JPH01103835A - 半導体ウエハ等の被露光試料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、投影レンズによりマスク上の回路パターンを
投影する際、アライメントするための半導体ウェハ等の
被露光試料に関する。

〔従来の技術〕

縮小投影式露光装置は、一般に第１図に示すように、マ
スク１とウェハ３とを離間させて配置すると共に、その
間に投影レンズ２を、マスク１上にコンデンサレンズ４
をそれぞれ配置したもので、露光光源（図示せず）から
の露光光をコンデンサレンズ４を介してマスク１に照射
し、該マスク１のマスクパターン５を投影レンズ２を介
してウェハ３のペレット８上にウェハパターン２７とし
て縮小投影露光転写する。なお、このときマスク１をウ
ェハ駆動用ステップ・アンド・リピートＸ−Ｙテーブル
（図示せず）の走行方向と一致させ、以下余白 しかも絶対座標の原点に配置するため、ウェハ駆動用ス
テップ・アンドリピートＸ−Ｙテーブルの走行方向であ
る絶対座標のＸ−Ｙ軸上で、且マスクアライメントする
鏡筒（図示せず）内に設置されたレチクル状の十字アラ
イメントパターン（図示せず）と上記３．形状アライメ
ントパターン６との相対的変位を目視または自動的に検
出し、その変位量に応じてマスクを載置したＸ−Ｙ−＃
テープμを回転（＃）、Ｘ軸方向微移動、及びＸ軸方向
微移動させて行なう。

そして、前述の投影式露光装置において、マスク１とウ
ェハ３とを位置合わせする従来の投影式マスク・アライ
メント装置は、マスク１の周辺にクローム７ａを蒸着さ
せて約４００　ｍ角の透明部よりなるマスク・アライメ
ント・パターン７を設け、一方つエバ３に約５　ｍ幅の
十字状段差で、表面にホト・レジストを塗布したウェハ
・アライメント・パターン９を設け、それから露光光と
同じ光を照射する水銀灯１３、干渉フィルタ１４、コン
デンサレンズ１５，１６、絞Ｊ）　１７、ハーフミラ−
１２、及びミラー１１からなる光学系と、この光学系と
異なる角度からマスクｅアライメントパターン７を照射
する光学系１０と、対物レンズ１８、ハーフミラ−１９
，２０、像回転プリズム２１、ミラー２２、スリット２
３およびＸ、Ｙ用受光素子２４．２５からなる検出系と
を装備したものである。

そこでまず昭和５２年特許出願第１９２３７号に開示さ
れている如く、別のステーションでウェハ３を粗アライ
メントされた状態で収納されたカセット治具（図示せず
）をステップ・アンドリピートｘ二ｙテーブル（図示せ
ず）上に設置された位置決め用ピンに尚接して載置する
。そしてステップ・アントリピー）Ｘ−Ｙテーブルを例
えばＸ軸＋方向に十ＮＸＰなる距離〔但し、Ｎは整数、
Ｐはチップ間距離（単位ステップ距離）である〕移動さ
せて縮小投影レンズ２の中心である光軸にウェハ３上の
左端のチップ８を位置付ける。そして水銀灯１５からの
露光光と同じ光が干渉フィルタ１４．コンデンサレンズ
１５．及び１６．絞り−３・ １７、ハーフミラ−１２，ミラー１１並びにマスク１０
を経てマスク１のマスク・アライメント・パターン７を
照射し、その光が入射光ａとして縮小投影レンズ２の入
射瞳α中心Ａ点に向い、該縮小投影レンズ２を通過後射
出瞳１９６３点よシあたかも射出するような角度をもり
てウエノＳ５上の前記チップ８のウェハ・アライメント
・ノ（ターフ９上にマスク・アライメント・パターン７
を結像（７′）する。するとその結像７′とウエノ１・
アライメントパターン９がウエノＳ３面で反射して戻り
光すとして縮小投影レンズ２に逆に入射し、再びマスク
面１で両パターン７．９が形成されてマスク・アライメ
ント・パターン７の透明部を通過した光はミラー１１．
ノ・−７ミラー１２、対物レンズ１８、ハーフミラ−１
９，２０、像回転プリズム２１、ミラー２２を経てスリ
ット２３面上に第２図（ａ）に示すように干渉縞９の有
する像として結像し、第２図（ｂ）及び（０）に示すよ
うにスリット走単によって受光素子２４．２５から得ら
れる信号によりパターン７，９のＸ軸方向、Ｙ軸方向の
相対、　４　。

的位置ずれ量Δｘ１．Δｙ１を検知して記憶する。なお
、前記のパターン７．９の相対位置ずれ量Δｘ１゜△ｙ
、の検知は、第２図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｏ）に
示すように、マスク・アライメント・パターン７の透明
部の周辺は光学系１０からの照射によシ明レベルとな沃
またウェハ５からの戻り光は器間るさのレベルを持つの
で、との立下＃）Ｋよシマスフ・アライメント・パター
ン７の透明部の位置が求まシ、その位置とウェハ・アラ
イメント・パターン９の中心の位置よ、６ｘ軸、Ｙ軸方
向の位置ずれ量が求まる。

次にステップ・アントリピー）Ｘ−Ｙテーブルを例えば
Ｘ軸一方向に一２ＮＸＰなる距離移動させて光軸にウェ
ハ３上の右端のチップ８を位置付ける。そして水銀灯Ｂ
から露光光と同じ光をマスク・アライメントパターン７
と前記チップ８のウェハ・アライメントパターン９とに
照射して、その反射光像を結像させ、前記と同様にスリ
ット走査によって受光素子２４．２５から得られる信号
によシバターン７．９のＸ軸方向、Ｙ軸方向の相対的位
置ずれ量Δｘ２．Δｙ２を検知して記憶する。

次にこれらの位置ずれ量から角度θ＝（Δｙ、−△ｙ２
）／２ＮＸＰ、ウェハ３を載置したテーブルを微回転さ
せ、ウェハ５上に先にチップ８が配列されている方向と
ステップアントリピートするＸ軸方向またはＹ軸方向と
を一致させる。そしてｙ軸方向については△ｙ、（また
は△７２）なる距離マスク１を載置したマスクテーブル
をＹ軸方向に微移動させ、Ｘ軸方向についてはΔＸ、（
または△ｘ２）なる距離上記マスクテーブルをＸ軸方向
に微動させてマスク１とウェハ３とは相対的に位置整合
された状態となる。

このように位置整合された後は、高精度にステップ・ア
ントリピー）Ｘ−ＹテーブルをＸ軸方向及びＹ軸方向に
Ｐなる間隔で歩進させてその都度前述の露光光を照射す
ることによシ、ウエノ・ゝ３上に基盤の目のように多数
のチップ８が露光ｉ付される。ところで照明光の進路及
びウェハ上で反射する状態は第５図及び第４図に示す如
くである。

即ち対物レンズ１８の方から落射照明による照明光５０
はミラー１１で反射し、マスクパターン７の正方形の透
明部を通過し、投影レンズ２０入射瞳Ａに向かい、投影
レンズ２を通過した照明光３１は、射出瞳Ｂの方向よシ
ウェハ３を照明する。しかしこの照明光５１の角度０は
、現在投影レンズ２の光学設計技術では零にすることは
困難である。

然るにこの照明光５１がウェハアライメントパターン９
で反射する様子は第４図に示す如くである。

即ち十字線状ウェハアライメントパターン９は、例えば
Ｓｉ基板９．の段差（１〜２μｍの深さ）とその上に塗
布されたホトレジスト９ｂとよシなる。そしてこの段差
の左右の段差部（ｙ軸方向に沿って形成された段差部）
２５を上記角度θを有する照明光３１が照明されると、
この段差部２６での反射光３２ｍ、３２ｂは光軸を中心
に非対称である互いに異なる方向へと進む。そしてこの
反射光３２ａ　、　５２ｂ９′の形成に関与するに過ぎ
ない故、反射光３２ａと３２ｂでは投影レンズ４を通過
する光量は大幅に異なり、スリット２３の走査による受
光素子２４から検出される信号第２図（ｂ）に示す如く
、非対称形状になり、ウェハアライメントパターンのＸ
軸方向の中心位置を高精度に検出することは困難になり
、Ｘ軸方向に高精度にウェハをアライメントすることが
できなかった。

本発明の目的は、上記従来の課題を解決すべく、試料上
の投影露光単位においてアラインドパターンの位置を高
精度に検出できるようにした半導体ウェハ等の被露光試
料を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

即ち、本発明は、上記目的を達成するために、複数の投
影露光単位で構成された試料上の各々の露光単位の位置
合せ用の方向の異なる複数のアライメントパターンの各
々の位置検出方向に直角の対称中心の延長線が、交叉角
度がほぼ直角で該露光単位範囲内で交わることを特徴と
する半導体ウェハ等の被露光試料である。また、本発明
は、上記半導体ウェハ等の被露光試料において、上記露
光単位範囲内で交わる位置が露光単位中心の近傍である
ように形成したことにある。

〔作用〕

上記構成により露光単位において投影レンズの接線方向
のみで２軸方向について半導体ウェハ等の被露光試料の
位置を投影レンズの収差に影響されることなく検出する
ことができ、投影式アライメント装置において高精度の
アライメントを実現することができる。

〔実施例〕

以下本発明を図に示す実施例にもとすいて具体的に説明
する。第５図は本発明の縮小投影式マスクアライメント
装置の一実施例を示す概略構成図である。ウェハ３は別
のステーションで端面が高精度に仕上げられたウェハ収
容カセット治具（図示せず）に粗アライメントされて収
容され、ステップ・アンドリピートするＸテーブル２８
ａ及びＹテーブル２８ｂ、並びに回転θテーブル２８ｃ
から構成されたＸ−Ｙ・θテーブル２８の上面に植設さ
れた位置決め用ビン２９にウェハ収容カセット治具を当
接固定することによって粗アライメントされた状態で載
置される。そしてウエノＳ５上に基盤の目のように配列
された各チップ８０光軸３４（中心）を通るＸ軸方向を
向いた線上の左端及びｙ軸方向を向いた線上の下端とに
第５図及び第６図に示すように線状のウェハアライメン
トパターン３５ｂ及び３５ａが形成されている。マスク
１には、半導体集積回路パターン５と、ウエノ・３とア
ライメントするための正方形の透明な窓からな夛、且光
軸３４（マスクの中心）を通るＸ軸方向を向い丸線上の
右端とｙ軸方向を向いた線上の上端とに各々形成された
マスクアライメントパターン７ａ及び７ｂと、筐体、即
ちＸ−Ｙテーブルがステップ・アンドリピートされる絶
対座標（基準座標）に位置決めするために角に形成され
た一対のアライメントマーク６とが備え付けられ、中央
をくシぬいたマスクＸ＠Ｙ・０テーブル（図示せず）上
に載置される。そして図示されていない顕微鏡によって
顕微鏡内に設置された十字線状のレチクル基準マーク（
絶対座標である）と上記アライメントマーク６との変位
を光学検出器または目視によって検出し、この変位がな
くなるように自動的にまたは手動で上記マスクＸ−Ｙ・
θテーブルを移動して絶対座標に高精度位置決めする。

然るにマスクはステップアンドリピートするＸテーブル
２８ａ及びＹテーブル２８ｂの移動方向（Ｘ軸、及びｙ
軸方向）及び移動基準位置（座標原点）に対して高精度
に位置決めされたことになる。

次にマスク１とウェハ５との位置整合、即ちウェハ５の
絶対座標（基準座標）に対する位置整合について説明す
る。ところで２個所に形成されたアライメントパターン
７ａ、５５ａ、及び７ｂ。

３５ｂに対応させて検出器４５ａ及び４５ｂが設けられ
ている。検出器４５ａ及び４５ｂは各々、マスクアライ
メントパターン７ａ及び７ｂを照射する光を導くオプチ
カルファイバ４１ａ及び４８ｂ。

コンデンサレンズ４７ａ及び４７ｂ、ミラー１０ａ及び
１０ｂ、露光光と同じ波長の光を照射する水・　１１　
・ 銀打からの光を導びくオプティカルファイバ５６ａ及び
３６ｂ１ハーフミラ−１２ａ及び１２ｂ、対物レンズ１
８ａ及び１８ｂ、ミラー１１＆及び１１ｂ、リレーレン
ズ３７ａ及び３７ｂ、ミラー５８ａ及び３８ｂ、集光レ
ンズ４ｏａ及び４０ｂ１ホトマル等で形成された受光素
子２４及び２５、スリン）２５＆及び２５ｂを備え付け
て往復直線走査する走査板５９１＆及び３９ｂ、該走査
板５９＆及び５９ｂを支える板ばね４４ａ及び４４ｂ、
往復回転運動するガルバー４１＆及び４１ｂ、その出力
軸に取付けられたレバー４２ａ及び４２ｂ１並びにこの
レバー４２ａ及び４２ｂの先端に取付けられ、且走査板
５９ａ及び５９ｂに各々接触するピン４５ａ及び４３ｂ
よシ構成されている。

一方露光部は水銀灯からなる光源５４、フィルタ５３、
コンデンサレンズ５２及び５１、ミラー５０、並びにコ
ンデンサレンズ４から構成されている。そしてオプティ
カルファイバ４８＆及び４８ｂ、コンデンサレンズ４７
ａ及び４７ｂ１　ミラー４６Ｍ及び４６ｂ１　ミラー１
０ａ及び１０ｂよシ、１２　。

構成されるマスクアライメントパターン照明によシマス
フアライメントパターン７ａ及び７ｂの窓のエッヂが検
出器４Ｓａの受光素子２４及び検出器４５ｂの受光素子
２５ｉＣよシ明るく検出され、第８図（ｂ）に示す検出
信号が得られ基準位置からのＭｌ、Ｍ２の位置が精度よ
く求まる。またウエノ・アライメントパターン３５ａ及
び３５ｂの各々の照明には、オプティカルファイバｓｂ
ａ及び３６ｂ。

ハーフミラ−１２ａ及び１２ｂ１対物レンズ１８ａ及び
１８ｂ１並びにミラー１１ａ及び１１ｂを用い、縮小投
影レンズ２０入射瞳Ａに向けて照明する。ウェハアライ
メントパターン３５４Ｌ及び３５ｂで反射した光は逆の
光路を通シ、リレーレンズ３７ａ及び３７ｂ１　ミラー
３Ｂ＆及び３８ｂ、を経てスリン）２３ａ及び２３ｂに
達する。対物レンズ１８ａ及び１８ｂの各々の焦点はマ
スクアライメントパターン７ａ及び７ｂに合致しておシ
、両バターｙ７ａ、５５ａ及び７ｂ、３５ｂの重ね合わ
せ像は、スリン）２５＆及び２３ｂ面上　の位置に結像
する。なおオプティカルファイバ５６ａ及び！Ｓ６ｂ、
４８ａ及び４８ｂから導びかれる照明光は、露光用光と
同じ波長域の光で１、縮小投影レンズ２の色収差による
焦点ぼけを避けている。

そこでまず制御装置（図示せず）からの指令でＸテーブ
ル２８＆を座標原点（光軸３４の位置）から右方向へＮ
ＸＰ（Ｎはチップ個数、Ｐはチップ間距離）なる距離（
最初にウェハに集積回路をステップアンドリピートして
焼付ける条件と同じ）レーザ測長器を用いて、高精度に
移動させて停止させる。すると縮小投影レンズ２の最下
位置、即ち光軸３４上には、チップ８ｘ１が位置するこ
とになシ、このチップａｘ１の線状ウェハアライメント
パターン５５Ｍとマスクアライメントパターン７ａ及び
線状ウェハアライメントパターン３５ｂとマスクアライ
メントパターン７ｂとの像が第７図に示すように重畳さ
れた形となる。しかしウェハアライメントパターン５５
ａ及び３５ｂ共にチップの中心（光軸５４）を中心とし
て放射状に線状パターンが向くように形成されているの
で、第５図に示す如く縮小投影レンズ２を通過した光が
射出瞳Ｂよシ角度θをもって照射されたとしても、この
線状パターンの各々の相対する両段差の部分で反射する
反射光は対称的で、相対的に光量に差が生じることはな
く、第８図（ｂ）に示す如く対称的な信号波形を得るこ
とができる。そしてアライメントパターン７ａと３５８
の結像を検出器４５ａによってスリット２３ａを走査し
て受光素子２４によって検出すると、Ｘ軸方向のマスク
１とチップ８Ｘｌとの相対的変位置Δｘ１が高精度に求
ｔｂ、上記アライメントパターン７ａと３５８に対して
光軸３４を中心にして９０度位置をずらして設置された
アライメントパターン７ｂと３５ｂの結像を検出器ａ５
ｂによってスリット２３ｂを走査して受光素子２５によ
りて検出するとｙ軸方向のマスク１とチップ８ｘ１との
相対的変位置Δｘ２が高精度に求まる。

次にアライメントパターンへの照明を中止して制御装置
（図示せず）からの指令でＸテーブル２８ａを左方向へ
２１１ＴＸＰなる距離レーザ測長器を用いて高精度に移
動させて停止させる。すると光軸・　１５　・ ３４上には、チップ８ｘｎが位置することにな夛、この
チップ８ｘ１１の線状ウェハアライメントパターン３５
ａとマスクアライメントパターン７ａ及び線状ウェハア
ライメントパターン３５ｂとマスクアライメントパター
ン７ｂとの像が第７図に示すように重畳された形となる
。そして前記と同様にアライメントパターンに光を照射
すると共に検出器４５＆及び４５ｂｌＣよってＸ軸方向
のパターンの相対的変位量が２とｙ軸方向のパターンの
相対的変位量Δｙ２とが高精度に求まる。

そして（Δｙ２−Δ７１）／２ＮＦ−〇がウエノ＼３の
回転方向の位置ずれてア〕、これがなくなるようにウェ
ハ３を載置した回転θテーブル２８０を回転させればマ
スクとウェハとは回転方向の位置ずれはなくなる。次に
Δｙ１（ｉたはΔ７２　）制御回路内に記憶されている
Ｘ軸テーブル２８ａ、Ｙ軸テーブル２８ｂをステップア
ンドリピートさせる基準コントロール信号に上記で求め
られたＸ軸方向の誤差Δｘ１．Δｘ２及びｙ軸方向の誤
差Δｙ１（またはΔ７２）を補正すればウエノ・５はマ
スク１に位置整合され、１６　・ た形でステップアンドリピート（歩進）することになる
。ウェハ３には拡散等の化学的処理が施され、延び縮み
が生じるので、ｙ軸方向に配列されたチップ８５．とチ
ップ８ｎ、　Ｋついて相対的変位量Δｘ３．Δｙ３と△
ｘ４．Δｙ４　　を求め、Ｘ軸方向の延び縮み（Δｘ２
−Δｘ、）、ｙ軸方向の延び縮み（Δｙ４−Δｙｓ　）
からステップアンドリピートするピッチＰに補正を加え
れば、マスクチップとは相対的に高精度に位置整合され
ることになる。ととろで、ウェハ５上の各チップ８に形
成する線状ウェハアライメントパターン３５０及び３５
ｄをそれらの延長線が９０度の角度で交叉するように角
の２ケ所に形成し、マスク１も角の２ケ所に方形の透明
表窓からなるマスクアライメントパターン７０及び７ｄ
を形成しても前記実施例と同じ作用効果を得ることがで
きる。また前記実施例では検出器を２個設置した場合に
ついて説明したが、イメージローデータ等をいれれば走
査板、板はね、往復直線駆動等を共通にして１組にする
ことは可能である。

レンズが所有している射出瞳からの射出角度の影響によ
って反射光が非対称になるのを防止してマスクとウェハ
上のチップとの相対的Ｘ軸及びｙ軸方向の変位量を高精
度に検出して、従来の１５〜１μｍ程度の位置ずれ検出
精度に比してｃＬ１μｍ以下に著しく向上することがで
きる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は従来の縮小投影マスクアライメント装置
の概略構成を示す斜視図、第１図（′ｂ）は第１図（Ｊ
ｌ）Ｋ示すマスクアライメントパターンを拡大して示し
た斜視図、第１図（０）は第１図（ａ）に示すウェハ上
のチップ毎に形成されたウェハアライメントパターンと
それに重畳されたマスクアライメントパターンとを示し
た斜視図、第２図（ａ）は第１図（ａ）に示すスリット
に結像されるマスクアライメントパターンとウェハアラ
イメントパターンとの光像及び走査スリットを示す図、
第２図（ｂ）は第２図（ａ）Ｋ示す光像をＸ軸方向受光
素子によって検出される映像信号波形を示した図、第２
図（Ｑ）は第２図（ａ）Ｋ示す光像をＸ軸方向受光素子
によって検出される映像信号波形を示した図、第３図は
第１図に示す装置において照射光が進む径路状態を示す
図、第４図は第１図に示す装置においてチップ毎に形成
されたウェハアライメントパターンからの反射光の進行
状態を示す図、第５図は本発明による縮小投影マスクア
ライメント装置の一実施例を示す斜視図、第６図は第５
図に示すマスク、縮小投影レンズ及びウェハの左端チッ
プを重ねて各アライメントパターンを示した図、第７図
は第５図に示す各走査板のスリットのところへ結像され
る光像を示した図、第８図（ａ）は第７図に示す光像を
スリットが走査する状態を示した図、第８図（ｂ）は第
５図に示す各受光素子から得られる映像信号波形を示し
た図、第９図は第６図に示す各アライメントパターンと
異なる位置に形成した各アライメントパターンを示した
図である。 符号の説明 １、・・・マスク　　２・・・縮小投影レンズ＆・・・
ウェハ　　＆・・・アライメントマーク・１９　・ ７ａ、７ｂ・・・マスクアライメントパターン８・・・
チップ　　２８ａ　・・・Ｘテーブル２８ｂ・・・Ｙテ
ーブル　　２８ｏ　　・・・回転テーブル２８・・−Ｘ
　＠Ｙ・θテーブル １８７に、１１３ｂ、、、対物レンズ　　２５ａ、２Ｓ
ｂ、スリット　　２４　、２５・・・受光素子 ３６ａ、　５６ｂ・・・オプティカルファイバ３９ａ、
３９ｂ・・・走査板　　４５ａ、４５ｂ・・・位置検出
器４８ａ、４８ｂ・・・オプティカルファイバ・２０　
・ 発乙目 拓７凹 第δ目

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の投影露光単位で構成された試料上の各々の露
   光単位の位置合せ用の方向の異なる複数のアライメント
   パターンの各々の位置検出方向に直角の対称中心の延長
   線が、交叉角度がほぼ直角で該露光単位範囲内で交わる
   ことを特徴とする半導体ウェハ等の被露光試料。 ２、上記露光単位範囲内で交わる位置が露光単位中心の
   近傍であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の半導体ウェハ等の被露光試料。