JP2569537B2 - アライメント装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、例えば半導体製造に用いられている縮小投
影型露光装置において、レチクルに形成された回路パタ
ーンと半導体ウエハとの位置合わせを行うために使用さ
れるアライメント装置の改良に関するものである。

［従来の技術］ 従来のアライメント装置としては、例えば、アライメ
ント用の照明（以下アライメシト光とする）光を適当な
手段で振動させるようにしたものがある。

すなわち、かかる振動により、ウエハ上に形成されたア
ライメントマークに対するアライメント光（レーザビー
ム等）の相対的なスキャンが行なわれ、これによって発
生するアライメントマークからの検出信号を利用して、
レチクルとウエハとのアライメントが行われる。

このような方式の装置においては、アライメント光の光
路中に光を振動させる光学素子を挿入することにより、
アライメントマークを固定した状態で該マークから検出
光を発生させ、TTL（スルーザレンズ）オンアクシス（o
n Axis）方式によってレチクル及びウェハ上の各マーク
位置を検出する方法が多く利用されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 以上のように、従来のアライメント装置では、アライメ
ント光を振動させることによって該アライメント光がア
ライメントマーク上をスキヤンするように構成されてい
る。

このため、レチクルやウエハが載置されているステージ
の静止精度（ゆらぎ）、振動子によるアライメント光の
走査安定性など、アライメント時の計測誤差をまねく多
くの不安定な要因が存在する。このため、アライメント
精度が低下するという不都合がある。

また、上記のような装置においてアライメント精度を向
上させようとすると、ステージや振動子等に極めて精密
な製造技術を必要とし、定期的なメンテナンスを行うこ
とが必要となり、装置自体のコストが高くなったり、作
業の合理化の妨げにつながる等の不都合が生ずる。

この発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、ア
ライメント系の不安定要素の低減を図るとともに、アラ
イメント精度を向上させてその安定化を図ることができ
るアライメント装置を提供することを、その目的とする
ものである。

［問題を解決するための手段］ この発明は、マスク（14）及び基板（20）上にアライ
メント用のマーク（14a、20a）を各々形成するととも
に、該各マークとアライメント光とを相対的に走査する
ことによって、前記マスクと前記基板とのアライメント
を行うアライメント装置において、 アライメント光をマスク及び対物光学系（18）を介し
て基板上のアライメントマークに照射し得るように配置
されるとともに、所定の基準位置に静止して前記アライ
メント光を照射するアライメント光学系と、 マスクが載置された第１ステージを移動する第１の駆
動手段と、 基板が載置された第２ステージを移動する第２の駆動
手段と、 アライメント用のマークの各々が前記アライメント光
の基準位置を通過して移動するように前記第１および第
２の駆動手段を制御する制御手段と備えたことを技術的
要点としている。

［作用］ この発明においては、アライメント光に対し、マスク
と基板（ウェハ）とを各々独立して移動することにより
アライメントが行なわれる。

アライメント光は、所定位置に静止して照射されるた
め、その振動等による各装置の位置や角度のずれが生じ
ることがない。

アライメント系のシステムは、安定した構成となり、ア
ライメントシステム単体でのメンテナンスが省略化され
る。

この発明の具体的態様によれば、アライメント光に対す
るマスク及び基板の移動が工夫される。

［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。

第１図には、この発明の一実施例が示されている。この
図において、まず、ビーム整形されたアライメント光
が、適宜の光学系（図示せず）によって導かれると、該
アライメント光は、レンズ２及び４を透過することによ
り拡大されて、空間フイルター８に入射するようになっ
ている。

第２図には、空間フィルタ８の一例が示されており、同
図（Ａ）は正面図、同図（Ｂ）は側面図である。これら
の図において、空間フイルタ８は、後述する投影レンズ
18の瞳位置18aと共役の位置関係となるように配置され
るとともに、中央部分に透過窓8aを備え、光電変換素子
６と一体に構成されている。

この光電変換素子６は、6a,6b,6c,6dの４つの各変換素
子によって構成されている。

なお、図中の斜線部分は、クロムパターン等で形成され
た遮光部であり、アライメント光は遮光部では遮断さ
れ、透過窓8aのみを通過するように構成されている。こ
の透過窓8aは、ビーム整形用スリツトとして代用しても
よい。なお、アライメント光としてレーザ光のようなコ
ヒーレント光を使う場合は、窓8aにレーザ光が通るよう
に予めビーム成形しておいた方がよい。

次に、空間フイルタ８を透過したアライメント光は、対
物レンズ10を透過し、ミラー12で反射された後にレチク
ル14面上に結像するようになっている。この際、窓8aの
形状が瞳面でスリット（シート）状であるため、レチク
ル14上ではそれと直交する方向に伸びたスリット（シー
ト）状のビーム断面となってスポットに形成される。

レチクル14は、レチクルステージ16上にセットされると
ともに、レチクル14上にはレチクルアライメントマーク
14aが形成されている。このレチクルアライメントマー
ク14aは、第３図（Ａ）に示すように、アライメント光
透過用窓として形成されたものであり、該窓部のみをア
ライメント光が通過できるようになっている。

一方、レチクル14がセットされているレチクルステージ
16は、その位置座標が干渉計システム（レーザ光波干渉
測長器）24によってモニタされるとともに、モータ28に
よって駆動されてアライメント光に対する走査が行われ
るように構成されている。

次に、レチクル14を透過したアライメント光は、投影レ
ンズ18を介して、ウエハ20面上にシート状のスポットと
して結像する。ウエハ20は、ウェハステージ22上にセッ
トされるとともに、その表面上には、第３図（Ａ）に示
すように、直格子状のウェハアライメントマーク20aが
形成されている。

ウエハステージ22は、レチクルステージ16と同様に、位
置座標が干渉計システム26でモニタされるとともに、モ
ータ30によって駆動されてアライメント光に対する走査
が行われるように構成されている。

次に、上述したレチクルアライメントマーク14a及びウ
ェハアライメントマーク20aをアライメント光が走査す
ると、レチクルアライメントマーク14aからは散乱光
が、ウエハアライメントマーク20aからは回折光が各々
発生する。

これらの検出光は、上述した送光系の光路を逆に進行
し、光電変換素子６に入射して光電信号に変換されるよ
うになっている。

すなわち、これらの光電変換素子６に入射した検出光の
うち、レチクルアライメントマーク14aの直線的なエッ
ジからの散乱光は光電変換素子6a,6bに各々入射し、ウ
エハアライメントマーク20aからの回折光は光電変換素
子6c,6dに各々入射して、各々独立して検出信号を得ら
れるようになっている。このように光電変換素子６の受
光面、すなわち瞳共役面において回折光と散乱光とが分
離されることは例えば特開昭61-128106号公報に開示さ
れている。

次に、光電変換素子６で得られた各々の検出信号は、ア
ンプ32に送られるようになっている。このアンプ32の出
力側は、上記検出信号をデジタル信号に変換するための
A/D変換器34に接続され、A/D変換器34の出力側は、上記
検出信号を格納するためのメモリ回路36に接続されてい
る。

他方、上述した干渉計システム24,26は、干渉計コント
ローラ38に各々接続されており、これら干渉計システム
24,26においてモニタされた各ステージの位置情報は、
干渉計コントローラ38に入力されるようになっている。
この干渉計コントローラ38は、コンピュータ40に按続さ
れている。

このコンピュータ40には、ステージコントローラ42が接
続されている。ステージコントローラ42は、各ステージ
にそれぞれ設けられているモータ28,30に各々接続さ
れ、各モータを駆動するものである。

すなわち、モータ28はレチクルステージ16に設けられ、
モータ30はウェハステージ22に設けられている。これら
の各モータ28,30は、上記ステージコントローラ42から
の指令により、両ステージが交差する方向に移動してア
ライメント光による走査が行われるように駆動制御され
るように構成されている。

次に、上述したコンピュータ40は、前記アンプ32,メモ
リ回路36,干渉計コントローラ38及びステージコントロ
ーラ42に各々接続され、アライメント計測開始時の各ス
テージの座標位置情報と、アライメント光によって検出
された各アライメント位置情報とに基いて、アライメン
ト位置とのずれを算出する機能を有する。

算出された情報は、ステージコントローラ42に出力さ
れ、該ステージコントローラ42では、上記入力された情
報に基いてモータ28,30が駆動制御されるようになって
いる。

そして、モータ28,30によって各ステージが各々独立移
動し、これによってアライメントが行われるようになっ
ている。

次に、第３図及び第４図を参照しながら、上記実施例の
動作について説明する。

第３図（Ａ）には、レチクルアライメントマーク14a及
びウェハアライメントマーク20aとアライメント光のビ
ームパターン100との位置関係、更には、各アライメン
トマークのアライメント光を走査する移動方向が示され
ている。

図中ビームパターン100は、レチクル14及びウェハ20に
照射されたアライメント光によって、レチクル14及びウ
ェハ20上に形成されたものである。また、レチクルマー
ク14aのR_Lは図の左側のエッジ部，R_Rは図の右側のエッ
ジ部を示す。

同図（Ｂ）には、レチクル14の移動距離と、レチクルマ
ーク14aにおいて発生した散乱光による検出光電信号と
の関係が示されている。

同図（Ｃ）には、ウエハ20の移動距離と、ウェハマーク
20aにおいて発生した回折光による検出光電信号との関
係が示されている。

また、第４図には、アライメント終了時の、第３図
（Ｂ）及び（Ｃ）に示された各検出信号と、アライメン
ト光のビームパターン100との相対的な位置関係が示さ
れている。

まず、ビーム成形されたアライメント光は、レンズ2,4
を各々透過して、光電変換素子６と一体となっている空
間フィルタ８に入射する。そして、空間フィルタ８を透
過したアライメント光は、対物レンズ10及びミラー12の
各光学素子の各作用によって、レチクルステージ16上の
レチクル14を照射することとなる。

更に、レチクル14及びレチクルステージ16を透過したア
ライメント光は、投影レンズ18を介してウエハステージ
22上のウエハ20を照射する。

次に、レチクル14及びウェハ20にアライメント光が照射
されると、ステージコントローラ42の指令に基いて、モ
ータ28,30により、アライメント光を走査するように、
レチクルステージ16とウェハステージ22が交差する方向
に各々移動する。

例えば、第３図（Ａ）においては、アライメント光のビ
ームパターン100に対して、レチクルマーク14aが矢印FA
で示すように左方に移動し、ウェハマーク20aがレチク
ルマーク14aと交差する方向である右方に矢印FBの如く
移動することとなる。

アライメント光が走査されると、レチクル14では、レチ
クルアライメントマーク14aの窓の境界部分（クロム層
の段差エッジ）において散乱光が発生する。

また、ウェハ20では、ウェハアライメントマーク20aに
おいてマーク長手方向に回折光が発生する。

次に、レチクル14において発生した散乱光及びウェハ20
において発生した回折光の各々の検出光は、送光時の光
路を逆に戻って、光電変換素子６に入射し、ここで光電
変換される。

この時、前述したように、レチクルアライメントマーク
14a上で発生した散乱光は、光電変換素子6a,6bに入射
し、ウェハアライメントマーク20a上で発生した回折光
は、光電変換素子6c,6dに入射し、第３図（Ｂ）及び
（Ｃ）に示すような検出信号が得られる。

次に、光電変換されたそれぞれの検出信号は、アンプ32
に各々入力されて増幅されたのち、A/D変換器34により
アナログ信号からデジタル信号に変換される。

これらのデジタル化された検出信号は、一方においてメ
モリ回路36に格納されるとともに、他一方においてコン
ピユータ40により信号処理されて、レチクルマーク14a
の位置とウエハマーク20aの位置とが各々求められる。

すなわち、レチクルステージ16と、ウエハステージ22の
アライメント計測開始時の位置座標は、それぞれ干渉計
システム24及び26によってモニタされ、干渉計コントロ
ーラ38にあらかじめ入力されている。

そして、各ステージの移動の位置情報は、干渉計コント
ローラ38からコンピュータ40に入力される。コンピュー
タ40では、上記各ステージの計測開始時の位置情報と、
移動後の位置情報より、レチクルステージ16及びウェハ
ステージ22の相対的な移動量が算出される。

詳述すると、第３図（Ｂ）に示す検出信号のピークは、
レチクルアライメントマーク14aのエッジ位置R_L，R_Rに
各々対応するので、その中心を求めれば、これがマーク
中心に対応することとなる。このマーク中心の位置は、
干渉計コントローラ38から入力される情報に基いて演算
することができる。

他方、同図（Ｃ）に示す検出信号のピークは、そのまま
ウエハアライメントマーク20aに対応するので、その中
心を求めれば、これがマーク中心に対応することとな
る。このマーク中心の位置も、干渉計コントローラ38か
ら入力される情報に基いて演算することができる。

次に、以上のようにして算出されたマーク中心の位置情
報は、ステージコントローラ42に各々入力される。

ステージコントローラ42では、コンピュータ40からの位
置情報に基いて、モータ28,30の駆動制御が行われ、ア
ライメント光による検出信号が第４図に示すような状態
になるように、レチクルステージ16及びウェハステージ
22を移動させることにより、レチクル14とウェハ20との
相対的なアライメントが行われる。

以上のように、この実施例においては、アライメント光
を静止させ、レチクルアライメントマーク14aとウエハ
アライメントマーク20aとがアライメント光を走査する
ことにより、レチクル14及びウエハ20からのアライメン
ト信号の検出が行われている。

従って、レチクル14及びウエハ20がそれぞれ載置されて
いる各ステージの静止精度（ゆらぎ）及びアライメント
光の照射安定性が向上し、アライメント時の計測誤差が
減少することとなる。そして、更には、アライメント系
のシステムが安定となり、アライメント精度の向上を図
ることができる。

また、振動等による各装置の位置や角度のずれがないた
め、アライメントシステム単体でのメンテナンスを省略
できるという利点もある。

更に、アライメント光をレチクル14とウエハ20が走査す
る時の移動方向が、各々交差する方向（逆方向）である
ため、レチクルステージ16及びウエハステージ22の移動
量が減少し、アライメント時間が短縮できるという効果
がある。

なお、本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、上記実施例においては、レチクルステージ
16及びウエハステージ22の移動方向を同一方向に移動さ
せるようにしてもよい。

しかし、両ステージを同ー方向に移動させることによっ
て、アライメント光をスキャンする場合には、ウエハス
テージ22の移動スピードをレチクルステージ16の移動ス
ピードよりも速くすることが条件となる。

すなわち、上述したように、レチクルアライメントマー
ク14aの通過窓を透過したアライメント光のみが、ウェ
ハ20を照射し、この光をウェハ20がスキャンするように
構成されている。

従って、レチクル14上のアライメント用透過窓をアライ
メント光が通過している間に、該アライメント光に対す
るウェハ20のスキャンを行うため、レチクル14の移動ス
ピードがウェハ20の移動スピードのある一定値よりも速
い場合には、ウェハ20のアライメント光に対する充分な
スキャンを行えなくなるという不都合が生じる。

その他、本発明は、同様の機能を奏するように種々設計
変更可能であり、種々の態様を含むものである。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、アライメント光（照明
光）を静止させて、マスクと基板（ウェハ）の移動によ
りアライメントを行っているため、アライメント系のシ
ステムが安定となり、アライメント精度の向上を図るこ
とができるという効果がある。

また、各装置の位置や角度のずれがないため、アライメ
ントシステム単体でのメンテナンスを省略できるという
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を示す構成図、第２図は上記
実施例の空間フイルタと光電変換素子の関係を示す構成
説明図、第３図及び第４図は実施例の作用を示す説明図
である。 ［主要部分の符号の説明］ 14……レチクル、14a……レチクルアライメントマー
ク、16……レチクルステージ、20……ウエハ、20a……
ウエハアライメントマーク、22……ウエハステージ、42
……ステージコントローラ、28,30……モータ

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マスク及び基板上にアライメント用のマー
   クを各々形成するとともに、該各マークとアライメント
   光とを相対的に走査することによって、前記マスクと前
   記基板とのアライメントを行うアライメント装置におい
   て、 前記アライメント光を前記マスク及び対物光学系を介し
   て前記基板上のアライメントマークに照射し得るように
   配置されるとともに、所定の基準位置に静止して前記ア
   ライメント光を照射するアライメント光学系と、 前記マスクが載置された第１ステージを移動する第１の
   駆動手段と、 前記基板が載置された第２ステージを移動する第２の駆
   動手段と、 前記アライメント用のマークの各々が前記アライメント
   光の基準位置を通過して移動するように前記第１および
   第２の駆動手段を制御する制御手段とを有することを特
   徴とするアライメント装置。
2. 【請求項２】前記制御手段は、前記マスク上のアライメ
   ントマークと前記基板上のアライメントマークとの各々
   が交差するように前記第１及び前記第２ステージを移動
   させることを特徴とする請求項１に記載のアライメント
   装置。
3. 【請求項３】前記制御手段は、前記マスク上のアライメ
   ントマーク部分を透過した前記アライメント光が前記基
   板上のアライメントマークに照射されるように前記第１
   及び第２ステージを制御することを特徴とする請求項２
   に記載のアライメント装置。
4. 【請求項４】前記マスク上のアライメントマークが前記
   アライメント光の基準位置を通過する間に、前記基板上
   のアライメントマークが前記アライメント光の基準位置
   を通過するように、前記制御手段は前記第１及び前記第
   ２ステージを制御することを特徴とする請求項２に記載
   のアライメント装置。
5. 【請求項５】前記制御手段は、前記第１及び前記第２ス
   テージを同期して制御することを特徴とする請求項１ま
   たは請求項２に記載のアライメント装置。
6. 【請求項６】前記制御手段は、前記第１ステージと前記
   第２ステージとの移動速度を異ならせることを特徴とす
   る請求項１または請求項５に記載のアライメント装置。
7. 【請求項７】前記制御手段は、前記第１ステージの位置
   を計測する手段と前記第２ステージの位置を計測する手
   段とを含み、前記第１ステージの位置を計測する手段か
   らの情報に基づいて前記マスク上のアライメントマーク
   の位置を計測し、前記第２ステージの位置を計測する手
   段からの情報に基づいて前記基板上のアライメントマー
   クの位置を計測することを特徴とする請求項１に記載の
   アライメント装置。