームスプリッタ１０６で反射し、ファイバーイメージバンドル１１０の面１０８における最終結像平面に向かう。

光学装置５０，４８および１０４は、ウェファ１８平面からファイバーイメージバンドル面１０８における最終イメージ平面にまで約１６ｘの倍率を提供する。平板ビームスプリッタは前面においては公称広帯域５０％透過／５０％誘電コーティングを、そしてその第２表面においてはゴーストイメージを防止するために広帯域非反射コーティングを持っている。イメージバンドル１１０は、ＣＣＤカメラ２８サブシステムにおいて、ファイバー面１１２へのアライメントセンサヘッドにおけるファイバー面１０８からのイメージを１：１で転送するように、端から端までコヒーレント的に整合されたいくらかの数のファイバーによって作られている。ＣＣＤカメラ２８サブシステムにおいては光学装置１１４はＣＣＤ検出器アレー１１６へのファイバーイメージバンドル１１０の面１１２に再結像させる。ウェファ１８イメージは次にＴＶモニタ１１８に転送される。ＴＶカメラウェファイメージは、１ミクロンの分解能および１５０ミクロンの観察視野を持っている。それらの限界はファイバーイメージバンドル１１０内の分解能素子の数によって一元的に決められる。

カメラ照射サブシステム２６の説明が行われる。カメラ照射サブシステム２６は、「クールな」可視光線、すなわち赤外線のない光線、を提供するようスペクトル的にフィルタされた、市販的に入手可能な白熱ランプ１２０を含んでいる。この光線はランプ１２０から、ファイバー光学バンドル１３１を通してアライメントセンサヘッド１０に提供される。ファイバー光学バンドル１３１は端から端までランダムに（インコヒーレントに）整合されたいくらかの数の個別のファイバーによって作られている。光線は、アライメントセンサヘッド１０におけるファイバーバンドル１３１の端から発散し、そして開口ストップ１２２、フィールドストップ１２４、光学装置１２６および次に、平板ビームスプリッタ１０６を通過する。平板ビームスプリッタ１０６から、光線が前に説明されたカメラ結像パスを横断してウェファ１８平面において照明を提供する。

フィールドストップ１２４は、ウェファ１８平面に、そしてそのためイメージファイバーバンドル１１０の前面１０８に結合される。インコヒーレントなファイバーバンドル１１０から発散された光線は、フィールドストップ１２４を一様に満たし、こうしてウェファ１８平面において一様な照明を提供し、そしてそのため、一様に照明されたＴＶモニタ１１８イメージが提供される。カメラ結像装置のピューピルに結合している開口ストップ１２２のサイズは、照明部分コヒーレンスをセットする。ランプ１２０の交換の間の時間を増加させるために、ランプ１２０は必要な時だけターンオンさせる。これは動くミラー位置センサ１３０の状態によって活性化され、その結果光線はミラー１０２がウェファ１８イメージを提供するための位置にある時のみオンとされる。

本発明に関連する主要なコンポーネントのブロック図。 アライメントセンサヘッド、アライメント照射装置およびアライメント検出サブシステムを特色とする、本発明のアライメント信号発生パスの概略図。 アライメントレチクルの平面図。 ウェファ平面におけるウェファアライメントマークおよびアライメントレチクルイメージの平面図。 ピューピル平面検出マスクの平面図。 本発明によって得られるアライメント信号の例を示した図。 ウェファアライメントマークの、アライメントレチクルイメージへの特定の間隔における関係を描いたウェファアライメント走査を絵画的に描いた図。 アライメントセンサヘッド、カメラ照射装置およびＣＣＡカメラサブシステムによって特色付けられる本発明のＴＶモニタ、ウェファイメージ発生パスの概略図である。

符号の説明

２ 作用性光源
４ マスク
６ 光感応レジスト
１０ アライメントセンサヘッド
１２ アライメント装置
１４ ＵＶ投射光学装置
１６ マウント
１８ ウェファ
２０ 焦点合わせサブシステム
２２ アライメント照射装置
２４ アライメント検出装置
２６ カメラ照射装置
２８ ＣＣＤカメラ
３０ ファイバー光学装置
３２ レチクル
３４ アライメントマーク
３６ 光学装置
３８ 開口絞り
４０ フィールドストップ
４２ ビームスプリッタ
４８，５０ 光学装置
５２ フィールドストップ
５４ 検出マスク
６８ 照射源
１０２ ミラー
１０４ 光学装置
１１０ ハイバーイメージバンドル
１１２ 面
１１４ 光学装置
１１６ ＣＣＤ検出器アレー
１２０ ランプ
１２２ 開口絞り
１２４ フィールドストップ
１３０ ミラー位置センサ
１３１ ファイバー光学バンドル

Claims (23)

1. 走査形写真平版ツールで用いるアライメント装置において、
   当該アライメント装置は、回路パターンのイメージをウェファ上に投影する投射光学装置から独立し、当該投射光学装置とは別個の光学チャネルおよび別個のコンポーネントセットを使用しており、
   当該アライメント装置は、
   １つの照射源と、
   １つのレチクルと、
   光線を方向付けするための第１のレンズ装置と、
   １つの開口絞りと、
   １つのビームスプリッタと、
   上部にプラスおよびマイナスアライメントマークを有するウェファに光線を向け、当該ウェファから反射および散乱された光線を集める第２のレンズ装置と、
   ウェファから反射された光線を検出する、前記ビームスプリッタと関連する第１の検出装置と、
   ウェファ上のプラスアライメントマークからの散乱された光線を検出する第２の検出装置と、
   ウェファ上のマイナスアライメントマークからの散乱された光線を検出する第３の検出装置と、を有する
   ことを特徴とする走査形写真平版で用いるアライメント装置。
2. 前記第２の検出装置が、第１の左側散乱光検出器および第１の右側散乱光線検出器とを有し、
   前記第３の検出装置が、第２の左側散乱光線検出器および第２の右側散乱光線検出器とを有する、請求項１記載のアライメント装置。
3. 前記レチクルは、その中に２つの直交する長方形の開口部を有しており、
   ウェファ上の単独のアライメントマークが長方形である、請求項１記載のアライメント装置。
4. 前記照射源が、広帯域のスペクトル範囲にわたって照明を提供する、請求項１記載のアライメント装置。
5. 広帯域のスペクトル範囲が、４００ｎｍから７００ｎｍの間にある、請求項４記載のアライメント装置。
6. 前記照射源が少なくとも４つの異なる光線の波長を有し、当該波長は１００ｎｍよりも大きな範囲にわたって分配されている、請求項１記載のアライメント装置。
7. 半導体製造において用いられる走査形写真平版ツール用アライメント装置において、
   当該アライメント装置は、回路パターンのイメージをウェファ上に投影する投射光学装置から独立し、当該投射光学装置とは別個の光学チャネルおよび別個のコンポーネントセットを使用しており、
   当該アライメント装置は、
   １つの照射源と、
   １つのレチクルと、
   光線を方向付けする第１のレンズ装置と、
   １つの開口絞りと、
   １つのビームスプリッタと、
   上部にプラスおよびマイナスアライメントマークを有するウェファに光線を方向づけし、当該ウェファから反射および散乱された光線を収集する第２のレンズ装置と、
   前記ビームスプリッタと関連し、第１の所定の開口数にわたって反射された光線を受け取る位置決めされた、ウェファから反射された光線を検出する第１の検出装置と、
   前記ビームスプリッタと関連し、第２の所定の開口数にわたって散乱された光線を受け取るように位置決めされた、ウェファ上のプラスアライメントマークから散乱された光線を検出する第２の検出装置と、
   前記ビームスプリッタと関連し、第２の所定の開口数にわたって散乱された光線を受け取るように位置決めされた、ウェファ上のマイナスアライメントマークから散乱された光線を検出する第３の検出装置と、
   前記第１の検出装置および前記第２および第３の検出装置の間に位置決めされた、不所望の散乱および反射された光線の検出を防止するガードバンド装置と、を有する、
   ことを特徴とする半導体製造において用いられる走査形写真平版ツール用アライメント装置。
8. 第１の所定の開口数が、第２の所定の開口数よりも小さな値を有する、請求項７記載のアライメント装置。
9. 前記第２の検出装置が、第１の左側散乱光線検出器と第１の右側散乱光線検出器とを有し、
   前記第３の検出装置が、第２の左側散乱光線検出器と第２の右側散乱光線検出器とを有する、請求項７記載のアライメント装置。
10. 前記レチクルが、その中に２つの直交する長方形の開口部を有し、ウェファ上の単独のアライメントマークが長方形である、請求項７記載のアライメント装置。
11. 前記照射源が、広帯域のスペクトル範囲にわたる照明を提供する、請求項７記載のアライメント装置。
12. 広帯域のスペクトル範囲が、４００ｎｍから７００ｎｍの間にある、請求項１１記載のアライメント装置。
13. 前記照射源が少なくとも４つの異なる光線の波長を有し、当該波長は１００ｎｍよりも大きな領域にわたって分配されている、請求項７記載のアライメント装置。
14. 半導体製造において用いられる走査形写真平版ツール用アライメント装置において、
    当該アライメント装置は、回路パターンのイメージをウェファ上に投影する投射光学装置から独立し、当該投射光学装置とは別個の光学チャネルおよび別個のコンポーネントセットを使用しており、
    当該アライメント装置は、
    ４００ｎｍから７００ｎｍの範囲の帯域幅を持つ１つの照射源と、
    その中に２つの直交する長方形の開口部を有する１つのレチクルと、
    １つの第１のレンズと、
    前記第１のレンズの後に続く、ウェファに導かれる光線の開口数を制限する１つの開口絞りと、
    前記第１のレンズからの光線を受けるように位置決めされた１つのビームスプリッタと、
    前記第１レンズと反対の、前記１つのビームスプリッタの側に位置決めされた１つの第２のレンズと、
    前記第２のレンズの近くに位置決めされた１つのウェファと、
    プラスおよびマイナス方向の両方を含む、前記ウェファ上の複数のウェファアライメントマークと、
    前記ビームスプリッタと関連し、第１の所定の開口数にわたって反射した光線を受け取るように位置決めされた、前記ウェファおよび前記複数のウェファアライメントマークから反射された光線を検出する第１の検出装置と、
    前記ビームスプリッタと関連し、第２の所定の開口数にわたって散乱した光線を受け取るように位置決めされている、前記複数のウェファアライメントマークのプラスアライメントマーク方向から散乱された左方向への光線を検出する第１の左側散乱光線検出装置と、
    前記ビームスプリッタと関連し、第２の所定の開口数にわたって散乱された光線を受け取るように位置決めされている、前記複数のウェファアライメントマークのプラスアライメントマーク方向からの右方向に散乱された光線を検出する第１の右側散乱光線検出装置と、
    前記ビームスプリッタと関連し、第２の所定の開口数にわたって散乱された光線を受け取るように位置決めされている、前記複数のウェファアライメントマークのマイナスアライメントマーク方向から左方向に散乱された光線を検出する第２の左側散乱光線検出装置と、
    前記ビームスプリッタと関連し、第２の所定の開口数にわたって散乱した光線を受け取るために位置決めされている、前記複数のウェファアライメントマークのマイナスアライメントマーク方向から右方向に散乱された光線を検出する第２の右側散乱光線検出装置と、
    前記第１の検出装置と前記第２および第３の検出装置との間に位置決めされた、不所望の散乱および反射された光線の検出を防止するガードバンド装置とを有しており、
    第１の所定の開口数は、第２の所定の開口数よりも小さな値を有する、
    ことを特徴とする半導体装置において用いられる走査形写真平版ツールに用いるためのアライメント装置。
15. 上部に複数のアライメントマークが設けられたウェファ上にパターンのイメージを投射する投射光学装置と、
    前記投射光学装置の近くに取り付けられたアライメント光学装置と、
    ウェファおよび当該ウェファ上に設けられた複数のアライメントマークから散乱および反射され、前記アライメント光学装置によって収集された光線を受け取る複数の検出器と、を有しており
    前記アライメント光学装置は、前記投射光学装置から独立し、当該投射光学装置とは別個の光学チャネルおよび別個のコンポーネントセットを使用しており、
    当該アライメント装置は、
    ここで前記複数の検出器によって受け取られた光線が検出されることでウェファがパターンとアライメントされる、
    ことを特徴とする写真平版ツール。
16. 前記投射光学装置が、紫外線波長において電磁放射を結像する、請求項１５記載の写真平版ツール。
17. 前記アライメント光学装置が、４００ｎｍから７００ｎｍの範囲の波長において、ウェファから散乱および反射された光線を収集する、請求項１５記載の写真平版ツール。
18. 前記アライメント光学装置を通して光線を方向付ける１つの照射源をさらに有しており、
    当該照射源は、１００ｎｍよりも小さくない範囲にわたって分配された少なくとも４つの異なる波長を持つ放射広帯域に相当するものを提供する、請求項１７記載の写真平版ツール。
19. 前記照射源はレーザーを含む、請求項１８記載の写真平版ツール。
20. 前記複数の検出器の１つが反射された光線を検出し、前記複数の検出器の１つが散乱された光線を検出する、請求項１５記載の写真平版ツール。
21. ウェファ、複数のウェファアライメントマーク、および投射されたアライメントレチクルイメージを可視的に観察するＴＶカメラをさらに有している、請求項１５記載の写真平版ツール。
22. 前記複数の検出器または前記ＴＶカメラのいずれかに光線を向けるために選択的に位置決めされる可動式ミラーをさらに有している、請求項２１記載の写真平版ツール。
23. 写真平板ツールであって、
    上部に複数のプラスおよびマイナスアライメントマークが設けられたウェファ上にパターンのイメージを投射する投射光学装置と、
    ウェファを照射する照射源からアライメント照明を受け取る、前記投射光学装置の近くに取り付けられたアライメント光学装置と、
    前記ウェファから反射されたアライメント照明を受け取るように位置決めされた第１の検出装置と、
    前記ウェファ上の複数のプラスアライメントマークのうちの１つから散乱されたアライメント照明を受け取るように位置決めされた第２の検出装置と、
    前記ウェファ上の複数のマイナスアライメントマークのうちの１つから散乱されたアライメント照明を受け取るように位置決めされた第３の検出装置とを有しており、
    前記ウェファは、前記第１、第２および第３の検出装置によって受け取られた光を検出することによって前記パターンとアライメントされる、
    ことを特徴とする写真平版ツール。

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