JPH04369825A - レチクルアライメント方法及び露光装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ウエーハ基板やマスタ
マスク基板へレチクルマスクパターンを縮小投影する技
術に関し、特に、レチクルマスクパターンの歪みに影響
されないアライメント方法及びそのためのレチクルマス
ク、そのレチクルマスクを使用する露光装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＩＣやＬＳＩがますます高集積化
され、ＤＲＡＭについては、４Ｍビットのものはすでに
量産段階に入り、１６Ｍビット、６４Ｍビットへ移行し
つつある。それに伴い、ウエーハ上の回路素子の寸法は
、一層の微細化が要求されており、ウエーハの上に回路
素子を作成するためのリソグラフイー技術によるパター
ン作成にも、微細化対応が要求されている。

【０００３】ウエーハ上にパターン作成する方法として
は、通常、次の３方法がある。第１の方法は、ＥＢ（電
子ビーム）装置やＦＩＢ（集束イオンビーム）装置を用
いる方法で、電子ビームやイオンビームを制御して直接
ウエーハ上にパターンを形成する。この場合には、ウエ
ーハ上のパターンに合わせ描画位置を制御するため、パ
ターニング精度は、位置検出能力や描画位置制御能力に
のみ依存する。そして、この位置検出能力や位置制御能
力にもまだいくつかの問題が残っている。この方法は、
１枚ずつパターン作成するもので、描画時間がかかるこ
とから、量産には不向きな方法である。第２の方法は、
マスクパターンといわれるウエーハ上に形成される各チ
ップのパターンと同一サイズのパターンを複数面付けし
て持つマスクを用い、これをウエーハ基板に転写する方
法であり、一括露光によるのため量産的であるが、１：
１の転写を行うものであるので、ウエーハ上パターンと
の位置合わせ精度がそのままパターン合わせ精度に相乗
されてしまう。そして、マスターマスクの歪みの影響も
そのまま精度に影響する。第３の方法は、レチクルマス
クといわれるウエーハやマスタマスクのパターンの５倍
〜１０倍サイズのパターンを持つマスクを用い、これを
ウエーハ基板へ縮小投影露光する方法である。この方法
は、縮小投影のため、ウエーハ上パターンとレチクルマ
スクのパターンとの位置合わせ（重ね）精度誤差も縮小
されるため、精度的に優れており、かつ、一括露光であ
るため、生産的にはＥＢやＦＩＢによる方法より有利で
あるとされている。

【０００４】ところが、前述のように、ＩＣやＬＳＩ素
子の高集積化要求により、ウエーハ上パターンにも一層
微細化が要求されるようになってきたが、これに伴い、
ウエーハ上のパターンと作成されるパターンとの重ね合
わせ精度（位置合わせ精度）に対しても、さらに一層の
精度向上が要求されている。

【０００５】このような状況の下、ウエーハ上パターン
との重ね合わせ精度上有利な第３のパターン作成方法で
ある縮小投影露光方法においても、現状レベルの重ね合
わせ精度（０．０４〜０．０２μｍ）よりさらに良い精
度が要求されている。ＤＲＡＭの場合、１６Ｍビットレ
ベルでの重ね合わせ精度は、０．０２〜０．０１μｍ以
下にすることが必要とされている。この方法の場合、１
つのＬＳＩを作成するのに、１０枚以上のレチクルマス
クを必要とするのが普通で、各レチクルマスクにより縮
小投影されたパターン間の重ね合わせ精度を全て０．０
２〜０．０１μｍ以下にすることが必要とされているの
である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、縮小投
影露光方式においても、ＩＣやＬＳＩの高集積化に伴い
、一層の重ね合わせ精度の向上が要求されているが、従
来、縮小投影露光方式での位置合わせ精度は、一般に、
■センサーの計測能力、■ウエーハのステージ停止能力
、■レチクルのローテーションで決まるとされていた。 ■については、依然として、図５（ａ）や図５（ｂ）に
示されるようなアライメントマークＡ、Ｂ、Ｃを用いて
ローテーションの合わせ（平行出し）と、平行出しした
状態でのセンター位置の所定マークでの合わせのみで、
レチクルマスクパターンの位置合わせとしていた。すな
わち、図５（ａ）の場合、レチクルパターン部１の両側
に図示のようなマークＡとＢを設け、このマークＡ、Ｂ
により平行出しし（回転位置を合わせる）、上部に設け
たマークＣにより左右方向の位置出しをしている。また
、図５（ｂ）の場合は、レチクルパターン部１の両側に
図示のようなマークＡとＢを設け、このマークＡ、Ｂに
より平行出しし（回転位置を合わせる）、左右方向の位
置出しは、マークＡ又はＢを用いて行っていた。このよ
うな配置の従来のアライメントマーク及びアライメント
方法は、従来のＩＣやＬＳＩの集積度には対応できるも
のである。

【０００７】ところで、１つのＩＣやＬＳＩを製作する
のに使用される複数の１シリーズののレチクルマスク（
通常、１０枚以上）については、全てのマスクをある程
度の歪み精度（直交度誤差、寸法誤差）内で、かつ、全
てのマスクが同じ傾向の誤差を持つように作成すること
は、一般には困難である。

【０００８】このため、図５に示されるようなアライメ
ントマークを用いたレチクル位置合わせは、この点を考
慮したレチクル位置合わせ方法ではないので、ウエーハ
上に縮小投影露光されたパターン間の重ね合わせ精度に
、各レチクル間の歪みがそのまま影響してしまう。すな
わち、例えば、図６（ａ）に示すように直交度不良のあ
るレチクルパターン３の位置合わせを行う場合、設計値
パターンが点線２であるとすると、平行出しはマークＡ
とＢを用いて正しく行うことはできるが、左右方向の位
置出しは上部に設けたマークＣにより行うため、レチク
ル３の下部においては、設計値パターン２との誤差はΔ
と大きくなってしまう。また、図６（ｂ）に示すように
寸法誤差がある大きいレチクルパターン４の場合は、同
様に平行出しはマークＡとＢを用いて正しく行うことは
できるが、左右方向の位置出しはマークＡを用いて行う
ため、レチクル４の右側において設計値パターン２との
誤差はΔと大きくなってしまう。そして、これらの場合
、レチクル間の誤差傾向が異なると、重ね合わされるパ
ターン間の誤差方向が逆になるため、誤差が相互に重畳
され、場合によっては１シリーズの全レチクルが全て設
計値からの許容誤差（直交度誤差、寸法誤差）範囲を満
足しているにもかかわらず、各レチクルの投影パターン
間の重ね合わせ精度が、１シリーズの全部のレチクルマ
スク間では所望の範囲には入らないという問題があった
。

【０００９】特に、前述のようなＩＣやＬＳＩの高集積
化に対応するためには、上記のようにレクチル自体の歪
みに起因する投影パターン間の重ね合わせ精度への影響
が大きな問題となってきた。

【００１０】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、レクチル自体の歪みに起因す
る投影パターン間の重ね合わせ精度への影響を少なくす
るレチクルアライメント方法及びそのためのレチクルマ
スク、そのレチクルマスクの露光装置を提供することで
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明のレチクルアライメント方法は、レチクルパターンの
周囲に設けられたアライメントマークとそれに対応する
位置に設けられた基準線との間のズレによりレチクルパ
ターンを基準位置に対してアライメントする方法におい
て、レチクルパターンを挟んで左右にレチクルパターン
のほぼ中心を通る一直線上に少なくとも２個のアライメ
ントマークＡ、Ｂを設け、また、レチクルパターンの上
下にその中心にほぼ対称な位置に少なくとも別の２個の
アライメントマークＣ、Ｄを設け、一方、基準位置側に
これらアライメントマークＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対応する基
準線Ａ′、Ｂ′、Ｃ′、Ｄ′を設け、アライメントマー
クＡと基準線Ａ′、アライメントマークＢと基準線Ｂ′
を合わせて回転位置及び上下方向の位置を合わせ、この
位置合わせ状態で、アライメントマークＣと基準線Ｃ′
の間の誤差と、アライメントマークＤと基準線Ｄ′の間
の誤差とを求め、これら両誤差が同じ大きさで、相互に
反対方向にあるように合わせることにより左右方向の位
置合わせを行うことを特徴とする方法である。

【００１２】また、上記レチクルアライメント方法に用
いるレチクルマスクは、基板上に投影して露光すること
によりパターンを形成するためのレチクルマスクにおい
て、レチクルパターンを挟んで左右にレチクルパターン
のほぼ中心を通る一直線上に少なくとも２個のアライメ
ントマークが設けられ、また、レチクルパターンの上下
にその中心にほぼ対称な位置に少なくとも別の２個のア
ライメントマークが設けられていることを特徴とするも
のである。

【００１３】また、このようなレチクルマスクの露光装
置は、基板を保持して、基板表面に略平行な直交方向の
移動及び基板表面に垂直な光軸周りの回転角が調節可能
なステージ手段を備え、基板を順次移動しながら基板上
の複数の露光領域それぞれについて、レチクルマスク上
のパターンと基板上のパターンを相対位置合わせして、
レチクルマスク上のレチクルパターンを基板上の複数箇
所に光又はＸ線により投影露光する露光装置において、
レチクルマスクを保持して、その表面に略平行な直交方
向の移動及びその表面に垂直な光軸周りの回転角が調節
可能な移動台を設け、該レチクルマスクの周囲の少なく
とも４つのアライメントマークを読み取り、各アライメ
ントマークと対応する基準線との間の誤差を計測する手
段を備え、対向する一対のアライメントマークと対応す
る基準線を合わせることによりレチクルマスクの回転位
置及び上下方向の位置合わせを行い、別の一対のアライ
メントマークと対応する基準線との間の誤差を求め、両
誤差が同じ大きさで、相互に反対方向になるように合わ
せて左右方向の位置合わせを行う制御手段を備えている
ことを特徴とするものである。

【００１４】

【作用】本発明においては、レチクルパターンを挟んで
左右にレチクルパターンのほぼ中心を通る一直線上に少
なくとも２個のアライメントマークＡ、Ｂを設け、また
、レチクルパターンの上下にその中心にほぼ対称な位置
に少なくとも別の２個のアライメントマークＣ、Ｄを設
け、一方、基準位置側にこれらアライメントマークＡ、
Ｂ、Ｃ、Ｄに対応する基準線Ａ′、Ｂ′、Ｃ′、Ｄ′を
設け、アライメントマークＡと基準線Ａ′、アライメン
トマークＢと基準線Ｂ′を合わせて回転位置及び上下方
向の位置を合わせ、この位置合わせ状態で、アライメン
トマークＣと基準線Ｃ′の間の誤差と、アライメントマ
ークＤと基準線Ｄ′の間の誤差とを求め、これら両誤差
が同じ大きさで、相互に反対方向にあるように合わせる
ことにより左右方向の位置合わせを行うので、レチクル
パターンに直交度誤差、寸法誤差の何れがあっても、そ
れに起因する投影パターン間の重ね合わせ精度への影響
は、従来の方法に比較するとほぼ半分程度とするするこ
とができる。このアライメント方法は、特に１シリーズ
の全てのレチクルマスク間で誤差傾向が同じでない場合
に有効である。

【００１５】

【実施例】まず、図１、図２を参照にして、本発明のレ
チクルアライメント方法の原理を説明する。本発明にお
いては、前記のようなＩＣやＬＳＩを作るのに使用され
る１シリーズの複数のレチクルマスク各々の誤差に起因
する問題を、図１に示すように、レチクルパターン部１
の両側及び上下側にアライメントマークＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ
４個を配置して、マークＡ、Ｂを用いて、従来と同様に
平行出しし（回転位置を合わせる）、上側と下側に設け
たマークＣ、Ｄを用いて左右方向の位置出しを行うよう
にして解決する。特に、本発明においては、マークＣ、
Ｄを用いて左右方向の位置出しする点に特徴がある。こ
の点を図６（ａ）、（ｂ）と同様に直交度不良のある場
合、及び、寸法誤差がある場合を用いて説明する。図２
（ａ）は直交度不良のあるレチクルパターン３の位置合
わせを行う場合であり、設計値パターンが点線２の位置
にあるとすると、設計値パターン２の基準マークないし
それに対応するヘアーラインＡ′、Ｂ′、Ｃ′、Ｄ′が
ウエーハ上に又はステッパーに設けられている。レチク
ルパターン３の回転位置合わせ（平行出し）は、マーク
ＡとＡ′、ＢとＢ′を合わせるようにして行う。この平
行出しは従来と同様である。そして、平行出しした状態
での左右方向の位置出しは、マークＣとＣ′間の誤差δ
１　とマークＤとＤ′間の誤差δ２　とが同じ大きさで
、相互に反対方向にあるように割り振って決めるという
アライメント操作を行う。また、図２（ｂ）に示すよう
に寸法誤差があるレチクルパターン４の位置合わせを行
う場合は、レチクルパターン４の回転位置合わせ（平行
出し）は、マークＡとＡ′、ＢとＢ′を合わせるように
して行うことにより、上下方向の寸法誤差をほぼ半分に
することができる。また、平行出しした状態での左右方
向の位置出しは、マークＣとＣ′間に誤差がないように
、また、マークＤとＤ′間に誤差ないようにアライメン
ト操作を行う。このようにすると、１シリーズの全ての
レチクルマスク間で歪み傾向が異なる場合でも、そのレ
チクルに起因する投影パターン間の重ね合わせ精度への
影響を図６に示したような従来の方法に比較すると、ほ
ぼ半分程度とするすることができる。ここで、ほぼ半分
程度とは、ズレが一番大きい部分についてほぼ半分にな
るという意味である。この方法は、特に１シリーズの全
てのレチクルマスク間で誤差傾向が同じでない場合に有
効である。

【００１６】アライメントマークＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの配置
位置については、平行出し用のマークＡ、Ｂについては
、レチクルパターン部１を挟んで左右にレチクルパター
ン部１のほぼ中心を通る一直線上に位置し、左右方向の
位置出しマークＣ、Ｄについては、レチクルパターン部
１の上下にその中心にほぼ対称な位置に設ければよい。

【００１７】さて、このようなアライメントマークＡ、
Ｂ、Ｃ、Ｄが設けられたレチクルマスク１０のアライメ
ント装置を備えた縮小投影露光装置（ステッパ）につい
て説明する。図３は、この縮小投影露光装置の概略の構
成を示す図であり、この装置は、照明光学系１１、この
照明光学系１１からの照明光を図示していないレチクル
載置台に載せられたレチクルマスク１０に均一に集光す
るコンデンサーレンズ１２、レチクルマスク１０のレチ
クルパターンを縮小投影する縮小投影レンズ１３、ウエ
ーハ１５をその上に載置して歩進移動を行うウエーハ載
置台１４、ウエーハ１５の装置光軸に対する位置決めを
行うウエーハアライメント装置１６、レチクルマスク１
０の装置光軸に対する位置決めを行うレチクルアライメ
ント装置２０等からなり、レチクルマスク１０のマスク
パターンを縮小投影レンズ１３によりウエーハ１５上に
１／５倍ないし１／１０倍に縮小して投影し、露光後、
所定ピッチずつ送りながら露光を繰り返すことにより、
１つのパターンを焼き付ける。次いで、レチクルマスク
１０を交換して、前回の焼付けパターンと位置合わせし
て、重ね合わせ露光をする。この際、ウエーハアライメ
ント装置１６及びレチクルアライメント装置２０により
それぞれウエーハ１５及びレチクルマスク１０を装置光
軸に対して正確に位置決めしておけば、各マスクパター
ンは、ウエーハ１５上で誤差なく重ね合わせされる。こ
の中、ウエーハアライメント装置１６は、レーザ１７か
らの照明光をアライメント光学系Ｗｘ、Ｗｙ、Ｗθを介
してウエーハ１５上のアライメントマークに当て、その
像をアライメント光学系Ｗｘ、Ｗｙ、Ｗθを介してＴＶ
カメラ１８により撮像し、基準線（ヘアーライン）から
のｘ方向、ｙ方向、光軸回りの回転角のズレを画像処理
により求め、それを補正するようにウエーハ載置台１４
を移動させることにより、ウエーハ１５を装置光軸に対
して正確に位置決めする公知のものである。

【００１８】ところで、レチクルアライメント装置２０
は、レチクルマスク１０上のアライメントマークＡ、Ｂ
、Ｃ、Ｄを別々に読み取る読み取り光学系２２Ａ、２２
Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄを備え、それらの画像をハーフミラ
ー２３〜２５等を介して例えば図４に示すような並列し
た領域５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄに合成し、ＴＶカメラ２
１によりこの合成像を撮像するようになっている。ＴＶ
カメラ２１内には、その像面の各領域５Ａ、５Ｂ、５Ｃ
、５Ｄに図４に示すようなアライメント用のヘアーライ
ンＡ′、Ｂ′、Ｃ′、Ｄ′が設けられている。この代わ
りに、各ヘアーラインを電子的に発生させるようにして
もよい。ＴＶカメラ２１で撮像された図４のような像信
号は信号処理制御装置２６に送られ、マークＡとＡ′の
誤差δＡ　、マークＢとＢ′の誤差δＢ　を画像処理し
て計測し、図示していないレチクル載置台の回転と上下
方向に移動を制御してこれら誤差δＡ　、δＢ　がゼロ
になるように位置合わせして回転位置合わせ（平行出し
）を行う。一方、マークＣとＣ′の誤差δ１　、マーク
ＤとＤ′の誤差δ２　も画像処理して計測され、誤差δ
１　とδ２　　が同じ大きさで、相互に反対方向にある
ように、レチクル載置台の左右方向の移動が制御され、
アライメントが行われる。

【００１９】このようにして、図２で示した原理により
、１シリーズの全てのレチクルマスク間で歪み傾向が異
なる場合でも、従来のほぼ半分の誤差でレチクルパター
ンをウエーハ上で重ね合わせることができる。

【００２０】以上、本発明を実施例に基づいて説明して
きたが、本発明は上記実施例に限定されず種々の変形が
可能である。また、光学的なステッパを前提にして本発
明のレチクルアライメント方法について説明してきたが
、本発明はＸ線ステッパにも適用できるのはもちろんで
ある。さらに、ウエーハ上へ１：１で一括露光して転写
するマスクパターンを１枚のレチクルからステップ・ア
ンド・リピート方式で作成するリピータにも適用できる
。

【００２１】

【発明の効果】以上説明した本発明のレチクルアライメ
ント方法及びそのためのレチクルマスク、そのレチクル
マスクの露光装置によると次のような効果が得られる。 ■ＩＣ又はＬＳＩの作成に使用する１シリーズのレチク
ルマスクのパターンが設計値に対して歪みがある場合に
も、直交度、寸法誤差に起因する影響をほぼ２分の１と
することができるため、ＩＣやＬＳＩの高集積度化に伴
うウエーハ上のパターンの微細化に対応して、レチクル
パターン間の重ね合わせ精度を向上することができる。

【００２２】■通常、ＩＣ又はＬＳＩの作成に使用する
１シリーズのレチクルマスクのパターンは、設計値から
のズレをできるだけ同じ傾向とするため、同一工程、同
一機種による描画を行っているが、本発明によれば、直
交度、寸法誤差に起因する設計値からのズレの影響をほ
ぼ２分の１にすることができるため、レチクル自体の誤
差許容範囲を広くすることができる。

【００２３】■したがって、別機種、別工程で作成され
たレチクルの使用が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づくアライメントマークの配置を説
明するための図である。

【図２】本発明のアライメント方法を説明するための図
である。

【図３】本発明に基づく縮小投影露光装置の概略の構成
を示す図である。

【図４】読み取り光学系により読み取られた画像の合成
像を説明するための図である。

【図５】従来のアライメントマークの配置を説明するた
めの図である。

【図６】従来のアライメント方法を説明するための図で
ある。

【符号の説明】

Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ…アライメントマーク Ａ′、Ｂ′、Ｃ′、Ｄ′…アライメント用のヘアーライ
ン Ｗｘ、Ｗｙ、Ｗθ…アライメント光学系１…レチクルパ
ターン部 ２…設計値パターン ３…直交度不良のあるレチクルパターン４…寸法誤差が
あるレチクルパターン ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ…画像領域 １０…レチクルマスク １１…照明光学系 １２…コンデンサーレンズ １３…縮小投影レンズ １４…ウエーハ載置台 １５…ウエーハ １６…ウエーハアライメント １７…レーザ １８…ＴＶカメラ ２０…レチクルアライメント装置 ２１…ＴＶカメラ ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ…読み取り光学系２３
、２４、２５…ハーフミラー ２６…信号処理制御装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　レチクルパターンの周囲に設けられた
   アライメントマークとそれに対応する位置に設けられた
   基準線との間のズレによりレチクルパターンを基準位置
   に対してアライメントする方法において、レチクルパタ
   ーンを挟んで左右にレチクルパターンのほぼ中心を通る
   一直線上に少なくとも２個のアライメントマークＡ、Ｂ
   を設け、また、レチクルパターンの上下にその中心にほ
   ぼ対称な位置に少なくとも別の２個のアライメントマー
   クＣ、Ｄを設け、一方、基準位置側にこれらアライメン
   トマークＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対応する基準線Ａ′、Ｂ′、
   Ｃ′、Ｄ′を設け、アライメントマークＡと基準線Ａ′
   、アライメントマークＢと基準線Ｂ′を合わせて回転位
   置及び上下方向の位置を合わせ、この位置合わせ状態で
   、アライメントマークＣと基準線Ｃ′の間の誤差と、ア
   ライメントマークＤと基準線Ｄ′の間の誤差とを求め、
   これら両誤差が同じ大きさで、相互に反対方向にあるよ
   うに合わせることにより左右方向の位置合わせを行うこ
   とを特徴とするレチクルアライメント方法。
2. 【請求項２】　　基板上に投影して露光することにより
   パターンを形成するためのレチクルマスクにおいて、レ
   チクルパターンを挟んで左右にレチクルパターンのほぼ
   中心を通る一直線上に少なくとも２個のアライメントマ
   ークが設けられ、また、レチクルパターンの上下にその
   中心にほぼ対称な位置に少なくとも別の２個のアライメ
   ントマークが設けられていることを特徴とするレチクル
   マスク。
3. 【請求項３】　　基板を保持して、基板表面に略平行な
   直交方向の移動及び基板表面に垂直な光軸周りの回転角
   が調節可能なステージ手段を備え、基板を順次移動しな
   がら基板上の複数の露光領域それぞれについて、レチク
   ルマスク上のパターンと基板上のパターンを相対位置合
   わせして、レチクルマスク上のレチクルパターンを基板
   上の複数箇所に光又はＸ線により投影露光する露光装置
   において、レチクルマスクを保持して、その表面に略平
   行な直交方向の移動及びその表面に垂直な光軸周りの回
   転角が調節可能な移動台を設け、該レチクルマスクの周
   囲の少なくとも４つのアライメントマークを読み取り、
   各アライメントマークと対応する基準線との間の誤差を
   計測する手段を備え、対向する一対のアライメントマー
   クと対応する基準線を合わせることによりレチクルマス
   クの回転位置及び上下方向の位置合わせを行い、別の一
   対のアライメントマークと対応する基準線との間の誤差
   を求め、両誤差が同じ大きさで、相互に反対方向になる
   ように合わせて左右方向の位置合わせを行う制御手段を
   備えていることを特徴とする露光装置。