JPH03262901A - 位置合わせ方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、２つの物体の位置合わせ方法に係わり、特に
パターン転写に用いられるマスクとウェハとの位置ずれ
を光学的に検出して位置合わせする位置合わせ方法に関
する。

（従来の技術） 近年、ＬＳＩ等の半導体素子の回路パターンの微細化に
伴い、パターン転写手段として、高解像性能を有する光
学式投影露光装置が広く使用されている。この装置を用
いて転写を行う場合、露光に先立ってマスクとウェハと
を高精度で位置合わせ（アライメント）する必要がある
。

このようなアライメントを行う手段として、特開平１−
２８７４０７号公報に開示されているような、光ヘテロ
ダイン方式が提案されている。この方法は、マスクに設
けた２つマークに異なる波長ｆ１、ｆ２で変調した光を
照射し、マスクマークからの回折光を投影レンズを介し
てウェハに設けたマークに照射し、ウェハマークからの
反射光を検出して（ｆｌ−ｆ２）の周波数を持った光ヘ
テロダイン検出信号を求める。さらに、マスクマークか
らの別の回折光を検出して（ｆ＋　　　ｆ２）の周波数
を持った光ヘテロゲイン基準信号を求める。そして、こ
れらの信号の位相差に基づいてマスク・ウェハの相対位
置ずれを測定している。

ここで、マスクに設けるマークとしては、第７図（ａ）
に示す如く１次元回折格子の一部に２次元回折格子を設
けたもの、又は同図（ｂ）に示す如く２次元回折格子が
用いられる。このようなマークを用いるのは、光ヘテロ
ダイン計測において検出するマスクとウェハの位置情報
を位相情報として持った検出信号の他に、マスクの位置
を位相情報として持たない基準信号を検出する必要があ
るためである。

しかしながら、この種の方法にあっては次のような問題
があった。即ち、第７図（ａ）に示すパターンの場合は
、基準信号に寄与する部分の光束はスリット状になり、
検出器に達するまでに光が広がってしまう。そのため、
２つの光束を干渉させる場合に、効率良く基準信号を検
出することができない。一方、第７図（ｂ）に示すパタ
ーンの場合は、このような問題はなくなるが、マスクで
位置検出する方向に回折する光の光量が少なくなるため
、マスクとウェハの位置情報を持った検出信号が弱くな
ってしまい、ウェハマークにおける光量のマージンが十
分に取れなくなる問題が生じる。

また、ダイナ−ミックＲＡＭに代表されるようなＬＳＩ
の製造に用いられる場合等においては、１枚のウェハに
対して複数回の露光が行われるため、各露光工程に対し
て別のマークを形成する必要がある。通常、第８図に示
す如く露光チップ１の周辺部（スクライブライン）２に
、各工程に対する位置合わせ用マーク、即ちＸ方向のマ
ーク３，４．５及びＹ方向のマーク６．７゜８を並べる
。従って、光ヘテロダイン方式の位置合わせ方法におい
ては、第９図に示す如くマスク上にこれらに対応するマ
ーク３ａ、３ｂ。

〜、８ａ、８ｂを形成する必要がある。

１チツプの周辺部（スクライブライン）になるべく多く
のマークを並べるためには、各マークをなるべく近付け
なくてはならない（ｄを小さくしたい）。しかし、マー
クを近付は過ぎると、検出すべきマークの照射ビームが
隣のマークの一部に当たってしまい、位置検出信号に誤
差を与えてしまう。また、マスクマークの大きさｂを小
さめにすると、マスクとウェハは色収差のため共役関係
になく、回折効果のためウェハ上では逆に広がってしま
い、隣のマークの影響を受は易くなるという問題もある
。このため、多数の工程のマスクマークを配置したいに
も拘らず、効率良くマークを配置することができない。

（発明が解決しようとする課題） このように従来、光ヘテロダイン方式を利用したマスク
・ウェハの位置合わせにあっては、マスクマークを第７
図（ａ）のように形成すると基準信号が小さくなり、ま
たマスクマークを同図（ｂ）のように形成すると検出信
号が小さくなり、このためにマスク・ウェハの位置合わ
せ精度が低下するという問題があった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、マスクマーク形状の改良により、十
分な基準信号と共に十分な検出信号を得ることができ、
光ヘテロダイン方式によるマスク・ウェハの位置合わせ
精度の向上をはかり得る位置合わせ方法を提供すること
にある。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明は、上記目的を遠戚するために、マスクに設けら
れた一対のマスクマークに異なる周波数ｆ１、ｆ２で変
調した位置合わせ光をそれぞれ照射し、マスクマークか
ら位置合わせ方向に回折する回折光を投影レンズを介し
てウェハ上に形成されたウェハマークに集光・干渉させ
、ウェハマークからの反射回折光を検出して（ｆｔ−ｆ
ｚ）の周波数を持った光ヘテロダイン検出信号を求め、
マスクマークからの非位置合わせ方向に回折した回折光
を検出して光ヘテロダイン基準信号を求め、これらの検
出信号及び基準信号の位相差から各マークの相対位置ず
れ情報を求め、このずれ量に応じてマスク・ウェハを位
置合わせする位置合わせ方法において、前記マスクマー
クを、位置合わせ方向及びこれと直交する非位置合わせ
方向に光透過部と光遮蔽部とを交互に配置した２次元の
回折格子で形成し、非位置合わせ方向における光透過部
ピッチと光遮蔽部ピッチとの比（透過部／遮蔽部）を、
位置合わせ方向における光透過部ピッチと光遮蔽部ピッ
チとの比（透過部／遮蔽部）と異ならせ、望ましくは小
さくしたことを特徴としている。

（作用） 本発明によれば、２次元の回折格子を用いることにより
、光ヘテロゲイン基準信号を得るための非位置合わせ方
向の回折光がスリット状になり広がることはない。この
ため、十分大きな基準信号を得ることができる。また、
非位置合わせ方向における光透過部ピッチと光遮蔽部ピ
ッチとの比（透過部／遮蔽部）を位置合わせ方向のそれ
よりも小さくしているので、位置合わせ方向の回折光は
十分大きいものとなる。このため、十分な光ヘテロダイ
ン検出信号を得ることができる。また、上述の比を逆の
関係にすることで十分な光ヘテロダイン基準信号を得る
ことができる。ここで、マスクマークから非位置合わせ
方向に回折する光の光量は位置合わせ方向に回折する光
の光量よりも小さくなるが、非位置合わせ方向の回折光
は再度回折されることなく直接受光素子で検出されるの
で、位置合わせ方向の回折光はどには大きい必要はない
のである。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例方法に使用した縮小投影露光
装置を示す概略構成図である。図中１０は所定パターン
と共に回折格子マーク１１゜１２が形成されたマスク（
レチクル）、２０はパターン転写のための投影レンズ、
３０は回折格子マーク３１が形成されたウェハ、４１゜
４２は人力光を変調するための位相シフタ、４３．４４
．４５は反射ミラー　４６．４７は受光素子、４８は位
相検出回路であり、この構成自体は公知のものである（
例えば、特願昭６３−１１８９８２号）。

この装置における位置合わせの原理は次の通りである。

２光束に分離したレーザ光を周波数シフタ４１．４２で
各々Δｆｉｎ　Δｆ２だけ周波数シフトさせたのち、マ
スクマーク１１゜１２にそれぞれ照射する。マスクマー
ク１１゜１２は２次元の回折格子からなるもので、マス
クマーク１１，１２からの回折光のうち、マーク１１で
発生する一１次の回折光とマーク１２で発生する＋１次
の回折光を、第１図に実線で示す如く投影レンズ２０を
通して、ウニ／＼３０上のマーク３１に集光・干渉させ
る。そして、第１図に破線で示す如く、ウェハマーク３
１で回折した光をミラー４３を介して受光素子４６で検
出する。これにより、受光素子４６では（ｆ、−ｆ２）
の周波数を持つ光ヘテロダイン検出信号Δｆ３が得られ
る。

一方、マスクマーク１１，１２で反射して発生する回折
光のうち、マーク１１．１２共に第１図に一点鎖線で示
した＋１次の回折光を選び、ミラー４４．４５で折り返
し２光束を合成して、マスクの位置を位相情報として持
たない光ヘテロダイン基準信号Δｆ４を受光素子４７で
検出する。そして、位相検出回路４８により２つの光ヘ
テロダイン信号の位相差を求めることにより、マスク・
ウェハの位置ずれ量が求められる。

なお、この位置ずれ量は図示しないテーブル駆動系等に
フィードバックされ、ウェハ３０をＸＹ方向に移動する
ことにより、マスク・ウェハの位置ずれが補正される。

第２図は本実施例方法で用いたマスクマークの形状を示
す図であり、白抜き部分が光透過部、ハツチング部分が
光遮蔽部を示している。従来の２次元マークに比べて、
位置検出をしない方向（非位置検出方向）の回折格子パ
ターンのデユーティ比（白黒の比）を変えており、１：
１とは異なる値に設定している。具体的には、非位置合
わせ方向（紙面上下方向）における光透過部ピッチと光
遮蔽部ピッチとの比（透過部／遮蔽部）を、位置合わせ
方向（紙面左右方向）における光透過部ピッチと光遮蔽
部ピッチとの比（透過部／遮蔽部）よりも小さくしてい
る。

即ち、基準信号Δｆ４を検出するために要する光量を小
さく抑え、その分だけ位置検出情報を持った検出信号（
アライメント信号）Δｆ３を検出するために要する光量
を大きくしている。

この光量の比率は概路次のように考えればよい。まず、
Δｆ４の光量を１としたときに、従来の２次元格子のま
まだと、Δｆ、の光量はη、・γい・ｔＲ’＜１ となる。ここで、ηＷはウェハ格子での回折効率、γ１
はウェハの反射率、ｔＲは投影レンズの透過率である。

両者の光量比を略同程度にするため、マスクマークでの
回折効率を、（非位置合わせ方向：位置合わ方向）が η１・γ１・ｔＲ２：１ になるように格子のデユーティ比を選べばよい。

このデユーティ比αの設計例を以下に示す。

まず、マスクマークの２次元格子を第３図に示すように
モデル化した。一般にフーリエ光学理論から、ｎ次の回
折スペクトルＣｎはと表わされるので、１次の回折光を
用いる場合、ｓｌｎ　ａｙｒ　（１−ｔｅ１、） ０− π となる。非透過率ｔｅ’−を０とし、位置検出方向のデ
ユーティ比をｂ　：　ｂ−１：　１とすると、基準信号
Δｆ４の光ｍｌ　Ｉ　Ｒとアライメント信号の光量ＩＡ
は次式で表わされる。

ＩＲ−１ｏ　　（１／π）　２（ｓｉｎ　ａＹπ）　２
ＩＡ−ＩＯ（１／π）２αＹ２ 但し、αｙ−ａｙ／ｐｙであり、ａｙは非位置検出方向
の非透過部の長さ、Ｉ）ｙは非位置検出方向のピッチで
ある。

従って、この光量比は次のようになる。

例えば、５μｍピッチでそのデユーティ比を０．５μｍ
刻みで変えた場合、その光量比は次頁の表のようになる
。

従って、以上のような計算をもとに光量比がη７・γい
・ｔＲ２：１になるようなマークのデユーティ比を設計
すればよい。

かくして本実施例方法によれば、マスクマークのデユー
ティ比（透過部／遮蔽部）において、非位置合わせ方向
のデユーティ比を位置合わせ方向のそれよりも小さくし
、受光素子４４゜４５で得られる各信号の光量比を１＝
１となるようにしている。このため、基準信号ｆ４が小
さくなったり、ビート信号ｆ３が小さくなるという問題
はなくなり、十分な基準信号と共に十分なビート信号を
得ることができる。従って、光ヘテロダイン方式による
マスク・ウェハの位置合わせ精度の向上をはかることが
できる。

なお、上記実施例では、マスクマークからの反射回折光
を検出して基準信号を求めたが、第４図に示すようにマ
スクマーク１１，１２からの透過回折光を検出して基準
信号を求めるようにしてもよい。また、マスクマーク１
１，１２の形状は第２図に限るものではなく、適宜変更
することが可能である。例えば第５図に示す如く、位置
合わせのための１次元の回折格子５１の位置合わせ方向
両側に、基準信号を得るための１次元の回折格子５２ａ
、５２ｂを配置してもよい。この場合も、非位置合わせ
方向の回折格子５２ａ、５２ｂのデユーティ比を位置合
わせ方向の回折格子５１のそれよりも小さくすればよい
。また、第２図と白黒を逆パターンに形成してもよい。

第６図は本発明の別の実施例を説明するための図で、マ
スクに形成されたマークの全体形状を示している。この
例では、マスク１０に形成するマーク６１．６２及び７
１．７２をマークが並ぶ方向（ウェハのスクライブライ
ン方向）に連続して長くしている。なお、ウエノ）マー
ク及び照射ビームの大きさは従来通り、孤立した１個の
サイズとしている。つまり、マスクマークを１個のマー
クよりも十分に長くしたものとなっている。そして、こ
のマークを用いる場合、例えば第１の工程でマーク６１
．６２のＡ、Ａ領域を用い、第２の工程でＢ、Ｂ’領領
域用い、第３の工程でｃ、ｃ’領領域用いる。

このようなパターン形状にすると、マスクマーク上でス
クライブライン方向に遮られることがないため、ウェハ
上での照明ビームの広がりを最小限にすることができる
。従って、直ぐ隣に次の工程のマークを形成することが
でき、より多くのマークを配置することができる。さら
には、マスク上でマークが連続しているため、ウェハマ
ークをスクライブライン方向に対して任意の位置に配置
することが可能となる。

［発明の効果コ 以上詳述したように本発明によれば、マスクマークとし
て２次元の回折格子を用い、非位置合わせ方向のデユー
ティ比を位置合わせ方向のそれよりも小さくすることに
より、十分な光量マージンの基準信号と共に十分な光量
マージンのビート信号を得ることができ、光ヘテロダイ
ン方式によるマスク・ウニ／Ｘの位置合わせ精度の向上
をはかり得る位置合わせ方法を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例方法に使用した縮小投影露光
装置を示す概略構成図、第２図は上記実施例方法で用い
たマスクマーク形状を示す図、第３図は上記マスクマー
ク形状をモデル化して示す図、第４図及び第５図は上記
実施例の変形例を説明するためのもので、第４図は基準
信号の取り出し方を示す図、第５図はマスクマーク形状
を示す図、第６図は本発明の別の実施例を説明するため
のものでマークの全体形状を示す図、第７図乃至第ψ図
はそれぞれ従来の問題点を説明するための図である。 １０・・・マスク（レチクル）、 １１．１２・・・マスクマーク、 ２０・・・投影レンズ、 ３０・・・ウェハ、 ３１・・・ウェハマーク、 ４１．４２・・・位相シック、 ４３、　　４４．　　４５．　　４９　　・・・　ミ　
ラ　−４６．４７・・・受光素子、 ４８・・・位相検出、回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）マスクに設けられた一対のマスクマークに異なる
   周波数ｆ＿１、ｆ＿２で変調された位置合わせ光をそれ
   ぞれ照射し、マスクマークから位置合わせ方向に回折す
   る回折光を投影レンズを介してウェハ上に形成されたウ
   ェハマークに集光・干渉させ、ウェハマークからの反射
   回折光を検出して（ｆ＿１−ｆ＿２）の周波数を持った
   光ヘテロダイン検出信号を求め、マスクマークからの非
   位置合わせ方向に回折した回折光を検出して（ｆ＿１−
   ｆ＿２）の周波数を持った光ヘテロダイン基準信号を求
   め、これらの検出信号及び基準信号の位相差から各マー
   クの相対位置ずれ情報を求め、このずれ量に応じてマス
   ク・ウェハを位置合わせする位置合わせ方法において、 前記マスクマークを、位置合わせ方向及びこれと直交す
   る非位置合わせ方向に光透過部と光遮蔽部とを交互に配
   置した２次元の回折格子で形成し、非位置合わせ方向に
   おける光透過部ピッチと光遮蔽部ピッチとの比（透過部
   ／遮蔽部）と、位置合わせ方向における光透過部ピッチ
   と光遮蔽部ピッチとの比（透過部／遮蔽部）と異ならせ
   たことを特徴とする位置合わせ方法。
2. （２）マスクに設けられた一対のマスクマークに異なる
   周波数ｆ＿１、ｆ＿２で変調された位置合わせ光をそれ
   ぞれ照射し、マスクマークから位置合わせ方向に回折す
   る回折光を投影レンズを介してウェハ上に形成されたウ
   ェハマークに集光・干渉させ、ウェハマークからの反射
   回折光を検出して（ｆ＿１−ｆ＿２）の周波数を持った
   光ヘテロダイン検出信号を求め、マスクマークからの非
   位置合わせ方向に回折した回折光を検出して（ｆ＿１−
   ｆ＿２）の周波数を持った光ヘテロダイン基準信号を求
   め、これらの検出信号及び基準信号の位相差から、各マ
   ークの相対位置ずれ情報を求め、このずれ量に応じてマ
   スク・ウェハを位置合わせする位置合わせ方法において
   、 前記マスクマークを、ウェハのスクライブラインに相当
   する位置に所定距離だけ離して配置し、且つスクライブ
   ライン方向に長く形成したことを特徴とする位置合わせ
   方法。
3. （３）前記非位置合わせ方向における光透過部ピッチと
   光遮蔽部ピッチとの比（透過部／遮蔽部）を、位置合わ
   せ方向における光透過部ピッチと光遮蔽部ピッチとの比
   （透過部／遮蔽部）よりも小さくしたことを特徴とする
   請求項１記載の位置合わせ方法。