JPH0612751B2 - 露光装置における位置合わせ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、露光装置における位置合わせ装置に関す
る。

その概要は、ウエハの位置合わせとマスクの位置合わせ
とをそれぞれ独立の位置決め機構で行い、ウエハの位置
合わせは、露光光線より長い、露光し難い波長の光線を
用いて、ウエハ上の合わせマークの像を光学的にイメー
ジセンサ上に投影して行うものである。このことによ
り、その位置合わせが簡単にでき、ウエハ上の合わせマ
ークの崩れを防止でき、後工程の位置合わせが正確にで
きる。

ところで、露光装置における位置合わせ装置、特に、縮
小投影露光装置におけるそれは、精密な位置合わせが要
求される。そのため、ウエハ上の合わせマークからウエ
ハの位置を検出して、ウエハを乗せた移動台をマスク側
に対して動かしてマスクの投影像とウエハの合わせマー
クとの位置合わせを行う必要がある。なお、この位置合
わせはマスク側を動かしても可能であり、マスクの動き
は、その縮小率である、例えば、１／１０に縮小される
ので、精密な調整がし易い。ここで、マークの位置検出
には、縮小投影レンズを利用するものと別のレンズを利
用するものとがあり、また、その検出位置は、少なくと
も、Ｘ方向，Ｙ方向の２方向について行われる。

しかしながら、この種の従来の露光装置の位置合わせ装
置にあっては、具体的な位置決めの仕方としては、露光
光線と同一の波長の光線により行われるものであって、
例えば、ウエハ上の合わせマークの像とマスク上の位置
合わせマークの像とを光学的に重畳して走査形のマーク
検出器上に投影して位置決めを行うものである。その結
果、ウエハ上に設けられた位置合わせマークが露光され
てしまうことが起こる。

このような従来の位置合わせ装置の構成の一例として、
その概要を示す第１図に基づき、説明すると、第１図に
見る如く、露光光線の光源１（水銀ランプ１ａとコンデ
ンサレンズ１ｂ等から構成されている）により発生した
光線のうち露光光線Ｌが、ハーフミラー２，顕微鏡７，
全・反射ミラー３を経てマスク１０（この明細書におい
ては、マスク又はレチクルをこれらを含めた概念として
マスクをもってこれを代表し、使用するものである）上
の端部に開口として形成されるアライメントマーク（合
わせマーク）４を通り、縮小レンズ５により縮小され、
ウエハ９上のアライメントマーク６に照射される。

ここに照射された光線Ｌは、ここで、反射され、再び、
縮小レンズ５を経て、マスク１０上のアライメントマー
ク４の位置に至り、全・反射ミラー３，顕微鏡７を経
て、拡大され、ハーフミラー２に至る。そして、これを
透過して、その光線がマーク検出器８の検出面上に照射
されて、ここにウエハ９上のアライメントマーク６の像
が結像される。このときマスク１０上のアライメントマ
ーク４の反射光も同様に全・反射ミラー３，顕微鏡７を
経て、拡大され、ハーフミラー２に至り、これを透過し
た光線がマーク検出器８の検出面上に照射される。そし
て、ここにマスク１０上のアライメントマーク４の像が
同時にマーク検出器８の検出面上に結像されるものであ
る。

したがって、マーク検出器８上には、ウエハ９上のアラ
イメントマーク６の像とマスク１０上のアライメントマ
ーク４の像とがともに重畳して、投影されることにな
る。その結果、これらの像を走査することにより、その
位置関係が検出でき、これにより位置決めを行うことが
できる。

なお、この露光装置にあっては、マスク１０とウエハ９
との距離と、縮小レンズ５と、そして露光光線の波長と
の関係により、ウエハ９上のアライメントマーク６の像
とマスク１０上のアライメントマーク４の像とが重畳す
るようにあらかじめ設定されている。

このような位置合わせ装置によると、その位置合わせ
は、露光光線によらざるを得なくなる。ところが、ウエ
ハ９上のアライメントマーク６は、一般に、エッチング
等によりウエハ９上に凹凸部（穴等）として形成されて
いるものであって、この凹凸部は露光光線を受けると、
露光されて、後工程の、例えばエッチングのとき、この
アライメントマーク６が崩れて消失してしまうことにな
る。このアライメントマーク６は、後工程においても基
準位置とされるため、これが崩れることにより、正確な
位置決めができず、ＩＣ等の半導体素子の製造，マスク
の製造等に当たっては、その品質が悪くなったり、歩留
りが落ちるという問題が発生する。

一方、マーク検出器は、スリットの振動や鏡の回動を利
用して投影像を走査する方式を採ることが多く、この場
合には、その機械的駆動の結果、信頼性が劣るものとな
る。さらに、電子的に検出するものとして、ウエハとマ
スクとのアライメントマークを重てダイオード・アレイ
等により検出する方式もあるが、これは、重畳した像を
検出する関係で、これらのアライメントマークの位置ず
れを読むために別の光源を必要とし、その構成が複雑と
なる欠点がある。しかも、ウエハとマスクの像を同時に
検出し、これらを相対的に、位置合わせするので、位置
合わせし難いものである。

この発明は、このような従来技術の問題，欠点を除去す
るとともに、ウエハ上のアライメントマークが崩れた
り、消失し難く、その位置合わせが簡単且つ正確な、露
光装置における位置合わせ装置を提供することを目的と
している。

このような目的を達成するために、この発明は、ウエハ
の位置合わせとマスクの位置合わせとを分離し、もっ
て、重畳した像を作る位置合わせによることなく、位置
合わせするものであって、ウエハ及びマスクの位置合わ
せは、露光し難い光線の波長に合わせた結像位置にイメ
ージセンサを対応させて設け、アライメントマークの像
をイメージセンサ上に投影してその位置を基準位置と比
較することにより行うというものである。

しかして、この発明の露光装置における位置合わせ装置
の構成は、マスク上のマスクパターンを露光光学系を介
してウエハ上に露光する露光装置において、前記ウエハ
上の合わせマークの像を前記露光光学系を通じて光学的
に第１イメージセンサ上に投影して得た位置検出信号と
予め設定された前記マスク対応のウエハ基準位置とを比
較してウエハの位置合わせをするウエハ位置決め機構
と、前記マスク上の合わせマークの像を光学的に第２イ
メージセンサ上に投影して得た位置検出信号と予め設定
された当該マスク対応のマスク基準位置とを比較してマ
スクの位置合わせをするマスク位置決め機構とを備え、
前記各イメージセンサ上に投影するために使用する光線
は、前記露光の際使用する光線の波長より長い波長に選
定されているというものである。

このようにすることにより、ウエハ上のアライメントマ
ークは、ほとんど露光されずに済み、かつ、簡単且つ正
確に位置合わせができるものである。

以下、この発明の一実施例について図面に基づいて説明
する。

第２図は、この発明を適用した露光装置における位置合
わせ装置の概念的構成図である。

なお、同図において、第１図と同一の構成要素は、同一
の符号を付して示している。したがって、その説明は割
愛する。

位置合わせ装置２０は、ウエハ位置合わせ機構１１とマ
スク位置合わせ機構１２、ウエハ移動装置１３、マスク
移動装置１４、そして制御部１５とから構成されてい
る。

制御部１５は、演算処理装置とメモリとを有していて、
ウエハ位置合わせ機構１１のイメージセンサ２４からの
検出信号及びマスク位置合わせ機構１２のイメージセン
サ２６からの検出信号を受けて、各検出信号と、制御部
１５の内部のメモリに記憶したマスク対応のウエハ基準
値及びマスク基準値とを比較して、その差値に対応する
制御信号をウエハ移動装置１３及びマスク移動装置１４
にそれぞれ送出する。ウエハ移動装置１３，マスク移動
装置１４は、それぞれこの制御信号を受けて、ウエハ９
及びマスク１０を所定のウエハ基準位置及びマスク基準
位置に設定する制御をする。ここに、ウエハ移動装置１
３は、ウエハ駆動回路１３ａ，ウエハ移動台１３ｂとを
具え、また、マスク移動装置１４は、同様なマスク駆動
回路，マスク移動台とを具えていて、これら駆動回路に
制御信号が供給されて、移動台が所定方向に移動され
る。

さて、ウエハ位置合わせ機構１１は、コンデンサーレン
ズ２２とマスク１０上の端部にある第１のアライメント
マーク４ａ、ハーフミラー２３、縮小レンズ５、ウエハ
９上のアライメントマーク６、顕微鏡７、そして第１イ
メージセンサ２４とからなり、一方、マスク位置合わせ
機構１２は、前記位置合わせ機構１１と共用するコンデ
ンサーレンズ２２、マスク１０上の第２のアライメント
マーク４ｂ、顕微鏡２５、そして第２イメージセンサ２
６とから構成されている。ここに、ウエハ位置合わせ機
構１１と制御部１５及びウエハ移動装置１３とからなる
位置決め機構がこの発明におけるウエハ位置決め機構の
１つの具体例であり、マスク位置合わせ機構１２と制御
部１５及びマスク移動装置１４とからなる位置決め機構
がこの発明におけるマスク位置決め機構の１つの具体例
である。

２１は、光学フィルタであって、水銀ランプ１ａ（光
源）からの光線の波長を露光光線Ｌの波長Ｍから波長Ｎ
に変えるフィルタである。ここで、波長Ｎは、ウエハ９
上に塗布されているレジストが露光され難い波長、例え
ば、露光光線Ｌの波長Ｍより長いものである。

水銀ランプ１ａからの光線は、この光学フィルタ２１を
経たのち、その波長がＮの光線Ｋとして、コンデンサー
レンズ２２を通過し、マスク１０上の端部にある第１の
アライメントマーク４ａに至り、さらに、ハーフミラー
２３、縮小レンズ５を経て、ウエハ９上のアライメント
マーク６に照射される。そして、その反射光は、再び、
縮小レンズ５を経てハーフミラー２３に至り、ここで、
反射された光線が顕微鏡７で拡大されて、ＣＣＤ，ダイ
オード・アレイ等の検出面を持つイメージセンサ２４上
に結像される。そこで、これがイメージセンサ２４にお
いて走査されて、その検出信号は、制御部１５に送出さ
れる。制御部１５がこの検出信号を受けると、その内部
のメモリに記憶されたマスク対応のあらかじめ設定され
たウエハ基準位置とこれとを比較して、その差値に応じ
て制御信号をウエハ移動装置１３に送出する。その結
果、ウエハ９の移動台が動かされ、所定の位置に位置合
わせされる。

一方、マスク１０上には、第２のアライメントマーク４
ｂが第１のアライメントマーク４ａと反対の端部に設け
られていて、これを透過した光線が顕微鏡２５で拡大さ
れて、イメージセンサ２６上にその像が投影されて、そ
こに結像する。そして、これがイメージセンサ２６にお
いて走査されて、その検出信号は、制御部１５に送出さ
れる。前記と同様に、制御部１５は、その内部のメモリ
に記憶されたマスク対応のあらかじめ設定されたマスク
基準位置とこれとを比較し、その差値に応じた制御信号
をマスク移動装置１４に送出する。その結果、マスク１
０の移動台が動かされ、マスク１０が所定の位置に位置
合わせされる。なお、この場合の光線は露光光線でもウ
エハ位置合わせ機構のとき用いた光線でもどちらでもよ
い。

ここに、マスク１０上のアライメントマーク４ａと４ｂ
とは開口の大きさが異なり、マスク１０上のアライメン
トマーク４ｂは、より小さい孔として形成されている。
したがって、従来の重畳の場合よりも位置決め精度を高
く採ることができる。

ところで、イメージセンサ２４と２６に対応するメモリ
上に記憶されるウエハ基準位置とマスク基準位置とは、
あらかじめそれぞれ各マスクに対応してウエハとマスク
とが正確に位置付けられる位置を求め、これを記憶テー
ブルのなかにマスク対応に数値として記憶しておくもの
である。そして、この数値は、キーボード（図示せず）
等によりマスクのコードを入力することで選択されるも
のである。なお、イメージセンサ２４，２６の検出信号
としては、イメージセンサに座標（例えば、一次元の距
離で表される座標）を設定して、その所定の位置の数値
として検出するようにしてもよい。

次に、この位置合わせ装置の動作について簡単に説明す
る。

まず、ウエハ９に対して、露光すべきパターンを持つマ
スクを選択する。そして、そのマスク１０上のアライメ
ントマーク４ｂに光線を照射して、キーボードからその
マスクのコードを入力する。

このことにより、イメージセンサ２６からの信号が制御
部１５に入力され、マスクは所定のマスク基準位置にセ
ットされる。

次に、フィルタ２１をセットして、ウエハ９上のアライ
メントマーク６にフィルタ２１を通した光線Ｋを照射す
る。そこで、イメージセンサ２４からの信号が制御部１
５に入力され、ウエハ６は所定のウエハ基準位置にセッ
トされることになる。

なお、この位置合わせの順序は、マスク側を先にして
も、ウエハ側を先にしてもどちらでもよい。また、この
実施例では単にその方向を限定せず位置決めを説明して
いるが、Ｘ方向の位置決めもＹ方向の位置決めも同様で
あり、これをＸ方向又はＹ方向に対応させればよいもの
である。したがって、各マスク位置合わせ機構１２，ウ
エハ位置合わせ機構１３の位置決めは、Ｘ，Ｙ方向につ
いて行われるが、イメージセンサがＸ，Ｙ方向を同時に
検出するものであれば、これらは、同時に制御できる。
すなわち、Ｘ方向，Ｙ方向の検出信号を受け、これを時
分割的にそれぞれ独立に制御し、Ｘ方向，Ｙ方向に対応
する移動装置にそれぞれ送出すればよい。また、Ｘ又は
Ｙ方向の一方だけの位置合わせで済むときには、当然、
一方向の位置決めだけでよいことはもちろんである。

以上詳述してきたが、この実施例にあっては、マスク１
０上のアライメントマーク４ｂの幅を細長く採れるの
で、マスクに対するイメージセンサ２６上の視野を全体
的に有効に利用でき、精度のよい制御が可能で、その位
置が設定し易い。同様に、ウエハに対するイメージセン
サ２４に対してマスク１０上のアライメントマーク４ａ
が邪魔にならないので、このイメージセンサ２４の視野
も広く採れ、有効に利用できる。

その結果、ウエハ９上のアライメントマーク６，マスク
１０上のアライメントマーク４ｂの各像をイメージセン
サ上の視野に入れることが容易となる。そこで、例え
ば、これらの像をイメージセンサの視野にいれるローデ
ィング装置の精度を必要とせず、ローディングが簡単に
行える。結像光路はλ（波長）の関数であり、露光光路
とアライメント光路が同じである場合でアライメント時
に露光光より長い波長にした際、露光領域（第１図の構
成におけるアライメント光軸上の縮小レンズ５とマスク
１０との間）に補正用のレンズを設ける必要があるが、
本実施例では、ウエハ上の合わせマーク像とマスク上の
合わせマーク像をそれぞれ独立して読み取るのでアライ
メントは露光とは独立の光学結像系にて行うことがで
き、このような補正用の光学系を必要とせず露光領域の
干渉を防止できる。

また、実施例では、フィルタを使用して露光光線とは異
なる波長の光線を得ているが、これは、波長の異なる別
の光源から得てもよい。

ウエハ位置決め機構のウエハ位置合わせ機構１１は、マ
スク１０上のアライメントマーク４ａを介して光線を照
射する構成を採っているが、必ずしも、このような開口
を通して照射する必要はない。露光し難い光線によりウ
エハ９の位置合わせができるものならば光線の照射形態
はどのようなものでもよい。

この発明は、実施例として縮小投影形の露光装置を中心
に説明してきたが、これに限定されることなく、密着露
光，近接露光，１：１露光等各種の露光装置に適用でき
ることはもちろんである。

以上の説明から理解できるように、この発明は、予めマ
スクに対応したウエハ基準位置及びマスク基準位置を設
定し、これら両基準位置と第１及び第２のイメージセン
サの位置検出信号との比較を個別に行うことで、ウエハ
の位置合わせとマスクの位置合わせとを分離し、もっ
て、重畳した像を作る位置合わせによることなく位置合
わせすることができるものであり、しかもイメージセン
サから出力される検出信号はマークの座標情報のみを表
しており、この検出信号と予め設定された基準位置とを
比較するようにしているので、マークと基準位置とを重
畳させてイメージセンサ上に投影する場合のようにマー
ク信号と基準位置信号とを弁別する必要がなく信号処理
を簡単に行うことができると共に、ウエハとマスクの位
置合わせを簡単且つ正確で自動的に行うことができる。

そして、アライメントする際は、露光の際に使用する光
線の波長より長い波長で行うので、ウエハ上に設けられ
た位置合わせマークが露光されることを防止でき、後工
程でアライメントマークが崩れ消失することを防止でき
る。さらに、前記のようにアライメントと露光時の光線
の波長を変えても、ウエハ上の合わせマーク像とマスク
上の合わせマーク像とを夫々独立して読取るのでアライ
メントは露光とは独立の光学結像系にて行うことがで
き、露光領域に他の光学系を設ける必要もなく露光領域
の干渉を防止できる。

また、ウエハ及びマスクの位置合わせをイメージセンサ
により行うので、機械的駆動部がなく、アライメントの
信頼性も高くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の位置合わせ装置の概要構成を示す説明
図、第２図は、この発明を適用した露光装置における位
置合わせ装置の概念的構成図である。 １……光源、９……ウエハ、１０……マスク １１……ウエハ位置合わせ機構 １２……マスク位置合わせ機構 １３……ウエハ移動装置、１４……マスク移動装置、１
５……制御部、２０……位置合わせ装置、２１……フィ
ルタ、２２……コンデンサーレンズ、２３……ハーフミ
ラー ２４，２６……イメージセンサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マスク上のマスクパターンを露光光学系を
   介してウエハ上に露光する露光装置において、前記ウエ
   ハ上の合わせマークの像を前記露光光学系を通じて光学
   的に第１イメージセンサ上に投影して得た位置検出信号
   と予め設定された前記マスク対応のウエハ基準位置とを
   比較してウエハの位置合わせをするウエハ位置決め機構
   と、前記マスク上の合わせマークの像を光学的に第２イ
   メージセンサ上に投影して得た位置検出信号と予め設定
   された当該マスク対応のマスク基準位置とを比較してマ
   スクの位置合わせをするマスク位置決め機構とを備え、
   前記各イメージセンサ上に投影するために使用する光線
   は、前記露光の際使用する光線の波長より長い波長であ
   ることを特徴とする露光装置における位置合わせ装置。