JP2674561B2 - アライメント方法 - Google Patents
アライメント方法Info
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- JP2674561B2 JP2674561B2 JP9844495A JP9844495A JP2674561B2 JP 2674561 B2 JP2674561 B2 JP 2674561B2 JP 9844495 A JP9844495 A JP 9844495A JP 9844495 A JP9844495 A JP 9844495A JP 2674561 B2 JP2674561 B2 JP 2674561B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は基板上に形成された位置
合わせ用のパターン（マーク）を光学的に検出して位置
決めを行なう方法に関し、特に半導体素子を製造する際
のウエハ等に形成されたマークを検出して位置決めを行
なう方法に関する。 【０００２】 【従来技術】半導体素子の製造に使われるウエハには、
新たに回路パターンとの重ね合わせ露光を良好に達成す
るためにアライメントマークが形状される。このアライ
メントマークの形状には露光装置のアライメント光学系
（検出系）の方式により各種のものが存在し、実用に供
されている。これらマークに要求される特性は、アライ
メントを光電的に行なう場合は、光電信号のＳ／Ｎが良
いことである。このためレーザスポット光を相対走査し
てマーク検出を行う方式では、ウエハ上に直線的に伸び
たライン上の凸部、又は凹部の微小段差部からの散乱光
を検出することが望ましい。あるいはウエハ上に特別な
回折格子パターンを形成し、この回折格子からの回折光
を空間フィルタリングにより抽出して光電検出する方式
もＳ／Ｎの点では効果的である。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】通常ウエハ上にはレジ
スト層が形成されているが、アライメントマーク上にレ
ジスト層が形成されるとレジスト層に厚みむらが生じ
る。アライメントマークの検出はレジスト層を介して行
うので、レジスト層の厚みむらがアライメント精度に影
響するといった問題点があった。 【０００４】本発明はレジスト層の厚みむらのアライメ
ント精度への影響を低減することを目的とする。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上記問題点の解決の為に
本発明のアライメント方法は、直線状に形成されたパタ
ーンを所定方向に沿って互いに平行に３本以上配列して
構成したアライメントマークの位置を検出する際に、そ
の直線状パターンのうち少なくとも両端のパターンを使
わずにアライメントマークの位置を検出するようにした
ものである。 【０００６】また、本発明のアライメント方法は、直線
状に形成されたパターンを所定方向に沿って互いに平行
に３本以上配列して構成したアライメントマークの位置
を光電信号の波形に基づいて検出する際に、その直線状
パターンに対応して光電信号の波形に現れる複数の特徴
波形のうち少なくとも両端のパターンを使わずにアライ
メントマークの位置を検出するようにしたものである。 【０００７】 【作用】本発明においては、３本以上の直線状パターン
を配列して構成したアライメントマークの位置を検出す
る場合に、少なくともレジスト層の厚みむらが最も顕著
に現れる両脇のパターンを使わずにマーク位置の検出を
行うので、レジスト層の厚みむらがアライメント精度に
与える影響を低減できる。 【０００８】また本発明においては、３本以上の直線状
パターンを配列して構成したアライメントマークの位置
を光電信号の波形に基づいて検出する場合に、その直線
状パターンに対応して光電信号の波形に現れる複数の特
徴波形のうち、少なくともレジスト層の厚みむらの影響
が最も顕著に現れる両脇の特徴波形を使わずにマーク位
置の検出を行うので、レジスト層の厚みむらがアライメ
ント精度に与える影響を低減できる。 【０００９】 【実施例】図２は本発明の実施例による方法を適用する
のに好適な投影型露光装置の構成を示す図である。図２
において、レチクルホルダー１に保持されたレチクルＲ
には回路パターン以外にアライメント用のマークＲＭが
形成されている。レチクルＲの回路パターンとマークＲ
Ｍとは、両側テレセントリンクな投影レンズ２を介して
ウエハＷ上に結像可能である。ウエハＷ上にはマークＲ
Ｍとアライメントされる回折格子状のマークＷＭが形成
されている。このウエハＷは２次元移動するステージ３
上に保持され、モータ４と送りネジ５とによって移動す
る。ステージ３の座標位置は、レーザー光波干渉測長器
（以下干渉計とする）６によって計測される。干渉計６
はステージ３に固定された移動鏡７にレーザービーム８
を照射し、その反射ビームと基準鏡（不図示）に照射し
たレーザービームの反射ビームとを干渉させて、ステー
ジ３の位置変化に応じた測長信号（パルス信号）を出力
する。さて本実施例の露光装置は２つのアライメント系
を備えており、１つはＴＴＬ−Ｏｎ−Ａｘｉｓ方式であ
り、もう１つはＴＴＬ−Ｏｆｆ−Ａｘｉｓ方式である。
ＴＴＬ−Ｏｎ−Ａｘｉｓ方式とはレチクルＲ上のマーク
ＲＭとウエハＷ上のマークＷＭとを投影レンズ２を介在
として同時に検出し、レチクルＲとウエハＷの位置ずれ
を直接検出するものであり、ＴＴＬ−Ｏｆｆ−Ａｘｉｓ
方式とは投影レンズ２を介してウエハＷ上のマークのみ
を検出してウエハＷの装置に対する位置ずれを検出する
ものである。ＴＴＬ−Ｏｎ−Ａｘｉｓ方式のアライメン
ト系は、露光光とほぼ同一の波長のレーザー光を発振す
るレーザー光源１０、ビームエクスパンダ１１、ミラー
１２、ビームスキャナー１３、ハーフミラー１４、対物
レンズ１５、ミラー１６により構成されるレーザー光送
光系と、空間フィルター１７、集光レンズ１８、光電セ
ンサー１９により構成される受光系とによって構成され
る。ビームスキャナー１３にはシリンドリカルレンズと
振動ミラーとが含まれ、対物レンズ１５によってレチク
ルＲに結像された帯状のスポット光を走査する。このス
ポット光は投影レンズ２によってウエハＷ上に結像され
る。スポット光の走査によりマークＲＭから生じた散乱
光はミラー１６、対物レンズ１５、ハーフミラー１４を
介して空間フィルターに入射する。空間フィルター１７
は正反射光をカットして散乱光を透過するような窓を有
し、透過した散乱光は光電センサー１９により光量とし
て受光される。またスポット光のウエハＷ上での走査に
よりマークＷＭから生じた回折光は投影レンズ２、レチ
クルＲの透明部、ミラー１６、対物レンズ１５、ハーフ
ミラー１４を介して光電検出される。その回折光を検出
する受光系は図２には示していないが、空間フィルター
１７、レンズ１８、及び光電センサー１９と同等の構成
である。ただし空間フィルターは散乱光検出用のものと
は異なる形状の窓を有し、回折光を効率よく抽出できる
ように定められている。従ってレチクルＲのマークＲＭ
とウエハＷのマークＷＭ（回折格子）とは光学的に分離
して検出され、別々の光電信号として取り出される。 【００１０】一方、ＴＴＬ−Ｏｆｆ−Ａｘｉｓ方式のア
ライメント系は、露光光とは異なり、レジストを感光さ
せにくい波長のレーザー光を発振するレーザー光源２
０、ビームエクスパンダ２１、シリンドリカルレンズ２
２、ハーフミラー２３、対物レンズ２４、及びミラー２
５を有する送光系と、空間フィルター２６、集光レンズ
２７及び光電センサー２８を有する受光系とで構成され
る。このアライメント系はミラー２５を介してレチクル
Ｒと投影レンズ２との間からレーザー光をウエハＷ上に
照射するものである。ウエハＷ上にはシリンドリカルレ
ンズ２２の働きで帯状のスポット光が結像する。このス
ポット光は投影レンズ２の投影視野内で静止しており、
ウエハＷ上の回折格子状のマークＷＭを検出する場合
は、ステージ３が移動する。マークＷＭからの回折光は
投影レンズ２、ミラー２５、対物レンズ２４、ハーフミ
ラー２３、空間フィルター２６、集光レンズ２７を介し
て光電センサー２８により検出される。光電センサー２
８からの光電信号は干渉計８からのパルス信号に応答し
てサンプリングされ、信号波形としてデジタルメモリに
記憶される。そしてその信号波形に基づいてウエハＷの
位置が検出される。 【００１１】さて図１はＴＴＬ−Ｏｎ−Ａｘｉｓ方式の
アライメントに使われるレチクルＲのマークＲＭとウエ
ハＷのマークＷＭとの関係を示す平面図であり、ここに
はレーザー光源１０からのレーザー光によるスポットＳ
Ｐｘ、ＳＰｙも示されている。ビームスキャナー１３は
スポット光ＳＰｘとＳＰｙのうちいずれか一方を走査す
るものである。スポット光ＳＰｘはｙ方向に伸びたシー
ト状であり、このスポット光ＳＰｘはｘ方向にレチクル
Ｒの窓状のマークＲＭを横切るように走査される。スポ
ット光ＳＰｙはｘ方向に伸びたシート状であり、マスク
ＲＭをｙ方向に横切るように走査される。スポット光Ｓ
ＰｘとＳＰｙはイメージローテータ等により切り替えて
作られるため、同時には走査されない。ウエハＷ上のマ
ークＷＭは回折格子に形成する正方形の格子要素がほぼ
正方形の枠状に規則的に配列したものである。本実施例
の回折格子はｘ方向に伸びた２本と、ｙ方向に伸びた２
本との計４本で構成され、各回折格子の交点部に位置す
る格子要素Ｅ1 、Ｅ2 、Ｅ 3 、Ｅ4 はｘ方向用とｙ方向
用とで共用される。１本の回折格子の幅はスポット光Ｓ
Ｐｘ、又はＳＰｙの幅とほぼ等しく定められ、回折格子
の長さ（Ｌｘ、又はＬｙ）はスポット光ＳＰｘ、ＳＰｙ
の長さと同程度かそれ以上に定められている。例えば図
１においてスポット光ＳＰｘがｘ方向に走査されると、
レチクルＲのマークＲＭのｙ方向に伸びたエッジ（ガラ
ス面とクロム層の段差部）から散乱光が発生する。また
スポット光ＳＰｘがウエハＷ上のマークＷＭのうちｙ方
向に伸びた回折格子を照射すると、ｙ方向に広がった分
布で回折光が発生するとともに、わずかではあるがｘ方
向に広がった分布の散乱光も発生する。このためＴＴＬ
−Ｏｎ−Ａｘｉｓ方式のアライメント系のうち散乱光を
受光する光電センサー１９は、図３（ａ）に示すような
光電信号ＩＲを出力する。図３（ａ）において横軸はス
ポット光ＳＰｘの走査位置を表し、縦軸は光電信号ＩＲ
の大きさを表す。同図中、波形上のピークＰ1 とＰ4 は
マークＲＭのｙ方向に伸びたエッジ部分に対応し、ピー
クＰ2 、Ｐ3 はマークＷＭのｙ方向に平行に伸びて、ｘ
方向に間隔Ｌｘで形成された２本の回折格子に対応して
いる。また回折光を受光する光電センサーは図３（ｂ）
に示すような光電信号ＩＷを出力する。同図中、波形上
のピークＰ5 、Ｐ6 はｙ方向に伸びた２本の回折格子か
らの回折光に対応している。実際のマーク検出動作にお
いては、光電信号ＩＲに基づいてピークＰ1 、Ｐ4 の各
走査位置の中点座標Ｘｒを求め、光電信号ＩＷに基づい
てピークＰ5 と、Ｐ6の各走査信号の中点座標Ｘｗを求
め、その差（Ｘｒ−Ｘｗ）を位置ずれ量Δｘとして検出
する。ｙ方向の位置ずれ検出についても同様である。 【００１２】通常、ウエハＷ上にはレジスト層が１〜２
μｍ程度の厚さで形成されているため、光電信号ＩＷ中
のピークＰ5 、Ｐ6 の波形は歪みを受けることがある。
この波形歪みはマークＷＭの位置検出精度を劣化させる
原因となる。図４は図１に示したマークＷＭのｘ方向の
断面構造を示す。図４（ａ）のようにマークＷＭの各格
子要素が凸部で形成され、その上にレジスト層ＰＲが形
成される場合、マークＷＭの段差付近ではレジスト層Ｐ
Ｒの厚みが不均一となる。このためレジスト層での光学
的な特性（屈折率、反射率等）が変化し、干渉現象等が
発生して、図４（ｂ）に示すように光電信号ＩＷのピー
ク波形Ｐ5 、Ｐ6 が本来のマーク位置からΔＳ1 、ΔＳ
2 だけシフトして発生することがある。この場合、ΔＳ
1 、又はΔＳ2 に相当するずれ量はそのままアライメン
ト誤差として残存してしまう。このシフト量ΔＳ1 、Δ
Ｓ2 の発生はレジスト層ＰＲの厚みむら以外の要因によ
っても起こり、発生方向はランダムになる可能性が高
い。 【００１３】そこで本発明の第２の実施例として、ウエ
ハＷ上のマークＷＭの平面形状を図５に示すようにｙ方
向用に３本、ｘ方向用に３本の回折格子を田の字状に組
み合わせ、４隅の要素Ｅ1 〜Ｅ4 以外に、交点部に位置
する要素Ｅ5 、Ｅ6 、Ｅ7 、Ｅ8 、Ｅ9 をｘ方向用とｙ
方向用とに共用する。このようなマークＷＭの場合、ス
ポット光ＳＰｘによりｘ方向の走査を行うと、要素
Ｅ1 、Ｅ8 、Ｅ3 を含む回折格子、要素Ｅ5 、Ｅ6 、Ｅ
7 を含む回折格子及び要素Ｅ2 、Ｅ9 、Ｅ4 を含む回折
格子の夫々から強い回折光が発生する。このときの光電
信号ＩＷの波形には図６に示すように３つのピーク
Ｐ5 、Ｐ6 、Ｐ 7 が生じる。例えばｘ方向に並んだ３本
の回折格子が同じ間隔で形成されているとすると、ピー
クＰ5 の位置Ｘａ、ピークＰ7 の位置Ｘｂ、及びピーク
Ｐ6 の位置Ｘｃの各値を求め、この３つの値の加算平均
値（Ｘａ＋Ｘｂ＋Ｘｃ）／３を求めると、マークＷＭの
中心位置が検出できる。この場合、回折格子を複数本に
して加算平均を用いるため、ランダムに生じる波形上の
シフト量に起因したアライメント誤差は平均化効果によ
り小さくなる。 【００１４】さて図７は本発明の図３の実施例によるマ
ークＷＭの平面形状を表し、本実施例では正方形の格子
要素をｘ方向とｙ方向に関して一定のピッチで密に配列
した２次元回折格子とする。この場合、回折格子の各要
素の夫々は全て２次元回折格子のｘ方向用とｙ方向用と
に共用されている。図８は図７のｘ方向の部分断面を示
し、このようなマークＷＭ上にレジスト層ＰＲが形成さ
れると、マークＷＭのｘ方向の両脇に位置する回折格子
ＥＬ、ＥＲの周辺においてはレジスト層ＰＲの厚みむら
が顕著に現れる。ところが回折格子ＥＬ、ＥＲの内側に
位置する回折格子群の周辺においてレジスト層ＰＲの厚
みむらは極めて少なくなり、レジスト層ＰＲの表面も平
坦化される。このマークＷＭをスポット光ＳＰｘでｘ方
向に走査すると、光電信号ＩＷにはｘ方向に関して６つ
のピーク波形が現れる。そこで回折格子ＥＬ、ＥＲに対
応した両脇のピーク波形はマーク位置検出の処理に使わ
ずに無視し、内側にある４つのピーク波形に基づいて、
加算平均等の演算を用いてマーク位置検出を行うように
する。このようにすると、レジスト層ＰＲの厚みむらが
少なくなるため両脇をのぞいた複数の回折格子のそれぞ
れで生じるシフト量も少なくなる。さらに複数の回折格
子による平均化効果も得られるためランダムに発生する
検出誤差も総合的には小さくなるといった利点も得られ
る。 【００１５】尚、図７、図８に示した回折格子群におい
て格子要素は正方形とし、格子要素と格子要素との間の
間隔も要素の寸法と同じにしてある。このためスポット
光ＳＰｘ（又はＳＰｙ）の走査方向の幅は格子要素の走
査方向の寸法とほぼ等しくしておくことが望ましい。ま
たＴＴＬ−Ｏｆｆ−Ａｘｉｓ方式のレーザースポット光
によるマークＷＭの検出も同様に実施できる。この場
合、ＴＴＬ−Ｏｎ−Ａｘｉｓ方式のスポット光ＳＰｘ、
ＳＰｙとＴＴＬ−Ｏｆｆ−Ａｘｉｓ方式のスポット光と
をウエハ上で同一の形状にしておくと、ウエハ上の同じ
マーク（回折格子）をそれぞれのスポット光で検出でき
るため、Ｏｎ−Ａｘｉｓ用とＯｆｆ−Ａｘｉｓ用とで別
々のマークを設けておく必要がないといった利点があ
る。また図１に示したマークＷＭは、ｘ方向用とｙ方向
用との各２本の回折格子を井桁状に組んだ形にしてもよ
い。 【００１６】 【発明の効果】以上本発明によれば、３本以上の直線状
パターンを配列して構成したアライメントマークの位置
を検出する場合に、少なくともレジスト層の厚みむらが
最も顕著に現れる両脇のパターンを使わずにマーク位置
の検出を行うので、レジスト層の厚みむらがアライメン
ト精度に与える影響を低減できる。 【００１７】また本発明によれば、３本以上の直線状パ
ターンを配列して構成したアライメントマークの位置を
光電信号の波形に基づいて検出する場合に、その直線状
パターンに対応して光電信号の波形に現れる複数の特徴
波形のうち、少なくともレジスト層の厚みむらの影響が
最も顕著に現れる両脇の特徴波形を使わずにマーク位置
の検出を行うので、レジスト層の厚みむらがアライメン
ト精度に与える影響を低減できる。
合わせ用のパターン（マーク）を光学的に検出して位置
決めを行なう方法に関し、特に半導体素子を製造する際
のウエハ等に形成されたマークを検出して位置決めを行
なう方法に関する。 【０００２】 【従来技術】半導体素子の製造に使われるウエハには、
新たに回路パターンとの重ね合わせ露光を良好に達成す
るためにアライメントマークが形状される。このアライ
メントマークの形状には露光装置のアライメント光学系
（検出系）の方式により各種のものが存在し、実用に供
されている。これらマークに要求される特性は、アライ
メントを光電的に行なう場合は、光電信号のＳ／Ｎが良
いことである。このためレーザスポット光を相対走査し
てマーク検出を行う方式では、ウエハ上に直線的に伸び
たライン上の凸部、又は凹部の微小段差部からの散乱光
を検出することが望ましい。あるいはウエハ上に特別な
回折格子パターンを形成し、この回折格子からの回折光
を空間フィルタリングにより抽出して光電検出する方式
もＳ／Ｎの点では効果的である。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】通常ウエハ上にはレジ
スト層が形成されているが、アライメントマーク上にレ
ジスト層が形成されるとレジスト層に厚みむらが生じ
る。アライメントマークの検出はレジスト層を介して行
うので、レジスト層の厚みむらがアライメント精度に影
響するといった問題点があった。 【０００４】本発明はレジスト層の厚みむらのアライメ
ント精度への影響を低減することを目的とする。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上記問題点の解決の為に
本発明のアライメント方法は、直線状に形成されたパタ
ーンを所定方向に沿って互いに平行に３本以上配列して
構成したアライメントマークの位置を検出する際に、そ
の直線状パターンのうち少なくとも両端のパターンを使
わずにアライメントマークの位置を検出するようにした
ものである。 【０００６】また、本発明のアライメント方法は、直線
状に形成されたパターンを所定方向に沿って互いに平行
に３本以上配列して構成したアライメントマークの位置
を光電信号の波形に基づいて検出する際に、その直線状
パターンに対応して光電信号の波形に現れる複数の特徴
波形のうち少なくとも両端のパターンを使わずにアライ
メントマークの位置を検出するようにしたものである。 【０００７】 【作用】本発明においては、３本以上の直線状パターン
を配列して構成したアライメントマークの位置を検出す
る場合に、少なくともレジスト層の厚みむらが最も顕著
に現れる両脇のパターンを使わずにマーク位置の検出を
行うので、レジスト層の厚みむらがアライメント精度に
与える影響を低減できる。 【０００８】また本発明においては、３本以上の直線状
パターンを配列して構成したアライメントマークの位置
を光電信号の波形に基づいて検出する場合に、その直線
状パターンに対応して光電信号の波形に現れる複数の特
徴波形のうち、少なくともレジスト層の厚みむらの影響
が最も顕著に現れる両脇の特徴波形を使わずにマーク位
置の検出を行うので、レジスト層の厚みむらがアライメ
ント精度に与える影響を低減できる。 【０００９】 【実施例】図２は本発明の実施例による方法を適用する
のに好適な投影型露光装置の構成を示す図である。図２
において、レチクルホルダー１に保持されたレチクルＲ
には回路パターン以外にアライメント用のマークＲＭが
形成されている。レチクルＲの回路パターンとマークＲ
Ｍとは、両側テレセントリンクな投影レンズ２を介して
ウエハＷ上に結像可能である。ウエハＷ上にはマークＲ
Ｍとアライメントされる回折格子状のマークＷＭが形成
されている。このウエハＷは２次元移動するステージ３
上に保持され、モータ４と送りネジ５とによって移動す
る。ステージ３の座標位置は、レーザー光波干渉測長器
（以下干渉計とする）６によって計測される。干渉計６
はステージ３に固定された移動鏡７にレーザービーム８
を照射し、その反射ビームと基準鏡（不図示）に照射し
たレーザービームの反射ビームとを干渉させて、ステー
ジ３の位置変化に応じた測長信号（パルス信号）を出力
する。さて本実施例の露光装置は２つのアライメント系
を備えており、１つはＴＴＬ−Ｏｎ−Ａｘｉｓ方式であ
り、もう１つはＴＴＬ−Ｏｆｆ−Ａｘｉｓ方式である。
ＴＴＬ−Ｏｎ−Ａｘｉｓ方式とはレチクルＲ上のマーク
ＲＭとウエハＷ上のマークＷＭとを投影レンズ２を介在
として同時に検出し、レチクルＲとウエハＷの位置ずれ
を直接検出するものであり、ＴＴＬ−Ｏｆｆ−Ａｘｉｓ
方式とは投影レンズ２を介してウエハＷ上のマークのみ
を検出してウエハＷの装置に対する位置ずれを検出する
ものである。ＴＴＬ−Ｏｎ−Ａｘｉｓ方式のアライメン
ト系は、露光光とほぼ同一の波長のレーザー光を発振す
るレーザー光源１０、ビームエクスパンダ１１、ミラー
１２、ビームスキャナー１３、ハーフミラー１４、対物
レンズ１５、ミラー１６により構成されるレーザー光送
光系と、空間フィルター１７、集光レンズ１８、光電セ
ンサー１９により構成される受光系とによって構成され
る。ビームスキャナー１３にはシリンドリカルレンズと
振動ミラーとが含まれ、対物レンズ１５によってレチク
ルＲに結像された帯状のスポット光を走査する。このス
ポット光は投影レンズ２によってウエハＷ上に結像され
る。スポット光の走査によりマークＲＭから生じた散乱
光はミラー１６、対物レンズ１５、ハーフミラー１４を
介して空間フィルターに入射する。空間フィルター１７
は正反射光をカットして散乱光を透過するような窓を有
し、透過した散乱光は光電センサー１９により光量とし
て受光される。またスポット光のウエハＷ上での走査に
よりマークＷＭから生じた回折光は投影レンズ２、レチ
クルＲの透明部、ミラー１６、対物レンズ１５、ハーフ
ミラー１４を介して光電検出される。その回折光を検出
する受光系は図２には示していないが、空間フィルター
１７、レンズ１８、及び光電センサー１９と同等の構成
である。ただし空間フィルターは散乱光検出用のものと
は異なる形状の窓を有し、回折光を効率よく抽出できる
ように定められている。従ってレチクルＲのマークＲＭ
とウエハＷのマークＷＭ（回折格子）とは光学的に分離
して検出され、別々の光電信号として取り出される。 【００１０】一方、ＴＴＬ−Ｏｆｆ−Ａｘｉｓ方式のア
ライメント系は、露光光とは異なり、レジストを感光さ
せにくい波長のレーザー光を発振するレーザー光源２
０、ビームエクスパンダ２１、シリンドリカルレンズ２
２、ハーフミラー２３、対物レンズ２４、及びミラー２
５を有する送光系と、空間フィルター２６、集光レンズ
２７及び光電センサー２８を有する受光系とで構成され
る。このアライメント系はミラー２５を介してレチクル
Ｒと投影レンズ２との間からレーザー光をウエハＷ上に
照射するものである。ウエハＷ上にはシリンドリカルレ
ンズ２２の働きで帯状のスポット光が結像する。このス
ポット光は投影レンズ２の投影視野内で静止しており、
ウエハＷ上の回折格子状のマークＷＭを検出する場合
は、ステージ３が移動する。マークＷＭからの回折光は
投影レンズ２、ミラー２５、対物レンズ２４、ハーフミ
ラー２３、空間フィルター２６、集光レンズ２７を介し
て光電センサー２８により検出される。光電センサー２
８からの光電信号は干渉計８からのパルス信号に応答し
てサンプリングされ、信号波形としてデジタルメモリに
記憶される。そしてその信号波形に基づいてウエハＷの
位置が検出される。 【００１１】さて図１はＴＴＬ−Ｏｎ−Ａｘｉｓ方式の
アライメントに使われるレチクルＲのマークＲＭとウエ
ハＷのマークＷＭとの関係を示す平面図であり、ここに
はレーザー光源１０からのレーザー光によるスポットＳ
Ｐｘ、ＳＰｙも示されている。ビームスキャナー１３は
スポット光ＳＰｘとＳＰｙのうちいずれか一方を走査す
るものである。スポット光ＳＰｘはｙ方向に伸びたシー
ト状であり、このスポット光ＳＰｘはｘ方向にレチクル
Ｒの窓状のマークＲＭを横切るように走査される。スポ
ット光ＳＰｙはｘ方向に伸びたシート状であり、マスク
ＲＭをｙ方向に横切るように走査される。スポット光Ｓ
ＰｘとＳＰｙはイメージローテータ等により切り替えて
作られるため、同時には走査されない。ウエハＷ上のマ
ークＷＭは回折格子に形成する正方形の格子要素がほぼ
正方形の枠状に規則的に配列したものである。本実施例
の回折格子はｘ方向に伸びた２本と、ｙ方向に伸びた２
本との計４本で構成され、各回折格子の交点部に位置す
る格子要素Ｅ1 、Ｅ2 、Ｅ 3 、Ｅ4 はｘ方向用とｙ方向
用とで共用される。１本の回折格子の幅はスポット光Ｓ
Ｐｘ、又はＳＰｙの幅とほぼ等しく定められ、回折格子
の長さ（Ｌｘ、又はＬｙ）はスポット光ＳＰｘ、ＳＰｙ
の長さと同程度かそれ以上に定められている。例えば図
１においてスポット光ＳＰｘがｘ方向に走査されると、
レチクルＲのマークＲＭのｙ方向に伸びたエッジ（ガラ
ス面とクロム層の段差部）から散乱光が発生する。また
スポット光ＳＰｘがウエハＷ上のマークＷＭのうちｙ方
向に伸びた回折格子を照射すると、ｙ方向に広がった分
布で回折光が発生するとともに、わずかではあるがｘ方
向に広がった分布の散乱光も発生する。このためＴＴＬ
−Ｏｎ−Ａｘｉｓ方式のアライメント系のうち散乱光を
受光する光電センサー１９は、図３（ａ）に示すような
光電信号ＩＲを出力する。図３（ａ）において横軸はス
ポット光ＳＰｘの走査位置を表し、縦軸は光電信号ＩＲ
の大きさを表す。同図中、波形上のピークＰ1 とＰ4 は
マークＲＭのｙ方向に伸びたエッジ部分に対応し、ピー
クＰ2 、Ｐ3 はマークＷＭのｙ方向に平行に伸びて、ｘ
方向に間隔Ｌｘで形成された２本の回折格子に対応して
いる。また回折光を受光する光電センサーは図３（ｂ）
に示すような光電信号ＩＷを出力する。同図中、波形上
のピークＰ5 、Ｐ6 はｙ方向に伸びた２本の回折格子か
らの回折光に対応している。実際のマーク検出動作にお
いては、光電信号ＩＲに基づいてピークＰ1 、Ｐ4 の各
走査位置の中点座標Ｘｒを求め、光電信号ＩＷに基づい
てピークＰ5 と、Ｐ6の各走査信号の中点座標Ｘｗを求
め、その差（Ｘｒ−Ｘｗ）を位置ずれ量Δｘとして検出
する。ｙ方向の位置ずれ検出についても同様である。 【００１２】通常、ウエハＷ上にはレジスト層が１〜２
μｍ程度の厚さで形成されているため、光電信号ＩＷ中
のピークＰ5 、Ｐ6 の波形は歪みを受けることがある。
この波形歪みはマークＷＭの位置検出精度を劣化させる
原因となる。図４は図１に示したマークＷＭのｘ方向の
断面構造を示す。図４（ａ）のようにマークＷＭの各格
子要素が凸部で形成され、その上にレジスト層ＰＲが形
成される場合、マークＷＭの段差付近ではレジスト層Ｐ
Ｒの厚みが不均一となる。このためレジスト層での光学
的な特性（屈折率、反射率等）が変化し、干渉現象等が
発生して、図４（ｂ）に示すように光電信号ＩＷのピー
ク波形Ｐ5 、Ｐ6 が本来のマーク位置からΔＳ1 、ΔＳ
2 だけシフトして発生することがある。この場合、ΔＳ
1 、又はΔＳ2 に相当するずれ量はそのままアライメン
ト誤差として残存してしまう。このシフト量ΔＳ1 、Δ
Ｓ2 の発生はレジスト層ＰＲの厚みむら以外の要因によ
っても起こり、発生方向はランダムになる可能性が高
い。 【００１３】そこで本発明の第２の実施例として、ウエ
ハＷ上のマークＷＭの平面形状を図５に示すようにｙ方
向用に３本、ｘ方向用に３本の回折格子を田の字状に組
み合わせ、４隅の要素Ｅ1 〜Ｅ4 以外に、交点部に位置
する要素Ｅ5 、Ｅ6 、Ｅ7 、Ｅ8 、Ｅ9 をｘ方向用とｙ
方向用とに共用する。このようなマークＷＭの場合、ス
ポット光ＳＰｘによりｘ方向の走査を行うと、要素
Ｅ1 、Ｅ8 、Ｅ3 を含む回折格子、要素Ｅ5 、Ｅ6 、Ｅ
7 を含む回折格子及び要素Ｅ2 、Ｅ9 、Ｅ4 を含む回折
格子の夫々から強い回折光が発生する。このときの光電
信号ＩＷの波形には図６に示すように３つのピーク
Ｐ5 、Ｐ6 、Ｐ 7 が生じる。例えばｘ方向に並んだ３本
の回折格子が同じ間隔で形成されているとすると、ピー
クＰ5 の位置Ｘａ、ピークＰ7 の位置Ｘｂ、及びピーク
Ｐ6 の位置Ｘｃの各値を求め、この３つの値の加算平均
値（Ｘａ＋Ｘｂ＋Ｘｃ）／３を求めると、マークＷＭの
中心位置が検出できる。この場合、回折格子を複数本に
して加算平均を用いるため、ランダムに生じる波形上の
シフト量に起因したアライメント誤差は平均化効果によ
り小さくなる。 【００１４】さて図７は本発明の図３の実施例によるマ
ークＷＭの平面形状を表し、本実施例では正方形の格子
要素をｘ方向とｙ方向に関して一定のピッチで密に配列
した２次元回折格子とする。この場合、回折格子の各要
素の夫々は全て２次元回折格子のｘ方向用とｙ方向用と
に共用されている。図８は図７のｘ方向の部分断面を示
し、このようなマークＷＭ上にレジスト層ＰＲが形成さ
れると、マークＷＭのｘ方向の両脇に位置する回折格子
ＥＬ、ＥＲの周辺においてはレジスト層ＰＲの厚みむら
が顕著に現れる。ところが回折格子ＥＬ、ＥＲの内側に
位置する回折格子群の周辺においてレジスト層ＰＲの厚
みむらは極めて少なくなり、レジスト層ＰＲの表面も平
坦化される。このマークＷＭをスポット光ＳＰｘでｘ方
向に走査すると、光電信号ＩＷにはｘ方向に関して６つ
のピーク波形が現れる。そこで回折格子ＥＬ、ＥＲに対
応した両脇のピーク波形はマーク位置検出の処理に使わ
ずに無視し、内側にある４つのピーク波形に基づいて、
加算平均等の演算を用いてマーク位置検出を行うように
する。このようにすると、レジスト層ＰＲの厚みむらが
少なくなるため両脇をのぞいた複数の回折格子のそれぞ
れで生じるシフト量も少なくなる。さらに複数の回折格
子による平均化効果も得られるためランダムに発生する
検出誤差も総合的には小さくなるといった利点も得られ
る。 【００１５】尚、図７、図８に示した回折格子群におい
て格子要素は正方形とし、格子要素と格子要素との間の
間隔も要素の寸法と同じにしてある。このためスポット
光ＳＰｘ（又はＳＰｙ）の走査方向の幅は格子要素の走
査方向の寸法とほぼ等しくしておくことが望ましい。ま
たＴＴＬ−Ｏｆｆ−Ａｘｉｓ方式のレーザースポット光
によるマークＷＭの検出も同様に実施できる。この場
合、ＴＴＬ−Ｏｎ−Ａｘｉｓ方式のスポット光ＳＰｘ、
ＳＰｙとＴＴＬ−Ｏｆｆ−Ａｘｉｓ方式のスポット光と
をウエハ上で同一の形状にしておくと、ウエハ上の同じ
マーク（回折格子）をそれぞれのスポット光で検出でき
るため、Ｏｎ−Ａｘｉｓ用とＯｆｆ−Ａｘｉｓ用とで別
々のマークを設けておく必要がないといった利点があ
る。また図１に示したマークＷＭは、ｘ方向用とｙ方向
用との各２本の回折格子を井桁状に組んだ形にしてもよ
い。 【００１６】 【発明の効果】以上本発明によれば、３本以上の直線状
パターンを配列して構成したアライメントマークの位置
を検出する場合に、少なくともレジスト層の厚みむらが
最も顕著に現れる両脇のパターンを使わずにマーク位置
の検出を行うので、レジスト層の厚みむらがアライメン
ト精度に与える影響を低減できる。 【００１７】また本発明によれば、３本以上の直線状パ
ターンを配列して構成したアライメントマークの位置を
光電信号の波形に基づいて検出する場合に、その直線状
パターンに対応して光電信号の波形に現れる複数の特徴
波形のうち、少なくともレジスト層の厚みむらの影響が
最も顕著に現れる両脇の特徴波形を使わずにマーク位置
の検出を行うので、レジスト層の厚みむらがアライメン
ト精度に与える影響を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アライメントマークの一例を示す図である。
【図２】本発明の方法を適用するのに好適な露光装置の
構成を示す図である。 【図３】図１のマークを検出したときの光電信号の波形
図の一例である。 【図４】レジスト層の影響を受けた光電信号の波形図で
ある。 【図５】アライメントマークの一例を示す図である。 【図６】図５のマークを検出したときの光電信号の波形
図の一例である。 【図７】アライメントマークの一例を示す図である。 【図８】図７のマークの断面構造を示す断面図である。
構成を示す図である。 【図３】図１のマークを検出したときの光電信号の波形
図の一例である。 【図４】レジスト層の影響を受けた光電信号の波形図で
ある。 【図５】アライメントマークの一例を示す図である。 【図６】図５のマークを検出したときの光電信号の波形
図の一例である。 【図７】アライメントマークの一例を示す図である。 【図８】図７のマークの断面構造を示す断面図である。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．基板上に形成されたアライメントマークを、該アラ
イメントマーク上に形成されたレジスト層を介して光電
的に検出することによって、前記基板のアライメントを
行うアライメント方法において、 前記アライメントマークは、直線状に形成されたパター
ンの3本以上を、所定方向に沿って互いに平行に、且つ
両端のパターンの間に位置するパターン上でレジスト層
の表面が平坦化されるような間隔で配列して構成され、 前記直線状パターンのうちの両端のパターンを使うこと
なしに、その両端のパターンの内側に位置にするパター
ンを使って前記アライメントマークの位置を検出するこ
とを特徴とするアライメント方法。 ２．アライメントマークが形成され、レジストが塗布さ
れた基板からの光を光電信号に変換し、前記アライメン
トマークに対応した特徴波形が現れる前記光電信号の波
形に基づいて前記アライメントマークの位置を検出する
ことによって、前記基板のアライメントを行うアライメ
ント方法において、 前記アライメントマークは、直線状に形成されたパター
ンの3本以上を、所定方向に沿って互いに平行に、且つ
両端のパターンの間に位置するパターン上でレジスト表
面が平坦化されるような間隔で配列して構成され、 前記直線状パターンの配列に対応して前記光電信号の波
形に現れる複数の特徴波形のうちの両端の特徴波形を使
うことなしに、その両端の特徴波形の間に現れる特徴波
形を使って前記アライメントマークの位置を検出するこ
とを特徴とするアライメント方法。 ３．前記直線状に形成されたパターンのそれぞれは、微
少量の凸部、又は凹部よりなる要素を規則的に配列した
回折格子パターンであることを特徴とする請求項１又は
２に記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9844495A JP2674561B2 (ja) | 1995-04-24 | 1995-04-24 | アライメント方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9844495A JP2674561B2 (ja) | 1995-04-24 | 1995-04-24 | アライメント方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61217577A Division JPH0810126B2 (ja) | 1986-09-16 | 1986-09-16 | アライメント方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07306008A JPH07306008A (ja) | 1995-11-21 |
| JP2674561B2 true JP2674561B2 (ja) | 1997-11-12 |
Family
ID=14219927
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9844495A Expired - Fee Related JP2674561B2 (ja) | 1995-04-24 | 1995-04-24 | アライメント方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2674561B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100435260B1 (ko) * | 2001-12-03 | 2004-06-11 | 삼성전자주식회사 | 포토리소그래피 공정의 얼라인 계측방법 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0726803B2 (ja) * | 1984-11-26 | 1995-03-29 | 株式会社ニコン | 位置検出方法及び装置 |
-
1995
- 1995-04-24 JP JP9844495A patent/JP2674561B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07306008A (ja) | 1995-11-21 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |