JPH0629964B2

JPH0629964B2 - マーク検出方法

Info

Publication number: JPH0629964B2
Application number: JP18999184A
Authority: JP
Inventors: 恭一諏訪
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1984-09-11
Filing date: 1984-09-11
Publication date: 1994-04-20
Anticipated expiration: 2009-04-20
Also published as: US4770533A; JPS6167858A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は半導体素子製造時の露光工程で使用される被転
写基板（半導体ウェハ等）上に形成されたマークを光学
的に検出する方法に関する。

〔発明の背景〕

近年、ＬＳＩ等の半導体素子は増々微細化、高集積度化
され、半導体素子製造用の露光装置にも、より高精度な
位置合わせが要求されてきている。この種の露光装置は
マスク（又はレチクル）と感光剤（フォトレジスト）の
塗布された半導体ウェハ（以下単にウェハと呼ぶ）とを
正確に重ね合せて露光を行なうが、重ね合せのために
は、ウェハに設けられた位置合わせ用のマークの位置を
高精度に検出しなければならない。位置合わせ用のマー
ク（アライメントマーク）の形状及びその位置検出方式
としては種々のものが提案されているが、一本の線条マ
ークの段差エッジから生じる光情報、特に散乱光を検出
する方式のものが実用に供されている。ところが露光工
程におけるウェハにはフォトレジストが塗布されてお
り、線条マークの両側の段差エッジ部にフォトレジスト
の塗布ムラ（厚みムラ）が発生しやすい。この塗布ムラ
は段差エッジからの光情報に歪みを与え、エッジ位置の
検出精度を著しく低下させることもある。一般にフォト
レジストの塗布は、ウェハを高速回転させ、液状のフォ
トレジストをウェハの中心に滴下する装置、所謂スピナ
ーによって行なわれる。ウェハ上に滴下されたフォトレ
ジストは遠心力によってウェハの外周に向って薄膜状に
広がっていく。フォトレジストの厚さ（0.5〜２μｍ程
度）はスピナーの回転速度、フォトレジストの粘性等に
よって経験的に決まってくる。このような塗布方法はウ
ェハ上に飾刻されたパターン（回路パターンやアライメ
ントマーク）が存在しない場合はウェハ全面に渡って極
めて均一なフォトレジスト層を得ることができる。しか
しながらウェハ上に何らかの凹凸パターンがあると、凹
凸パターンの段差エッジ付近ではフォトレジスト層の厚
みムラが生じる。そこで凸状（又は凹状）の線条マーク
の場合、フォトレジストの塗布方法を考慮して、極力ウ
ェハの中心から放射方向に伸びるように配置することが
考えられる。これだと、たとえ線条マークの両側の段差
エッジにフォトレジスト層の厚みムラが生じても、両側
で対称的になるため、両側のエッジ位置を検出すること
で、マークの中心位置は正確に検出できる。しかしなが
らウェハ上に形成する線条マークの全てをそのようなル
ールで配置することは現実的なことではない。特にウェ
ハ上に形成された複数のチップ（又はダイ）の各々に付
随して設けたアライメントマークは、各チップ毎の２次
元的な位置合わせのために使われるので、チップのウェ
ハ上での位置によっては、それらアライメントマークが
ウェハ中心からの放射方向と直交する方向、又はかなり
大きな角度で交差する方向に伸びるように位置すること
も少なくない。このためアライメントマークの両側の段
差エッジにおけるフォトレジスト層の厚さムラが非対称
になり、位置検出の精度がアライメントマークの方向に
よって大きく変化するという欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は上記の欠点を解決し、ウェハ等の被転写基板上
で任意の方向に伸びた線条のマークであってもフォトレ
ジストの塗布ムラを極力少なくしたマーク形状にするこ
とで光学的なマーク検出の精度を向上させたマーク検出
方法を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明では、ウェハ等のように感光層が塗布される基板
上に段差エッジを伴って形成される幅ｄ′の凸状の線条
マークを、その段差エッジが伸びるマーク長手方向に分
断するようにし、分断された少なくとも２つの小マーク
を光学的に同時に検出するようにした。さらに線状マー
クの幅ｄ′を３〜１０μｍ程度にしたとき、分断された
１つの小マークの段差エッジが伸びる方向の長さｌ′を
ｌ′＞ｄ′の範囲で４〜３０μｍ程度とし、小マークの
長手方向の分離間隔Ｐ′は３〜１０μｍ程度にした。こ
れによって、ウェハ上の各小マークの分離部分を通って
レジストの回り込みが促進され、マーク両側の段差エッ
ジ付近のレジストの厚みムラが対称になり、段差エッジ
からの光情報に基づいてマークの位置検出を行なう方式
においては検出精度を高めることができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の第１の実施例によるレチクル（マス
ク）の一例を示す平面図であり、第２図はそのレチクル
に設けられたアライメントマークの拡大図である。第１
図において、レチクルＲは透明なガラス基板の上にクロ
ム等の遮光性の薄膜（図中の斜線部）を所望の平面形状
にパターニングして得られる。本実施例のレチクルＲ
は、内側にパターン領域ＰＡを区画するような枠状の遮
光帯１と、パターン領域ＰＡ内に描かれた回路パターン
部２と、遮光帯１の所定の位置に定められたマーク領域
ＭＡ（破線で示す矩形領域）内に形成された透光性のマ
ークパターン（以下単にマークとする）３ｘ，３ｙとに
よって構成される。また、レチクルＲのパターン領域Ｐ
Ａの中心を直交座標系ｘｙの原点と一致させたとき、マ
ーク３ｘはｙ軸上に一致して巨視的にはｙ方向に伸びた
線条（スリット状）であり、マーク３ｙはｘ軸上に一致
して巨視的にはｘ方向に伸びた線条（スリット状）であ
る。マーク３ｘ，３ｙはウェハに転写されてそれぞれウ
ェハのｘ方向，ｙ方向の位置検出、並びに位置合わせの
ための使われるものである。またマーク３ｘ，３ｙとも
同一の形状、寸法であるものとする。

さて第２図はマーク３ｙの拡大図であり、一本の単純な
スリット状マークとは異なり、スリットをいくつかに分
離、本実施例では３つのスリット状の小マーク３ｙ１，
３ｙ２，３ｙ３に分離してある。小マーク３ｙ１，３ｙ
２，３ｙ３はウェハ上に凸パターンとして形成されるも
のである。マーク３ｙの位置合せ方向に関する幅をｄと
したとき、各小マーク３ｙ１，３ｙ２，３ｙ３の幅もｄ
である。そして本実施例では各小マーク３ｙ１，３ｙ
２，３ｙ３の長さ（ｘ方向の長さ）はともにｌであり、
またマーク３ｙ１と３ｙ２とのｘ方向に分離間隔と、マ
ーク３ｙ２と３ｙ３とのｘ方向の分離間隔とはともにＰ
であるものとする。長さｌと分離間隔Ｐとは各小マーク
について必らずしも同一にする必要はないが、このマー
ク３ｙをウェハ上に転写したとき、ウェハ上のマークと
して高感度に検出できなければならないので、小マーク
３ｙ１，３ｙ２，３ｙ３の合計の長さ３ｌを分離間隔の
合計２Ｐよりも十分大きく定めることが必要である。一
例として、このマーク３ｙを転写倍率ｍ（縮小投影型で
あれば投影レンズの投影倍率1/5や1/10であり、等倍投
影型であれば１である。）の露光装置でウェハ上に転写
する場合、ウェハ上に形成される小マーク３ｙ１，３ｙ
２，３ｙ３の長さm・lが４〜３０μｍ程度、分離間隔m・P
が３〜１０μｍ程度、そして幅m・dが３〜１０μｍ程度
になるように各寸法を定めることが望ましい。尚、この
数値の具体的な意味については後述する。

さて、本実施例のレチクルＲではマーク３ｘ，３ｙを透
光性にしてウェハ上に凸パターンとして形成するように
したが、フォトレジストのタイプ（ボジかネガ）あるい
はウェハプロセスによってはマーク領域ＭＡ内を透光性
にしてマーク３ｘ，３ｙを遮光性にしてウェハ上で凸パ
ターンになるようにしてもよい。その場合、マーク３ｙ
の各小マーク３ｙ１，３ｙ２，３ｙ３は遮光性のスリッ
ト状のマークパターンになることは言うまでもない。

次にこのようなマーク３ｘ，３ｙを有するレチクルＲを
使ってウェハ上に第１層目を形成する。本実施例では縮
小投影型露光装置、所謂ステッパーを用いてウェハ上に
複数のチップを繰り返し露光するものとする。まず、ネ
ガタイプのフォトレジストを塗布したウェハをステッパ
ーのウェハステージ載置して、そのステージを２次元的
にステッピングさせては露光することを繰り返す。この
ときレチクルＲの遮光帯１の外側の透明部は露光されな
いようにブラインド（絞り）で覆う。これによって、レ
チクルＲ上の光透過部分を通った光はウェハ上のフォト
レジストを感光させる。ネガタイプのフォトレジストの
場合、そのウェハを現像すると、フォトレジスト層の感
光した部分は残り、感光しなかった部分は除去される。
そして現像の終ったウェハは、例えば一定の深さだけエ
ッチングされる。エッチング後、ウェハ上に残存したフ
ォトレジスト層を除去すれば、レチクルＲ上で透光性の
部分がウェハ上で凸パターンとなって形成される。こう
して第１層目の形成されたウェハＷには、例えば第３図
に示すように、複数のチップ（レチクルＲのパターン領
域ＰＡに相当する）ＣＰと、その各チップに付随して
ｘ，ｙ方向に伸びるマーク（レチクルＲのマーク３ｘ，
３ｙに相当する）Ｓｘ，Ｓｙとがマトリックス状に配列
する。第３図においてはチップＣＰの代表的ないくつか
についてのみ図示してある。第４図はウェハＷ上の１つ
のマークＳｙを含む部分を破断して拡大した部分斜視図
である。１つのマークＳｙは、レチクルＲ上のマーク３
ｙと同様に、３つの小マークＳｙ１，Ｓｙ２，Ｓｙ３に
分離された凸パターンである。ウェハＷ上における小マ
ークＳｙ１，Ｓｙ２，Ｓｙ３の長さはｌ′、幅はｄ′、
分離間隔はＰ′とする。（転写倍率をｍとすると、ｌ′
＝m・l、ｄ′＝m・d、Ｐ′＝m・Pである。）さて、このようにウェハＷに第２層目以降の露光を行な
うために、ウェハＷには再びフォトレジストが塗布され
る。この塗布はスピナーにより行なわれるのが一般的で
あり、液状のフォトレジストは高速回転するウェハＷの
ほぼ中心に滴下される。フォトレジストは遠心力によっ
て薄膜状になってウェハＷの周辺に向って広がる。ウェ
ハＷ上のマークＳｘ，ＳｙがウェハＷの回転中心から放
射方向に伸びていれば、マークＳｘ，Ｓｙの幅ｄ′を規
定する両側の段差エッジにおけるレジスト厚みムラは対
称的になる。ところがマークＳｘ，Ｓｙを従来のように
単純な一本の線条にして、そのマークＳｘ，Ｓｙが放射
方向と交差する方向に伸びる場合、線条マークＳｘ，Ｓ
ｙのウェハＷの周辺に向う側のエッジと、ウェハＷの中
心に向う側のエッジとではレジストの厚みムラは非対称
なものになる。しかしながら本実施例のように複数の小
マークＳｙ１，Ｓｙ２，Ｓｙ３に分離することによっ
て、その非対称性が著しく改善される。その様子を第５
図、第６図によって説明する。第５図は従来の線条マー
クＭの場合について示すものであり、第５図(a)は線条
マークの平面図、第５図(b)は第５図(a)のＡ−Ａ′矢視
断面図である。また第６図は本実施例のマークＳｙの場
合について示すものであり、第６図(a)はマークＳｙの
平面図、第６図(b)は第６図(a)のＢ−Ｂ′矢視断面図で
ある。尚、第５図(a)、第６図(a)中でマークを取り囲む
実線ｔはフォトレジスト層の等高線を表わし、マークＭ
とマークＳｙの全体的な寸法はウェハＷ上で等しいもの
とする。第５図に示すように、従来の線条マークＭでは
ウェハＷの周辺方向１００に向う段差エッジE₁側に塗布
されたレジスト１０２の厚みムラの幅r₁と、ウェハＷの
回転中心方向１０１に向う段差エッジE₂側に塗布された
レジスト１０３の厚みムラの幅r₃とは、エッジと垂直な
方向においてかなり異なったものになる。一方、第６図
に示すように、本実施例のマークＳｙでは、ウェハＷの
周辺方向１００に向う段差エッジE₁′側に塗布されたレ
ジスト１０２′の厚みムラの幅r₁′と、ウェハＷの中心
方向１０１に向う段差エッジE₂′側に塗布されたレジス
ト１０３′の厚みムラの幅r₂′とは、エッジと垂直な方
向において、極めて等しいものになる。このようにレジ
ストの塗布状態が改善されるのは、マークＳｙの各小マ
ークＳｙ１，Ｓｙ２，Ｓｙ３の分離部分を液状のフォト
レジストがウェハＷの中心から周辺に向って通り抜ける
ことによって、段差エッジE₁′側に回り込んで溜るフォ
トレジストを少なくするからである。このように各小マ
ークの段差エッジE₁′とE₂′とにおける厚みムラの幅
r₁′，r₂′を等しくするためには、各小マークＳｙ１，
Ｓｙ２，Ｓｙ３の長さｌ′をできるだけ小さくして、分
離間隔Ｐ′をできるだけ大きくした方がよい。しかしな
がら、そのようにすると、マークとしての機能が著しく
低下する可能性がある。また長さｌ′を４μｍ以下にす
るとウェハプロセス中で各小マークの角がエッチングや
スパッタリングによる不均質となり、アライメントマー
クとしての形状がくずれやすくなるという確率が極めて
高くなる。そこで長さｌ′としては４μｍ〜３０μｍ程
度がよい。長さｌ′を３０μｍにしたのは、一般に使わ
れているフォトレジスト（例えばOFP800）の粘性、塗布
する厚さ（１〜1.5μｍ）、スピナーの回転速度等から
して、それ以下の長さであれば、段差エッジE₁′側に溜
るレジストの厚みムラの幅r₁′が幅r₂′と大差ないから
である。また分離間隔Ｐ′はフォトレジストが十分通り
抜けられるように、フォトレジストの粘性に応じて３〜
１０μｍ程度に定めるのがよい。分離間隔Ｐ′の最小値
はマーク幅ｄ′の最小値によって決まるものと考えられ
る。幅ｄ′の最小値は検出精度を高める意味ではできる
だけ小さい方がよいが、ウェハプロセス時における破損
を考慮して、３μｍ以上が望ましい。幅ｄ′が３μｍの
とき分離間隔Ｐ′が３μｍよりも小さくなると、フォト
レジストの粘性によってはエッジ部におけるレジストの
溜りが改善されにくい。このことは幅ｄ′と分離間隔
Ｐ′との値にフォトレジストの粘性による関連性がある
ことを意味する。例えば分離間隔Ｐ′が最小値の３μｍ
であったとしても幅ｄ′が１０μｍ以上もあれば、フォ
トレジストの分離部分の通り抜けが悪くなり、レジスト
の溜り具合は従来の線条マークの場合と比べて顕著には
改善されない。

尚、このように巨視的に線条なマークのうち、実用に供
されるマークの寸法は全長が概ね５０〜２００μｍ程度
であり、幅が３〜８μｍ程度である。本実施例のように
線条マークをいくつかの小マークに分離することは、特
に全長の大きいマークに対して効果的である。またマー
ク自体の全長が３０μｍ以下であっても、例えば２つの
小マークに分離することによって、レジストの溜り防止
の効果が得られる。小マークの最適な寸法は位置検出の
方式によっても異なるが、例えばマークの伸びた方向と
同一方向に伸びた帯状のスポット光を走査して、各小マ
ークの段差エッジE₁′，E₂′から発生した散乱光を検出
する方式の場合は、幅ｄ′を５μｍ程度、長さｌ′を１
０〜１５μｍ程度、そして分離間隔Ｐ′を４μｍ程度に
すると良好な位置検出精度が得られる。

さて、以上のようにフォトレジストの塗布されたウェハ
Ｗは、ステッパーのステージに載置されて、ウェハＷ上
のマークＳｘ，Ｓｙを用いて第２層目用のレチクルとの
位置合わせ（アライメント）が成される。ここでそのス
テッパーに設けられたマーク位置検出装置のいくつかの
例を第７図，第８図，第９図に示す。第７図は、対物レ
ンズ３０によってレーザ光束ＬＢをウェハＷ上に帯状の
スポット光ＳＰとして結像し、マークＳｙの段差エッジ
から生じる散乱光Ｄｌを対物レンズ３０を介して光電検
出器３１，３２で受光して、マークＳｙの検出を行なう
方式である。第７図において、スポット光ＳＰとマーク
Ｓｙは図中紙面と垂直な方向に細長く伸びている。そし
てこの方式ではレーザ光束ＬＢが固定でウェハＷ（すな
わちステージ）を図中左右方向に移動し、光電検出器３
１，３２がマークＳｙの段差エッジからの散乱光を検出
したときのステージ位置をレーザ干渉計等の測長器で検
出する。第８図は第７図と同様に固定したレーザ光束Ｌ
Ｂを対物レンズ３０で収束してスポット光ＳＰを作り、
マークＳｙの段差エッジから生じた散乱光のうち、対物
レンズ３０の開口数（ＮＡ）以上の角度で発生した散乱
光Ｄｌを、対物レンズ３０の両脇（外側）に配置した光
電検出器３３，３４によって受光する方式である。この
方式においてもウェハＷを図中左右方向に移動すること
によって、スポット光ＳＰとマークＳｙとの相対走査を
行なう。

第９図は、対物レンズ３０の瞳位置と共役な位置３０ａ
に配置された偏向器（振動ミラー，回転ポリゴン鏡，音
響光学変調素子等）４０によってレーザ光束ＬＢを走査
し、そのレーザ光束ＬＢをビームスプリッター４１を介
して対物レンズ３０に導びき、ウェハＷ上に結像された
スポット光ＳＰを図中左右に往復、又は単一方向に走査
し、マークＳｙからの散乱光を対物レンズ３０、ビーム
スプリッター４１を介して、対物レンズ３０の瞳と共役
な位置３０ｂに配置された光電検出器３５，３６によっ
て受光する方式である。実際には第９図に示すように、
スポット光ＳＰのウェハＷからの正反射光を遮断して散
乱光を透過する空間フィルター４２が光電検出器３５，
３６の受光面の前に配置されるが、この空間フィルター
４２も対物レンズ３０の瞳と共役な位置に配置される。
この方式ではスポット光ＳＰの走査軌道上の所定点（例
えば走査開始点）から、光電検出器３５，３６がマーク
Ｓｙからの散乱光を検出するまでのスポット光走査距離
を計測することによって、マークＳｙの位置を検出す
る。

さて、上記３つの方式のいずれの場合も、スポット光Ｓ
ＰとマークＳｙの平面的な配置関係は第１０図に示すよ
うに互いに平行になるように定められる。本実施例では
マークＳｙをウェハＷのｙ方向の位置検出に適するよう
に設けたので、スポット光ＳＰとマークＳｙは共にｘ方
向に伸び、相対的な走査方向は直交するｙ方向である。
マークＳｙの走査方向（ｙ方向）の幅ｄ′が５μｍの場
合、スポット光ＳＰの走査方向（長手方向と直交する方
向）の幅は４μｍ程度にすると、マークＳｙの両側の段
差エッジE₁′とE₂′が光電信号上、分離して検出できる
ので都合がよい。またスポット光ＳＰの長さはマークＳ
ｙの全長との兼ね合いで決められるものであるが、位置
検出の段階でスポット光ＳＰとマークＳｙとが第１０図
のようにｘ方向にずれることなく正確に整列するとは限
らないので、ｘ方向のずれ量を考慮してマークＳｙはス
ポット光ＳＰよりも長くした方が望ましい。また、スポ
ット光ＳＰとマークＳｙとは長ければ長い程、段差エッ
ジの不整（微小な欠損や突出）の影響を受けにくくな
り、段差エッジの位置を平均的に検出する能力（平滑効
果）が向上する。ただし極端に長くするとマークＳｙと
スポット光ＳＰとの平行からの微小な傾きが顕在化し、
マークＳｙの位置検出精度を低下させる可能性もある。

さて、スポット光ＳＰがマークＳｙを相対的に走査した
ときに発生する散乱光の様子と、そのときの光電信号の
波形を第１１図に示す。第１１図(a)はマークＳｙの走
査方向における断面を表わし、説明を簡単にするためフ
ォトレジスト層は省略してある。スポット光ＳＰを形成
するレーザ光束ＬＢの中心が位置y₁で段差エッジE₁′と
一致すると、段差エッジE₁′と対面する空間に散乱光Ｄ
ｌａが発生し、この時点で光電検出器３１，３３，３５
の光電信号ＡＳは第１１図(b)に示すようにピークにな
る。さらに走査が進みレーザ光束ＬＢの中心が位置y₂で
段差エッジE₂′と一致すると、段差エッジE₂′と対面す
る空間に散乱光Ｄｌｂが発生し、光電検出器３２，３
４，３６の光電信号ＢＳは第１１図(c)に示すようにピ
ークになる。そこで不図示のマーク位置検出回路は、光
電信号ＡＳのピーク位置y₁と、光電信号ＢＳのピーク位
置y₂とを検出して、位置y₁とy₂とを２等分する位置y₀を
算出する。この位置y₀はマークＳｙのｙ方向の中心位置
であり、求めるべきマーク位置である。尚、光電検出器
３１，３３は段差エッジE₁′からの散乱光を受光するよ
うに配置され、光電検出器３２，３４は段差エッジE₂′
からの散乱光を受光するように配置されるとともに、各
小マークＳｙ１，Ｓｙ２，Ｓｙ３の分離部分のエッジ
（段差エッジE₁′，E₂′と直交する方向に伸びたエッ
ジ）から発生した散乱光は受光しないように配置されて
いる。また、第９図のようなマーク位置検出装置によっ
てマークＳｙからの散乱光を検出する場合、対物レンズ
３０の瞳面（又はそれと共役な面）上における散乱光の
分布を第１２図に示す。第１２図において、円形の領域
は瞳面を表わし、その瞳面の中央に帯状に伸びた斜線部
は空間フィルター４２の遮光部４２ａに相当する。偏向
器４０によるレーザ光束ＬＢの偏向位置を瞳面と共役な
位置３０ａにすると、レーザ光束ＬＢの走査にかかわら
ず、ウェハＷからの正反射光Ｄｏは常に瞳面の中心を通
る。そして段差エッジE₁′，E₂′からの散乱光Ｄｌａ，
Ｄｌｂは瞳面の中心から離れた位置を正反射光Ｄｏとは
分離されて通る。本実施例では段差エッジE₁′とE₂′と
が平行なので、散乱光ＤｌａとＤｌｂは正反射光Ｄｏの
通る位置を中心に瞳面上で点対称の位置を通る。またマ
ークＳｙからの散乱光のうち、位置検出に寄与しない分
離部分のエッジからの散乱光Ｄ′は、散乱光Ｄｌａ，Ｄ
ｌｂから瞳面上の中心から９０°回転した位置を通る。
そこで第９図に示したような空間フィルター４２の遮光
部４２ａで正反射光Ｄｏと不用な散乱光Ｄ′とを遮断
し、散乱光Ｄｌａを光電検出器３５で受光し、散乱光Ｄ
ｌｂを光電検出器３６で受光するようにすれば、第１１
図と同様な光電信号ＡＳ，ＢＳが得られる。

ところで第１１図に示したマークＳｙがフォトレジスト
層に覆われている場合、段差エッジE₁′，E₂′付近では
レジストの厚さムラが第６図(b)のように生じ、光電信
号ＡＳ，ＢＳがピークとなる位置は、正確に段差エッジ
E₁′，E₂′の位置に一致するとは限らない。これは主と
してフォトレジスト層の表面が段差エッジの段差形状と
正確にならわないからであるが、例えばレジスト層の厚
さとスポット光ＳＰ（レーザ光束ＬＢ）の波長との関係
でレジスト層の表面とその下地（ウェハＷの表面）との
間で干渉が生じること等によって、散乱光の発生位置が
若干シフトすることも原因になっている。しかしなが
ら、段差エッジE₁′とE₂′で生じる散乱光のシフト量
は、第６図(b)のようにレジストの厚さムラの幅r₁′とr
₂′とが等しければ同程度になり、本実施例のようなマ
ーク位置検出方式によればマークＳｙの中心位置は正確
に検出される。ところが従来のような線条マークＭの場
合、第５図(b)のようにレジストの厚さムラの幅r₁とr₂
とは非対称になるので、散乱光のシフト量も段差エッジ
E₁とE₂とでは異なり、マークの中心として検出された位
置は真の中心位置からずれたものになってしまう。

以上のようにしてマークＳｙのｙ方向の位置を検出した
ら、ウェハＷ上のマークＳｘのｘ方向の位置を同様に検
出して、第２層目用のレチクルのパターン像とウェハＷ
上のチップＣＰとを重ね合せるようにステージを位置決
めした後、重ね合せ露光を行なう。

以上、本実施例のマークＳｘ，Ｓｙは３つに分離した小
マークとしたが、前述の条件を満足する範囲内で自由に
分割してよい。また、マーク位置検出装置において、一
対の光電検出器（３１，３２又は３３，３４又は３５，
３６）の２つの光電信号ＡＳ，ＢＳをアナログ的に加算
した後、その加算信号中の２つのピーク間隔を検出する
ようにしても同様の効果が得られる。さらに第１２図に
示すような瞳上の散乱光Ｄｌａ，Ｄｌｂを共に受光する
１つの光電検出器にしてもよい。また、ウェハＷ上に照
射するスポット光ＳＰはレーザ光束でなくてもよく、例
えばステッパーの露光用光源からのｇ線光、ｅ線光、あ
るいはｉ線光を帯状のスポット光に収束するようにして
も同様の効果が得られる。さらにステッパーの場合、レ
チクル上にマークＳｙ，Ｓｘと対応して一本の線条スリ
ット（透光性）を形成しておき、この線条スリットを投
影レンズを介してウェハＷ上に結像させても、スポット
光ＳＰと同様の作用が得られる。この場合はウェハＷを
線条スリット像に対して走査することによってマークＳ
ｘ，Ｓｙの位置検出を行なう。尚、マークＳｘ，Ｓｙの
光学的な検出は正反射光の量が段差エッジE₁′，E₂′で
減少することを利用してもよい。そのためには、例えば
第９図に示した空間フィルター４２を正反射光のみを透
過するようなものに変更し、１つの光電検出器によって
正反射光を受光するようにする。そして光電信号のボト
ム（最小値）位置を検出するような回路を設ければ、同
様に段差エッジE₁′，E₂′の位置が検出できる。また、
本実施例において、スポット光ＳＰは第１０図に示すよ
うに、マークＳｙと平行に整列した状態で、マークＳｙ
の長手方向（ｘ方向）と直交する方向に相対走査した
が、スポット光ＳＰとマークＳｙとが平行状態を維持し
たままであれば、マークＳｙの長手方向と任意の角度で
交差する方向に直線走査できる。

さらに、本実施例と同様のレチクルＲ上のマーク３ｘ
（又は３ｙ）を、レチクルＲのパターン領域ＰＡを挾ん
で２ヶ所に設け、ウェハＷ上にはチップＣＰを挾んで２
ヶ所にｙ方向に伸びたマークＳｘを形成するようにする
と、２つのマークＳｘのｘ方向のずれ量を検出すること
によって、ウェハＷ内のチップ配列座標系に対する各チ
ップの微小な回転誤差（所謂チップローテーション）の
計測もできる。また第１図に示したレチクルＲにおい
て、ｙ方向に伸びたマーク３ｘをマーク３ｙの位置に設
け、ｘ方向に伸びたマーク３ｙをマーク３ｘの位置に設
けるとともに、マーク３ｘをパターン領域ＰＡ（特にそ
の中心）を挾んで反対側の遮光帯１内に設けておくと、
チップＣＰを挾み込むようにして形成された２つのマー
クＳｘのｘ方向の間隔を検出することによって、チップ
ＣＰの伸縮誤差、あるいは重ね合わせ露光するパターン
像とチップＣＰとの相対的な倍率誤差の計測もできる。
通常ウェハＷ上のチップＣＰは１０〜２０mm角程度であ
り、チップローテーションや倍率誤差等の計測のために
は極めて微小な量（例えば0.1μｍ以下）まで高精度に
ウェハＷ上のマークの位置を検出する必要がある。本実
施例によればウェハＷ上のマークの段差エッジにおける
レジストの厚みムラの幅は対称になるので、チップロー
テーション、倍率誤差等の計測は極めて信頼性の高いも
のになるという効果が得られる。

以上、本発明のいくつかの実施例を説明したが、いずれ
の実施例の場合もウェハＷ上のマークにスポット光を照
射してマークの位置検出を行なった。すなわち、検出子
として収れんした光束（スポット光）を使ったが、マー
クを顕微鏡で拡大し、その拡大像を検出子としての線条
スリットで相対走査し、スリット透過光量を光電検出す
るようなマーク位置検出装置でも同様の効果が得られ
る。この線条スリットを顕微鏡を介してウェハＷ上に投
影した形状は、細長い帯状のスポット光ＳＰと相似であ
る。このようなマーク位置検出装置の場合、ウェハＷ上
へ線上へスリットの像を投影して、スリット像が固定で
ウェハＷが移動してマークからの散乱光（又は正反射
光）を検出する方式、ウェハＷが固定で線条スリット
（スリット像）が移動してマークからの散乱光（又は正
反射光）を検出する方式、あるいはウェハＷ上の少なく
ともマークを含む表面を一様に均一照明して、マークの
拡大像の受光結像面に走査型の線条スリットを配置して
マークを検出する方式等のいずれの方式であっても同様
である。いずれの場合であっても、線条スリット（又は
スリット像）とウェハＷ上のマークＳｙ（Ｓｘ）とは平
行に整列した状態で相対的に走査され、マークＳｙ（Ｓ
ｘ）の両脇の段差エッジで生じる明暗の変化、あるいは
散乱強度の変化に応じた光電信号に基づいてマークの中
心位置が検出される。

〔発明の効果〕

以上、本発明によれば、巨視的にはスリット状（線条）
のマークを、段差エッジの伸びる方向に複数の小マーキ
に分離したので、感光剤（フォトレジスト）を塗布する
際、各小マークの両脇の段差エッジにおけるレジストの
塗布ムラが分離部分からのレジストの回り込みによって
対称的になり、マークの位置検出の精度が向上するとい
う効果が得られる。さらに、本発明によるマーク検出方
式によって、被転写基板（ウェハ等）にマークを形成し
て、縮小投影型露光装置、等倍プロジェクションアライ
ナー、又はＸ線露光装置を使って重ね合せ露光するよう
なリソグラフィ工程においては、極めて高い重ね合せ精
度が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例によるレチクル（マスク）の平
面図、第２図はレチクル上のマークパターンの拡大図、
第３図は第１図のレチクルを使って露光されたウェハの
平面図、第４図はウェハ上に形成されたマークの斜視
図、第５図は従来の線条マークにおけるフォトレジスト
の塗布状態を示す図、第６図は本実施例のマークにおけ
るフォトレジストの塗布状態を示す図、第７図，第８
図，第９図はマーク位置検出装置の概略的な構成を示す
図、第１０図は本実施例のマークとスポット光との整列
状態を示す平面図、第１１図はマークでの散乱光の発生
状態と、そのときの光電信号の波形とを示す図、第１２
図はマーク位置検出装置の対物レンズの瞳面上での散乱
分布を示す図である。〔主要成分の符号の説明〕Ｒ：レチクル、３ｘ，３ｙ：マークパターン３ｙ１，３ｙ２，３ｙ３：レチクル上の小マークＷ：ウェハ、ＣＰ：チップＳｘ，Ｓｙ：ウェハ上のマークＳｙ１，Ｓｙ２，Ｓｙ３：ウェハ上の小マーク E₁,E₂,E₁′，E₂′：段差エッジ１０２，１０３，１０２′，１０３′：フォトレジストＳＰ：スポット光、ＡＳ，ＢＳ：光電信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の検出方向と交差する非検出方向に直
線状に伸びた２つの段差エッジで規定されるとともに、
該段差エッジが検出方向に幅ｄ′で並行に並んだアライ
メント用の凸状マークが表面に形成され、該表面にほぼ
一様な厚みの感光層が塗布された基板をアライメントす
る際、前記基板上の前記凸状マークに照明光を照射し、
前記２つの段差エッジ部とその周囲とで発生する反射光
強度が前記検出方向に関して異なることを検知して、前
記マークの位置を検出する方法において、前記幅ｄ′を３〜１０μｍにしたとき、前記凸状マーク
の１つの前記非検出方向の長さｌ′をｌ′＞ｄ′の範囲
で４〜３０μｍとし、該幅ｄ′、長さｌ′の凸状マーク
の少くなくとも２つを、前記非検出方向に関する分離間
隔Ｐ′が３〜１０μｍになるように直線状に並べて形成
し、少なくとも該２つの凸状マークの夫々からの反射光
強度を同時に検知することによって、１つのマーク位置
として検出することを特徴とするマーク検出方法。
【請求項２】前記照明光は、前記少なくとも２つの凸状
マークの長手方向と平行に伸びたビームスポットであ
り、該ビームスポットと前記基板とを前記検出方向に相
対移動させ、前記反射光として前記２つの段差エッジで
生じる散乱回折光を光電検出することを特徴とする特許
請求の範囲第１項に記載の方法。
【請求項３】前記照明光は、前記少なくとも２つの凸状
マークを含む前記基板上の局所領域を一様に照射し、該
局所領域からの反射光を集光して前記２つの凸状マーク
の拡大像を形成し、該拡大像を光電的に走査することを
特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。