JPH0242712A - 露光装置のアライメント装置 - 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、例えば半導体装置の回路パターン等を製造す
る際に用いられる露光装置のアライメント装置に関する
ものであり、特に原画パターンとｅｆｌ光体とのアライ
メントを行う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、この種のアライメンＩ・装置としては、例えば特
開昭６１−２０３６４０号公報に記載されているような
ものが知られている。これによると、第８図に概略的に
示すように、第１の物体である原画パターン（レチクル
Ａのパターン）を図示しない移動台上に載置された第２
の物体である被露光体（半導体ウエハＢ）に投影レンズ
Ｃを介して照射するアライメント用光源（図示省略）を
有する一方、前記半導体ウェハＢに形成されたアライメ
ントマークＤの反射光をレチクル八に形成された基’ｌ
ｊｌ４窓Ｅを介して検出器Ｆにより検出する際、該検出
器Ｆと前記投影レンズＣとの間の光路中に色収差補正用
レンズＧを挿入するように構成したものが開示されてい
る。

即ち、半導体ウェハＢに塗布されたフォトレジストに有
効に感光する露光用光源の光（同図の実線で示す光）と
は別にフオトレジス１・に感光しないアライメント用光
源の光（同図の破線で示す光）を使用しているので、露
光時に両光源の光の波長の相違による色収差、即ちピン
トずれが発生し、アライメント誤差が生ずることから、
色収差補正用レンズＧを用い、該露光時のビントずれを
補正する、即ち露光用光源の光の波長によるアライメン
トマークＤの結像位置と、アライメント用光源の光の波
長によるアライメントマークの結像位置とを同一位置に
するようにしたものである。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、かかる従来技術の構成によると、光路中
に色収差補正用レンズＧを押入する必要があるので、そ
の光学系の構成が複雑でありかつ該光学系の調整が困５
ｍで時間を要する。

本発明は、かかる従来技術の課題を解決すべくなされた
ものであり、光学系の構成を簡単にし、かつ、高精度の
アライメントを行えるようにした露光装置におけるアラ
イメント装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成すべく、本発明は、第１の物体を投影レ
ンズを介して第２の物体に投影するための露光用光源の
光の波長とは異なる波長を有するアライメント用光源の
光を、前記第１の物体及びｎｉｊ記投影レンズを介して
第２の物体に照射し、前記投影レンズを介して得られる
前記第２の物体の反射光の像を検出することにより前記
両物体のアライメントを行うようにした露光装置のアラ
イメント装置において、前記第ｌの物体の位置から前記
第２の物体の反射光の結像位置までの距離をαとし、＋
）ｉｊ記アライメント用光源の光の波長をλとし、回折
格子ピッチをＰとし、波長λの入射光に対する回折次数
をｍとし、任意の整数をＮとしたとき、 の関係が成立する回折格子を各々有する第１のアライメ
ントマークと第２のアライメントマークとを前記第１の
物体と前記第２の物体とに夫々形成し、前記第１のアラ
イメンＩ・マーク、投影レンズ及び第２のアライメント
マークを経由した前記光のモアレ信号を検出する検出手
段を設け、該検出されたモアレ信号に応じて前記両物体
の少なくとも一力を移動させる移動手段を設けたことを
特徴とする。

（作用） アライメント用光源の光の波長久に対する第１の物体の
位置から第２の物体の反射光の結像位置までの距離Ｑ（
ビン１・ずれ量）を実質補正できる回折格子ビッチＰの
第１及び第２のアライメントマークを用いることにより
、前記アライメント用光源の光を第１のアライメントマ
ーク及び投影レンズを介して第２のアラ′イメン１・マ
ークに照射し、前記第１のアライメントマーク、投影レ
ンズ、及びｎ；ｊ記第２のアライメン１・マークを経由
した前記光のモアレ信号のコントラストビーク値を形成
させ、該ピーク｛１αが検出手段により検出されると、
前記高コントラス１・モアレ信号に基づいて両物体が適
正にアライメン１・される。

（実施例） 第１図は本発明に係るアライメン１・装置を備えた露光
装置（例えば第１の物体としてのレチクルのパターンを
投影レンズを介して第２の物体としての半導体ウェハに
投影するステツパ）のアライメント光学系の第ｌ実施例
を示すものであり、同一の光軸Ｚ上には図示しないＸＹ
ステージ（少なくとちＸＹ方向に移動可能な移動手段を
備えている）」二に戟置されたウエハ１、例えば１０：
　１の縮小率を有する縮小投影レンズ２、ハーフミラ−
３、図示しないステージ上に載置されたレチクル４、及
びウェハ１に塗布されたフォトレジストに感光しない可
干渉性のあるアライメンＩ・用光源５（例えばＩＩ　ｅ
　−Ｎ　ｅレーザ光（波長＝６３２．８ｎｍ）を射出す
るもの）が上述の順序で配置されている。なお、図示し
ない露光用光源（例えばｇ線（波長＝４３５．８ｎｍ）
を射出するもの）はアライメント用光源５の位置に配置
される。また、前記ハーフミラ−３により前記光軸Ｚと
略直交する方向に形成された光路」二には結像レンズ６
を介して後述のモアレ信号をオシロスコープによる波形
観察等に用いる検出手段としての検出器７が配置されて
いる。

他方、ウェハ１及びレチクル４の例えば周縁部には第３
図に示すような所定の回折格子ピッチＰを有する回折格
子から成る第２及び第１のアライメントマークＭ２、Ｍ
ｌが夫々形成されており、両アライメントマークＭ２、
ＭｌがＸＹ力方向各々に−組み宛形成されており（以下
の説明においては一力向（例えばＸ方向）の組みのみに
つき説明する）、両アライメントマークＭ２、Ｍｌに所
定の可干渉光を照射すると第４図に示すように両アライ
メントマークＭ２、Ｍ＋の一ノｊのアライメントマーク
Ｍ１を固定した場合の他方のアライメントマークＭ２の
Ｘ方向への移動量に応じて強度が変化するモアレ信号Ｓ
ｍが得られる。

第１のアライメントマークＭ１と第２のアライメントマ
ークＭ２とが第３図（ａ）で示す互いに整合した、即ち
同相の位置関係にあるときにはモアレ信号Ｓｍはピーク
値Ｓ　ｍａｘを示し、第３図（ｂ）で示す逆相の位１４
関係にあるときにはモアレ信号Ｓｍは最小値Ｓｍ１ｎを
示す。

ここで、前記回折格子ピッチＰは、第１図に示すように
前記レチクル４の位置、即ち前記レチクル４の前記ｇ線
によるビンｌ−ＶＫ合位置λｇから前記ウェハ１からの
前記可干渉光の反射光の結像位置、即ち０；Ｉ記しチク
ル４の可干渉光によるピント整合位置λｅまでのピント
ずれ爪をαとし、前記アライメント用光源の波長をλと
し、回折光の次数をｍ　（ｍ＝±１、±２、・・・・・
・）とし、任意の整数をＮとし、回折格子ピッチをＰと
したとき、の関係が成立するように決められる。したが
って、予めαの値を実験により求めておき、上記関係を
有する回折格子ピッチＰの第１及び第２のアライメント
マークＭｌ１Ｍ２をレチクル４、ウェハｌに夫々形成し
ておく。

」１記関係が成立すべき理由につきさらに詳述すると以
下のようになる。

第５図に示すように、第１のアライメントマークＭ１と
第２のアライメントマークＭ２とが第３図（ａ）で示す
ような同和の位置関係にある場合、即ち第１のアライメ
ントマークＭ１と第２のアライメントマークＭ２の像（
アライメントマーク像Ｍ′２）とが同和の位置関係にあ
る場合、モアレ信号のコントラスト 算式から求められる。

即ち、前記回折格子ピッチを［）、アライメントマーク
Ｍ１の所定の点Ｑ１から、アライメントマーク像Ｍ’２
の所定の点Ｑ２に向かう平行光Ｌｅとしての０１１記可
干渉光の回折角をＯ、該平行光Ｌｅが前記点Ｑ２への入
射に寄与する前記点Ｑ＋と点Ｑ＋１との間における回折
格子ピッチＰの数をＮとし、回折次数をｍとすると、 １”ｓｉｎＯ＝ｍ・λ・・・・・・・・・・・・■しａ
ｎＯ＝Ｎ−Ｐ／Ω，・・・・・・・・・■が成立し、通
常Ａ）Ｐの関係があり、さらに、θは十分に小さいため ｓｉｎＯ＃Ｌａｎ（３・用旧旧・・■ が成立することから、 ｎ］・λ／Ｐ＝Ｎ　−　Ｐ／α・・・・・・・・・・・
・・■即ち、　　ｍ＝　Ｎ−Ｐ　’　／　ｍ・＾・・・
・・・・・・■が成立する。なお、Ｎはｉｒ−、負の整
数であるが、点Ｑ１を始点として回折１に子の例えば所
定の配列方向に向かう方向（第５図の下方）に数えた場
合を正とし、その反対側の方向に数えた場合を負として
定める。

換言すれば、アライメンＩ・マークの像Ｍ’２の位置は
、前記モアレ信号Ｓｍのコントラストビーク位置である
から（第２図参照）、回折次数ｍを１とした場合、前記
ピーク位置を中心としてＰ”／λの周期でモアレ信号の
コントラストのピークが現れる。ここで、モアレ信号Ｓ
ｍのコントラストは（Ｓｍａｘ−３ｍｉｎ）　／　（Ｓ
ｍａｘ＋Ｓｍｊｎ）で表される。

したがって、露光用光源の光の波長でのピント位置（第
１図のレチクル４の位置）で、モアレ信号のコントラス
トがピークとなるように、回折格子のピッチを選定すれ
ば（即ちＰ＝〜ρＮ：Ｐ−Σｒに選定すれば）、このモ
アレ信号Ｓｍのピーク値（Ｎｎ、Ｎｎ＋ｔ、・・・・・
・）を検出することにより、アライメント先としてｇ線
とは波長の異なる前記可干渉光を用いた場合でもウェハ
Ｉに対するレチクル４の位置を検出器７を介して高解像
度で検出できる。

次に、上記のように構成された第１実施例によるアライ
メントにつき、各種のパターンを有するレチクル４を順
次同一のウェハｌ上に重ねて投影する場合を例として説
明する。

まず、ウェハ１をＸＹステージ上に載置し、所定のパタ
ーンを有するレチクルをステージに載置する。

続いて、アライメンｉ・用光源５の光、即ち可干渉光を
レチクル４、ハーフミラ−３、投影レンズ２を介してウ
ェハ１に順射し、該ウェハｌで反射した光は再び投影レ
ンズ２を通過して、ピント整合位置＾ｅにウェハ像１′
　として結像させる。これにより、第５図に示す第１の
アライメントマークＭ＋とアライメントマーク像Ｍ’２
とから、両者の整合位置関係に応じたコントラスト強度
の高いモアレ信号が得られ、検出器７によりコントラス
トの高いモアレ信号が検出できる。検出器７により検出
されたモアレ信号を用い、レチクル４とウェハ１とは適
正にアライメントすることができる。

かかる高コントラストモアレ信号を用いてレチクル４と
ウェハｌとをアライメントする技術思想を含むものとし
て、例えば特開昭６０−６７８２２号公報に開示された
光学式自動位置決め装置がある。

即ち、第１の物体であるレチクル及び第２の物体である
ウェハのＸ方向、Ｙ方向の夫々に位置整合するための回
折格子を設け、例えばＸ軸のみについていえば、第１の
物体と第２の物体とで本明細書の第３図に示すＭ＋、Ｍ
２なる関係にある一対の回折格子を２組み設け、該２組
みの位相の一方を位相進み用に、他方を位相遅れ用のモ
アレ信号が創成できるように構成し、前記置物体の整合
時、前記位相進みのモアレ信号と位相遅れのモアレ信号
との差分が零となるべく、位相整合できるようにしたも
のである。

なお、ｎ；Ｊ述したように、Ｙ方向についても一対のア
ライメントマークが形成されているが、その構成及び作
用はＸ方向と同様であるので説明を省略する。

第７図は第２実施例を示すものであり、第１実施例にお
けるアライメント用光源５と検出器７との配置を換えた
ものであり、露光装置の仕様に応じて、例えば検出器７
の位置がレチクル４の上方位置から移動させ難いような
場合に適用できる。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、第１の物体を投影レンズ
を介して第２の物体に投影するための露光用光源の光の
波長とは異なる波長を有するアライメント用光源の光を
、前記第１の物体及び前記投影レンズを介して第２の物
体に照射し、前記投影レンズを介して得られる前記第２
の物体の反射光の像を検出することにより前記置物体の
アライメントを行うようにした露光装置のアライメント
装置において、前記第１の物体の位置から前記第２の物
体の反射光の結像位置までの距離をαとし、前記アライ
メント用光源の光の波長をλとし、回折格子ピッチをＰ
とし、波長λの入射光に対する回折次数をｍとし、任意
の整数をＮとしたとき、ｐ＝Ｔ「肩［７０］了 の関係が成立する回折格子を各々有する第１のアライメ
ントマークと第２のアライメントマークとを前記第１の
物体とｎｉｉ記第２の物体とに夫々形成し、前記第１の
アライメントマーク、投影レンズ及び第２のアライメン
トマークを経由した０１１記光のモアレ信号を検出する
検出手段を設け、該検出されたモアレ信号に応じて前記
置物体の少なくと４゜ も−力を移動させる移動手段を設ける構成としたので、
モアレ信号のコントラスト強度のピーク値を検出するア
ライメント方式で、高精度のアライメントを行えるのみ
ならず、従前のように調整の困難である色収差補正用レ
ンズのような部材を用いる必要がなくなるから露光装置
間の機差がなくなり高精度のアライメントが行える。ま
た、本発明は従前の構成をそのまま流用できるから、各
種の露光装置に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るアライメント光学系の概略構成図
、第２図は第１図に示すレチクルの位置とモアレ信号コ
ントラストとの関係を示すグラフ、第３図は第１図に示
すレチクル及びウェハに形成されるアライメントマーク
の構成例を示す模式平面図、第４図は第３図に示すアラ
イメントマークの相対ずれ量に対するモアレ信号強度を
示すグラフ、第５図はアライメントマークによる回折を
説明する模式図、第６図はアライメントマークにより得
られるモアレ信号とピント位置との関係を示すグラフ、
第７図は本発明の第２実施例を示すアライメント光学系
の概略構成図、第８図は従来技術を説明するためのアラ
イメント光学系の概略構成図である。 ｌ・・・ウェハ（第２の物体）、１′・・・ウェハ像（
反射光の像）、２・・・縮小投影レンズ、４・・・レチ
クル（第１の物体）、５・・・アライメント用光源、７
・・・検出器（検出手段）、Ｍ＋・・・第１のアライメ
ントマーク、Ｍ’２・・・第２のアライメンＩ・マーク
の像。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１の物体を投影レンズを介して第２の物体に投影
   するための露光用光源の光の波長とは異なる波長を有す
   るアライメント用光源の光を、前記第１の物体及び前記
   投影レンズを介して第２の物体に照射し、前記投影レン
   ズを介して得られる前記第２の物体の反射光の像を検出
   することにより前記両物体のアライメントを行うように
   した露光装置のアライメント装置において、前記第１の
   物体の位置から前記第２の物体の反射光の結像位置まで
   の距離をｌとし、前記アライメント用光源の光の波長を
   λとし、回折格子ピッチをＰとし、波長λの入射光に対
   する回折次数をｍとし、任意の整数をＮとしたとき、 Ｐ＝√（｜ｍ｜・λ・ｌ／｜Ｎ｜） の関係が成立する回折格子を各々有する第１のアライメ
   ントマークと第２のアライメントマークとを前記第１の
   物体と前記第２の物体とに夫々形成し、前記第１のアラ
   イメントマーク、投影レンズ及び第２のアライメントマ
   ークを経由した前記光のモアレ信号を検出する検出手段
   を設け、該検出されたモアレ信号に応じて前記両物体の
   少なくとも一方を移動させる移動手段を設けたことを特
   徴とする露光装置用アライメント装置。