JPH01183816A - 露光装置における位置合わせマークの合焦方法 - Google Patents

露光装置における位置合わせマークの合焦方法

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JPH01183816A
JPH01183816A JP63008977A JP897788A JPH01183816A JP H01183816 A JPH01183816 A JP H01183816A JP 63008977 A JP63008977 A JP 63008977A JP 897788 A JP897788 A JP 897788A JP H01183816 A JPH01183816 A JP H01183816A
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JP
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JP63008977A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Yoshitake
吉竹 弘
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Hitachi High Tech Corp
Original Assignee
Hitachi Electronics Engineering Co Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7003Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
    • G03F9/7023Aligning or positioning in direction perpendicular to substrate surface
    • G03F9/7026Focusing
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor

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] この発明は半導体製品に対する露光装置の位置合わせに
おいて、マスク基板と被露光板の位置合わせマークの合
焦方式に関するものである。
[従来の技術] 半導体製品の製作においては、回路パターンを描いたマ
スク基板を母型として、これを光学式によりウェハ、ガ
ラス基板などの被露光板に投影して複写される。この場
合マスク基板と被露光板は互いに正確に位置合わせする
ことが必要である。
第3図(a)、(b)、(c)に位置合わせマークと位
置合わせの方法を示す1図(a)において、マスク基板
1には予め適当な2箇、所に#形のマーク1′。
1″を設け、これに対向して被露光板2には十形のマー
ク2/、2”−を設ける。これらを図(b)のように重
ね、上方より位置合わせ光学系3−1j−2により#マ
ークと+マークの映像を捉え、図(c)に示すように各
マークの中心点O1○′が一致するように被露光板を移
動して位置合わせが行われる。
第4図(a)、(b)は位置合わせの詳細を説明するも
ので1図(a)において、マスク基板の#マークは、間
隔りの平行な2本1組ノvL(M r 、 M z)ト
コれらに直角なa (M s 、 M 4 )によりな
り、また被露光板の+マークは互いに直角なjl (W
 s 、 W 2 )とによりなるもので、各線はX、
Y軸に対して45゜の方向とされている。各線の照合に
より位置合わせがなされるので、ここではこれらを照合
線と呼ぶこととする。いま、図示のように#マークの中
心0をX、Y軸の原点とし、これに対する+マークの中
心O′が任意の位置にあるとする。位置合わせ光学系に
は、各マークの映像を受光するリニアイメージセンサC
1およびc2が対応する照合線にそれぞれ直角に置かれ
ている。一方のリニアイメージセンサC2には、照合線
M、、M2およびW、に相当する位置の受光量が低下す
るので、図(b)に示すように各照合線に対応した位置
信号P□、P2およびPwがえられてP!とP2の中心
点とPWとの距wiL′が判る。同様にリニアイメージ
センサC1により、信号p、、p4の中心点とPW′と
の距plIL”が判る。これらにより原点0と中心点O
′の距WTおよび点o′の座標(Tx、Ty)が計算さ
れ、X、Y移動機構により被露光板をX、Y方向にそれ
ぞれ距NT x 、 T y移動して位置合わせされる
0以上は、一方のマークの位置合わせであるが、2箇所
のマークについてそれぞれX。
Y移動と、必要により被露光板をθ方向に回転して完全
な位置合わせが達成される。
上記の位置合わせにおいては、まずリニアイメージセン
サに受光される各照合線の映像が明確で、その波高値が
できるかぎり等しいことが望ましい。
露光装置の初期の段階においては、取り扱われるマスク
基板および被露光板の直径、厚さが小さく、また被露光
板の表面処理が比較的単純であったので、マスク基板と
被露光板のギャップが小さくて、焦点深度の浅い固定焦
点の光学系によっても各照合線は明確に受光され、十分
であった。しかしながら、最近においては基板の大型化
が進んでギャップが大きくなるとともに、被露光板の表
面処理も複雑化して、逐次行われる表面処理工程により
、表面の反射光における+マークのコントラストが漸次
低下した状態となっている。このため、工程の段階毎に
行われる露光作業においては、従来の固定焦点方式では
、#マークと+マークの照合線の映像が同時に明確にえ
られなくなっている。これに対して光学系の焦点調整を
必要とする。
第5図に・より、マスク基板と被露光板に対する光学系
の焦点位置が変化したときの、リニアイメージセンサに
よる照合線の検出信号の波形と、これに対する従来の焦
点調整(合焦)方法を説明する。図において、マスク基
板1と被露光板2のギャップをgとし、この間に光学系
の焦点があるものとする。ギャップgの大きさは高々数
十μmであるが、位置合わせ光学系の焦点深度はさらに
短いもので、ギヤ112間のすべてに合焦しない。
いま、焦点が点aにあるときはマスク基板に最も近いの
で、#マークに対する位置信号P、、P2の波高値が大
きいが、これと離れた被露光板の+マークに対する信号
Pwは焦点ボケのためと、前記の表面処理による膜が影
響してコントラストが低下したこととにより、波高値が
小さくてシャープでない。焦点の位置をす、c−−−−
−・のように下げると、#マークに対して焦点が合わな
くなって信号P、、P2の波高値は漸次低下するが、反
・対に信号Pwは漸次波高値が大きくなり、点eにおい
て最大となる。従って、点aと点eの間に各信号の波高
値が等しい位置がある筈である。いま、#マークと+マ
ークのコントラストが同じであれば、ギャップの中心点
Cに焦点をおくとき、両者の波高値がほぼ等しくなる筈
であるが、コントラストが等しくないため、例えば点d
の位置に焦点があるとき両信号の波高値が等しくなる。
このように、表面処理工程の段階により波高値が等しく
なる焦点位置く合焦位置)が漸次変化する。ただし、合
焦位置は、工程の段階に一義的に対応するものである。
[解決しようとする課題] 以上に対して、従来においては表面処理工程の各段階に
行われる露光の位置合わせにおいて、その都度焦点調整
機構により合焦することが行われていた。しかし、表面
処理の各段階に対する露光の都度、いちいち合焦作業を
行うことは意外に手間を要するもので、多量の被露光板
を迅速に行う必要のある露光作業としては効率が極めて
低い欠点があった。これに対して有効な解決方法が必要
とされる所以である。
この発明は、以上に述べた事情に鑑みてなされたもので
、露光装置の位置合わせにおり)で、位置合わせマニク
に対する光学系の合焦位置を効率良く設定できる、合焦
方式を提供することを目的とするものである。
[課題を解決するための手段] この発明は、露光装置において、マスク基板と被露光板
のそれぞれの2箇所に設けられた#マークおよび+マー
クの位置を、2箇所に対応して設けられた2組の位置合
わせ光学系を介してリニアイメージセンサにより読み取
り、X、Y(水平方向)移動機構により被露光板を移動
して、対応する#マークと+マークのそれぞれの中心点
を一致させる位置合わせ方式における、位置合わせマー
クの合焦方式である。
半導体の製造において逐次行われる表面処理工程の段階
により、+マークのコントラスト比が低下した被露光板
に対して、リニアイメージセンサにおける#マークと+
マークの映像波形が同一の波高値で受光できるように、
光学系の合焦位置を、表面処理工程の段階毎に予め測定
してそれぞれメモリに記憶する。被露光板の位置合わせ
に際して、表面処理工程の段階を指定して、焦点調整機
構により2組の光学系のそれぞれを、記憶されている合
焦位置に調整して各マークに対する波形の波高値を同一
として合焦を行う。
上記における実施R様として、#マークと+マークを構
成するそれぞれ互いに直角方向の照合線に対して、それ
ぞれ直角に設−けられた2fllのりニアイメージセン
サについて、複数の位置における各照合線の映像波形の
波高値がそれぞれの位・置で同一となるように焦点調整
し、各合焦位置の平均値を上記メモリに記憶するもので
ある。
[作用] この発明による露光装置における位置合おせマークの合
焦方式においては、表面処理工程の段階により+マーク
のコントラストが低下した被露光板のそれぞれに対して
、位置合わせ光学系の合焦位置を予め測定して、そのデ
ータを段階毎にメモリに記憶しておき、位置合わせに際
してその段階を指定することにより、焦点調整機構によ
り2組の光学系を調整して2箇所のマークに対して合焦
する。
以上の場合の合焦位置として、#マークと+マークを構
成する互いに直角方向の照合線に対して、それぞれ直角
に設けられた2個のリニアイメージセンサについて、各
照合線の合焦位置が測定され、その平均値をとることに
より、光学系等の偏りによるアンバランスを消去する。
ただし、上記の2個のリニアイメージセンサに対する合
焦位置が等しいか、または差異が無視できる場合は一方
のデータを、また2箇所のマークに対する合焦位置が等
しいか、または差異が無視できる場合はその一方のデー
タをそれぞれメモリに記憶して、これらにより2個の光
学系を調整して差し支えないことは当然である。
[実施例] 第1図Ca)、(b)は、この発明の露光装置における
位置合わせマークの合焦方式において、予め行う被露光
板の合焦位置の測定方法を説明するものである0図(a
)はこの発明を適用する露光装置の一部の構造を示すも
ので、マスク基板1は図示しない固定台に固定され、そ
の下方に移動台4が設け−られてこれに被露光板2が載
置されている。移動台4はX、Y移動機構4a、θ回転
機構4bによりそれぞれの方向に被露光板を移動して位
置合わせが行われる。これらに対して、上方に設けられ
た位置合わせ光学系3−1.3−2により投光された光
が、マスク基板と被露光板により反射されて戻り。
リニアイメージセンサに#マークと+マークの映像が受
光される。2組の焦点調整機構3a−1ja−2は位置
合わせ光学系3−1.3−2の焦点を調整するものであ
る。
第1図(b)はリニアイメージセンサに受光された各マ
ークの照合線を示す。これにより、予め行うマークの波
形の波高値の測定と調整手順を説明する。まずマスク基
板と被露光板を露光装置に載置して、X、Y移動機構に
よりリニアイメージセンサC2における照合線M1.M
2.W1を、図示のようにリニアイメージセンサの中心
0と端部のほぼ中間の位置におき、それぞれの位置信号
p、、p2、Pwを測定し、これに対して焦点調整機構
により光学系を適当な間隔で調整して、図(C)に示す
ように各位置信号の波高値が同一となる位置とする。こ
の位置が合焦位置である。なお、この場合、リニアイメ
ージセンサは一次元COD (電荷結合素子)によるも
ので、受光址に比例したアナログ電圧を発生して出力す
るので、位置信号の波形およびその波高値が測定できる
ものである。次に、照合線をリニアイメージセンサの中
心Oの反対側に移動して合焦位置を求め、さらに他方の
リニアイメージセンサC1についても同様の2箇所の合
焦位置を求めて、これら4箇所の平均値をメモリに記憶
する。このような測定を表面処理工程の各段階に対する
被露光板について行う。
第2図は、この発明の露光装置における位置合わせマー
クの合焦方式の実施例のブロック構成図で、第1図(a
)で述べたと同様に、固定された諏基板1に対して、移
動台4に被露光板2を位置し、これらに対して位置合わ
せ光学系3−1.3−2が配置されている。予めの測定
においては、各段階の被露光板に対して、信号およびデ
ータ処理部5の指示により、駆動制御回路7、X、Y移
動機fW4aにより位置合わせマークを前記したリニア
イメージセンサの4箇所に順次に移動してマークが合焦
される。信号およびデータ処理部5において、それぞれ
の合焦位置の平均値が計算されて、メモリ6に記憶され
る。この場合、4箇所の合焦位置に差異がないとき、ま
たは差異が無視できるほど微小なときは、いずれか1箇
所の値をメモリに記憶すればよい。
各処理工程の段階に対する露光時の位置合わせにおいて
は、信号およびデータ処理部に対して、繰作キー8によ
りその段階を指定することにより、記憶された合焦位置
が読み出され、焦点調整機構3a−1ja−2により2
組の光学系は合焦位置に移動してそれぞれマークの合焦
がなされる。ここで、2箇所のマークに対する合焦位置
が等しいときは、一方のマークに対する測定値を2組の
焦点調整機構に共通に適用することができることは、す
でに説明したところである。
[発明の効果] 以上の説明により明らかなように、この発明の露光装置
における位置合わせマークの合焦方式においては、表面
処理工程の各段階における被露光板に対して、位置合わ
せ光学系の適切な合焦位置を予め測定してメモリに記憶
しておき、露光の位置合わせに際しては、工程の段階を
指定するのみで光学系の焦点を正しい合焦位置に設定で
きるもので、従来のようにその都度、合焦作業を行うこ
とが不要となり、露光作業の時間が大幅に短縮される効
果には大きいものがある。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)、(b)および(c)は、この発明にかか
る露光装置における位置合わせマークの合焦方式の説明
図、第2図はこの発明にかかる露光装置における位置合
わせマークの合焦方式の実施例のブロック構成図、第3
図(’a)、(b)および(C)はマスク基板と被露光
板に付けられる#マークと+マーりの説明図、第4図(
a)、(b)は第3図の各図に対する位置合わせの説明
図、第5図は位置合わせ光学系の焦点位置に対するリニ
アイメージセンサにより検出された位置合わせマークの
検出信号の波形図である。 1・・・マスク基板、    1′、1″・・−#マー
ク、3−・・被露光板     2’、2″・・・+マ
ーク、3・・・位置合わせ光学系、3a・・・焦点調整
機構、4・・・移動台、     4a・・・X、Y移
動m構、4b・−θ移動−tl!構、5・・・信号およ
びデータ処理部、6・・・メモリ、      7・・
−駆動制御回路、8−・・操作キー。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)マスク基板と被露光板のそれぞれの2箇所に設け
    られた#マークおよび+マークの位置を、該2箇所に対
    応して設けられた2組の位置合わせ光学系を介してリニ
    アイメージセンサにより読み取り、X、Y(水平方向)
    移動機構により上記被露光板を移動して、対応する上記
    #マークと+マークのそれぞれの中心点を一致させて位
    置合わせする露光装置の位置合わせにおいて、逐次行わ
    れる表面処理工程の段階により上記+マークのコントラ
    スト比が漸次低下した上記被露光板に対して、上記リニ
    アイメージセンサにおける上記#マークと+マークの映
    像波形が同一の波高値で受光できる上記光学系の合焦位
    置を、上記表面処理工程の段階毎に予め測定してそれぞ
    れメモリに記憶し、被露光板の位置合わせに際して、上
    記被露光板の表面処理工程の段階を指定して、焦点調整
    機構により上記2組の位置合わせ光学系のそれぞれを、
    該記憶された合焦位置に移動して各マークを合焦するこ
    とを特徴とする、露光装置における位置合わせマークの
    合焦方式。
  2. (2)上記において、#マークおよび+マークを構成す
    るそれぞれ互いに直角方向の照合線に対して、それぞれ
    直角方向に設けられた2個のリニアイメージセンサにつ
    いて、複数の位置における該照合線の映像波形の波高値
    がそれぞれの位置で同一となる焦点調整機構の合焦位置
    を測定し、各合焦位置の平均値を上記メモリに記憶する
    、請求項1記載の露光装置における位置合わせマークの
    合焦方式。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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