JP2870455B2 - 露光装置のアライメント方法およびその機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、露光装置におけるアラ
イメント方法およびその機構に関し、特に投影レンズに
レーザ光を透過させ半導体ウェハのアライメントマーク
にスキャンさせ回折光を得てアライメントをとる露光装
置のアライメント方法およびその機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のアライメント方法には、
反射光や散乱光をＣＣＤカメラで収集し画像処理してア
ライメントマークの位置を求める方法以外にレーザ光な
どの単色光をアライメントマークに投射し得られる回折
光を利用してアライメントマークの位置を求める方法が
ある。

【０００３】図４は従来のアライメント機構の一例を示
す図である。この回折光を利用したアライメント機構
は、例えば、Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ，ｖｏｌ．５３８，ｐ
ｐ．９〜１６（１９８５）に開示されている。このアラ
イメント機構は、図４に示すように、ミラーやシリンド
リカルレンズ８を経て投影レンズ１１を透過させウェハ
１３の回折格子であるアライメントマークに投射するレ
ーザ光を発生するレーザ光源部９と、アライメントマー
クから反射し投影レンズ１１を透過する回折光の±１お
よび±２次光を選択し通過させるミラーおよび空間フィ
ルタ（図示せず）と、空間フィルタを通過した光強度を
検知し信号に変換するディテクタ１とを備えている。

【０００４】また、このアライメント機構によるアライ
メントマークの位置を求める方法は、まず、アライメン
トマークをビームの直下に来るようにステージを移動さ
せアライメントマークとビームの位置を合せる。次に、
直線上のアライメントマークを検出するのに都合のよい
ようにレーザ光をシリンドリカルレンズ８によりスリッ
ト状に形成する。そして、照射光路途中の振動ミラーで
正弦波状の振動を行ないスリット状ビームがアライメン
トマークに対し横切る方向に走査する。このことによ
り、アライメントマークからの反射光である回折光がデ
ィテクタ８に入力され信号に変換される。

【０００５】ここで、この反射してくる回折光はアライ
メントマークの中心で最も強くなりそれ以外のウェハ面
は弱く殆ど検知されない。そして、検出誤差を小さくす
るために、空間フイルタにより回折光の次数を選択しデ
ィテクタ１に入光させる。このような条件のもとにステ
ージを左右に移動しアライメントマーク上をレーザ光を
走査する。このことにより、アライメントマークとレー
ザ光の振動中心との位置関係によりそれぞれ異なる信号
波形が得られる。これら得られた信号波形を同期検波
し、ＤＣ信号のピークが左右対象になる正弦波のような
信号波形が得られる。そこで、この信号波形の左右ピー
クの対称点である０Ｖの位置をアライメントマークの中
心位置とする。

【０００６】このように、得られる信号の信号波形の中
心を探索しアライメントマークのずれを検出し、このず
れが０になるようにウェハのステージを移動し、アライ
メントを完了していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のアライ
メント機構では、得られる信号波形からアライメントマ
ークの中心位置とレーザ光の走査中心位置と一致したと
きアライメントがとれたと判定しているものの、この判
定には、アライメントマークからの回折光の信号を得て
信号波形に基づいて行なわれているので、アライメント
マーク以外のウェハのプロセス表面は荒れている場合、
その荒れた部分からの散乱光が得られる回折光に比べそ
の割合が多くなり、その結果、この散乱光が信号波形に
ノイズとして作用しＳ／Ｎ比が低下し所望の精度のアラ
イメントが得られないという問題がある。

【０００８】また、このようなことによりＳ／Ｎ比の低
下を避けるためにアライメントマークの形状および配列
位置などを変えるなども考えられるが、しかし、処理毎
にアライメントマークの形状や配列位置を変更するのに
多大の工数を浪費するし、工程によっては更新すること
が困難である。

【０００９】従って、本発明の目的は、ウェハのプロセ
ス表面が荒れていてもウェハのアライメントマークを補
正することなく精度の高いアライメントがとれるアライ
メント方法およびその機構を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、任意の
偏光面をもつレーザ光を半導体ウェハのアライメントマ
ークを検索し前記レーザ光を該アライメントマークに位
置を合せ、しかる後、前記レーザ光の照射経路途中に設
けられた二つのニコルの間に水晶板を配置してなる偏光
板に前記レーザ光を透過させ、後段の前記ニコルを回転
させ前記偏光面を変化させ前記アライメントマークから
の回折光の強度が最大となる偏光面を求め、求められた
偏光面をもつ前記レーザ光を前記アライメントマークに
照射しアライメントを行なう露光装置のアライメント方
法である。

【００１１】本発明の他の特徴は、投影レンズを介して
レーザ光を半導体ウェハに投射するレーザ光源部と、前
記投影レンズを介して前記半導体ウェハのアライメント
マークに前記レーザ光を照射し前記アライメントマーク
から得られる回折光の強度を測定するディテクタと、前
記半導体ウェハへの前記レーザ光の照射経路途中に設け
られる二つのニコルの間に水晶板を配置してなる偏光板
と、前記偏光板の後段の前記ニコルを回転させ前記レー
ザ光の偏光面を変化させる手段を備える露光装置のアラ
イメント機構である。

【００１２】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。

【００１３】図１は本発明の露光装置のアライメント機
構の一実施例を示す図である。このアライメント機構
は、図１に示すように、レーザ光源部９ａ，９ｂから出
射し１／４波長板１０ａ，１０ｂで楕円偏向に変換され
るとともにシリンドリカルレンズ８ａ，８ｂによりスリ
ット状ビーム光に形成されるレーザ光の偏光面を回転し
て任意に変える偏光板７ａ，７ｂを設けたことである。

【００１４】また、ビームスプリッタ６ａ，６ｂにより
反射され投影レンズ１１を透過されレーザ光がアライメ
ントマーク１２に投射されアライメントマークより回折
光を投影レンズ１１およびビームスプリッタ６ａ，６ａ
を透過させ１次と２次光に選択し通過させる空間フィル
タ４ａ，４ｂと、この空間フィルタ４ａ，４ｂを通過し
た回折光をレンズ３ａ，３ｂとシリンドリカルレンズ２
ａ，２ｂで一点に集光し入光させ信号に変換するディテ
クタ１ａ，１ｂとを従来と同じように備えている。

【００１５】偏光板７ａは、例えば、二つのニコルの間
に水晶板を配置し組合せたものであり、後段のニコルを
を回転させれば、偏光面を連続的に回転できる。また、
偏光面を変えるのに、偏光板７ａ，７ｂでなく、両面に
くし形電極をもつ電気光学セラミックスでも良く、半波
長電圧を印加することにより偏光面を変えることができ
る。

【００１６】なお、アライメント機構が、この図面では
２系統で示されているが、誤差を少なくするために複数
のアライメント機構を設けてある。以後、図の右側のア
ライメント光路系統を参照して説明する。

【００１７】図２は図１のアライメント機構によるアラ
イメント方法を説明するためのフローチャート、図３
（ａ）および（ｂ）はレーザ光の偏光面を変えたときの
ディテクタの信号およびノイズの強度の例を示すグラフ
である。次に、このアライメント機構によるアライメン
ト方法を図１および図２ならびに図３を参照して説明す
る。

【００１８】まず、図２のステップＡで、設計上でアラ
イメントマーク１２がビームの直下にくるようにステー
ジを移動させる。そして、ステージをＸ方向に走査しア
ライメントマーク１２を模索する。アライメントマーク
１２が見つかれば、ステップＢで、ビームが照射される
位置にアライメントマーク１２を位置決めし粗いアライ
メントを終了させる。

【００１９】次に、ステップＣで、図１の偏光板７ａを
回転させレーザ光の偏光面を変化させながら、アライメ
ントマーク１２から回折光および表面からの散乱光をデ
ィテクタ１ａに入光させ信号強度を測定し制御用計算機
に計測結果を保存する。ここで、偏光面を決めるため
に、計測結果が、例えば、偏光面を変えると、図３
（ａ）のように信号強度が変化し、一方、散乱光による
ノイズは、後述するように、図３（ｂ）に示すように変
らない。これによって、信号強度が最大となる０度と１
８０度に偏光板７ａの回転角を設定する。

【００２０】なお、図３（ａ）の信号強度は、アライメ
ントマーク１２からの回折光の強度とアライメントマー
ク以外からの散乱光の強度である。図３（ｂ）のノイズ
信号の強度は、ウェハ１３の表面からの散乱光によるも
のである。また、アライメントマークからの回折光の強
度が、偏光面の状態より変化するのに対し散乱光強度が
偏光面に依存しない理由は、アライメントマーク１２は
回折格子でありある特定の偏光面に対して回折効率が高
いが、ウェハ１３の表面からの散乱光ほ、ウェハ１３の
表面の凹凸や反射率分布が一様でないからである。

【００２１】このように、信号強度が最大に得られるよ
うに最適の偏光面を設定してから、図２のステップＥに
進み、従来例で説明したようにファインアライメントを
行ない。アライメントマーク１２の中心位置を求め終了
する。

【００２２】このように、アライメントマークの形状や
位置に合うようにレーザ光の偏光面を選び、照射すれば
回折光による信号強度を大きく得られ常に安定してアラ
イメントがとれる。また、この実施例ではウエハ１３の
アライメントマークへのビーム走査をステージで行なっ
たが、ビームスプリッタを振動させても良い。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、アライメ
ントマークに照射するレーザ光の偏光面を変える手段を
設け、アライメントマークから反射する回折光が最大に
なるように偏光面を選びアライメントをとることによっ
て、ウエハのプロセス表面からの散乱光からのノイズの
影響やアライメントマークの補正を行なうことなく安定
して精度良くアライメントがとれるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の露光装置のアライメント機構の一実施
例を示す図である。

【図２】図１のアライメント機構によるアライメント方
法を説明するためのフローチャートである。

【図３】レーザ光の偏光面を変えたときのディテクタの
信号およびノイズの強度の例を示すグラフである。

【図４】従来のアライメント機構の一例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ ディテクタ ２ａ，２ｂ，８，８ａ，８ｂ シリンドリカルレンズ ３ａ，３ｂ レンズ ４ａ，４ｂ 空間フィルタ ５ａ，５ｂ フーリェ交換レンズ ６ａ，６ｂ ビームスプリッタ ７ａ，７ｂ 偏光板 ９，９ａ，９ｂ レーザ光源部 １０ａ，１０ｂ １／４波長板 １１ 投影レンズ １２ アライメントマーク １３ ウエハ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 任意の偏光面をもつレーザ光を半導体ウ
   ェハのアライメントマークを検索し前記レーザ光を該ア
   ライメントマークに位置を合せ、しかる後、前記レーザ
   光の照射経路途中に設けられた二つのニコルの間に水晶
   板を配置してなる偏光板に前記レーザ光を透過させ、後
   段の前記ニコルを回転させ前記偏光面を変化させ前記ア
   ライメントマークからの回折光の強度が最大となる偏光
   面を求め、求められた偏光面をもつ前記レーザ光を前記
   アライメントマークに照射しアライメントを行なうこと
   を特徴とする露光装置のアライメント方法。
2. 【請求項２】 投影レンズを介してレーザ光を半導体ウ
   ェハに投射するレーザ光源部と、前記投影レンズを介し
   て前記半導体ウェハのアライメントマークに前記レーザ
   光を照射し前記アライメントマークから得られる回折光
   の強度を測定するディテクタと、前記半導体ウェハへの
   前記レーザ光の照射経路途中に設けられる二つのニコル
   の間に水晶板を配置してなる偏光板と、前記偏光板の後
   段の前記ニコルを回転させ前記レーザ光の偏光面を変化
   させる手段を備えることを特徴とする露光装置のアライ
   メント機構。