JPH0344242B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本願はマスクの実素子パターンをウエハ上に焼
付ける装置において、パターン焼付け前にアライ
メントを行なうための複数のアライメントマーク
の検出方法に関する。

従来この種の装置は例えば特開昭48−64884号
に開示されている。然るにかかる装置におけるア
ライメントマーク検出のための複数の光電変換機
構は互いに固定され、そのためにアライメントマ
ークの配置位置が異なる場合及びウエハの寸法の
変化に応じたマーク検出は困難である。また焼付
けの際には移動させることが開示されているが、
それは整合光学装置の部分を一方の側に移動させ
るか又はマスクとウエハを露光位置に移動させる
方式である。この場合、焼付け（露光）には支障
がないが上記のアライメントマークの配置位置が
異なる場合、特にマーク同士の間隔が異なる場合
に対処することは困難である。

本発明は上記難点を解決することを目的とし、
種々の場合に対して同時的に対処できるようにし
たアライメントマーク検出方法を提供することを
目的とする。

上記目的を達成するための本発明によるアライ
メントマーク検出方法は、光源部の像を対物レン
ズの瞳位置に形成するとともに該対物レンズ及び
該対物レンズの近傍に配された折り曲げミラーを
介して前記光源部からの光束で物体面を照明し、
該物体面で生じた反射光を前記折り曲げミラー及
び物体レンズを介して受光することにより該物体
面上のアライメントマークを検出する方法であつ
て、前記対物レンズ及び折り曲げミラーを前記光
源部に対し相対的に移動可能にし、前記対物レン
ズ及び折り曲げミラーを前記アライメントマーク
の位置に応じて移動させて前記アライメントマー
クの近傍に配する一方、前記対物レンズ及び折り
曲げミラーの移動に際して生じる前記対物レンズ
の瞳位置に対する前記像の位置ずれを、前記光源
部と前記像の間の光路に並んだ光学部材の一部を
移動せしめて補正することを特徴とするものであ
る。

以下図に従つて説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る焼付け装置の
アライメントマーク検出装置を示している。通常
アライメントマークはアライメントの正確を期す
るためウエハ上に複数個、設置されることが多
く、平行方向の２自由度と回転の１自由度を拘束
するため最低２個は必要である。

図中で、１０は半導体を含むウエハであり、１
０ａと１０ｂはウエハ１０上の各々第１、第２の
アライメントマークである。３０はマスクで、３
０ａと３０ｂはウエハ同様のアライメントマーク
である。５０は、ウエハ１０を固定し、且つ位置
を移動するための平行移動台で、Ｘ方向、Ｙ方向
の直線状移動とＲ方向の回転移動が可能である。
１０１，１０２…はウエハ１０上に既に焼付けら
れている回路実素子パターンである。３０１，３
０２…はマスク１０上に形成されており、ウエハ
１０上にこれから焼付けるべき回路実素子パター
ンである。

符番１１ａから２５ａまでで示す系はアライメ
ントマーク１０ａや３０ａを検出するための第１
の光電変換機構で、同等の第２の光電変換機構
（１１ｂ〜２５ｂ）をもう１つ他のアライメント
マーク用に配設する。

以下、同等の部品はａ，ｂの記号を付さず説明
する。

１９は顕微鏡対物レンズ、１８は対物レンズ１
９の前側焦点位置に一致して設けた絞りで、対物
レンズ１９の「入射瞳」位置でもある。１７は全
反射鏡、１６は半透鏡、１５はレンズ、１４は視
野絞り、１３は明るさ絞り、１２はレンズであ
り、レンズ１２は光源１１の像を明るさ絞り１３
の開口上に形成する。明るさ絞り１３は入射瞳１
８上に形成される二次光源像の大きさを決定す
る。視野絞り１４は、ウエハ１０の照明されるべ
き領域を決定する。視野絞り１４がないと顕微鏡
の有効視野外が余分に照明されたり有効径外で散
乱光が生じて精度を悪くする原因となる。１５は
光源１１の像を対物レンズ１９の前側焦点位置即
ち入射瞳位置１８に結像するためのレンズであ
る。

ここで顕微鏡対物レンズ１９の開口数によつて
定まる入射瞳１８の径全体を覆う様に光源の像を
作るのではなく、瞳の径よりかなり小さく光源を
作つて照明するいわゆるパーシヤリーコヒーレン
ト正面を行なう。ちなみに瞳の径をＲとし、光源
の像の直径をｒとしたとき、ｒ／Ｒは0.2〜0.7の
範囲の値となる。

２０はリレーレンズで、２１はスキヤナであ
る。スキヤナ２１は対物レンズ１９及びリレーレ
ンズ２０によるウエハ１０の結像面に一致して配
置する。（光路は破線で示す。）スキヤナ２１自体
の構成は透過型のものでも反射型のものでも良
く、いずれにせよこのスキヤナ２１により物体上
の任意の領域に於ける光電的な情報をサンプリン
グすることが可能となる。なお具体的な検出方式
としては例えば特開昭49−18472号である。

２２および２４は各々瞳の結像レンズで、リレ
ーレンズ２０と結像レンズ２２で瞳１８の像を１
度フイルタ２３上に結像させた後、再度結像レン
ズ２４でフオトデテクタ２５上に結像させる。
（光路は細実線で示す。）フイルタ２３は中央に正
反射光除去用のストツパがある。このストツパの
寸法は瞳１８上に結像された光源の大きさと、レ
ンズ群の合成した瞳結像倍率により決定する。ま
たフオトデテクタ２５の位置は瞳の位置と共軛で
ある。

以上の光学配置で、入射瞳１８上にできたパー
シヤリーコヒーレント光源からの光は顕微鏡対物
レンズ１９を通過後、その主光線は光軸に平行と
なつて出射する。そして反射性のウエハ１０によ
つて反射された光のうち正反射光による光源の像
は瞳１８上で元の光源像と一致し、正反射光によ
る光源の像が形成されていない部分には検知反射
光が到来する。

瞳１８面を通過した正反射光および検知反射光
はリレーレンズ２０、瞳１８の結像レンズ２２を
通過し、正反射光はフイルタ２３の中心部のスト
ツパ上に結像して遮光される。そして正反射光以
外の光はフイルタ２３を通過し、レンズ２４を介
してフオトデテクタ２５で受光される。このよう
にアライメントマークの情報はフオトデテクタ２
５に伝達され、しかも正反射光といつたフレア成
分も除去されるため、十分にコントラストの高い
情報が得られ、そのためウエハの二酸化シリコン
層やフオトレジスト層に於ける干渉薄膜効果完全
に無視できる。なお、ウエハの傾斜部をアライメ
ントマークとして使用する場合は、マークは傾斜
部を多く含む構造とするのが良い。またフオトデ
テクタ２５で検知する部分は予めスキヤナ２１を
作動させて選んでいる。

更にこの装置では、対物レンズ１９、絞り１８
そして全反射鏡１７は一体で平行移動が可能で、
アライメントマークの配設位置に応じて、或いは
ウエハの寸法に応じて、半透鏡１６へ近づけた
り、半透鏡１６から遠ざけたりすることができ
る。ただし、対物レンズ１９の位置を移動させた
ときは光源（絞り１３のピンホール）と入射瞳１
８が必らずしも共軛関係を満さなくなる。この場
合光源１１と瞳１８上の光源像との間の光路に並
んだ光学部材１２，１３，１４，１５，１６の内
のレンズ１５の位置を微小量移動して調節する。
従つて、アライメントマークをどのような位置に
配設しても、対物レンズの入射瞳１８に光源像を
形成でき、常にケーラー照明が行なえる。

また入射瞳（絞り１８）とフイルタ２３はレン
ズ２０とレンズ２２を介して互いに共軛となつて
いるが、この場合も対物レンズ１９の移動によつ
て正確な共軛関係にならない場合がある。

しかしこのときも、入射瞳１８からフイルタ２
３への結像倍率を小さくしておけばこの共軛関係
の崩れは実用上殆ど問題にならないし、フイルタ
２３中心のストツパの寸法は予めズレの分まで考
慮して決定できる。なお、レンズ２２の位置を移
動して共軛関係の調整を行つても良い。

このような配置をとる焼付け装置は、マスクと
ウエハを接触させた状態で焼付けを行うもしくは
マスクとウエハを数十ミクロン程度の微少距離、
離隔した状態で焼付けを行う。第１図中には焼付
けよう照明装置を示していないか、周知の如くマ
スク３０の上方に焼付け用照明装置が配備され
る。

符番１１から２５までで示す機構は、焼付け時
には焼付け光路から排除され、またアライメント
マーク検出時に図示の様な位置まで互いに接近す
るように移動する。なお、通例の装置ではマスク
が焼付装置本体に固定されていて、ウエハを移動
して位置合せをする構造であるから、この実施例
でのその方式を踏襲する。

先ず対物レンズ１９、絞り１８、鏡１７がアラ
イメントマークを各々見込む位置にくる様に互い
に近づく。光源１１からの照明光は絞り１８の面
上をパーシヤリーコヒーレントに照明し、さらに
対物レンズ１９を介して、マスクのアライメント
マークやウエハのアライメントマークを各々照明
する。そしてアライメントマークの周辺面および
アライメントマーク面で垂直反射した照明光束の
主光線である正反射光そして検知反射光は、フイ
ルタ２３で遮光そしてフオトデテクタ２５で受
光、検出される。不図示のサーボ機構はこの検出
したウエハとマスクとの位置の差を表わす情報に
基づいて作動し、平行移動台５０はＸ方向、Ｙ方
向に各々平行移動及びＲ方向に回転して差情報が
所定の条件を充すまでのウエハの位置をずらすも
のである。

なお、レンズ２０とスキヤンナ２１の間に半透
鏡を配置し、光束を導出して直接目で観察するこ
とも可能である。

第２図は、マスクのパターンを投影光学系を介
してウエハ感光層へ投影する焼付装置に本発明を
適用した例を示している。図中で、４０は投影光
学系で、説明の便宜上前群４０ａといわゆるテレ
セントリツクな後群４０ｂに分けて示す。

ウエハ１０の感光面１０ｃとマスク３０投影光
学系４０に関して共軛である。４１は光源、４２
はコンデンサレンズで、コンデサレンズ４２は光
源４１の像を瞳４５上に形成する。このとき光源
像の大きさと瞳の大きさの比は0.1〜0.4程度にす
るのが最も良く、前述したパーシヤリーコヒーレ
ント照明である４４はビームスプリツタで、番号
１９〜２５、４６〜４８までで構成された検知、
観察用光学系と一体化されていて、アライメント
マーク検出時にマスク３０とコンデンサレンズ４
２との間の照明光路中に挿入する。４３はフイル
タで、光源４１の光の内で感光面１０ｃを感光さ
せる領域の波長をカツトする。

光源４１を射出した光は瞳４５上に結像し、更
に投影光学系レンズの後群４０ｂを出射してその
主光線が光軸に平行になり、感光面１０ｃへ到達
する。感光面１０ｃは既に前回の焼付、処理によ
つて微細傾斜構造が形成され、その上へ感光材が
塗布されており、この面で反射した光は感光面１
０ｃと共軛なマスク３０下面に１０ｄとして結像
する。

対物レンズ１９にはウエハの像１０ｄとマスク
３０が反射により入射し、マスク３０及び感光面
１０ｃからの主光線（細実線で示す）は対物レン
ズ１９の後方で結像する。これは正反射光に相当
する。

フイルタリングはこの位置で行つても良いが、
観察用光学系のエレクタ４７とアイピース４８は
この位置より後方にあるため観察用光学系への導
光用ビームスプリツタ４６より後方にフイルタ２
３を配置した。なお、フイルタリングした後で、
像観察を行えば暗視野を覗くことになる。

一方、リレーレンズ２０と対物レンズ１９はマ
スク３０とウエハの像１０ｄをスキヤナ２１上に
結像する。このスキヤナ２１はマスク３０とウエ
ハの像１０ｄを走査し、走査された光束は瞳の結
像レンズ２２へ入射し、正反射光はフイルタ２３
の中心にあるストツパの遮光する領域内に収斂す
る。

従つてレンズ２４へは正反射光が除かれた光束
が入射し、次いでフオトデテクタ２５が受光す
る。フオトデテクタ２５はスキヤナ２１の走査に
同期した光量変化もしくは変動しない光量を受け
ることで、マスク３０とウエハ１０の位置的なず
れを検出する。これずれ検出に基づくアライメン
ト終了後、挿入前の位置に戻る。

第３図は対物レンズ１９の直後にフイルタ２３
を配置した部分図で、対象物体の像をスキヤナ２
１が走査する以前に正反射光を除去する光学配置
例である。

以上のように本発明のアライメントマークの間
隔が異なる場合に対処でき、同時的に焼付けにも
支障を与えず、さらに装置の汎用性、小型化を計
れるので経済性、省スペース化も向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図は
他の実施例を示す図、第３図は第２図の一部変形
例図である。 １０……ウエハ、１０ａ，１０ｂ……アライメ
ントマーク、１１〜２５……光電変換機構、１１
……光源、１９……対物レンズ、２３……フイル
タ、２５……フオトデテクタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光源部の像を対物レンズの瞳位置に形成する
   とともに該対物レンズ及び該対物レンズの近傍に
   配された折り曲げミラーを介して前記光源部から
   の光束で物体面を照明し、該物体面で生じた反射
   光を前記折り曲げミラー及び物体レンズを介して
   受光することにより該物体面上のアライメントマ
   ークを検出する方法であつて、 前記対物レンズ及び折り曲げミラーを前記光源
   部に対し相対的に移動可能にし、前記対物レンズ
   及び折り曲げミラーを前記アライメントマークの
   位置に応じて移動させて前記アライメントマーク
   の近傍に配する一方、前記対物レンズ及び折り曲
   げミラーの移動に際して生じる前記対物レンズの
   瞳位置に対する前記像の位置ずれを、前記光源部
   と前記像の間の光路に並んだ光学部材の一部を移
   動せしめて補正することを特徴とするアライメン
   トマーク検出方法。