JPH03278513A - 位置合わせマーク及びこれを用いた位置合わせ方法 - 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に用いられる位置合
わせマーク及びこれを用いた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
この種のアライメントでは、第３図に示すように、露光
光とは異なる波長のアライメント光を、マスク１に形成
されたマークｌａ、ｌｂに照射し、マスクマーク１ａ、
、ｌｂで回折した光を投影レンズ２を介してウェハ３上
に形成されたマーク３ａに照射する。そして、ウェハマ
ーク３ａからの反射回折光をミラー４を介して検出する
ことによりマスク・ウェハの位置ずれを測定している。

ここで、ウェハ３上のマーク３ａとしては、露光光と干
渉することなくアライメント信号を得るために、第４図
（ａ）　（ｂ）に示す如く２次元の回折格子を用いてい
る。そして、これらのマークは、一般に縦横のピッチが
同一のものを使用していた。

ところで、アライメント光は第５図（ａ）に示す如く、
ウェハ３上で２次元的に反射回折するが、図のような一
部の回折光を検出器５に導きアライメント信号としてい
た。第５図（ａ）は同図（ｂ）の基本的なアライメント
光学系を槍から見たものである。ウェハ３上のマーク３
ａは第５図（ｂ）で示されるように、２光束の入射角（
ウェハマークに入射する角度）をθとすると、ｓｉｎθ
峻ｎλ／Ｐ で示される式によってピッチＰが決定されてしまう。こ
こで、ｎは回折次数、λはアライメント光の波長である
。即ち、上式からウェハ３上のマーク３ａの１方向のピ
ッチ寸法が決定される。これと同じ寸法で他方のピッチ
を決定してマークとして用いると、第５図（ａ）に示し
たような角度で反射回折し、検出器５上に戻らず破線で
示すように、例えば投影レンズ内部でアライメント光が
けられてしまい、検出器５に正確に入らない等の問題が
生じていた。

また、本来はアライメント光はウェハ面に対して垂直に
入射するものであるが、投影レンズの色収差等の問題に
よりアライメント光がつエバ面に対して傾いて入射する
場合がある。この場合も、予定された光路を通らないで
アライメント光が検出できないという問題があった。さ
らに、このウェハに傾いて入射する角度は、アライメン
ト光学系として色収差の問題を解決する光学系を考慮し
対応しているにもかかわらず完全ではなく、チップサイ
ズ変更等でマークの位置が変り、対物先細からの距離が
変化した場合、この角度もまた変化してしまう問題が生
じている。

一方、特願昭６３−１１６９６２号（特開平１−２８７
４０７号公報）に開示された光ヘテロダイン方式のアラ
イメントでは、ウェハマークからの位置情報を持つ光ヘ
テロダイン検出信号と、マスクマークからの位置情報を
持たない光ヘテロダイン基準信号を検出する必要がある
が、ウェハマークからの反射回折光及びマスクマークか
らの回折光をそれぞれミラーを介して検出器に導いてい
る。このとき、各ミラーは近接した位置にある方が望ま
しいが、これらのミラーの位置はマークの回折格子ピッ
チにより一義的に決まってしまい、従来のようにｘ、ｙ
方向で同一のピッチを採用した場合、必ずしも近接した
位置に配置できない問題があった。

（発明が解決しようとする課題） このように従来、２次元回折格子マークを用いてマスク
・ウェハの位置ずれ検出を行う場合、ウェハマークから
の反射回折光が投影レンズの側面でけられてしまい検出
器まで到達せず、位置ずれ検出ができないことがあった
。また、光ヘテロダイン方式でマスク・ウェハの位置合
わせを行う際には、ウェハからの反射回折光とマスクか
らの回折光とが近接した状態でミラー位置に導きたいが
、それぞれの回折光の光路がマークの格子ピッチで決ま
り、これを実現できないことがあった。

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、ウェハからのアライメント光が投影
レンズ等の側面でけられることを防止し、ウェハマーク
からのアライメント光を最適な位置で検出することを可
能とする位置合わせマークを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、光ヘテロダイン方式でマス
ク・ウェハを位置合わせするに際しウェハからの反射回
折光とマスクからの回折光とが近接した状態でミラー位
置に導くことのできる位置合わせ方法を提供することに
ある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明では、２つの物体を光
学的に位置合わせする際に用いられる、２次元回折格子
からなる位置合わせマークにおいて、回折格子ピッチを
位置合わせ方向及びこれに直交する方向とで異ならせた
ことを特徴としている。

また本発明は、マスクに設けられた２次元回折格子から
なるマスクマークに露光光とは異なる波長のアライメン
ト光を照射し、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設けられた
２次元回折格子からなるウェハマークに照射し、ウェハ
マークからの反射回折光を検出して位置情報を持つ信号
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位置情報を持たない基準信号を求め
、これらの位置情報を持つ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、マスクマーク又はウェハマークの少なくとも一
方を、回折格子ピッチが位置合わせ方向と非位置合わせ
方向とで異なるように形成し、ウェハマークからの反射
回折光及びマスクマークからの非位置合わせ方向の回折
光（即ち基準信号を得るための光）を近接した位置でそ
れぞれ検出することを特徴としている。

（作用） 本発明によれば、アライメントマーク形状において、ア
ライメント方向の格子ピッチは一定とし、これと直交す
る方向の格子ピッチを変更することにより、アライメン
ト方向と直交する方向に回折光の光路を自由に変更する
ことができる。これにより、ウェハからのアライメント
光が投影レンズ等の側面でけられることを防止し、ウェ
ハマークからのアライメント光を最適な位置で検出する
ことが可能となる。また、上記のマークを用いることに
より、光ヘテロダイン方式でマスク・ウェハを位置合わ
せするに際し、ウェハからの反射回折光とマスクからの
回折光とを近接した位置で検出することが可能となり、
構造が一体化したアライメント光学系を設計°すること
ができる等の利点が多い。

（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の一実施例に係わるマーク形状を示す図
である。第１図（ａＸりは、光透過部と光遮蔽部とをＸ
方向（紙面左右方向）及びＹ方向（紙面上下方向）に交
互に配置した２次元回折格子の例である。二の回折格子
は、Ｘ方向（例えば位置合わせ方向）における透過部と
遮蔽部のピッチは同じであり、同様にＹ方向（例えば非
位置合わせ方向）における透過部と遮蔽部のピッチは同
じである。しかし、Ｘ方向のピッチＰｘに対しＹ方向の
ピッチＰｙを短くしている。例えば、Ｘ方向のピッチＰ
ｘを５μｍとし、Ｙ方向のピッチＰｙを４μｍとしてい
る。

このようなマークを用い位置合わせ方向の回折格子ピッ
チに拘らず非位置合わせ方向の回折格子ピッチを設定す
ることにより、前記第５図に示すアライメント光学系に
おいて、ウェハマークからの反射回折光を投影レンズで
けられることなしに検出器に導くことができる。

第２図は本発明の他の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
ンと共にアライメントマーク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、３゜は回折格子からなるアライメントマーク３１
が形成されたウェハ、４１．４２はミラー　４２゜４３
は受光素子（検出器）、４４はアライメント光源、４６
はコンデンサレンズであり、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各々Δｆｉｒ　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からの位置合わせ方向の
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２図に破線
で示す如く投影レンズ２０を通してウェハ３０上のマー
ク３１に集光・干渉させる。そして、ウェハマーク３１
で回折した光をミラー４１を介して受光素子４２で検出
する。これにより、受光素子４２では（ｆ＋　　ｆ２）
の周波数を持つ先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からの非位置合わせ方向
の回折光のうち、第２図に一点鎖線で示すように外側に
向かう回折光、即ちマーク１１で発生する＋１次の回折
光とマーク１２で発生する＋１次の回折光を、ミラー４
２で導入し２光束を合成して、マスクの位置を位相情報
として持たない先ヘテロダイン基準信号Δｆ４を受光素
子４４で検出する。そして、２つの先ヘテロダイン信号
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゛−ドパツクされ、ウェハ３０
をＸＹ力方向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。

ここで、マスクマーク１１，１２又はウェハマーク３１
として、前記第１図に示す如くＸ。

Ｙの格子ピッチが異なる２次元回折格子を用いた。位置
合わせ方向のピッチは従来と同様とし、非位置合わせ方
向のピッチは、マスクマーク１１．１２からの非位置合
わせ方向の透過回折光とウェハマーク３１からの反射回
折光とが、マスク１０と投影レンズ２０間のある位置で
略交差するようにした。これにより、ミラー４１゜４２
を近接配置することができ、光ヘテロダイン方式による
マスク・ウェハの位置合わせを効果的に行うことができ
る。

なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
ない。実施例では非位置合わせ方向の回折格子ピッチを
位置合わせ方向のそれよりも短くしたが、光学系の構成
によってはこれらの関係を逆にしてもよい。また、第２
図の装置では、マスクマークからの透過回折光を検出し
て基準信号を求めたが、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るようにしてもよい。さらに
、位置合わせ装置は第２図に同等限定されるものではな
く、２次元回折格子を用いたマスク・ウェハのアライメ
ント光学系に適用することが可能である。その他、本発
明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施するこ
とができる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、２つの物体を光学
的に位置合わせする際に用いられる、２次元回折格子か
らなる位置合わせマークにおいて、回折格子ピッチを位
置合わせ方向及びこれに直交する方向とで異ならせるこ
とにより、ウェハマークからのアライメント光を最適な
位置に導いて検出することが可能となり、精度の良いア
ライメント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に係わるマーク形状を示す図
、第２図は上記マークを用いたアライメント光学系の一
例を示す図、第３図は従来のアライメント光学系を示す
図、第４図は従来のマーク形状を示す図、第５図は従来
のアライメント光学系の問題点を説明するための図であ
る。 １０・・・マスク、 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　　・・・　ミ　ラ　− ４．３．４４・・・受光素子（検出器）４５・・・アラ
イメント光源、 ４６・・・コンデンサレンズ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）２つの物体を光学的に位置合わせする際に用いら
   れる、２次元回折格子からなる位置合わせマークにおい
   て、回折格子ピッチが位置合わせ方向及びこれに直交す
   る方向とで異なることを特徴とする位置合わせマーク。
2. （２）マスクに設けられた２次元回折格子からなるマス
   クマークに露光光とは異なる波長のアライメント光を照
   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設けられた２次元回
   折格子からなるウェハマークに照射し、ウェハマークか
   らの反射回折光を検出して位置情報を持つ信号を求めマ
   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
   検出して位置情報を持たない基準信号を求め、これらの
   位置情報を持つ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
   記マスクマーク又はウェハマークの少なくとも一方を、
   回折格子ピッチが位置合わせ方向と非位置合わせ方向と
   で異なるように形成し、前記ウェハマークからの反射回
   折光及び前記マスクマークからの非位置合わせ方向の回
   折光を近接した位置に導いてそれぞれ検出することを特
   徴とする位置合わせ方法。