JPH033377B2

JPH033377B2 -

Info

Publication number: JPH033377B2
Application number: JP61032377A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Uehara
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1986-02-17
Filing date: 1986-02-17
Publication date: 1991-01-18
Also published as: JPS62190724A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は半導体の焼き付け装置におけるウエハ
上のパターンとマスク上のパターンの位置合わせ
方法に関する。

（従来の技術）従来から半導体等の焼付け装置において、ウエ
ハとマスクの位置合せを行う方法として、ウエハ
上のパターンとマスク上のパターン間の位置合わ
せを行う方法が知られている。

このような従来公知の位置合わせ方法として
は、特開昭56−122128号公報に記載された方法が
知られいる。

特開昭56−122128号公報に記載された位置合わ
せ方法は、ウエハ上とマスク上に形成された位置
合わせ用のパターンのうち一方のパターンをあら
かじめ定められたピツチとし、他方のパターンを
同一のピツチで繰り返される約半数の第１のパタ
ーン群と、この第１のパターンのピツチと1/2ピ
ツチだけ位相をずらし、かつピツチ間隔を第１の
パターンと同一とした第２のパターン群とから構
成することにより、“０”電位による位置合わせ
を可能にしたものである。

この方法を第３図ないし第７図を参照して説明
する。

第３図において、１１はパターン投影用のレン
ズ、１２はマスク、１３はウエハ、１４，１５，
１６はパターン焼き付け用の光の方向を示す。ま
た１７はレーザ光源であり、１８は発射されたレ
ーザ光の軌跡、１９はこのレーザ光の正反射した
軌跡、２０はウエハ上のパターンで乱反射した光
の軌跡、２１はウエハ上のパターンがレンズ１１
を通してマスク１２に投影する光の軌跡である。

この構成において、ウエハ１３上の位置合わせ
用のパターンはレーザ光源１７からのレーザ光で
照射され検出器２２Ａおよび２２Ｂで光の強さが
検出される。第３図では検出器は１個しか示され
ていないが、実際にはパターンに沿つて２個配置
されている。

第４図はマスクとウエハ上に形成された位置合
わせ用のパターンの一例を示すもので、２３がマ
スク上のパターン、２４がウエハ上のパターンで
あつて、これらのパターンのピツチ間隔は同一と
されている。なおマスク上のパターン２３とウエ
ハ上のパターン２４とはその形成される対象が逆
であつても差支えない。図中２５は反射部分、２
６ｂは非反射部分である。マスク上のパターン２
３の部分には２７，２８で示す光を通過させる多
数の矩形の窓２７と非透過部分２６ａとが同一間
隔で、かつＡ、Ｂの部分で1/2ピツチ位相をずら
せて形成されている。そして、ウエハ１３上のパ
ターン２４の反射部分２５から発した光は、マス
ク１２上の矩形の窓２７または２８を通り、窓２
７を通つた光は検出器２２Ａに、窓２８を通つた
光は検出器２２Ｂに検出されるようになつてい
る。

第４図の状態では、マスク１２上のパターンと
ウエハ１３上のパターンとがＡの範囲においては
完全に合致し、Ｂの部分では完全にずれているた
め、検出器２２Ａで出力は最大となり、検出器２
２Ｂの出力は最低となつている。

次にウエハを矢印Ｘの方向に動かしていくと、
Ａの範囲では窓２７と反射部分２５の重なりが
徐々に減少していくため、検出器２２Ａの出力は
徐々に減少していき、Ｂの範囲では窓２８と反射
部分２５の重なりが徐々に増加していくため、検
出器２２Ｂの出力は徐々に増加していく。そして
ウエハが矢印Ｘ方向に1/2ピツチだけ動いたとき
に、検出器２２Ａ，２２Ｂの出力は完全に逆転
し、１ピツチ動くと上記の関係は元に戻ることに
なる。

第５図ａは上記の検出器２２Ａ，２２Ｂの出力
電圧と矢印Ｘ方向へのウエハの移動量の関係を示
したものであり、横軸がマスク１２とウエハ１３
の相対移動量を示し、縦軸は検出器の出力電圧を
示す。図中w₁が検出器２２Ａの出力電圧を示し、
w₂が検出器２２Ｂの出力電圧を示している。同
図において、ａおよびｂで示す点は、マスク１２
とウエハ１３が第４図の位置関係にあるときのも
ので、ウエハが第４図の矢印Ｘ方向へ移動するに
つれて、検出器の出力電圧は第５図ａの矢印Ｘで
示す方向に変つていく。ｃの点は、ウエハが1/2
ピツチだけ動いたときの各検出器の出力電圧であ
り、検出器２２Ａの出力電圧と検出器２２Ｂの出
力電圧とが等しくなつている。

次に第５図ｂのw₃で示すカーブは、検出器２
２Ａの出力電圧と検出器２２Ｂの出力電圧を減算
器で減算処理したカーブである。同図から明らか
なように、このカーブは“０”電位を中心として
正負に振れるものとなる。ここでｎで示す点は第
５図ａのｃ点に対応するもので検出器２２Ａと２
２Ｂの出力電圧が等しいとき、すなわちウエハが
Ｘ方向に1/2ピツチだけ動いたときのものである。

したがつてこの状態を位置合わせのできた状態
としておけば、第６図ｂの“０”電位を参照して
マスク１２とウエハ１３の位置合わせを行うこと
ができる。

ところで一般にウエハ上の反射部分２５は位置
によつて反射率に若干の差があり、またパターン
の配列方向と直角の方向へのずれも考えられ、さ
らにレーザ光源１７も時間とともに光量が変化す
ることが考えられるが、この方法ではＡの部分と
Ｂの部分とで互いの変化分が相殺されるのでＳ／
Ｎ比が良く、物体および入射光の変化の影響を受
けないという利点がある。またこの方法は反射光
のみを利用するのでマスクとウエハ間のギヤツプ
の影響を受けないという利点もある。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、特開昭56−122128号公報に記載
された位置合わせ方法では、パターンの立体的形
状とレーザ光の入射角との関係から、マスク１２
の窓２７，２８の輪郭とウエハ１３上のパターン
２４の反射部分２５と非反射部分２６ｂの境界部
分の輪郭が不鮮明になり、位置合わせに困難をき
たすという問題があつた。

以下、第６図ないし第９図を参照してこの問題
について説明する。

第６図はウエハ１３上の位置合わせパターン２
４がマスク１２上のパターン２３の窓２７と位置
合わせされた状態にあるときに、入射光線８₁を
ウエハ１３に対して浅い角度で入射させた場合の
例を示したものである。なお図において、ｌは窓
２７の幅である。

この例の場合には、パターン２４の平坦面での
反射光はマスク１２のパターン２３の窓２７を通
過しない暗部として検知される。そしてマスク１
２の窓２７には下からのみ光が入射するため、窓
２７の上縁が不必要な散乱光をカツトして窓２７
の輪郭が明瞭に現れる。

第７図は第６図と同一の位置関係を示す図であ
るが、入射光線８₂を、マスク１２のパターン２
３の窓２７を経由してウエハ１３のパターン２４
にほぼ垂直に入射させた場合の例を示したもので
ある。

第７図に示した例ではウエハ１３上に光線がほ
ぼ垂直に入射するため、ウエハ１３上のパターン
２４のエツジ部分Ｅに非常に浅い角度で入射し、
したがつて反射した光線２０₃，２０₄はマスクパ
ターン２３側には戻らない。一方、パターン２４
の非反射部分２６ｂを除く反射部分２５でマスク
パターン２３側に反射される光線の比率が非常に
大きくなり、この反射光が８₂と同一の経路をた
どりマスクパターン２３の窓２７を経由して検出
器２２Ａで検出される。従つて第７図の例の場合
には、ウエハ１３上のパターン２６の部分はその
エツジ部分Ｅまで暗く見え反射部分２５が特に明
るく見えることになり、パターン２６と反射部分
２５の輪郭は明瞭に現れる。

しかしながら第６図の例では、入射光線８₁が
浅い角度で入射し、かつパターン２４のエツジ部
分Ｅの立上り角度が90゜よりやや傾斜しているた
め、このエツジ部分Ｅで反射された光線２０₁，
２０₂も検出器２２Ａで検出されて非反射部分２
６ｂの境界が窓２７の中心位置より若干ずれた位
置となり、さらにエツジ部分Ｅのバラツキに応じ
てこの境界位置にバラツキが発生するという問題
がある。このバラツキの範囲はパターン２４形成
時のプロセスに左右されるが、現在のプロセス技
術では0.1〜0.2μｍのバラツキとなつて現れ、第
８図に示すように、ウエハ１３上の非反射部２６
ｂのエツジ部分Ｅが不鮮明部ｕが生じてしまう。

また第７図に示した例では、マスクパターン２
３の窓部２７より入射した光線は窓部２７の上縁
近傍で２０f₁，２０f₂，２０f₃，２０f₄で示すよ
うに反射したり窓部２７の内面で乱反射したりす
る上に、ウエハ１３上のパターン２４の非反射部
分２６ｂおよび反射部分２５が厳密な平坦面でな
いこともあつて、第９図に示すように、窓部２７
の周辺部にボケu′が生じるという問題があつた。

したがつて本発明の目的は、マスクパターンの
窓部の輪郭も、またこの窓部から位置合わせがな
されたとき見えるウエハのパターンの反射部分と
非反射部分の輪郭も明瞭にした位置合わせ方法を
提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段）本発明はかかる目的を達成するため、マスクま
たはウエハの少なくとも一方のパターンを、第１
と第２のパターン群に区分し、この第１のパター
ン群と他方のパターンの組の対応関係と、第２の
パターン群と他方のパターンの組の対応関係と
を、互いにほぼ1/2ピツチずれた位置関係とする
とともに、マスク上に設けたパターンと、ウエハ
上に設けたこれと同一ピツチのパターンを一定の
ギヤツプをおいて重ね、これら各パターンに光線
を入射させ前記各パターンによつて生じた反射光
の強度の変化によつてマスクとウエハの相対変位
を検出して位置合わせを行なう位置合わせ方法に
おいて、少なくとも前記ウエハの前記パターンに
ウエハ面に対して垂直または垂直に近い角度の光
線と、ウエハ面に対して浅い角度の光線とを入射
させて複数の異なる検出像を得、これら複数の検
出像を合成して位置合わせを行うことを特徴とす
る。

（作用）本発明においては、ウエハ面に対して垂直また
は垂直に近い角度の光線と、ウエハ面に対して浅
い角度の光線とを入射させて、両者の長所となる
部分を組合せて合成するようにしたので、光線の
乱反射による輪郭の不明瞭な部分が較正されて明
瞭となり、迅速で高精度の位置合わせを行うこと
が可能となる。

（実施例）以下本発明の一実施例について説明する。

なお、本発明は光源の数と検出器とを除いて第
３図に示した従来の方法と同じであるので、同一
部分には共通の符号を付して重複する説明を省略
する。

第１図は、本発明の位置合わせ方法の構成例を
示したもので、図において１１はレンズ、１２は
原版マスク、１３はウエハ、１４，１５，１６は
パターン焼き付け用の光の方向を示す。１７はレ
ーザ発光装置、１８は発射された光の軌跡を示
し、１９は前記の光の正反射された軌跡を示す。
また、２０で示す多数の矢印は、位置合わせ用の
パターン上で乱反射する光の軌跡を示す。２１は
ウエハ上の位置合わせ用のパターンがレンズ１１
を通して、逆にマスク１２に向かつて投影されて
くる光の軌跡を示す。

しかしてこの実施例では、以上の従来の構成に
加えて、さらに別のレーザ発光装置１、ビームス
プリツタ２、レーザ制御装置３、受光像の合成装
置４、テレビカメラ等の受光素子５Ａ，５Ｂが設
けられている。なおこの受光素子５Ａ，５Ｂも検
出器２２Ａ，２２Ｂと同様に位置合わせ用のパタ
ーンに沿つて２個配置されている。

レーザ発光装置１と１７は制御線５ａおよび５
ｂによりレーザ制御装置３で制御され、照射する
光源の入射角が切替えられる。８′，８″はレーザ
発光装置１より発射された光の軌跡を示してい
る。この光はビームスプリツタ２を透過し、マス
ク１２上の窓２７を通過後、レンズ１１を経由し
て光の軌跡８″となつてウエハ１３上の位置合わ
せパターン２４を照らす。光の軌跡１８と８″は
同一のパターンを照射するが入射角が異なるた
め、受光素子５Ａ，５Ｂで検出された像には相違
が生じる。受光像の合成装置４はこれら２種類の
像を合成し、最適化された像により位置合わせを
行なえるようにする。

なおレーザ発光装置１、および１７の光量はレ
ーザ制御装置３に制御されて受光素子５Ａ，５Ｂ
で検出されるその反射光のレベルがほぼ近い値と
なるように制御される。

そして第８図および第９図の例で説明したよう
に、レーザ発光装置１７による検出像は、窓２７
の上縁が不必要な散乱光をカツトし窓２７の輪郭
を明瞭に現し、またレーザ発光装置１による検出
像は、パターン２４の反射部分２５と非反射部分
２６ｂの境界を明瞭に現すのでこれらの合成像
は、第２図に示すように、両者の長所となる部分
が重量されて光線の乱反射による輪郭の不明瞭な
部分が較正され、迅速で高精度の位置合わせを行
なうことが可能となる。

なお、この方法ではＡの部分とＢの部分とで互
いの変化分が相殺されるのでＳ／Ｎ比が良く、物
体および入射光の変化の影響を受けず、また反射
光のみを利用するのでマスクとウエハ間のギヤツ
プの影響を受けないという利点もある。

（発明の効果）以上述べたように本発明は、２つの異なる角度
で入射した光線に対するそれぞれの検出像を、両
者の長所となる部分を組合せて合成することによ
り従来よりも高精度で位置合わせ可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の方法の構成図、第
２図はこの実施例により位置合わせが行われた状
態のマスクの位置合わせ用パターンの窓から見た
状態を示す平面図、第３図は従来の位置合わせ方
法の構成図、第４図はその位置合わせ用のパター
ンを示す平面図、第５図ａ，ｂは第３図に示した
位置合わせ方法において検出される波形を示した
波形図、第６図および第７図はそれぞれ従来の位
置合わせ方法における検出光の経路を示す図、第
８図および第９図はこれらの方法で得られる検出
像を示す平面図である。１，１７……レーザ発光装置、２……ビームス
プリツタ、３……レーザ制御装置、４……受光像
の合成装置、５Ａ，５Ｂ……受光素子、１１……
レンズ、１２……原版マスク、１３……ウエハ、
１７……レーザ発光装置。

Claims

【特許請求の範囲】１マスクまたはウエハの少なくとも一方のパタ
ーンを、第１と第２のパターン群に区分し、この
第１のパターン群と他方のパターンの組の対応関
係と、第２のパターン群と他方のパターンの組の
対応関係とを、互いにほぼ1/2ピツチずれた位置
関係とするとともに、マスク上に設けたパターン
と、ウエハ上に設けたこれと同一ピツチのパター
ンを一定のギヤツプをおいて重ね、これら各パタ
ーンに光線を入射させ前記各パターンによつて生
じた反射光の強度の変化によつてマスクとウエハ
の相対変位を検出して位置合わせを行なう位置合
わせ方法において、少なくとも前記ウエハの前記
パターンにウエハ面に対して垂直または垂直に近
い角度の光線と、ウエハ面に対して浅い角度の光
線とを入射させて複数の異なる検出像を得、これ
ら複数の検出像を合成して位置合わせを行うこと
を特徴とする位置合わせ方法。２ウエハ面に対して垂直または垂直に近い角度
の光線はマスクを介して入射され、ウエハ面に対
して浅い角度の光線はマスクを介さないで入射さ
れることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の位置合わせ方法。３ウエハ面に対して垂直または垂直に近い角度
の光線と、ウエハ面に対して浅い角度の光線とは
切替えて入射されることを特徴とする特許請求の
範囲第１項ないし第２項記載の位置合わせ方法。