JPH0564448B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、IC、LSI等の半導体装置の製造工程
で使用される露光装置（マスクアライナー）のア
ライメント方法に関するものである。

［従来の技術］ マスクアライナーに要求される基本的な性能
は、解像性能とアライメント精度である。あと一
つ挙げるとすれば生産機械としての価値感から処
理能力（スループツト）であろう。半導体素子の
微細化、高集積度化に伴つて、より高い解像性能
とアライメント精度が際限なく要求される。マス
クアライナーは、その露光方法によつてコンタク
ト方式、プロキシミテイ方式、１：１ミラープロ
ジエクシヨン方式、レンズプロジエクシヨン方式
等に大分類されるが、より微細なパターンが焼付
可能であるところから、現在は縮小型のレンズプ
ロジエクシヨン方式（いわゆるステツパー）がそ
の主流になりつつある。縮小型レンズプロジエク
シヨンの解像性能面での利点は、すでに文献等で
紹介されているので省略するが、一方アライメン
ト精度まで考えたシステムとして見た場合、この
レンズプロジエクシヨン方式は大きな障害を有し
ている。

それは簡単に言えば、投影レンズは、ある特定
の波長〜それは、通常露光波長であるが〜に対し
てしか結像及び収差の保証がされていないという
事実に起因している。

［発明が解決しようとしている課題］ 現在までに多数提案ないし実施されているレン
ズプロジエクシヨンに於るアライメントシステム
の中でレンズが保証している以外の波長の光を使
用するシステムに於ては上記の障害を克服するた
めの手法が採用されているが、そのいずれもがア
ライメントから露光に至るプロセスの間に、その
手法によつて新たに発生する誤差要因を含む結果
となつている。それらの誤差を性格的な面から分
類すると、 Ａ 間接基準の介在による誤差、 Ｂ アライメントから露光までの間にマスクある
いはウエハーの移動〜その送り精度による誤
差、 Ｃ アライメントから露光までの間に要する時
間、各要素の温度、振動等による移動誤差、 Ｄ マスク、ウエハー間のアライメント光と露光
光の光路差、 等となる。特開昭59−79527号公報のシステムに
於てはＢ、Ｃの誤差が、特開昭55−135831号公報
で付加レンズを使用する場合にはＣ、Ｄの誤差
が、特開昭58−145127号公報のシステムではレチ
クルとウエハーを同時観察していないことにより
Ａ、Ｄ等の誤差要因が発生することになる。アフ
アクシスタイプのステツパーではＡ〜Ｄのすべて
の誤差が発生する。これらの誤差を減少させるこ
とは可能であるが、誤差を低いレベルに安定依存
することは装置メーカーにとつても、ユーザーに
とつても大きな負担となるのは間違いない。

本出願人による特開昭58−25638号公報に提案
したシステムは、露光波長（ｇ線436μｍ）にご
く近い波長を持つHe・Cdレーザー〔442μｍ〕を
アライメント光源とし、投影レンズをこの２波長
に対して補正することにより、前記Ａ〜Ｄの誤差
発生を回避したすぐれたシステムである。

しかし、より高い解像性能を得るために、投影
レンズは、より短い波長を使用する傾向にあり、
この場合に於ては前記システムのメリツトを生か
すことはできない。

また、レンズの持つ解像性能をより有効に使う
ためには、感光層としてのレジストに発生する定
在波効果を減少させる必要があり、そのためにウ
エハー表面に反射防止処理をほどこしたり、レジ
ストに吸収剤を入れたり、あるいは又、多層レジ
ストを用いるプロセスが今後増加していく傾向に
あり、この様なプロセスに於ては露光波長もしく
はその近傍の波長によるアライメントに於てウエ
ハーからの信号を取ることが、より困難になるこ
とが予想される。

本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、
その目的は、従来のアライメントシステムでは発
生してしまう前述の誤差を抑えることが可能なア
ライメント方法を提供するとにある。

［目的を達成するための手段及び作用］ 上記目的を達成するため、本発明のアライメン
ト方法は、原板（マスクまたはレチクル）上の原
板側アライメント用パターンを基板（ウエハー）
上の感光層に露光転写する工程と、前記感光層内
に形成された前記原板側アライメント用パターン
の像と前記基板に既に形成されている基板側アラ
イメント用パターンのそれぞれを光電検出するこ
とにより両者間の位置誤差を計測する工程と、前
記計測された位置誤差を前記原板と前記基板のア
ライメントのために利用する工程を有することを
特徴としている。

また、本発明のアライメント方法は、原板（マ
スクまたはレチクル）上の原板側アライメント用
パターンを基板（ウエハー）上の感光層に投影光
学系を介して露光転写する工程と、前記感光層内
に形成された前記原板側アライメント用パターン
の像と前記基板に既に形成されている基板側アラ
イメント用パターンのそれぞれを前記投影光学系
とは異なるアライメント光学系を介して光電検出
することにより両者間の位置誤差を計測する工程
と、前記計測された位置誤差を前記原板と前記基
板のアライメントのために利用する工程を有する
ことを特徴としている。

なお、本発明は、従来のレンズプロジエクシヨ
ンは勿論、より短波長化したレンズプロジエクシ
ヨンや、ミラープロジエクシヨン、Ｘ線アライナ
等にも適用可能である。

感光層としてのレジストは光の照射により光化
学的な反応を起こすが、それは光学的な意味でも
又透過率、屈折率の変化を、あるいは特殊な場合
には膨張ないし収縮により非照射部との表面段差
等を生じる。一般的に使用されているOFPRある
いはAZ系のレジストに於ても選択露光の結果を
白色光の顕微鏡の下で濃淡像として観察すること
が出来る。（以降の説明に於てこの像を便宜的に
潜像と称する。） 正規な露光光学系によつて焼付けられたマスク
の潜像は、その時点でマスクとの関係に於て誤差
を含まない関係にあり、レジスト潜像とその下の
ウエハーマーク（段差）の位置誤差を読みとるこ
とは、同一物体上のごく近接した像の関係を読み
取ることになり光学系等の影響を受けぬ極めて信
頼性の高い検出が可能となる。

本発明に於ける基本的なアライメント露光の手
順を第２図に示す。

このプロセスに於いて発生する誤差は、(イ)検出
誤差、(ロ)ステージの送り誤差、(ハ)予備露光から正
規露光までの時間内にウエハーないしマスクが動
いてしまうことによる誤差であるが現状のステツ
パーの実績から、(ロ)の送り量は大きくても２〜
3μ、(ハ)の時間は１秒前後であり、これらの誤差
を極めて小さな値におさえることが可能である。

［実施例］ 次に第１図に本発明の一実施例を示し、その作
用を説明する。

システム全体は定盤１上に組上げられる。（構
造体は不図示）。定盤１上にはウエハーステージ
２があり、ウエハー保持板３及びそこに吸着保持
されたウエハー４を投影レンズ５の光軸に垂直な
平面に沿つて移動可能としている。ウエハーステ
ージ２は、その上に設けた光学ミラー６にレーザ
ー干渉計の光７を当てる既知の手法により、その
位置座標を知ることが出来、かつ指定された量だ
け移動すべく制御される。投影レンズ５の上方に
はレチクル保持台８に保持されたレチクル９があ
り、さりにその上方の照明光学系Ａから光が参照
された時レチクル９にとりこまれたパターンが投
影レンズ５を介してウエハー４表面に転写される
様に構成保持されている。

照明光学系Ａは、超高圧水銀灯１０から発する
光をレチクル９上に均等に照射すべく、第１〜第
３のコンデンサーレンズ１１，１２，１３と光束
を曲げるべく第１、第２のミラー１４，１５で構
成されている。シヤツター１６は露光の制御を行
う。

第２、第３のコンデンサーレンズ１２，１３と
第２ミラー１５は又、レチクルパターン面１７と
共役で結像関係を持つ面を図示Ｂの部分に作り出
す様に設計されており、この部分にマスキングを
置くことにより、レチクル９の特定の部分だけ照
明できる様になつている。面Ｂには枠１８に保持
されたパターン露光用マスク１９と、アライメン
トマーク露光用マスク２０を選択的に光束内に挿
入可能な様にシリンダー２１により切換駆動す
る。

投影レンズ５とウエハー４の間にその一部を突
込んだ形でアライメント光学系Ｃが配置される。

ハロゲンランプ２２から出た光は、集光ミラー
２３、集光レンズ２４により集光されたハーフプ
リズム２５、対物レンズ２６を経て可動ミラー２
７に至る。可動ミラー２７は、破線の様に光軸に
対し45゜の位置関係になつた時、対物レンズ２６
により集められた光はウエハー面を照射する。ウ
エハー面から反射した光は逆に可動ミラー２７、
対物レンズ２６を経てハーフプリズム２５で上方
に光軸を曲げ、リレーレンズ２８を経て撮像管２
９の面３０にウエハー像を結像する。

アライメントの場合、レチクルとウエハーの平
面的な位置合せだけでＸ、Ｙ、θの３方向の成分
のアライメントになるから、対物レンズが２眼必
要であり、実施例の場合に於ても２眼あるものと
考える。

第３図に第１図のシステムに於けるアライメン
ト、露光の手順の１例としてのフローチヤートを
示す。第３図に於いて、実線の枠の部分が本発明
に関わる部分であり、破線枠は従来技術の範中で
ある。

第４図ＡおよびＢにこのシステムの使用される
レチクル９とレチクル側のアライメントマーク３
１，３２、回路パターン領域３３、スクライブラ
インに相当する領域３４を示す。

第５図ＡおよびＢに同じくウエハー４とウエハ
ー側のアライメントマーク３５、スクライブライ
ン３６、レチクルの回路パターンに相当する部分
３７を示す。

第６図に第４図Ａのレチクル９に対応した選択
露光用のマスクの平面図を示す。なお３８は窓で
ある。第３図のフローのの段階に於ては第６図
の左側のマスク２０を光束内に置き、の段階に
置ては右側のマスク１９を使用する。マスクはレ
チクルと同様光学硝子に遮光用のクロムを選択的
に付けたものでも良いが、この上に異物等がレチ
クル、ウエハー上に転写されることを配慮して素
ヌケの方が望ましい。

第７図に、レチクル９側のアライメントマーク
３１，３２がウエハー表面のレジスト層４０に焼
込まれた状態を示す。図中３９はレジストに焼付
けられたレチクル側マーク潜像である。

第７図Ａの例では、レチクルマーク潜像３９は
ウエハーマーク３５に対して微かにズレを持つて
焼込まれている。この場合ウエハーマーク３５は
第７図Ｂに示す様な段差により形成されたパター
ンである。

このパターンをアライメント光学系でとらえ、
撮像管に結像した時、撮像管の走査線一本（例え
ばＡ→Ａ）から得られる電気信号は第７図Ｃのよ
うになる。

撮像管全面から得られる２次情報を使つてｘ方
向及びｙ方向の誤差に分離して出力する手法は既
知のものとして詳細な説明は省略する。

レチクル９のアライメントマーク３１，３２を
焼付けた時点でのウエハーパターンとレチクルパ
ターンの位置誤差は△Ｘ＝x_L−x_R／２ △Ｙ＝ y_U−y_D／２として算出される。実施例の様に２ケ所 にアライメントマークのある場合には△X_R、△
Y_R、△X_L、△Y_Lの様に４つの誤差量が得られる
が、この４つの値から許容値に入つているか否か
を判定し、許容値外の時は δx＝△X_L−△X_R／２ δy＝△Y_R−△Y_L／２ δθ＝△Y_R−△Y_L／２ の値によりウエハー側のステージを移動する。こ
れらの作業の間に可動ミラー２７は光束外へ退避
しマスクはパターン露光用マスク１９に切換えら
れてステージ駆動直後に正規のパターン部の露光
を行うことが出来る。

以上述べてきた実施例は潜像を使つたアライメ
ント手法が十分実現可能であることを示したもの
であり、本発明のポイントはあくまで第２図に示
したアライメントから露光に至るプロセスにあ
る。

従つてこの手法はレンズプロジエクシヨンに限
ることなく、他の露光方式に於ても使用可能であ
る。例えば、焼付結果がマスク寸法に対して倍率
誤差を持つＸ線プロキシテイ露光装置に於ても潜
像が『露光の結果』であるが由に、この手法の有
意性を発揮できる。

第１図に於けるアライメント光学系は、またオ
フアクシスの顕微鏡として使用することが出来
る。それは、第３図のフローにおけるブロツク
の役割である粗アライメントのためのプリアライ
メント機能としても成立するし、またいわゆるオ
フアクシスステツパーにおけるオフアクシスアア
イメントの機能として考えても良い。

このオフアクシス顕微鏡に対しても潜像アライ
メントの概念を有効に活用することが出来る。つ
まりオフアクシスアライメントの誤差要因の中で
投影レンズの光軸とオフアクシス顕微鏡光軸との
距離〔基準長〕が大きな比重を占めているが、こ
の基準長を常にコンスタントな値に依存するか、
あるいは変動した場合にはその時点での正確な値
を知つておくことが、オフアクシスアライメント
の精度を支配する。基準長を計測する手段もいく
つかの提案があるが、いずれも間接的な手段で誤
差の入る可能性の大きいものである。

焼付けるべきレチクルのパターン位置さらには
投影レンズによりウエハー上に投影されたレチク
ルパターンとオフアクシスの検出光軸の位置関係
が実質上の基準長である。従つて第４図に示す様
なマークをウエパー上の空地（パターンの無い部
分）に焼付けその焼付けられた潜像パターンをス
テージを動かしてオフアクシス顕微鏡で検出し、
その時の検出値、ステージの移動量、レチクル上
のマークの配置寸法から、基準長を算出すること
により、直接的な誤差の少ない測長が可能とな
る。

［発明の効果］ 上述した如く、本発明によれば、原板側アライ
メント用パターンと基板側アライメント用パター
ン間の位置誤差を基板のみを観察対象とするだけ
で正確に測定することが可能になるので、アライ
メントにおける不必要な誤差要因の発生を抑える
ことができる。このため、本発明によれば、どの
ような露光システムにおいても、原板の転写用パ
ターンを基板上に感光層に正確に位置決めして転
写することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を具体化した一実施例を示した
図、第２図は本発明の基本的なプロセス説明のフ
ローチヤート、第３図は実施例のアライメント露
光のフローチヤート、第４図ＡおよびＢは実施例
で使用されるレチクルとアライメントマークの説
明図、第５図ＡおよびＢは実施例で使用されるウ
エハーとアライメントマークの説明図、第６図は
選択露光用マスクの説明図、第７図Ａ，Ｂ，Ｃは
焼付けられたアライメントマーク潜像とそこから
検出される信号の説明図である。 ２……ステージ、４……ウエハ、６……光学ミ
ラー、９……レチクル、１９……パターン露光用
マスク、２０……アライメントマーク露光用マス
ク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原板上の原板側アライメント用パターンを基
   板上の感光層に露光転写する工程と、前記感光層
   内に形成された前記原板側アライメント用パター
   ンの像と前記基板に既に形成されている基板側ア
   ライメント用パターンのそれぞれを光電検出する
   ことにより両者間の位置誤差を計測する工程と、
   前記計測された位置誤差を前記原板と前記基板の
   アライメントのために利用する工程を有すること
   を特徴とするアライメント方法。 ２ 原板上の原板側アライメント用パターンを基
   板上の感光層に投影光学系を介して露光転写する
   工程と、前記感光層内に形成された前記原板側ア
   ライメント用パターンの像と前記基板に既に形成
   されている基板側アライメント用パターンのそれ
   ぞれを前記投影光学系とは異なるアライメント光
   学系を介して光電検出することにより両者間の位
   置誤差を計測する工程と、前記計測された位置誤
   差を前記原板と前記基板のアライメントのために
   利用する工程を有することを特徴とするアライメ
   ント方法。