JPH0519297B2

JPH0519297B2 -

Info

Publication number: JPH0519297B2
Application number: JP62054123A
Authority: JP
Inventors: Tooru Tojo; Mitsuo Tabata; Toshikazu Yoshino
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-03-11
Filing date: 1987-03-11
Publication date: 1993-03-16
Also published as: KR920001027B1; JPS63221616A; KR880011885A; US4808002A

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、マスク上に形成されたIC回路パタ
ーン等をウエハ上に投影露光する技術に係わり、
特にマスクとウエハとの相対位置を合わるマス
ク・ウエハの位置合わせ方法に関する。

（従来の技術）近年、半導体装置の製造においては、ウエハ上
に所望のパターンを形成するものとして、マスク
上に形成したパターンを投影レンズを介してウエ
ハ上（ウエハ上に塗布されたフオトレジスト）に
転写する投影露光装置が用いられている。この装
置では、マスクとウエハとを相互に正確に位置合
わせする必要があり、そのための位置合わせ方法
が種々提案されている。

レチクル（マスク）とウエハとの間に縮小投影
レンズを設置し、レチクル上のパターンを縮小投
影する装置においては、第５図に示す如く、レチ
クル５０を所定の位置に位置合わせするため、レ
チクルマーク５２を観察するミラー及びレンズ等
からなる観察光学システム５３が必要である。同
様に、ウエハ６０を所定の位置に位置合わせする
ため、ウエハマーク６１を観察するミラー及びレ
ンズ等からなる観察光学システム６３が必要であ
る。また、転写位置での最終的な位置合わせを行
うため、レチクルマーク５１とウエハマーク６１
（或いはテーブル上の基準マーク）をレンズ７０
を通して観察し、各マーク５１，６１との位置関
係を測定するミラー７１及びレンズ７２等からな
るアライメント光学システム７３が必要である。

従来、このような測定においては、第６図に示
す如く、レチクルマーク５１として窓部５１ｂを
有するCrパターン５１ａを設けておき、ITVカ
メラにて窓部５１ｂを通して得られるウエハマー
ク６１の像を観察し、レチクル５０或いはウエハ
６０を動かして概略的な位置決めを行う。そし
て、微小な位置決めは、ウエハマーク６１を光電
顕微鏡等と同様な振動スリツト方法によつて測定
していた。また、ウエハマーク６１を測定すると
きは、ウエハ６０を載置したテーブルを動かして
このまま、或いは一度レチクル５０を移動させ、
その後ウエハマーク６１を測定し、レチクルマー
ク５１と同様にウエハマーク６１を位置合わせ
し、ウエハテーブルの座標を読むことによつて相
対位置関係を出していた。

しかしながら、この種の方法にあつては次のよ
うな問題があつた。即ち、レチクルとウエハとの
位置合わせは間接的であり、ウエハテーブルを合
わせた後レチクルを合わせる、またはその逆等、
誤差を含む動作を一旦行わなければならない。さ
らに、振動スリツト法を用いているため、振動ス
リツトの振動中心のドリフト等によつて測定誤差
を生じる等の問題があつた。

また、従来技術においては第７図に示すよう
に、レチクルマーク５１の検出光学系はその倍率
誤差等の影響を少なくするため、光学系光軸０を
レチクル面に垂直となる配置が必要であつた。こ
のような光学配置は、投影レンズ７０が片テレセ
ントリツクの場合には、その光束が第７図のよう
に光軸からはずれるため、検出光学系のミラー７
１、レンズ７２は大きくならざるを得なくなり、
装置構成が大型化する。さらに、レンズ７２の光
束使用が軸外光となるため、収差補正上からレン
ズ構成は複雑となり、また光学系の調整も複雑に
なる等の欠点があつた。

（発明が解決しようとする問題点）このように従来、投影露光装置におけるマス
ク・ウエハの位置合わせにおいては、通常の振動
スリツト法では振動中心のドリフトの影響で測定
誤差を生じる。また、検出光学系のミラー、レン
ズ等の大型化を招くと共に、レンズ構成が複雑に
なる等の問題があつた。

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、振動中心のドリフト等
に起因する測定誤差をなくすことができ、且つ検
出光学系のミラー、レンズ等の小型化及び簡単化
をはかることができ、位置合わせ精度の向上をは
かり得るマスク・ウエハの位置合わせ方法を提供
することにある。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明の骨子は、ウエハ側のマークを複数本の
軸対称の直線状パターンで形成し、軸対称に形成
された複数本の棒状パターンからくる像の左右を
独立に観察できるようにしたことにある。

即ち本発明は、マスク上に形成されたパターン
を投影レンズを介してウエハ上に投影露光し、該
ウエハ上に所望パターンを転写する投影露光装置
であつて、マスク上に設けられた第１のマークを
通してウエハ上或いは該ウエハを載置したテーブ
ル上に設けられた第２のマークを照明し、該第２
のマークからの反射光を第１のマークを通して光
電検出器に導き、該検出器で得られた検出信号に
基づいて上記マスクとウエハとの相対位置を合わ
せるマスク・ウエハの位置合わせ方法において、
前記第２のマークとして棒状パターンを軸対称に
配置すると共に、前記第１のマークとして上記棒
状パターンを観察できるスリツト状の透明部を所
定の位置関係に設けておき、前記光電検出器によ
り前記第２のマークの棒状パターンの像を該パタ
ーンの対称軸に関して一方側と他方側とで独立に
検出し（例えば上記２つのパターンを振動ミラー
を介して一つの光電検出器により交互に検出）、
これらの検出信号の差をマスク・ウエハの相対位
置ずれ情報として用いるようにした方法である。

（作用）上記方法であれば、マスク上の第１のマークと
ウエハ上或いはテーブル上の第２のマークとを投
影レンズを通して直接的に観察することができ
る。しかも、マークへの入射光の光量が測定精度
を支配するので、通常の振動スリツト法のように
振動中心のドリフトの影響によつて測定誤差を生
じることがない。また、マークを通過した光の光
軸が光電検出器に確実に入ればよいと云う程度の
光軸精度でよく、さらに変化測定法であるため、
検出光学系の光軸もマスク面に垂直にする必要が
なく、検出光学系の小型化及び簡略化をはかるこ
とが可能となる。

（実施例）以下、本発明の詳細を図示の実施例によつて説
明する。

第１図は本発明の一実施例方法に使用した投影
露光装置の位置合わせ機構を示す概略構成図であ
る。図中１０はIC回路パターンが形成されたレ
チクル（マスク）であり、このレチクル１０には
適当な位置にマーク（第１のマーク）１１が設け
られている。ここで、マーク１１はＸ，Ｙ及び傾
きを測定するため通常３箇所に形成されている
が、この場合１箇所のみ示す。

レチクル１０の上方には図示しない露光用光源
が配置されており、この光源によりレチクル１０
を照明することにより、レチクル１０に形成され
たパターンが縮小投影レンズ３０を介してウエハ
２０上に転写される。ウエハ２０上には、位置合
わせのためのマーク（第２のマーク）２１が形成
されている。このマーク２１もレチクルマーク１
１と同様に通常３箇所であるが、この場合１箇所
のみ示す。ウエハ２０はテーブル２２上に載置さ
れており、このテーブル２２はＸ，Ｙ方向に移動
可能となつている。また、テーブル２２上にはウ
エハマーク２１と同様なマーク（第２のマーク）
２３が設けられている。

マスク・ウエハの位置合わせに関しては、露光
光と同じ波長の光がハーフミラー３１を通して
レチクルマーク１１に照射され、このレチクルマ
ーク１１を通過した光がレンズ３０を介してウ
エハマーク２１に照射される。ウエハマーク２１
からの反射光は、入射光と同軸上を通りレン
ズ３０及びレチクルマーク１１を通過しハーフミ
ラー３１に至る。ここで、ハーフミラー３１で反
射された光は、レンズ３２により平行光に修正
されレンズ３４にて集光される。レンズ３２，３
４間にはハーフミラー３３が配置され、光の一部
は該ミラー３３により観察ITVカメラ等に分
岐される。レンズ３４を通つた光は、スキヤナ
ー３６等で駆動される振動ミラー３５に入射し、
このミラー３５で反射した光がアパーチヤ３７
を通して光電センサ３８にて受光される。

ここで、ウエハマーク２１は第２図ａに示す如
く、軸Ａを中心に軸対称に複数本（例えば５本）
の直線状パターン２１ａ，２１ｂ，２１ｃを形成
したものである。このマーク２１は、例えば高反
射面の地に低反射のパターンを形成したものであ
り、中央のパターン２１ａはITV観察用に用い
られ、それ以外のパターン２１ｂ，２１ｃが位置
合わせに用いられる。一方、レチクルマーク１１
は投影レンズ３０の縮小率によつてその寸法は異
なるが、それらを考慮したとして第２図ｂに示す
如くなる。即ち、Crパターン１１ａ上に白抜き
のパターン１１ｂが形成された形状となつてい
る。

この場合、レチクルマーク１１上に形成される
ウエハマーク２１の像は第２図ｃに示す如く、軸
Ａ上のパターンは一致するが、他のパターンは半
分ずれた位置関係になつている。このようにずら
す理由は、振動スリツト方式による位置合わせと
同じでありここでは詳しく説明しないが、直線状
パターン２１ｂ，２１ｃを個々に観察し、その光
量が一致するところを適当な信号処理回路によつ
て求め、位置合わせ点としている。レチクルマー
ク１１のパターン２１ｂの中央部はITV観察用
マークであり、目視合わせが可能なように合わせ
用バーニアが設けられ、マークからの反射光を十
分に受けるように広い開口部がその中央に開いて
いる。

第２図ｃに示したようにウエハマーク２１の反
射像がレチクルマーク１１を通過した後はマーク
観察光学系システムによつて観察されるが、通常
の振動スリツト法と異なる点は、２個の光電セン
サによつて測定するのではなく、１個の光電セン
サ３８によつて時分割的に測定することにある。
このため、像全体をミラー３５の振動によつて振
動させる。ミラー３５の振動方向は、第３図に示
す如くウエハマーク２１のパターン２１ｂ，２１
ｃの像P₁，P₂が交互にアパーチヤ３７内に入る
ようにすればよく、平行移動或いは回動であつて
もよい。

こうすることによつて、光電センサ３８には第
２図ｃで示したパターン２１ｂ，２１ｃのハツチ
ング領域のみが入射することになる。そして、パ
ターン２１ｂの像検出とパターン２１ｃの像検出
における光電センサ３８の各検出信号の差を求め
ることにより、マーク１１，２１の相対位置ずれ
量が測定される。従つて、このずれ量に基づいて
レチクルマーク１１及びウエハマーク２１の位置
合わせ、即ちマスク・ウエハの位置合わせを行う
ことが可能となる。

なお、第３図に示す如きマーク検出において
は、ウエハマーク２１への入射光量のみが測定精
度を支配するので、光電センサ３８への入射位置
は関係なくなる。このため、スキヤナ３５の振動
中心にドリフトが生じても、測定誤差に何等影響
を及ぼすことはない。さらに、第１図に示すハー
フミラー３１，３３間での反射光を平行光に修正
するレンズ群を一体とした一点鎖線の移動部を動
かすことによつて、レチクルマーク１１はレチク
ル１０の半径方向の任意の座標に設けることがで
きる。これによつて、従来レチクルマークは固定
された位置に配置せねばならず、パターンサイズ
が小さい場合、パターンとレチクルマークが離れ
過ぎてしまい、相対位置精度が低下する問題があ
つたが、パターンの近くに合わせ用マークを形成
することができ、位置合わせ精度を向上させるこ
とができる。

また、従来技術においては、前記第７図に示す
ような光学配置が必要であり、検出光学系のミラ
ー及びレンズが大きくならざるを得ず、さらには
レンズ群の光束使用が軸外光となるため収差補正
上からレンズ群は複雑な構成となつていた。これ
に対し本実施例では、光電センサ３８にレチクル
マーク１１を通過した光束が確実に入射すればよ
いと云う光量の変化測定方法であるため、第４図
に示す如く、検出光学系の光軸もレチクル面に垂
直にする必要もなく、これがためにミラー、レン
ズ群は小さくて済み、収差補正も簡単でレンズ構
成は簡略化される。また、光学系の調整も従来に
比べて簡単に行うことができる。

かくして本実施例方法によれば、マーク検出光
に露光波長の光を用い、レチクルマーク１１及び
ウエハマーク２１に前述したパターンを用いて、
振動スリツト法により検出することにより、レチ
クルマーク１１とウエハマーク２１とを直読位置
合わせすることが可能となる。そしてこの場合、
アライメント情報を持つた像全体を振動させ、２
つの像を光電センサ３８に交互に入力させること
により、通常の振動スリツト法では問題となる振
動中心の影響をなくすことができる。しかも、光
電センサ３８は１個で良く、該センサを２個用い
た時に生じる特性の差による測定誤差の発生もな
くすことができる。さらに、ウエハマーク２１と
して細い直線状パターンを複数本用いることによ
り、マーク形状を全体に小さくすることができ、
SNの良い信号を得ることができる。従つて、マ
スク・ウエハの高精度の位置ずれ検出が可能とな
り、マスク・ウエハの位置合わせ精度の向上をは
かることができる。また、検出光学系が簡単とな
り、さらに収差補正等が不要となるので、光学系
の調整も従来より大幅に簡単になる等の利点があ
る。

また、この位置合わせ方法は、レチクル面のマ
ーク１１とテーブル上の基準マーク２３或いはウ
エハ上のマーク２１をTTL方式によつて位置合
わせするため精度が良い。さらに、テーブル上の
基準マーク２３をテーブルの位置測定系に従つて
正確な座標まで移動させ、TTL方式レチクルア
ライメントとしても使用できる。

なお、本発明は上述した実施例方法に限定され
るものではない。例えば、前記アライメント照明
光は露光光或いは露光光と同じ波長の光である必
要はなく、露光光とは異なる波長であつてもよ
い。この場合、マスク・ウエハ間に存在する投影
レンズによつて測定誤差が生じるので、露光波長
の光によるアライメントとのズレを予め求めてこ
れを補正しておけばよい。また、光電検出器は必
ずしも１個に限るものではなく、２個用いてもよ
い。この場合、第２のマークの左右のパターンの
像を各検出器に独立に入力して同時検出を行い、
２個の光電検出器の検出信号の差を測定信号とし
て用いればよい。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、マスク・
ウエハの位置合わせにおいて振動スリツト法を用
いるにも拘らず、振動中心のドリフト等に起因す
る測定誤差をなくすことができ、位置合わせ精度
の向上をはかることができる。さらに、検出光学
系のミラー、レンズ等の小型化及び簡略化をはか
ることができるので、投影露光装置におけるマス
ク・ウエハの位置合わせ方法として極めて有効で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図はそれぞれ本発明の一実施例
方法を説明するためのもので、第１図は投影露光
装置における位置合わせ機構を示す概略構成図、
第２図は各マークの形状及び重なり状態を示す模
式図、第３図は振動ミラーによる検出光の振動の
様子を説明するための模式図、第４図は検出光学
系の配置例を示す模式図、第５図は従来の位置合
わせ機構を示す概略構成図、第６図は従来のマー
ク形状を示す模式図、第７図は従来の検出光学系
の配置例を示す模式図である。１０……レチクル（マスク）、１１……レチク
ルマーク（第１のマーク）、１１ａ……Crパター
ン、１１ｂ……白抜きパターン、２０……ウエ
ハ、２１……ウエハマーク（第２のマーク）、２
１ａ，〜，２１ｃ……直線状パターン、２２……
テーブル、２３……テーブルマーク（第２のマー
ク）、３０……縮小投影レンズ、３１，３３……
ハーフミラー、３２，３４……レンズ、３５……
振動ミラー、３６……スキヤナ、３７……スリツ
ト、３８……光電センサ。

Claims

【特許請求の範囲】１マスク上に形成されたパターンを投影レンズ
を介してウエハ上に投影露光し、該ウエハ上に所
望パターンを転写するために予め、マスク上に設
けられた第１のマークを通してウエハ上或いは該
ウエハを載置したテーブル上に設けられた第２の
マークを照明し、該第２のマークからの反射光を
第１のマークを通して光電検出器に導き、該検出
器で得られた検出信号に基づいて上記マスクとウ
エハとの相対位置を合わせるマスク・ウエハの位
置合わせ方法において、前記第２のマークとして
少なくとも一対の直線状パターンを軸対称に配置
すると共に、前記第１のマークとして上記直線状
パターンを観察できる一対のスリツト状の透明部
を所定の位置関係に設けておき、前記光電検出器
により前記第２のマークの直線状パターンの像を
該パターンの対称軸に関して一方側と他方側とで
独立に検出し、これらの検出信号の差をマスク・
ウエハの相対位置ずれ情報として用いることを特
徴とするマスク・ウエハの位置合わせ方法。２前記第２のマークを照明する照明光として、
投影露光に使用する露光光或いは該露光光と等し
い波長の光を用いたことを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載のマスク・ウエハの位置合わせ方
法。３前記光電検出器は１個であり、前記第２のマ
ークからの前記一方側及び他方側の直線状パター
ンの像を、振動ミラーによつて該検出器に交互に
入射させることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載のマスク・ウエハの位置合わせ方法。４前記第１のマークのパターンは、第１のパタ
ーンと第２のパターンとの軸対称間隔を転写面上
寸法で略直線状パターン幅或いはスリツト状幅の
差を持つて配置された所定の位置関係であること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のマス
ク・ウエハの位置合わせ方法。５前記テーブル上の第２のマークを投影光学系
に対して位置決め可能なテーブル測定系を設け、
テーブルをテーブル測定系に従つて所定の位置ま
で移動させテーブル上の第２のマークに対して前
記第１のマークを位置合わせすることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載のマスク・ウエハの
位置合わせ方法。