JPH0658208B2

JPH0658208B2 - 縮小投影式アライメント方法およびその装置

Info

Publication number: JPH0658208B2
Application number: JP61273996A
Authority: JP
Inventors: 俊彦中田; 良忠押田; 正孝芝
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-11-19
Filing date: 1986-11-19
Publication date: 1994-08-03
Anticipated expiration: 2009-08-03
Also published as: JPS63128205A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、レチクル上の回路パターンを縮小投影レンズ
を介してウェハ上に露光する際、両者をアライメントす
る縮小投影式アライメント方法およびその装置に関す
る。

〔従来の技術〕

半導体集積回路の微細化が進行するのに伴い、縮小投影
露光装置で露光する際のレチクルとウェハとのアライメ
ント精度はますます高精度化が要求されている。そのた
め、１チップ毎にアライメントが行えるようにしてウェ
ハ内のチップの配列誤差に対応できる縮小投影レンズを
介すＴＴＬ（スルーザレンズ：Through The Lens）アラ
イメント方式が、今後の高集積回路の製造において主流
となってきている。

第１６図は、ＴＴＬアライメント方式の一例を示したも
のである。レチクル１の回路パターンは縮小投影レンズ
２を介し、ウェハ３上に１ないし数チップずつ露光され
る。４はウェハステージ、１６はチップである。まず、
レチクルアライメント光学系５，５′により、レチクル
初期設定用パターン１５，１５′の位置を検出してレチ
クル１を初期位置にセットする。次にウェハ上のアライ
メントパターン１４，１４′を縮小投影レンズ２を介し
てレチクル１上のアライメントパターン（窓パターン）
１３，１３′上に結像し、両パターンをウェハアライメ
ント検出光学系で検出する。ウェハアライメント検出光
学系は、ミラー６，６′、リレーレンズ７，７′、拡大
レンズ８，８′、可動スリット９，９′、光電子増倍管
１０，１０′及び露光光と同じ波長のアライメント用照
明光を発する光ファイバ１１，１１′より成る。もし、
検出したウェハアライメントパターン１４，１４′とレ
チクルアライメントパターン１３，１３′の位置が一致
していない場合にはウェハ３を搭載するウェハステージ
４をＸ方向及びＹ方向に移動して両パターン１４，１
４′、１３，１３′の位置を一致させる。このようにし
てアライメントが終了すると、露光系１２により、露光
光が照射される。尚、この種のアライメント方式として
関連するものは、特開昭５５−４１７３９号公報が挙げ
られる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記ＴＴＬアライメント方式において、従来から指摘さ
れながら、依然として解決されない問題点が、ウェハ上
のホトレジストの塗布むらに起因したアライメント精度
の低下である。この問題は、半導体集積回路が微細化
し、要求されるアライメント精度が高くなるに伴い、近
年極めて深刻な問題となっている。

第１７図に示すように、ホトレジストは、スピンコータ
（回転塗布機）でウェハ３を高速回転させ（Ｒ方向）、
その遠心力によりウェハ全面に１〜２μｍ（単層レジス
トの場合）の厚さに塗布される。従って、ホトレジスト
の流れる方向は矢印Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで示すようにウエハ
中心から放射状に広がる方向となる。第１８図はチップ
１７のｘ方向アライメントパターン１９の拡大図であ
る。通常、アライメントパターンは第１８図に示すよう
に凹もしくは凸の段差パターンで構成されており、その
上に塗布されたホトレジスト２３の膜厚は段差の形状に
応じてゆるやかな曲線を描く。尚、ここで２１はSi基
板、２２はSiO₂層である。さて、第１７図に示すよう
に、チップ１７のｘ方向アライメントパターン１９はレ
ジストの流れ方向Ｂと平行であるが、チップ１８のｘ方
向アライメントパターン２０はレジストの流れ方向Ｃと
直角になっている。その結果、第１９図（ａ）に示すよ
うにアライメントパターン１９近傍のパターン位置検出
方向のホトレジスト膜厚分布は左右対称となるが、一方
同図（ｂ）に示すようにアライメントパターン２０近傍
のホトレジスト膜厚分布は、パターン段差部でホトレジ
ストの流れが乱れ、左右非対象となる。尚、同図（ａ）
及び（ｂ）において、ＢおよびＣはレジストの流れる方
向を示している。アライメントパターン１９及び２０は
パターン照明光２４ａ及び２５ａによって照明される
が、パターンからの反射光は近似的にホトレジスト表面
からの反射光２４ｂ、２５ｂとSi基板２１もしくはSiO₂
層２２表面からの反射光２４Ｃ、２５Ｃとの干渉光とし
て得られる。従って第２１図に示すように、ホトレジス
ト２３の膜厚に応じてその干渉光強度は周期的に変化す
る。その結果、アライメントパターン１９からの反射光
強度分布は第２０図（ａ）に示すように左右対称となる
が、アライメントパターン２０からの反射光強度分布は
同図（ｂ）に示すように左右非対称となる。従って検出
信号波形の対称性を利用し、波形の対称中心をアライメ
ントパターンの中心位置とする従来のアライメント方式
においては、同図（ｂ）に示すように真のパターン中心
位置ｘ_ｗに対し、ｘｄをパターン中心位置とみなしてし
まい、誤差ｅ_ｘが生じ、アライメント精度の低下を招い
ていた。また、ＴＴＬアライメント方式においては、塗
布むらだけでなく、ホトレジストの塗布膜厚によってパ
ターン検出信号のコントラストが大きく変化するという
課題も従来から指摘されている。

本発明の目的は、上記従来技術の課題に鑑み、ホトレジ
ストの塗布膜厚及び塗布むらに起因したアライメント精
度の低下を除去し、安定した高い精度でマスク（レチク
ル）と被露光基板とをアライメントしてマスク上に形成
された回路パターンを縮小投影光学系を介して被露光基
板上に縮小投影露光する縮小投影式アライメント方法お
よびその装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するため、まず、ウェハ上に
塗布されたホトレジストと空気界面での反射率、ホトレ
ジストとウェハアライメントパターンを構成する段差パ
ターン界面での反射率に着目した。すなわち、アライメ
ントパターンとしてSiの段差パターンを考えると、通常
ホトレジスト空気界面での反射率は５．５％（空気の屈
折率１．０，ホトレジストの屈折率１．６１（波長５１
４nm））程度であるのに対し、ホトレジスト・アライメ
ントパターン（段差パターン）界面での反射率は２４％
（Siの屈折率４．７５（波長５１４nm））と高い値を示
す。そこで本発明は、マスク上の回路パターンを縮小投
影光学系を介して被露光基板上に縮小投影露光する縮小
投影式露光方法において、可干渉性を有する照明光を前
記縮小投影光学系を通して被露光基板上の直線状の段差
状アライメントパターンに照明し、該照明された直線状
の段差状アライメントパターンから反射して前記縮小投
影光学系を通して得られる反射光と前記可干渉性を有す
る照明光から得られる参照光とを光学的に干渉させて２
次元的に分布した干渉パターンを結像光学系で結像させ
て光電変換手段で受光して干渉パターン信号を検出し、
該検出された干渉パターン信号に基づいて前記直線状の
段差状アライメントパターンの幅方向の位置を検出して
前記被露光基板を前記マスクに対して相対的にアライメ
ントすることを特徴とする縮小投影式アライメント方法
である。また本発明は、マスク上の回路パターンを縮小
投影光学系を介して被露光基板上に縮小投影露光する縮
小投影式露光装置において、可干渉性を有する照明光を
出射させる可干渉性照明光源と、該可干渉性照明光源か
ら出射した可干渉性を有する照明光を前記縮小投影光学
系を通して被露光基板上の直線状の段差状アライメント
パターンに照明する照明光学系と、前記可干渉性を有す
る照明光から参照光を得る参照光光学系と、前記照明光
学系で照明された直線状の段差状アライメントパターン
から反射して前記縮小投影光学系を通して得られる反射
光と前記参照光光学系から得られる参照光とを光学的に
干渉させて２次元的に分布した干渉パターンを結像光学
系で結像させて光電変換手段で受光して干渉パターン信
号を検出する干渉パターン検出光学系と、該干渉パター
ン検出光学系の光電変換手段で検出された干渉パターン
信号に基づいて前記直線状の段差状アライメントパター
ンの幅方向の位置を検出する位置検出手段とを備え、該
位置検出手段で検出される直線状の段差状アライメント
パターンの幅方向の位置に基づいて前記被露光基板を前
記マスクに対して相対的にアライメントするように構成
したことを特徴とする縮小投影式アライメント装置であ
る。即ち本発明は、具体的には第１図に示す光学系を特
徴とするものである。図において、レーザ光源等の可干
渉性光源４０からの照明光４１はビームスプリッタ４２
により、２方向に分離される。一方は、アライメント照
明光４３として縮小投影レンズ２を介してウェハ上のア
ライメントパターン４８を照明する。アライメントパタ
ーン４８はSi４５の段差パターンで形成されており、そ
の上にホトレジスト４６が塗布されている。他方は、半
透明鏡５１（第１図の光学系では透過率０）に入射す
る。今、ビームスプリッタ４２から半透明鏡５１までの
光路長lrを、同じくビームスプリッタ４２からホトレジ
スト４６表面までの光路長とほぼ等しくし、その光路長
差を可干渉性光源４０の可干渉距離内に設定すると、ホ
トレジスト４６表面からの反射光４９、Si４５の段差パ
ターンとホトレジスト４６との界面４７からの反射光５
０及び半透明鏡５１からの反射光５２は、ビームスプリ
ッタ４２においてそれぞれ互いに干渉し、干渉光５３が
得られる。詳細は次頁の「作用」で述べるが、この干渉
光５３は第８図（ａ）及び（ｂ）に示すように、ビーム
スプリッタ４２における半透明鏡５１からの反射光５２
の波面と界面４７からの反射光５２の波面の光軸方向の
相対的な傾きに応じ縞パターン９５ａ，９５ｂとなる。
尚、矢印は両波面の傾き方向を示している。ここで、こ
の縞パターン９５ａ，９５ｂは、上記各界面の反射率を
考慮すると、主として段差パターンとホトレジスト４６
との界面４７からの反射光５０と半透明鏡５１からの反
射光との干渉の影響が最も強く、アライメントパターン
４８の段差部において、段差深さｅだけ位相が変化する
ことに起因した大きな信号変化が得られる。従って、相
対的にホトレジスト４６の膜厚ｄ（ｘ）に起因した干渉
の影響は小さくなる。そこで、本発明はこの縞パターン
９５ａ，９５ｂを拡大レンズ及び撮像装置を備えたアラ
イメント光学系（図示せず）により検出し、アライメン
トパターン４８の段差部に対応した縞パターンの信号変
化位置を抽出し、それからアライメントパターン４８の
中心位置を求め、別途検出したレチクルアライメントパ
ターンの中心位置よりアライメント量を求め、相対的に
アライメントすることにより、上記目的を達成するもの
である。尚、第２図は、アライメントパターン４８に入
射する平行ビームからなる照明光４３を示した拡大図で
ある。

また、本発明においては、半透明鏡は広義の鏡であり、
第１図の光学系のように透過率０の場合も含める。この
半透明鏡は、縮小投影レンズを含むウェハ上アライメン
トパターン照明光路外に設けることも、該照明光路内に
設けることも可能である。

また、本発明においては、半透明鏡を設けた光路中に、
波面補正光学系を設けるものとする。

また、本発明においては、アライメントパターン照明光
として用いる可干渉光は、時間的かつ空間的に可干渉性
を有するものとする。

〔作用〕

第１図の光学系において、ホトレジスト４６表面からの
反射光４９の強度をI₁、Si４５の段差パターンとホトレ
ジスト４６との界面４７からの反射光５０の強度をI₂、
半透明鏡５１からの反射光５２の強度をIrとすると、３
つの反射光による干渉光５３の強度分布Ｉ（ｘ）は近似
的に（１）式でされる。

但し、入：アライメント照明光の波長 na：空気の屈折率 nr：ホトレジストの屈折率第１項は、干渉強度の直流成分を与え、第１項は反射光
４９と反射光５０との干渉強度の変調成分、第３項は反
射光４９と反射光５２との干渉強度の変調成分、第４項
は反射光５０と反射光５２との干渉強度の変調成分をそ
れぞれ与える。ここで、照明光４１の強度を１、ビーム
スプリッタ４２の反射率と透過率との比を１：１．na＝
１．nr＝１．６１（入＝４３６nm）、半透明鏡５１の反
射率を９５％、ホトレジスト４６・空気界面の反射率を
５．５％、段差パターン・ホトレジスト４６界面４７の
反射率を２４％とすると、（１）式の第１項は第３図の
６０で示す直線となり、第２項は６１、第３項は６２、
第４項は６３で示す曲線となる。第３図より、干渉光５
３すなわち第８図（ａ）、（ｂ）に示す縞パターンの強
度分布は、（１）式の第４項、すなわち、段差パターン
・ホトレジスト４６界面４７と半透明光５１からの反射
光５２との干渉の影響が最も強く、アライメントパター
ン４８の段差部で、段差深さｅだけ位相が変化すること
に起因した大きな信号変化が得られる。これは、界面４
７での反射率がホトレジスト４６表面でのそれよりも高
いためである。従って、相対的にホトレジスト４６の膜
厚ｄ（ｘ）に起因した干渉（(1)式の第２項及び第３
項）の影響は小さくなる。すなわち、第４図（ａ）に示
すように、アライメントパターン４８の段差部でホトレ
ジスト４６の膜厚分布が左右非対称となっている場合、
従来のアライメント方式では、第２１図の干渉光強度曲
線から明らかなように、アライメントパターン４８から
の反射光強度分布は第４図（ｂ）に示すように左右非対
称となり、真のパターン中心位置ｘ_ｗに対し、ｘｄをパ
ターン中心位置とみなしてしまい、検出誤差ｅ_ｘが生じ
ていた。一方、同図（ｃ）は第８図（ｂ）の縞パターン
のＡ−Ａ′部の干渉光強度分布を示したものである。す
なわち、本発明によれば、ホトレジスト４６の膜厚分布
にあまり影響されることなく、アライメントパターン４
８の段差情報を忠実に反映した、高コントラストの干渉
光強度分布が得られる。その結果、理想的には真のパタ
ーン中心位置ｘ_ｗを検出することができ、ホトレジスト
の膜厚及び塗布むらに起因したアライメント精度の低下
を除去することが可能となる。

尚、本発明の作用は、第５図に示すようにSi66、の段差
パターン上にSiO₂６７、Si₃N₄６８の各透明層が形成さ
れている場合にも有効である。すなわち、入射光７４に
対して、ホトレジスト６９表面、各層界面７２、７１、
７０からの反射光７５、７６、７７、７８のうち、最も
強度が高いのは下地のSi６６とSiO₂６７との界面７０か
らの反射光７８である。従って、得られる干渉光強度分
布すなわち縞パターンの強度分布は、Si６６の段差部で
大きく変化し、ホトレジスト６９の膜厚にあまり影響さ
れず、前記と同じ効果が得られる。

〔実施例〕

以下、本発明の第１の実施例を第６図〜第１２図により
説明する。

第６図は、本発明の第１の実施例におけるアライメント
光学系を示す図である。このアライメント光学系は、ア
ライメント照明系、アライメントパターン検出光学系、
参照光路及びアライメントパターン検出信号処理系から
成る。まず可干渉光源として用いたArレーザ８０（波長
５１４．５nm）から出射したビーム８１は、ビームスプ
リッタ８２、ソレーレンズ８３を経て、ビームスプリッ
タ８４によりビーム８６及び８７に分離される。ビーム
８７はミラー８５ｂ〜８５ｆ、波面補正光学系８８及び
反射鏡８９（参照面）から成る参照光路に導かれ、反射
鏡８９で反射されると同時に波面補正光学系により、ビ
ーム径の調整、縮小投影レンズの結像特性に対応した波
面の位相調整が施される。一方、ビーム８６は、ミラー
８５ａ、レチクル上のミラー面１ｍで反射され、縮小投
影レンズ２の入射瞳２ｐの中心に入射し、ウェハ上のア
ライメントパターン４８を参照する。第７図はその様子
を示す拡大図であり、４５発生Si基板、４６はホトレジ
スト、そして８６が平行ビームで形成されたアライメン
ト照明光である。今、ビームスプリッタ８４から反射鏡
８９までの光路長と、同じくビームスプリッタ８４から
ウェハ上のアライメントパターン４８までの光路長との
光路長差を、反射鏡８９を光軸方向に微動することによ
り、Arレーザ８０の可干渉距離内に設定する。その結
果、丁度、トワイマン・グリーンの干渉計と同じ原理
で、反射鏡８９からの反射光と、アライメントパターン
４８表面（ホトレジスト・アライメントパターン界面４
７）からの反射光が干渉し、ビームスプリッタ８４にて
干渉光が得られる。この干渉光は第８図（ａ）及び
（ｂ）に示すように、ビームスプリッタ８４における反
射鏡８９からの反射光の波面とアライメントパターン４
８表面からの波面の光軸方向の相対的な傾きに応じた縞
パターン９５ａ、９５ｂとなる。この縞パターンの間隔
は両波面の相対的な傾きが大きい程小さくなる。逆に両
波面が完全に平行な場合は縞パターンがなくなり、パタ
ーン内側と外側での光路差による干渉強度の明暗が現れ
る。尚、矢印は両波面の傾き方向を、９４はアライメン
ト光学計の検出領域を示している。ここで、この縞パタ
ーン９５ａ、９５ｂには、アライメントパターン４８の
段差部において、段差深さ分位相が変化することに起因
した大きな進行変化が現れている。本発明の大きな特長
の１つは、アライメントパターン４８の段差部に対応し
たこの縞パターンの信号変化位置を抽出し、その位置か
らアライメントパターン４８の中心位置を求めることに
ある。ビームスプリッタ８４にて得られた干渉光、すな
わち、第８図（ａ）及び（ｂ）に示す縞パターン９５
ａ、９５ｂをリレーレンズ８３、ビームスプリッタ８
２、ミラー８５ｇ及び拡大レンズ９０を介して２次元固
体撮像素子９１で撮像する。そして、光電変換された縞
パターン９５ａ、９５ｂは、前処理回路９２でノイズ除
去及びＡＤ変換された後、計算機９３に送られる。本実
施例では、計算機内での信号処理を簡略化し、アライメ
ント時間の短縮を図る目的で、あらかじめ縞パターンの
方向を２次元固体撮像素子９１の水平走査線と同じ方向
すなわち第８図（ｂ）に示すと同じ方向になるよう、反
射鏡８９を微調整しておく。尚、ウエハ上の１チップを
２０mm×２０mmとすると、１チップ内でのウエハの平行
度は約１μｍ程度であるから、一度反射鏡８９を微調整
しておけば、常にこれを監視する必要はない。計算機内
では第９図に示すフローチャートに従い、信号処理が行
われ、アライメントパターン４８の中心位置が求められ
る。まず、第１０図（ａ）〜（ｄ）に第８図（ｂ）のＡ
−Ａ′，Ｂ−Ｂ′，Ｃ−Ｃ′，Ｄ−Ｄ′部に対応する水
平走査信号９６ａ〜９６ｄを示す。同図（ａ）〜（ｃ）
にはパターン段差部での位相変化による大きな信号変化
が現れているが、同図（ｄ）すなわちＤ−Ｄ′は丁度縞
と縞の間の明部に相当し、信号変化は存在しない。これ
らの２次元固体撮素子の総ての水平走査信号に対し、第
９図に示すフローチャートに従い、微分処理を施す。そ
の結果、第１１図（ａ）〜（ｄ）に示す信号９７ａ〜９
７ｄが得られる。これらの信号に対し絶対値処理を施す
と第１２図（ａ）〜（ｄ）に示す信号９８〜９８ｄが得
られる。そこで、これらの信号に対し、適当なしきい値
を設定し、しきい値レベルに相当する画素ナンバーa₁〜
a₄、b₁〜b₈、C₁〜C₄等を総ての水平走査信号に対し求め、
メモリに格納しておく。この場合、同図（ｄ）に示す信
号のように、該当する画素ナンバーがない水平走査信号
については計算時間の短縮を図るため、以降の処理は行
わない。格納された画素ナンバーに対し、次の処理を行
い、各水平走査線ごとにアライメントパターンの中心位
置ａｃ，ｂｃ，Ｃｃ等を求める。

今、求まった各水平走査線ごとの中心位置をｃｉ（ｉ＝
１〜ｍ）で表すとすると、最終的にウェハアライメント
パターンの中心位置ｘ_ｗは（５）式で与えられる。

尚、ここでｍは第１２図（ａ）〜（ｃ）に示すように絶
対値処理を施された水平走査信号において設定された適
当なしきい値レベルに対応する画素ナンバーが存在す
る、換言すれば、パターン段差部に対応する信号変化が
存在する水平走査線の総数である。次に別途得られたレ
チクル上のアライメントパターン（図示せず）の中心位
置ｘｒより（６）式に基づいてアライメント量Δを求
め、ステージ Δ＝ｘｒ−ｘ_ｗ４をｘ方向に微動させる。ｙ方向のアライメントについ
ても事情は全く同じである。アライメントが終了する
と、露光系（図示せず）より露光光が照射され、レチク
ル１の回路パターンがウェハ上のチップに焼きつけられ
る。以上の動作を各チップごとに繰り返す。

以上のように、本実施例によれば、前項の「作用」でも
述べたように、ホトレジストの膜厚分布に影響されるこ
となく、対称性の良い高コントラストのアライメントパ
ターン検出信号が得られ、ホトレジストの塗布むらに起
因したアライメント精度の低下を除去することができ
る。また、従来のアライメント方式の場合、塗布むらだ
けでなく、ホトレジストの塗布膜厚そのものによって、
アライメントパターン検出信号のコントラストが大きく
変化していたが、本実施例によれば、反射鏡８９を光軸
方向に微動させることにより干渉強度を常に第３図に示
す曲線６３の傾斜部分に設定し、第８図（ａ），（ｂ）
に示す縞パターンのコントラストを尚に高く保つことが
可能である。

また、本実施例によれば、各水平走査信号から得られる
パターンの中心位置ｘｃｉによりチップの回転誤差を測
定することができる。すなわち、今後の高い集積回路パ
ターンの露光において不可欠とされているチップの回転
補正を容易に実現することが可能となる。

本実施例では、各水平走査信号におけるパターン段差部
の信号変化位置を抽出するのに、信号の微分絶対値を用
いたが、他の実施例として水平走査信号９６ａ〜９６ｄ
（第１０図）に直接しきい値を設定して、しきい値レベ
ルに相当する画素ナンバーを検出し、その値からアライ
メントパターンの中心位置を求めることも可能である。

また、他の実施例として、信号波形の対称性を利用し
て、各水平走査信号に対してパターンの中心位置ｘｃｉ
を求めることも可能である。その際、最終的なウェハア
ライメントパターンの中心位置ｘ_ｗは（５）式より求め
る。

本発明の他の実施例を第１３図〜第１５図により説明す
る。

第１３図は、本発明の第２の実施例におけるアライメン
ト光学系を示す図である。このアライメント光学系は、
第６図に示したアライメント光学系に対し、参照光路を
取り除き、縮小投影レンズ２の下端に半透明鏡（ダイク
ロイックミラー）１００を付加し、アライメント照明光
路そのものを参照光路とした点が異なる。前述の実施例
と同様、まずＡｒレーザ８０（波長５１４．５nm）から
出射したビーム８１は、ビームスプリッタ８２，リレー
レンズ８３を経て、ミラー８５ａ，レチクル上のミラー
面１ｍで反射され、縮小投影レンズ２の入射瞳２ｐの中
心に入射し、半透明鏡（ダイクロイックミラー）１００
を透過した後、ウェハ上のアライメントパターン４８を
照明する。この半透明鏡（ダイクロイックミラー）１０
０は、その上面（縮小投影レンズ側）に反射防止膜（波
長５１４．５nm）を、下面１０１に第１５図に示す反射
率・透過率分光特性を有す薄膜をコーティングしてお
く。半透明鏡１００を光軸方向に微動することにより、
その下面１０１とアライメントパターン４８表面までの
光路長をＡｒレーザ８０の可干渉距離内に設定すると、
フィゾーの干渉計と同じ原理で、半透明鏡１００の下面
１０１からの反射光とアライメントパターン４８表面か
らの反射光が干渉し、半透明鏡１００にて干渉光が得ら
れる。この干渉光は、前述の実施例と同様、第８図
（ａ）及び（ｂ）に示すように、半透明鏡１００の下面
１０１からの反射光の波面とアライメントパターン４８
表面からの波面の光軸方向の相対的な傾きに応じ、縞パ
ターン９５ａ，９５ｂとなる。この縞パターンを縮小投
影レンズ２を介し、再び同一光路を経た後、ビームスプ
リッタ８２，ミラー８５ｇ及び拡大レンズ９０を介して
２次元固体撮像素子９１で撮像する。以後の信号処理と
アライメントパターンの中心位置検出方法及びアライメ
ントの手順は、前述の実施例と全く同じであるので説明
は省略する。第１４図は、半透明鏡１００の微動機構を
示したものである。半透明鏡１００は縮小投影レンズ２
に対し、板バネ等で支持するものとする（図示せず）。
微動機構としては、半透明鏡１００の上面に固定された
３箇所のくさび形ベース１０２ａ，１０３ａ，１０４ａ
に対し、くさび形可動スペーサ１０２ｂ，１０３ｂ，１
０４ｂをそれぞれ３つのピエゾ素子１０２ｃ，１０３
ｃ，１０４ｃで矢印方向に独立に微動することにより実
現している。尚、半透明鏡１００の下面１０１の薄膜
は、第１５図に示すように露光波長である４３６nm（水
銀ランプのｇ線）に対しては、極めて高い透過率を示し
ており、露光時において特に問題ない。

本実施例によれば、前述の実施例と全く同様の効果が得
られるだけでなく、アライメント光路そのものを参照光
路としたことにより、参照光路中での外乱、あるいは縮
小投影レンズの結像特性の干渉縞パターンに及ぼす影響
が除去できる。また、参照光路を除去したことにより、
アライメント光学系が簡素化されるという効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ＴＴＬアライメントにおいて、従来か
ら指摘されながら、依然として解決されず、又、半導体
集積回路の微細化に伴い、深刻な問題となりつつあるホ
トレジストの塗布膜厚及び塗布むらに起因したアライメ
ント精度の低下が除去でき、安定した高い精度でのマス
クに対する被露光基板のアライメントが可能となり、高
い生産性と信頼性が得られるという効果を有す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本アライメント方式の原理を示す正面図、第２
図はアライメントパターンに入射するアライメント照射
光を示す斜視図、第３図は光路長差と干渉強度との関係
を示す図、第４図（ａ）はホトレジストの塗布むらの状
態を示すアライメントパターン部の断面図、同図
（ｂ），（ｃ）は従来方式と本アライメント方式での反
射光強度分布の違いを示す図、第５図は透明層を有する
アライメントパターン部の断面図、第６図は本発明の一
実施例におけるアライメント光学系を示す正面図、第７
図はアライメントパターンに入射するアライメント照射
光を示す斜視図、第８図（ａ），（ｂ）は干渉縞パター
ンを示す平面図、第９図は干渉縞パターンからアライメ
ントパターンの中心位置を求めるフローチャート、第１
０図（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は干渉縞パターン
の長手方向の検出信号を示す図、第１１図（ａ），
（ｂ），（ｃ），（ｄ）は第１０図（ａ），（ｂ），
（ｃ），（ｄ）に示す検出信号の微分処理後の信号を示
す図、第１２図（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は第１
１図（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示す信号の絶対
値処理後の信号を示す図、第１３図は本発明の他の実施
例におけるアライメント光学系を示す正面図、第１４図
は半透明鏡の微動機構を示す斜視図と拡大図、第１５図
は半透明鏡下面にコーティングされた薄膜の反射率・透
過率分光特性を示す図、第１６図は従来のＴＴＬアライ
メント方式の１例を示す斜視図、第１７図はウェハ上に
回転塗布されるホトレジストの流れ方向を示す斜視図、
第１８図はウェハアライメントパターンの拡大斜視図、
第１９図（ａ），（ｂ）はアライメントパターンの方向
によるホトレジスト膜厚分布の違いを示す図、第２０図
（ａ），（ｂ）は同様にアライメントパターンからの反
射光強度分布の違いを示す図、第２１図はホトレジスト
膜厚と干渉強度との関係を示す図である。１…レチクル，２…縮小投影レンズ，３…ウェハ，１
４，１４′，１９，２０，４８，７３…ウェハアライメ
ントパターン，５１，８９…反射鏡，１００…半透明
鏡，８０…Ａｒレーザ，９１…２次元固体撮像素子，９
３…計算機，９５ａ，９５ｂ…干渉縞パターン。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスク上の回路パターンを縮小投影光学系
を介して被露光基板上に縮小投影露光する縮小投影式露
光方法において、可干渉性を有する照明光を前記縮小投
影光学系を通して被露光基板上の直線状の段差状アライ
メントパターンに照明し、該照明された直線状の段差状
アライメントパターンから反射して前記縮小投影光学系
を通して得られる反射光と前記可干渉性を有する照明光
から得られる参照光とを光学的に干渉させて２次元的に
分布した干渉パターンを結像光学系で結像させて光電変
換手段で受光して干渉パターン信号を検出し、該検出さ
れた干渉パターン信号に基づいて前記直線状の段差状ア
ライメントパターンの幅方向の位置を検出して前記被露
光基板を前記マスクに対して相対的にアライメントする
ことを特徴とする縮小投影式アライメント方法。
【請求項２】前記可干渉性を有する照明光は、時間的か
つ空間的に可干渉性を有することを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の縮小投影式アライメント方法。
【請求項３】マスク上の回路パターンを縮小投影光学系
を介して被露光基板上に縮小投影露光する縮小投影式露
光装置において、可干渉性を有する照明光を出射させる
可干渉性照明光源と、該可干渉性照明光源から出射した
可干渉性を有する照明光を前記縮小投影光学系を通して
被露光基板上の直線状の段差状アライメントパターンに
照明する照明光学系と、前記可干渉性を有する照明光か
ら参照光を得る参照光光学系と、前記照明光学系で照明
された直線状の段差状アライメントパターンから反射し
て前記縮小投影光学系を通して得られる反射光と前記参
照光光学系から得られる参照光とを光学的に干渉させて
２次元的に分布した干渉パターンを結像光学系で結像さ
せて光電変換手段で受光して干渉パターン信号を検出す
る干渉パターン検出光学系と、該干渉パターン検出光学
系の光電変換手段で検出された干渉パターン信号に基づ
いて前記直線状の段差状アライメントパターンの幅方向
の位置を検出する位置検出手段とを備え、該位置検出手
段で検出される直線状の段差状アライメントパターンの
幅方向の位置に基づいて前記被露光基板を前記マスクに
対して相対的にアライメントするように構成したことを
特徴とする縮小投影式アライメント装置。
【請求項４】前記参照光光学系として、前記縮小投影光
学系の光路中に半透明鏡を備えて構成したことを特徴と
する特許請求の範囲第３項記載の縮小投影式アライメン
ト装置。
【請求項５】前記参照光光学系として、参照光の波面を
補正する波面補正光学系を有することを特徴とする特許
請求の範囲第３項記載の縮小投影式アライメント装置。
【請求項６】前記可干渉性照明光源として、時間的かつ
空間的に可干渉性を有する照明光を出射させるように構
成したことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の縮
小投影式アライメント装置。