JP2550994B2 - 位置合せ方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、位置合せ方法にかかるものであり、特に
集積回路製造に使用される露光装置においてマスクない
しレチクルと半導体ウエハとのアライメントを行うのに
好適な位置合せ方法に関するものである。

［従来の技術］ 露光装置においてレチクルとウエハとのアライメント
を行う従来の位置合せ装置としては、該ウエハ上にあら
かじめ塗布されているレジストによる吸収等の影響を除
去するため、アライメント光として非露光波長の光すな
わちレジストでの吸収の少ない光を使用する方式が好ま
しいとされている。

ところで、レチクルの回路パターンをウエハ上に投影
する投影光学系は、一般的に、露光光に対して色収差が
補正されており、非露光光に対してはかかる補正が行わ
れていない場合が多い。

従って、非露光光であるアライメント光において色収
差による不都合が生じないよう、種々の工夫が必要とな
る。

かかる不都合を解消する第一の方法としては、投影光
学系の外側、物理空間的な外側または投影視野内の光軸
外にウエハアライメント用の観察系を配置するととも
に、この観察系とマスクとの位置関係をあらかじめ計測
し、ウエハに対するアライメントの後、その計測した量
だけウエハを移動させてマスクとウエハを重ね合わせす
る方法がある。

また、第二の方法としては、非露光波長の光でマスク
とウエハとを同時に観察できるようにするため、マスク
と投影光学系の間に該投影光学系の色収差を補正する光
学素子を配置するようにした方法がある。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、以上のような方法では、次に述べるよ
うな不都合がある。

まず、第一の方法では、マスク位置を予め計測する観
察系と投影レンズ外側の観測系との光学的調整、例えば
テレセン，フオーカス等を高精度で行う必要がある。ま
た、２つの観察系の位置が離れているため、計測の際、
ウエハステージの直交度誤差やヨーイング等の影響を受
け、計測誤差が発生することとなるという問題点があ
る。更に、計測後、２つの観察系の位置関係が経時的に
変化することもあり、計測誤差発生の原因となる。

次に、第二の方法においては、マスクと投影光学系の
間の補正光学素子が光軸に対し傾くと、ウエハ上で焦光
しているアライメント光の位置あるいはマークの結像光
束の位置がシフトし誤差となる。

かかる場合に、あらかじめウエハ上でのシフト量を観
察すればよいが、特に補正光学素子が露光エリア内にあ
る場合、露光中は該補正光学素子を退避させる必要があ
り、再びアライメントのために該素子をセツトした時
は、機械的な精度によって上記傾きが決定され、それが
誤差となるという問題点がある。

この発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、
このような誤差をなくし、高精度な位置合せを行うこと
ができる位置合せ装置を提供することをその目的とする
ものである。

［問題点を解決するための手段］ この発明は、マスクのパターンを第１波長の光で照明
し、該パターンの像を投影光学系を介して基板上に結像
する際に、前記マスクと基板の各々に形成された位置合
わせ用のマークを前記第１波長と異なる第２波長の光で
照明し、各マークからの光をアライメント光学系で検出
することによって、前記マスクと基板との投影光学系に
対する位置合わせを行う方法であって、前記投影光学系
の所定の投影像面に発光性の基準マーク体を配置すると
ともに、前記基準マーク体を前記第１波長の光で発光さ
せ、該発光した光を前記投影光学系を介して前記マスク
のマークへ照射する工程と、前記投影光学系と前記マス
クとを介して得られる前記基準マーク体からの光を光電
検出することにより、前記基準マーク体と前記マスクと
の第１の位置関係を決定する工程と、前記マスクのマー
クと前記基準マーク体とを第２波長の光で照明し、前記
投影光学系、前記マスク及び前記アライメント光学系を
介して前記基準マーク体と前記マスクのマークとからの
光を光電検出することにより、前記基準マーク体と前記
マスクとの第２の位置関係を決定する工程と、前記第１
波長と前記第２波長との差によって前記投影光学系で生
ずる収差に起因した位置誤差を、前記第１の位置関係と
前記第２の位置関係とに基づいて検出する工程と、前記
アライメント光学系を用いて、前記マスクと基板との位
置合わせを行う際に、前記検出された位置誤差を位置合
わせ補正として利用する工程とを含むことを技術的要点
としている。

［作用］ この発明によれば、まず、露光波長の光によってマス
クのマークが照明されるとともに、そのマーク像と所定
の関係となるように基準マーク体が配置される。

次に、かかる配置関係を保持した状態で、露光光と異
なる波長の光によってマスクのマークと基準マーク体と
が各々照明される。以上の操作によって、投影する光の
波長の相違に基くマスクマークと基準マークとの配置誤
差が検出される。

次に、マスクと基板との位置合せの際に、それらの位
置合せ量に対して、前記配置誤差の補正が行われる。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を、添付図面を参照しながら
詳細に説明する。

実施例の適用装置例 第１図には、この発明の一実施例が適用される装置例
の構成が示されている。

まず、露光系について説明する。図において、図示し
ない光源から出力された露光光LAは、コンデンサレンズ
10で集光されてダイクロイックミラー12に入射し、ここ
で反射されてレチクルステージ14にセットされたレチク
ルＲに入射するようになっている。該ダイクロイックミ
ラー12は、露光波長の光を数％程度透過できるような構
成となっている。

このレチクルＲを透過した露光光LAは、更に投影レン
ズ16の作用によって、ウエハステージ18上にセットされ
たウエハＷに入射し、レチクルＲ上に形成されている回
路パターンがウエハＷ上に結像投影されるようになって
いる。

次に、アライメント系について説明する。図示しない
光源から出力され、平行光線化された非露光波長のアラ
イメント光LBは、シリンドリカルレンズ20を透過してミ
ラー22で反射され、更にはリレー系24によるリレーおよ
びミラー26による反射によって、ビームスプリッタ28に
入射するようになっている。

このビームスプリッタ28を透過したアライメント光LB
は、二重焦点素子ないし複屈折素子30、テレセントリッ
クな対物レンズ32を各々透過して、上述したダイクロイ
ックミラー12に入射するようになっている。

上記二重焦点素子30は、投影レンズ16の瞳ｅと共役の
位置に配置されている。

次に、かかるダイクロイックミラー12を透過したアラ
イメント光LBは、レチクルＲに入射するとともに、これ
を透過したアライメント光LBは、投影レンズ16を介して
ウエハＷに入射するようになっている。

すなわち、上述したレチクルＲの回路パターン以外の
適宜部分には、第２図に示すように、透光部RAMと遮光
部RMBとによる短形状の透光性のアライメント用マーク
（以下、「レチクルマーク」という）RMが、位置合せす
べき方向に対応して形成されている。アライメント光LB
は、係るレチクルマークRMを透過して投影レンズ16に入
射するようになっている。

上述した二重焦点素子30を透過したアライメント光LB
のうち、例えば、Ｓ偏光の光は、レチクルＲ上方の第一
面の位置SAと、ウエハＷ表面である第三面の位置SCとに
おいて結像するようになっている。また、Ｐ偏光の光
は、レチクルＲのパターン面である第二面の位置SBと、
ウエハＷ下方の第四面の位置SDとにおいて結像するよう
になっている。

すなわち、第一面SAと第二面SBとの間隔、第三面SCと
第四面SDとの間隔が各々投影レンズ16の色収差量に該当
するとともに、Ｓ偏光のアライメント光がウエハＷ上に
結像し、Ｐ偏光のアライメント光がレチクルＲのパター
ン面上に結像するように構成されている。

なお、明らかなように、上述した露光光LAは、レチク
ルＲのパターン面である第二面の位置SBおよびウエハＷ
上の第三面の位置SCで結像するようになっている。

次に、レチクルＲないしウエハＷに入射したアライメ
ント光LBによる戻り光ないし検出光は、入射光路を逆に
進行して再びビームスプリッタ28に入射し、ここで反射
された検出光は、リレーレンズ34を介してダイクロイッ
クミラー36に入射するようになっている。

また、後述する発光スリット板68からの光も露光波長
の光を数％程度透過できるダイクロイックミラー12、ビ
ームスプリッタ28の作用によってダイクロイックミラー
36に入射するようになっており、これを透過した光は、
リレーレンズ38、空間フィルタ40を各々透過して光電変
換を行うディテクタ42に入射するようになっている。

次に、ダイクロイックミラー36によって反射された検
出光は、リレーレンズ44を介して偏光ビームスプリッタ
46に入射し、ここで反射したＰ偏光の検出光は空間フィ
ルタ48を透過してディテクタ50に入射し、ここで透過し
たＳ偏光の検出光は空間フィルタ52を透過してディテク
タ54に入射するようになっている。

以上のディテクタ42、50、54のうち、まず、ディテク
タ42にはスリット板68からの戻り光が入射結像するよう
になっており、ディテクタ50にはレチクルＲからの戻り
光が入射結像するようになっており、ディテクタ54には
ウエハＷからの戻り光が入射結像するようになってい
る。

これらの戻り光としては、マークエッジからの散乱
光、格子状マークからの回折光がある。

なお、上述した空間フィルタ40、48、52は、投影レン
ズ16の瞳ｅと共役の位置に配置されている。

次に、上述したディテクタ42、50、54の検出出力側
は、信号増幅用のアンプ56を各々介して波形処理部58に
接続されている。この波形処理部58は、入力データに基
いて位置合せ用の情報を得るためのもので、上述したウ
エハステージ18上に配置されている移動鏡60を利用して
該ステージの位置を検出する干渉計62からのパルス信号
が入力されている。

該波形処理部58の出力は、制御装置64に対して行われ
るようになっている。この制御装置64には、上述した干
渉計62から位置情報が入力されているとともに、ステー
ジ駆動用のモータ66に制御信号が出力されるようになっ
ている。

次に、上記ウエハステージ18の隅適宜位置には、発光
マークを得るためのスリット板68が、上述したウエハＷ
表面である第三面の位置SCに位置合せされて配置されて
いる。このスリット板68には、光源70から露光波長の光
が集光レンズ72およびファイバ74を各々介して入射する
ようになっている。

第３図（Ａ），（Ｂ）には、かかるスリット板68の平
面および断面が各々示されており、短形状のスリットな
いしフィデューシャルマークFMがウエハステージ18の内
側から照明されて発光するように構成されている。

実施例の作用 次に、この実施例の全体的作用について、第４図を参
照しながら説明する。

この実施例においては、まず、アライメント光LBによ
ってレチクルＲとウエハＷとの位置ずれ量を計測する前
に、レチクルＲ上に形成されている第２図に示したレチ
クルマークRMの真下を、発光スリットFMでスキヤンす
る。

このときに、レチクルマークRMを透過した露光波長の
光は、該発光スリットFMの移動、すなわちウエハステー
ジ18の移動を検出する干渉計62からの位置パルス信号の
タイミングに同期して、その光量がディテクタ42から波
形処理部58に取り込まれる。例えば、発光スリットFMか
らの光が第２図の矢印FA方向にレチクルマークRMを走査
したとすると、ディテクタ42の出力は、第４図（Ａ）に
示すようになる。

すなわち、発光スリットFMからの露光波長の光によっ
て、投影レンズ16側からレチクルＲが照明走査されるこ
ととなり、ディテクタ42に対する入射光量の大きさによ
って、ウエハＷ上におけるレチクルＲのアライメント用
レチクルマークRMの位置、別言すれば、投影レンズ16に
よるレチクルマークRMの投影位置の検出が波形処理部58
によって行われる。

次に、以上の検出結果が制御装置64に入力され、かか
る結果と、干渉計によるウエハステージ18の位置情報と
に基いてモータ66が駆動され、レチクルマークRMの真
下、すなわち投影位置に発光スリットFMが正確に移動す
る。

そして、次に、アライメント光LBの照射が行われ、レ
チクルマークRMのエッジからの反射散乱光がディテクタ
50で検出されるとともに、発光スリットFMのエッジから
の反射散乱光がディテクタ54で検出される。これらの信
号は、ウエハステージ18の移動に同期して、すなわち干
渉計62からの位置パルス信号の入力に同期して、波形処
理部58でサンプリングされる。第４図（Ｂ）には、レチ
クルマークRMからの信号例が示されており、同図（Ｃ）
には、発光スリットFMからの信号例が示されている。

次に、波形処理部58では、まず各信号のピークを利用
してレチクルマークRMおよび発光スリットFMの中心が各
々求められ、これらの位置を比較することによって、両
者の位置ずれ量ΔＸが求められる。

この位置ずれ量ΔＸは、ウエハステージ18上に露光光
でレチクルＲ上のパターンを投影した場合の投影位置
と、非露光光で投影した場合の投影位置とのずれ量を表
わしている。

次に、以上のようにして波長の相違による投影位置の
差を求めたのち、レチクルＲとウエハＷとの位置ずれ量
の計測が行われる。

すなわち、レチクルマークRMの投影位置にウエハ側に
形成されているアライメント用のウエハマーク（図示せ
ず）を移動するとともに、アライメント光LBを照射して
ウエハマークを走査し、このときに該ウエハマークから
得られる検出光をディテクタ54で検出する。

このときの信号のサンブリングは、上述した場合と同
様にして、干渉計62の出力パルスに同期して波形処理部
58により行われる。

そして、得られた信号と、第４図（Ｂ）の信号とによ
り、上述した位置ずれ量ΔＸを算出した場合と同様にし
て、レチクルＲとウエハＷとのずれ量ΔＹが算出され
る。

次に、制御装置64では、以上のようにして求められた
位置ずれ量ΔＹに、先に求めた位置ずれ量ΔＸが加算さ
れ、これに基いてモータ66が駆動してΔＹ＋ΔＸのレチ
クルＲ又はウエハＷの相対移動が行われて、アライメン
トないし位置合せが完了する。

実施例の効果 以上説明したように、この実施例によれば、アライメ
ント光と露光光の投影位置のずれ量を、ステージ上の同
一位置に投影されるレチクルマークRMを用いて計測する
ため、ステージの場所による誤差（ヨーイング、直交
度）等やマークの誤差の影響を受けないという効果があ
る。

また、本実施例では、ウエハ上のアライメント結像光
がレチクルＲ上で結像していない。このため、レチクル
Ｒに傾きがある場合には、ウエハ上でのアライメント光
位置がシフトするが、そのシフト量も検出できるという
効果がある。

更に、アライメント光と露光光の波長が著しく異なる
場合には、アライメント光は露光光に対して倍率色収差
の影響を受け、ウエハ上の結像位置がシフトする。しか
し、この実施例によれば、そのシフト量も検出できとる
いう効果がある。

更に、本実施例は第１図のような構成であるため、露
光中でもアライメント光学系を退避させる必要がない。
このため、機械的な構成が容易となり、しかも露光中も
アライメントの確認を継続することができるという利点
もある。ただし、その場合は第１図のミラー22（瞳ｅと
共役位置）を振動させ、アライメント光LBによるスポッ
ト光がレチクル上、ウエハ上の夫々で走査されるような
構成とし、走査位置に応じてアップダウンのパルス列を
作り出すような構成にする必要がある。

他の実施例 次に、この発明の他の実施例について説明する。

まず、上述した実施例では、ウエハ上におけるレチク
ルＲないしレチクルマークRMの露光光による投影位置を
観察するために、発光スリツトFMを用いているが、露光
波長の光をレチクルＲの上方から露光光と同様に入射さ
せて照明するとともに、この光をウエハ側で受光するよ
うにして、レチクルＲの投影レンズ16による投影位置を
検出するようにしてもよい。

次に、第５図を参照しながら、更に他の実施例につい
て説明する。この実施例は、発光スリットを用いてレチ
クルマークRMからの光の光量変化を検出する他の方式で
ある。

第５図において、第１図に示したコンデンサレンズ10
の露光光LAの入射側には、ビームスプリッタ100が配置
されている。このビームスプリッタ100は、露光波長の
光に対して、 透過率＞反射率 の特性を有しており、フライアイレンズないしオプティ
カルインテグレータ102、およびフィールドレンズ104を
介して露光光LAが入射するようになっている。

上述したビームスプリッタ100の光反射側には、ディ
テクタ106が配置されており、発光スリットFMからの光
によるレチクルマークRMからの検出光が入射するように
なっている。このディテクタ106は、第１図のディテク
タ42に対応するもので、投影レンズ16の瞳ｅと共役の位
置となっている。なお、PAは露光光LAの光軸であり、PB
はアライメント光LBの光軸である。

なお、その他の構成部分は、第１図の実施例と同様で
ある。

以上のような構成によっても、上述した実施例と同様
の効果を得ることができる。

なお、この発明は何ら上記実施例に限定されるもので
はなく、例えば、マークの形状など必要に応じて適宜設
定してよい。

［発明の効果］ 以上の様に本発明によれば、露光波長と異なる波長の
アライメント光による投影位置と、露光光による投影位
置とのずれ量を、マスクに形成されたマークを用いて計
測することとしたので、基板の場所のよるヨーイング、
直交度等による誤差、マークによる誤差の発生が低減さ
れることとなり、高精度な位置合せを行うことができる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に適用される装置例を示す
構成図、第２図はレチクルマークの例を示す平面図、第
３図は発光スリットの例を示す説明図、第４図は第１図
の実施例の作用を示す線図、第５図は他の実施例の適用
例を示す主要部分の構成図である。 ［主要部分の符号の説明］ 16……投影レンズ、18……ウエハステージ、42,50,54…
…ディテクタ、58……波形処理部、64……制御装置、66
……モータ、LA……露光光、LB……アライメント光、FM
……発光スリット、Ｒ……レチクル、RM……レチクルマ
ーク、Ｗ……ウエハ。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マスクのパターンを第１波長の光で照明
   し、該パターンの像を投影光学系を介して基板上に結像
   する際に、前記マスクと基板の各々に形成された位置合
   わせ用のマークを前記第１波長と異なる第２波長の光で
   照明し、各マークからの光をアライメント光学系で検出
   することによって、前記マスクと基板との投影光学系に
   対する位置合わせを行う方法において、 前記投影光学系の所定の投影像面に発光性の基準マーク
   体を配置するとともに、前記基準マーク体を前記第１波
   長の光で発光させ、該発光した光を前記投影光学系を介
   して前記マスクのマークへ照射する工程と、 前記投影光学系と前記マスクとを介して得られる前記基
   準マーク体からの光を光電検出することにより、前記基
   準マーク体と前記マスクとの第１の位置関係を決定する
   工程と、 前記マスクのマークと前記基準マーク体とを第２波長の
   光で照明し、前記投影光学系、前記マスク及び前記アラ
   イメント光学系を介して前記基準マーク体と前記マスク
   のマークとからの光を光電検出することにより、前記基
   準マーク体と前記マスクとの第２の位置関係を決定する
   工程と、 前記第１波長と前記第２波長との差によって前記投影光
   学系で生ずる収差に起因した位置誤差を、前記第１の位
   置関係と前記第２の位置関係とに基づいて検出する工程
   と、 前記アライメント光学系を用いて、前記マスクと基板と
   の位置合わせを行う際に、前記検出された位置誤差を位
   置合わせ補正として利用する工程とを含むことを特徴と
   する位置合わせ方法。
2. 【請求項２】前記投影光学系は、前記第１波長の光に対
   して収差補正されており、前記第２波長の光は前記第１
   波長の光とわずかに波長が異なり、実質的に異なる光源
   からの光であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の位置合わせ方法。
3. 【請求項３】前記投影光学系は、前記第２波長の光に対
   して所定の色収差量を有し、該色収差量に相当した焦点
   距離差をもつ２重焦点照明系を介して前記第２波長の光
   が収束したスポットとして前記マスク、基板並びに基準
   マーク体に照射されることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の位置合わせ方法。