JPH07270119A

JPH07270119A - 集積回路リソグラフィー用の蛍光使用の直接レチクル対ウエハ・アライメントの方法及び装置

Info

Publication number: JPH07270119A
Application number: JP7058344A
Authority: JP
Inventors: Etsuchi Matsukoi Jiyon; エッチ．マッコイジョン; Ii Rii Maatein; イー．リーマーティン
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-03-21
Filing date: 1995-03-17
Publication date: 1995-10-20
Also published as: US5838450A

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】主投影レンズの下方位置から直接軸上検出法
を用いレチクル対ウエハ位置合わせ法により、集積回路
リソグラフィ用のマスク・アラインメントを達成する。【構成】レンズ下方に配置された検出器はレチクル・
マーク像とウエハ・マーク像を異なる照明光で同時に検
出する。第１の検出方法はレチクル・マーク像１８によ
りフォトレジスト内に発生した蛍光を結像し、主投影レ
ンズ１４の下方の顕微鏡は広帯域の非感光性照明光でウ
エハ・マーク２２を結像する。第２の方法はレンズ下方
に配置の顕微鏡を用い露光光でレチクル・マークを結像
するが、この場合顕微鏡は露光波長を結像し検出する。
第３の方法は顕微鏡を使用せず、露光光とウエハ表面か
ら散乱反射される蛍光との両方を直接検出器３６に集光
する。ウエハ・マーク２２の存在により集光状態が変化
する。ウエハをレチクルに対し相対走査すると、該両者
のアラインメント・マークの相対位置を表わす信号が発
生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はフォト・リソグラフィー
に係わり、特に集積回路製造フォト・リソグラフィーに
使用されるウエハ対レチクルのアライメント測定に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】集積回路製造用のフォトリソグラフィー
は周知である。フォトリソグラフィーでは集積回路の各
層の像を夫々有する複数枚のマスク（レチクル）が用意
され、これらのマスクの像が順次ウエハ上に投影される
が、この時の主な問題はマスク（レチクル）のアライメ
ントを正確に決定しなければならない点である。フォト
・リソグラフィー工程では、レチクル像がウエハの主表
面に形成されたフォトレジスト上に投影され、このレチ
クル像がフォトレジストに転写される。その後に、この
フォトレジストが現像され、ウエハのエッチング用パタ
ーンとなる。

【０００３】一枚の集積回路を製造する為には、多数の
マスクが使用され、これらのマスクはすべて、高精度に
アライメントして、各マーク間の重ね合せ誤差を最小に
することが重要である。この為には、最新のフォト・リ
ソグラフィー露光装置はサブミクロンの解像力を持つ大
開口数の結像光学系を使用している。

【０００４】ＳＰＩＥＶｏｌ．１４６３の「光学レー
ザ・マイクロ・リソグラフィーＩＶ」（１９９１）の７
２５〜７４２ページに掲載されたＲ．Ｕｎｇｅｒ等の論
文「新ｉ線及び遠ＵＶ光学ウエハ・ステッパー」に開示
されているような間接的なレチクル対ウエハ参照法を使
用することは、よく知られている。このような間接参照
法にあっては、ウエハを支持するステージ上に「ステー
ジ・フィデューシャル」アライメント・マークが設けら
れ、このマークはウエハ位置の近くに配置されている。
レチクルは、露光光による結像によって、ステージ・フ
ィデューシャル・マークにアライメントされる。ステー
ジ・フィデューシャル・マークと間接参照システムとの
間の距離は、レーザ干渉計を使用して較正される。

【０００５】１９８７年９月２９日に発行された発明者
Ｗｕ等の米国特許第４，６９７，０８７号に開示された
直接参照法にあっては、「光軸外（オフアクシス）」検
出器がウエハ・マークの検出の為に主投影レンズに隣接
配置され、他方、レチクル・マークがウエハからレチク
ルに向って主投影レンズを逆に通過する光によって検出
される。この主投影レンズ中に設けられたビームスプリ
ッタによって、レチクル・アライメント・マークとウエ
ハ・アライメント・マークとの両方が観察及び検出され
る。これを詳述すると、レチクル・マークはウエハ上に
結像されて、そのウエハ表面で反射され、主投影レンズ
の光学系を逆に通ってビームスプリッタに至る。こうし
て、レチクル・マークは主投影レンズの光学系を使用し
てウエハ・マークに直接参照される。これらの光学系
は、青色及び緑色のレーザ光を結像できるように充分色
消し補正されている。この光は「感応性」の光、即ち露
光光ではない。このようなシステムにあっては、主投影
レンズ光学系はほとんどが反射系であるので、本質的に
色消しとなっている。ところが、ニコン及びその他のメ
ーカは、色収差の生ずる屈折性レンズを使用している。

【０００６】上述したようなレチクル対ウエハの参照を
行う公知のシステムは、種々の問題が存在する。典型的
な問題は、特別な主投影レンズ、即ち多数の波長につい
て色消しとなった主投影レンズを必要とするか、又は別
の方法で収差を低減した特別な主投影レンズを必要とす
ることである。このようなシステムはしばしばアライメ
ントの為に単色の露光光の使用を必要とするが、これは
望ましいことではない。間接参照法は、所望の精度より
も低下してしまいがちである。従って、公知のレチクル
対ウエハ参照システムにあっては特別な露光／検出波長
及び露光レンズ以外のものを使用しながら、高精度を達
成できるものは存在しない。

【０００７】本発明の目的は、主投影レンズの下方位置
などから、直接かつオンアクシス検出を用いてレンズ対
ウエハ参照法でもって集積回路リソグラフィー用のマス
ク・アライメントを達成する（即ち、アライメント誤差
を検出する）ことである。これはステップ・アンド・リ
ピート式露光システム及び走査式露光システムの両方に
適用される。（米国特許第５，１９４，８９３号参照）

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によると、レンズ
下配置の検出器（例えば顕微鏡又はその他の検出器）
は、レチクル・マーク像とウエハ像とを同時であるが、
互いに異なった照明光で検出する。本明細書では、レチ
クル・アライメント・マークをウエハ・マークとに参照
する方法として、三つの方法が開示されている。三つの
方法のいずれも、二つの重要な利点を有する。第１の利
点は、露光波長のみ（検出光ではなく）が主投影レンズ
を通過することである。主投影レンズの収差（色消し）
及び反射防止コーティングは、比較的長い波長（非感光
性）に対して設計する必要がない。これは、将来の露光
波長として期待されている２４８ｎｍ及び１９３ｎｍで
は困難又は不可能であろう。第２の利点は、フォトレジ
スト内に進入し易くかつ最良の像を作る長い波長（非感
光性）光でもってウエハ・マークを照明する点である。
フォトレジストはおそらく感光波長、即ち活性波長に対
して高い吸収性を有している。この場合には、表面結像
法を使用する。

【０００９】第１の方法は、レチクル・マーク像によっ
てウエハ上のフォトレジストに発生した蛍光を結像する
ものである。顕微鏡は、主投影レンズの下方に配置され
た光学部材を有し、蛍光を観察する。顕微鏡はまた広帯
域（非感光性）の照明光でウエハ・マークを結像する。
第２の方法はレンズ下配置の顕微鏡を使用して露光光で
レチクル・マークを結像するが、この場合には顕微鏡は
露光波長を結像し検出する。第３の方法は、顕微鏡光学
系を使用することなく、ウエハ表面から散乱反射される
蛍光と露光光との両方を検出器に集光する。ウエハ・ア
ライメント・マークが存在すると、この集光状態が変化
する。これにより、第３の方法では、ウエハをレチクル
に対して相対走査すると、レチクル及びウエハのアライ
メント・マークの相対位置を表す信号が発生する。

【００１０】これらの三つの方法のいずれも、ステップ
・アンド・リピート式の露光システムに適用できるが、
走査式の露光システムに対しては特に有用である。より
一般的に言うと、適用範囲はフォトリソグラフィー一般
であり、集積回路製造に限定されずに、像の原版（レチ
クル）をウエハ以外の物体とアライメントするものに拡
張される。各図において、同一参照番号は、同一部材又
は類似の部材を表している。

【００１１】

【実施例】本発明によると、レチクル上のアライメント
・マークが主投影レンズによって半導体ウエハ上に結像
され、この像は主投影レンズの下方において（ウエハと
主投影レンズの最先端との間の平面位置において）検出
され、これによって、ウエハ表面上に形成されたマーク
に対してレチクル・マークの位置を比較する。図１は集
積回路用の投影式リソグラフィー・システムを示したも
ので、レチクル１０上のレチクル・マーク１２は半導体
ウエハ２０上のウエハ・マーク２２の近傍に結像され
る。なお、半導体ウエハ２０は、図１には図の単純化の
為に図示されていないが、図１３には公知の支持体、即
ちステージ上に載置されている。また、図１ではレチク
ル１０は、従来のように真空吸着によってレチクル・ホ
ルダーに支持されている。ウエハ２０は、Ｘ−Ｙステー
ジ上に取付けられた微細な回転運動が可能なウエハ真空
チャック・ホルダに載置されている。ステップ・アンド
・リピート方式の露光システムにあっては、レチクル・
ホルダとＸ−Ｙステージとは露光中、所定の位置関係で
静止している。他方、走査（ステップ・アンド・スキャ
ン）方式の露光システムにあっては、レチクル・ホルダ
とＸ−Ｙステージの両方が露光中、Ｘ方向又はＹ方向に
連続的に移動される。

【００１２】照明光８は、レチクル１０の残部（即ち、
回路パターン領域）に使用されるものと同一特性のもの
を使用してもよい。例えば、回路パターンをウエハ２０
上に焼き付ける、即ち露光する放射線が或る選択された
中心波長と帯域幅とを有している場合には、照明光８も
それと同一特性を有する。照明光８はまたレチクル・マ
ーク１２に専用の照明装置からの光を使用してもよい。
いずれの場合であっても、照明光８の波長は、主投影レ
ンズ１４に関して従来のように補正されている。なお、
典型的にはこの波長はその主露光波長が例えば２４８ｎ
ｍ又は１９３ｎｍである。

【００１３】レチクル１０は従来の溶融石英板であり、
この溶融石英板の表面において集積回路パターンがクロ
ム又はその他のフィルムにエッチングされている。レチ
クル・マーク１２も、この回路パターン領域の周辺にお
いてクロムにエッチングされている。このレチクル・マ
ーク１２は投影光学系１４のフィールド内で位置合せの
為に使用される。一実施例にあっては、光学投影系１４
は、紫外線領域で高い透過性を有する複数枚の屈折光学
部材（例えばレンズ）を含むものである。また、光学投
影系１４は反射ミラー、又は複数枚のレンズと複数枚の
ミラーとの組合せから構成することもできる。

【００１４】典型的にはレチクル・マーク１２は隣接す
る集積回路チップを分離する為の公知の不図示の細条領
域（即ち、スクライブ領域）に形成されている。レチク
ル１０はまた、後に詳述するようにスクライブ領域にウ
エハ・マーク転写用のパターンを有する。主投影レンズ
１４はレチクル１０上のパターンを、典型的には物体対
像の縮小比でウエハ２０の主表面上に結像する。

【００１５】こうして、ウエハ２０の表面に形成される
レチクル・マークの像１８は、投影レンズ１４によって
実際のレチクル・マーク１２の大きさよりも縮小され
る。ウエハ２０の主表面は、公知のようにフォトレジス
トがコートされ、典型的には、前段のリソグラフィー工
程によって形成された（表面にエッチングされた）ウエ
ハ・アライメント・マーク２２を有する。これは、ウエ
ハ２０上に前もって形成されたパターンに新しいレチク
ル１０のパターンをアライメントする為に用いられる。
こうして、レチクル・マーク像１８の位置をウエハ・マ
ーク２２に関連付けることが重要となる。これは、従
来、レチクル対ウエハのアライメント参照法と称されて
いる。

【００１６】次に、レチクル・マーク像１８を検出する
為の三つの方法を説明する。「方法１」…蛍光変換および結像顕微鏡フォト・リソグラフィーに使用されるような２４８ｎｍ
及び１９３ｎｍの活性（ａｃｔｉｎｉｃ）、即ち感光性
の露光波長は、その照射によりほとんどすべての材料が
蛍光を発生する。この蛍光の発光は、比較的短い波長を
材料に照射した時に比較的長い波長の光が発生する現象
として周知である。２４８ｎｍ及び１９３ｎｍのような
遠紫外線（ＤＵＶ）の照射時には、フォトレジストから
の蛍光は、ある長い波長となり得るが、本明細書では結
像及び検出の利便性の為に８００ｎｍと４００ｎｍの間
の蛍光波長を使用する。なお、この使用する蛍光は、典
型的には或る制限された帯域幅のものであるが、薄膜干
渉を引き起こさない程度の帯域を有する。例えばジフェ
ニルオクサゾール（ｄｉｐｈｅｎｙｌｏｘａｚｏｌｅ）
（ＰＰＯ）やその他の多数の物質のような有機のシンチ
レターとして知られている蛍光増進剤をフォトレジスト
中に混合したり、フォトレジスト表面にコートすること
によって、蛍光発生を増大することもできる。なお、典
型的には、蛍光増進剤の使用量は、入射露光光の約５％
が蛍光発生に使われるように選定される。

【００１７】「方法１」では、図２に示したように、検
出用の顕微鏡のいくつかの部材を投影レンズ１４の下方
（レチクルに対して）に配置することによって、蛍光を
結像する。典型的には、レンズ１４の端部はウエハ２０
の表面から約１５ｍｍ離間している。図２の顕微鏡装置
は、第１のビームスプリッタ３０を有し、このビームス
プリッタ３０は、主投影レンズ１４からのレチクル像１
８を通過させると共に、レジストで被覆されたウエハ２
０からの蛍光をレンズ３４の方へ反射させる。ビームス
プリッタ３０はまた、広帯域の照明器４６からの広波長
帯域の照明光を反射すると共に、ウエハ・マーク２２の
光をレンズ３４に送る。

【００１８】レンズ３４は顕微鏡対物レンズであり、上
述の照明光を集光すると共に、蛍光とウエハ・マーク２
２の像との両方を通常のＣＣＤ検出器３６に結像する。
第２のビームスプリッタ４０は広帯域の非感光性照明器
４６から、ウエハ・マーク２２の結像用の広帯域照明光
を導入する。この広帯域照明光はフォトレジストを露光
しないものが使用される。

【００１９】ＣＣＤ検出器３６は、レチクル（図２には
レチクル自体は不図示である。）の像からの蛍光とウエ
ハ・マーク２２からの広帯域の反射像との両方に関する
電子像を発生する。ＣＣＤ検出器３６の顕微鏡の像は図
３の右側部分のように示されるであろう。図３の左側部
分はウエハ２０の断面図で、ウエハ・マーク２２及びフ
ォトレジスト層４８が示されており、レチクル像から表
面蛍光５０が発生している。（尚、このフォトレジスト
は露光用の光を充分に吸収するものであってもよいが、
しかし、表面蛍光を発生することは必要である。）。

【００２０】図３の右側部分は、図３の左側部分のウエ
ハ・マーク２２と蛍光レチクル・マーク５０の像を示し
た平面図である。同図には、複数本の格子（グレーティ
ング）状のマークが示されているが、単一のマークを使
用することもできる。暗い方のマーク５０ａは表面蛍光
マーク５０からの蛍光に対応し、明るい方のマーク２２
ａはウエハ・マーク２２に対応する。直交方向のマーク
を同一視野又は隣接の視野に形成することもできる。レ
チクル・マーク５０とウエハ・マーク２２との相対的位
置関係を解析することによって、アライメント（又はア
ライメント誤差）の程度が分かる。

【００２１】本発明の一つの利点は、広帯域の照明光と
顕微鏡とを最適化できる点にある。明視野又は暗視野を
使用してもよい。明視野と暗視野とのどちらを使用する
かは、実際に使用される装置によって決められる。な
お、明視野又は暗視野の使用は、周知である。アライメ
ント・マークは種々多数の形状のものを使用でき、例え
ば平行な線パターンや正方形パターンやその他の公知の
パターンを本発明に従って使用することができる。

【００２２】図２のビームスプリッタ３０は図４ａ、４
ｂ、４ｃ、４ｄに示されたような数種の構成のものを使
用してもよい。ビームスプリッタ３０は、ディストーシ
ョンを生ずることなく、レチクル・マークの像を通過さ
せる。ビームスプリッタ４０はウエハ・マーク像と蛍光
像との両方を同時に通過させる。偏向やディストーショ
ンが、両方の像に影響を及ぼす（色収差がなければ）。
図７では、ビームスプリッタ４０は感光性の光を通過さ
せなければならないが、しかし、これは、薄い溶融石英
にとって容易である。ビームスプリッタ３０は、ウエハ
からの光を反射すると同時に、レチクルの像を通過させ
る。

【００２３】ビームスプリッタ３０がレチクル像を乱さ
ないことが重要である。図４ａの平板プリズム及び図４
ｃの立方体は、残念ながらレチクル像の結像位置を主た
る集積回路像に対してシフトさせてしまう。また、図４
ａの平板プリズムは横方向の偏向も引き起こす。図４ｂ
のペリクルは非常に薄いので、上述のシフトを発生しな
いが、しかし壊れ易く、かつその材料はＤＵＶによって
引き起こされるソラリゼーション（黒化現象）を生ずる
恐れがある。また、図４ａ、４ｂ、４ｃの各タイプのビ
ームスプリッタは単に一部反射しかつ一部透過させるに
すぎないので、いくらかの光が望ましくない方向に消失
してしまう。

【００２４】図４ｄの開口の付いたプリズム・ビームス
プリッタ（断面で図示）は、他の図示のビームスプリッ
タに比べて改良されている。図５に示したように、レチ
クル・マークが周期ｐの格子６０である場合に、回折理
論によって、投影レンズ１４は０と−１と＋１のような
回折次数のみを通過させる。開口付きのビームスプリッ
タ３０の開口６４は、上述の次数の回折光を通して、ウ
エハ２０に格子像６０を作る。ウエハ２０からの反射さ
れた蛍光の広帯域光は単色光ではない。従って、ウエハ
２０からの光線は全方向に放射され、ビームスプリッタ
の開口６４においてわずかな光が失われるにすぎない。
典型的なレチクル・マークの格子寸法は、６０μｍ×８
０μｍであり、格子の線の間の間隔が４μｍで、格子の
線の幅が４μｍである（即ち、格子は８μｍの周期であ
る）。なお、全マーク像フィールドが６０μｍ×８０μ
ｍのように小さい面積であることが重要であって、寸法
自体は重要な値ではない。

【００２５】レチクルからの直交の格子像６０を通す為
には、ビームスプリッタ３０の平面図を示した図６ａ、
６ｂに夫々示したように配置された最低でも４個、でき
れば５個のビームスプリッタ開口６４が必要となる。図
６ａ、６ｂの開口６４の配置は各格子からの三つの回折
次数を通すように定められている。図６ｂの５開口のビ
ームスプリッタの中心開口は両格子のＯ次光を通過させ
る。ウエハ光の最良結像及び集光は、図６ａの４開口の
ビームスプリッタのように、中心開口を除去した状態で
得られるであろう。

【００２６】図２の装置の別の改良形（図７に図示）
は、図２の第１のビームスプリッタ３０とレンズ３４と
の両方を１個の楕円体反射鏡７０で置換したものであ
る。この楕円体反射鏡７０は図６ａ、６ｂに示したもの
と同様の複数個の開口を有し、ウエハ２０からの光をＣ
ＣＤ検出器３６上に集光する。反射鏡７０の開口の働き
は、主投影レンズ１４からのレチクル像をウエハ２０の
表面に向けて通過させることである。

【００２７】「方法２」感光光でのレチクル・マーク
像の直接結像この方法は、蛍光発生を行わない点を除いて「方法１」
と同様である。使用装置は図２に示した上述したものに
類似しているが、以下の相違点が存在する。顕微鏡のレ
ンズ３４（図２参照）は露光波長を結像し、ＣＣＤ３６
は露光波長を検出する。蛍光変換の必要性はない。第２
のビームスプリッタ４０は露光波長に適合している。図
３ａの表面蛍光５０の代りに、フォトレジスト４８の表
面及びその下層から散乱及び反射される露光波長の光を
使用する。

【００２８】本方法では図７の楕円体反射鏡７０によっ
て露光波長を容易に使用できる。反射鏡７０は本質的に
色消しであり、吸収が少ない。ＣＣＤ３６は露光波長を
検出する。このＣＣＤ３６は例えばＰｈｏｔｏｍｅｔｒ
ｉｘ社から販売されている。（ＤＵＶ用のＣＣＤはＣＣ
Ｄ表面に蛍光コンバータがコートされている。）

【００２９】「方法２」は更に広帯域照明光を使用して
ウエハ・マークを結像する。これは、フォトレジストが
感応波長に対して不透明である場合に重要である。もち
ろん、もし、レジストが或る程度透明であるか、又はウ
エハ・マークの上部のみで局部的に除去されている場合
には、ウエハ・マーク像は感光性の光と広帯域光との両
方から作られる。

【００３０】「方法２」の変形例にあっては、レチクル
及びウエハのマーク像は別々に観察される。これは次の
二つの方法によって達成できる。即ち、１）感光性光源がシャッタで遮断されるか、又は感光性
光源としてパルスレーザーを使用して、シークエンシャ
ル照明を行う。即ち、広帯域光源はシャッタで遮断する
か又はキセノンフラッシュ・ランプを使用することがで
きる。レチクル及びウエハ・マーク像はＣＣＤビデオ信
号のシークエンシャル・フレームに現れる。２）可動式のスペクトル・フィルタがＣＣＤの前方に配
置される。このフィルタは上述のようにＣＣＤにシーク
エンシャル像を供給する。

【００３１】「方法３」ウエハ・マークとの相互作用
後の蛍光及び露光光の直接検出この方法は図２の装置と多少類似した装置を使用する
が、顕微鏡光学系は使用しない。顕微鏡光学系の代り
に、図８に示したように走査型の検出器８０が使用され
る。

【００３２】主投影レンズ１４（不図示）からのレチク
ル・マーク像８２（感光性の光）は、フォトレジスト４
８の上表面に結像される。典型的には、フォトレジスト
４８の厚さは約１μｍであり、ウエハ・マーク２２の幅
は約２〜４μｍである。蛍光源５０（レチクル・マーク
像８２によって生ずる）は、幅が約０．５μｍで、厚さ
が０．１μｍであるが、しかしながらこれらの寸法は決
定的なものではない。蛍光源５０は、その長さと幅がウ
エハ・マーク２２のそれと同一である場合に、おそらく
最も効果的であろう。また、蛍光源５０は三次元的な特
長があるであろう。これは空間内で静止しているので、
ウエハが走査された時にレジスト内を横方向に移動す
る。露光光は、フォトレジスト４８の吸収に応じて、フ
ォトレジスト４８内に或る程度又は充分に進入する。図
８は、蛍光光線が蛍光源５０から発生された状態での表
面形の吸収を示している。蛍光光線と露光光線との両方
がレジストとウエハの境界８４で反射される。ウエハ・
マーク２２はこの反射を妨げる。ウエハ２０とレチクル
（不図示）とが互いに相対的に走査移動している場合に
は、（例えばフォトダイオード）検出器８０に入射する
反射光は、レチクル像８２とウエハ・マーク２２との相
対的位置関係に応じて変調される。この検出器８０の出
力信号を図９ａに示す。ウエハ２０又はレチクルのいず
れか、又はその両方が図９ｂに示したように、走査の為
に移動される。

【００３３】図９ａに示したウエハ・マーク２２のエッ
ジでの信号の正確な波形は、種々変り得るものである。
更に、格子マーク２２が通常使用されるであろう。この
格子マーク２２の場合には、図９ａの信号は格子周期で
繰り返されるであろう。通常は、サイクルの一周期のみ
が使用される。

【００３４】図８の走査形の検出器８０はその集光効率
が大切である。検出器８０の一実施例は、図１０ａに側
面が示され、図１０ｂに走査フィールドの上面が示され
ている。この実施例は走査形のリソグラフィー・システ
ム用のものである。レチクル回路パターンの主像を形成
する光は、投影レンズ１４の円形像フィールド内の矩形
形状９２に制限される。図１０ｂに示したようにアライ
メント・マークを上述の矩形の各端において検出するこ
とが可能になり、これは有用である。

【００３５】図１０ａ、１０ｂの検出器８０は、検出面
が平坦である（板状）。この検出器８０の平坦表面は、
ウエハ２０に対向し、ウエハ２０から入射する光、即ち
蛍光と露光光との両方に感応する。使用可能な全像フィ
ールド１０２を示した図１０ｂの平面図において、検出
器８０には半円形の切り欠き部９４ａ、９４ｂが形成さ
れており、レチクルのマーク像８２ａ、８２ｂが切り欠
き部８２ａ、８２ｂを通過する。これによって、集光効
率は、非常に高くなる。アライメント・マーク２２（図
１０ａ、１０ｂでは不図示）が走査方向に対して±４５
°に配置された格子である場合には、直交方向のアライ
メント位置が測定可能となる。

【００３６】「方法３」の利点は走査フィールドの端に
適用可能であることであり、「方法１及び２」では不可
能である。そのフィールドの不使用部分をアライメント
に利用することは、新規であると思われる。「方法３」
はこれを利用するものである。図１０ｃ、１０ｄは、こ
のような方法がＥビームのリソグラフィーの後方散乱検
出器に非常に類似しており、集光立体角が完全に２πを
確保できる（ただし図１０ｃ、１０ｄの検出器９６ａ、
９６ｂ、９６ｃ、９６ｄの孔９８ａ、９８ｂ、９８ｃ、
９８ｄを除く）ことを示している。尚、各検出器は矩形
形状とすることは重要ではなく、集光が充分できるなら
ば任意の形状とすることができる。

【００３７】図１０ｃの走査検出を、図１０ｂの走査検
出と比べてみると、レチクル・マーク像８２及び主像９
２は図１０ｂと同様である。フィールド内の検出器９６
ａ、９６ｂ、９６ｃ、９６ｄの矩形不使用部分は夫々、
レチクル像マーク用の円形の孔（切り欠き部）９８ａ、
９８ｂ、９８ｃ、９８ｄを有する。尚、上述の構成の代
りに、検出器は、平面全体をカバーし、そこにレチクル
・マーク光束用及び主露光フィールド用の切り欠き部を
形成することもできる。

【００３８】図１０ｄは図１０ｃの方法の使用を示した
側面図（図１０ａに対応）であり、走査方向が示されて
いる。

【００３９】アライメント検出システムアライメント検出システムの配置は、上述の三つの方法
のすべてに適用される。「方法３」は、顕微鏡を使用し
ないけれども、後述のようにアライメント検出を使用す
る複数の検出器を有するものである。

【００４０】第１のアライメント検出装置は、走査シス
テムの投影レンズの下方に配置された固定の顕微鏡（又
は「方法３」では検出器）を使用する。走査システムに
あっては、円形の光学フィールドの矩形部分のみが結像
に使用される。図１１において、投影レンズ（不図示）
の円形フィールド１０２は走査像フィールド９２を有
し、この像フィールド９２は本例では従来と同様に細い
矩形である。フィールド９２の各側部には、ビームスプ
リッタ３０及び２本のアライメント顕微鏡の対物レンズ
１１０ａ、１１０ｂ（又は「方法３」にあっては２個の
検出器）用の空間が存在する。これらの顕微鏡の各々は
図２に側面図で示した顕微鏡と同一である。（尚、各顕
微鏡のレンズ３４と第２のビームスプリッタ４０とＣＣ
Ｄ３６は図１１では省略されている。）ビームスプリ
ッタ３０と顕微鏡レンズ１１０ａ、１１０ｂ（又は「方
法３」では検出器）は、フィールド９２の側部が使用さ
れない領域であるので、静止のままとすることができ
る。

【００４１】別の例としては、顕微鏡レンズは、マーク
配置に応じて、走査露光方向に直交する方向に移動可能
としてもよい。顕微鏡レンズは、マーク位置の変化に対
応して調整可能とすることもできるし、又は固定にする
こともできる。「方法３」用の別の対の顕微鏡又は検出
器は、走査が両方向である（図１４ｂ参照）ので、走査
像フィールド９２の右側に配置してもよい。

【００４２】図１１の２個のアライメント・マーク領域
（Ａ及びＢで表した十字）を分離することによって、回
転及びオフセット誤差検出に加えて、レチクルとウエハ
とに対する投影レンズの倍率誤差検出の測定が可能にな
る。これらの測定やその後の補正によって、アライメン
トが非常に高精度となる。

【００４３】前述のように「方法３」に使用される検出
器も、マーク領域Ａ及びＢからの光を集光する為に投影
レンズの下に配置することができる。この場合には、検
出器は、レチクル像通過用の完全な円形孔を有すると共
に、マーク領域を完全に取り囲むように構成する（不図
示）ことによって、検出が尚一層良好となる。

【００４４】第２の検出装置にあっては、可動な顕微鏡
（又は「方法３」では可動な検出器）がステップ・アン
ド・リピート式の主投影レンズの下方に配置される。ス
テップ・アンド・リピート式のシステムでは、大きな不
使用の像フィールドが存在しないため、顕微鏡やビーム
スプリッタのアッセンブリ（又は検出器）が可動、即ち
移動可能に構成される。これらのアッセンブリはアライ
メント時には所定位置内に移動され、露光時には所定位
置外に移動される。測定が二種類のマークの間で行われ
るので、測定位置における顕微鏡の位置は、決定的でな
い。従って、フィールド内の位置も重要ではない。

【００４５】第３の検出装置は、オフアクシス及び投影
レンズ下配置のアライメント・システムの組合せを使用
する。オフアクシス装置の既存のアライメント方法と上
述の投影レンズ下配置システムとを組合せることが可能
である。例えば、現在使用されているＨｅＮｅレーザ系
の干渉計使用アライメント及びレーザ・サイト（ｌａｓ
ｅｒｓｉｔｅ）・アライメントである。このようなシ
ステムは、（１）ＳＰＩＥＶｏｌ．５３８の「オプチ
カル・マイクロ・リソグラフィーＩＶ（１９８５）の９
〜１０ページに掲載されたＳ．Ｍｕｒａｋａｍｉ等の論
文「ウエハ・ステッパー用のレーザ・ステップ・アライ
メント」と（２）ＳＰＩＥＶｏｌ．１４６３の「オプ
チカル／レーザ・マイクロ・リソグラフィーＩＶ」（１
９９１）の３０４〜３１４ページに掲載されたＫ．Ｏｔ
ａ等の論文「ウエハ・ステッパー用の新アライメント・
センサ」に夫々記載され、その高速性が証明されてい
る。

【００４６】この第３の検出装置は図１２ａの側面図及
び図１２ｂの底面図に示されている。公知のオフアクシ
ス・アライメント・システム１２０はこの図では、露光
フィールド９２の左側に取付具１２４によって投影レン
ズ下配置の顕微鏡（又は「方法３」では検出器）１１０
ａ、１１０ｂに固着されている。尚、顕微鏡１１０ａ、
１１０ｂは露光フィールド９２の右側に配置してもよ
い。取付具１２４は、また主投影レンズ１４、又はその
他の適宜の物に固着されている。このような固着によっ
て、各上部測定システム間の距離及びレチクルまでの距
離が容易に較正することができると共に、一定に保たれ
る。オフアクシス・システムではいくつかの位置を取る
ことができる。例えば、図１２ｂでは二つ（択一的）位
置１２０、１２６が示されている。

【００４７】直接参照方式であるので、「方法１及び
２」の顕微鏡部材はその位置が決定的なものではなく、
従って、機械的なドリフトを許容できる。同様に、「方
法１、２、３」の検出器はその位置が決定的なものでは
ない。オフアクシスの検出器１２０は、レチクル及び投
影系に対して静止状態でなければならない。図１２ａの
装置の利点は、再較正がレンズ下配置システムの使用に
よって容易となる点である。

【００４８】「方法１、２、又は３」のレンズ下配置シ
ステムは、すべてのアライメント測定にとって適当とい
うわけではないかもしれない。例えば、「方法３」は追
加の走査が必要であるので、時間を要する。こうして、
オフアクシス式のシステムは「方法１、２、又は３」に
よる較正後には、高速性を発揮することができる。この
方法は図１２ｃに示されており、以下の１及び２を含む
ものである。１．両システムで両サイトＡを測定する。２．オフアクシス式システムで別のサイト（＋）を測定
する。図１２ａのオフアクシス式システム１２０は、各走査の
前に（及びできれば各走査の後に）、サイト２−Ａ１及
び２−Ｂ１（図１４ｂ参照）を迅速に測定することがで
きる。サイトＡでの較正によって精度が確保される。

【００４９】集積回路用の投影リソグラフィー・システ
ム図１３は、本発明による集積回路用のフォト・リソグラ
フィー投影システムの斜視図であり、上述した「方法１
及び２」に適用可能なものであり、簡単な変更によって
「方法３」にも適用可能である。この図は対応する図１
及び図２よりもかなり詳細に示されている。尚、図１３
の参照番号は他の図の参照番号と同一である場合にはそ
れらの参照番号は類似又は同一部材を表わしている。

【００５０】図１３において、レチクル１０は真空吸着
によってレチクル・ホルダ１１によって公知のように支
持され、半導体ウエハ２０はＸ−Ｙステージ２１Ｂ上に
取付けられた微小回転可能なウエハ真空チャック・ホル
ダ（不図示）上に載置される。ステップ・アンド・リピ
ート式の露光システムでは、レチクル・ホルダ１１とＸ
−Ｙステージ２１Ｂとは、主投影レンズ１４を介した露
光中、所定の位置関係で静止している。他方、走査（ス
テップ・アンド・リピート式）の露光システムでは、レ
チクル・ホルダ１１とＸ−Ｙステージ２１Ｂとの両方が
露光の間、Ｘ方向又はＹ方向に連続的に移動される。図
１３に示したその他の部材としてはフィールド９２の両
側に配置されたビームスプリッタ３０Ａ、３０Ｂが存在
する。局所照明器２０１、２０２、２０３、２０４は図
１４を参照して後述されるレチクル・マークＡ１、Ｂ
１、Ａ２、Ｂ２に対応する。局所照明器のセレクター２
１０はレチクルのＸ位置に応じて動作するもので、信号
ＳＤによって制御される。レチクル・ホルダ駆動ユニッ
ト２１２は公知のようにレーザ干渉計を含み、ウエハ・
ステージ駆動ユニット２１４も公知のようにレーザ干渉
計を含む。

【００５１】アライメント及び位置決め用の主コントロ
ーラ２００には、検出信号（又はアライメント情報）が
入力される。信号ラインＳＡ１〜ＳＡ４はビームスプリ
ッタ３０Ａ又は３０Ｂを介して顕微鏡１１０ａ、１１０
ｂ等から発生した信号を送出する。コントローラ２００
は、コマンド信号を、ラインＳＤ（セレクター２１０）
とラインＳＲＤ（レチクル・ホルダ駆動ユニット２１
２）とラインＳＷＤ（ウエハ・ステージ駆動ユニット２
１４）とに夫々発生し、レチクル１０とウエハ２０との
間の位置関係をアライメントすると共にレチクル１０及
びウエハ２０を走査する。ここで、Ｘ_Rはレチクル走査
（露光の為）方向であり、Ｘ_Wはウエハ走査（露光の
為）方向である。

【００５２】２個の局所照明器、例えば２０１、２０２
の各々が照明ビーム（紫外線）８を放射する。これによ
って、２個のレチクル・マークＡ１、Ｂ１（図１４ａ参
照）は投影されてウエハ２０に結像される。この状態
で、ウエハ上の「フィールド２」が、顕微鏡１１０ａ、
１１０ｂから発生したラインＳＡ１、ＳＡ２上の信号と
レチクル・ホルダ駆動ユニット２１２（及び／又はウエ
ハ・ステージ駆動ユニット２１４）の精密駆動とによっ
てレチクル１０にアライメントされる。その後、ビーム
８が消灯され、レチクル・ホルダ１１とステージ２１Ｂ
とが走査され、スリット形状の結像光９２によって、
「フィールド２」が回路パターン１３０で露光される。

【００５３】アライメント・シークエンス走査式投影システムの場合のアライメント方法例を以下
に説明する。これらの例は上述のアライメント「方法１
〜３」の利点を有するものである。

【００５４】第１の工程では、開始及び終りでの測定に
よりフィールド・バイ・フィールド（又はサイト・バイ
・サイト）のアライメントが行われる。この時、走査の
開始及び終了時のアライメント測定には、「方法１、２
及び３」を使用することができる。図１４ａ、１４ｂは
測定点を示している。図１４ａには、レチクル１０のレ
イアウトが示されている。単一のチップ・パターン１３
０がウエハ上に図１４ｂの「フィールド１、２、３」な
どのように繰り返される。この工程は以下の通りであ
る。ａ）アライメントの開始時に、レチクル・アライメント
・マークＡ１及びＢ１が図１４ｂに示したようにウエハ
・マーク２−Ａ１及び２−Ｂ１と比較される。走査方向
ｘとそれに直交の方向ｙとの両方が測定される。これら
の測定値は次の「フィールド２」の情報となる。即ちｘ
及びｙのオフセット。ｙ方向のレチクル−レンズ−ウエ
ハの倍率。ウエハに対する、又はウエハの各フィールド
に対するレチクルの回転。ｂ）左から右への「フィールド２」の走査後に、レチク
ル・マークＡ２及びＢ２がウエハ・マーク２−Ａ２及び
２−Ｂ２と比較される。これらの測定値は次の「フィー
ルド２」の情報となる。即ちｘ方向のレチクル−干渉計
−ウエハの倍率。走査方向のずれ。オフセット及び回転
の再チェック。ｃ）測定ａ）及びｂ）の後に、以下の二つのシークエン
スを必要に応じて行う。ｃ−１）レチクルが戻され、これによってマークＡ１及
びＢ１がウエハ・マーク３−Ａ１及び３−Ｂ１の上に現
れる。それから、シークエンスａ）及びｂ）が繰り返さ
れる。「フィールド２」のｂ）からの情報が使用され
て、「フィールド３」用の干渉計のスケール及びずれを
調整する。ｃ−２）ウエハが上方にステッピングされ、これによっ
て「フィールド２上」がレチクルの下方に現れる。レチ
クル・マークＡ２及びＢ２が２上−Ａ２及び２上−Ｂ２
と比較される。測定ａ）が行われ、それから、フィール
ド査定が右から左へ行われる。この走査の終りの時に、
レチクル・マークＡ１及びＢ１が２上−Ａ１及び２上−
Ｂ１と比較され、ｂ）の情報が得られる。

【００５５】第２の工程では、図１４ａのスクライブ領
域１３２内の多点におけるアライメント・マークの測定
が行われる。「方法１及び２」は走査フィールドの開始
及び終了時の測定に対してのみ適当である。「方法３」
の場合には、スクライブ領域１３２に沿った測定は多数
の場所で可能である。これらの測定は図１４ａ、１４ｂ
に十字によって示されている。更に、図１２ａ、１２ｂ
の装置は、公知のオフアクシス式システムによるスクラ
イブ領域１３２での測定を可能にしている。スクライブ
領域１３２での多点測定値を使用することによって、走
査を周期的に補正することができる。

【００５６】上述の説明は例示であって、何ら制限を行
うものではなく、当業者にとってはこの開示に基づく別
の変形例が自明であろう。このような変形例は添付の特
許請求の範囲にカバーされるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】集積回路用の投影リソグラフィー・システムを
示した概略側面図。

【図２】第１及び第２の検出方法に使用されるアライメ
ント系を示した概略側面図。

【図３】図２の装置による蛍光レチクル・マークの像と
ウエハ・マークの像を示した図。

【図４】(a)、(b)、(c)、(d) は、図２の装置に使用される
ビームスプリッタを示した図。

【図５】図２の装置に使用される開口付きのプリズムを
示した図。

【図６】(a)、(b) は、図５のプリズムに使用されるよう
な開口を示した図。

【図７】図２の装置の変形例に用いられる楕円体反射鏡
の使用法を示した側面図。

【図８】レチクル・マークを検出する第３の方法に使用
される装置を示した概略図。

【図９】(a)、(b) は、図８の装置の検出器からの信号と
ウエハの走査とを夫々示した図。

【図１０ａ】図８の装置の詳細を示した図。

【図１０ｂ】図８の装置の詳細を示した図。

【図１０ｃ】図８の装置の詳細を示した図。

【図１０ｄ】図８の装置の詳細を示した図。

【図１１】図２の装置用の検出システムを示した図。

【図１２ａ】図２の検出システムの詳細を示した図。

【図１２ｂ】図２の検出システムの詳細を示した図。

【図１２ｃ】図２の検出システムの詳細を示した図。

【図１３】本発明による集積回路用の投影リソグラフィ
ー・システムを示した斜視図。

【図１４】(a)、(b) は、本発明によるレチクル測定法を
示した図。

【符号の説明】

８照明光１０レチクル１１レチクル・ホルダ１２レチクル・マーク１４投影レンズ１８レチクル・マークの像２０ウエハ２２ウエハ・マーク３０開口付きのビームスプリッタ３６ＣＣＤ検出器４６非感光光の照明器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マークを有する物体に対してマークを有す
るフォト・リソグラフィー用レチクルのアライメント誤
差を測定する方法であって、第１の種類の放射線を使用して前記物体の表面に前記レ
チクル・マークの像を投影するステップと、第２の種類の放射線を使用して前記物体マークを照明す
るステップと、前記物体の表面上に投影された前記レチクル・マークの
像と上記照明された物体マークからの上記第２の種類の
放射線との間の差を検出するステップと、を具備する方法。
【請求項２】前記物体マークの近傍に蛍光性材料を設け
るステップを更に具備し、前記検出される放射線は前記
物体マークの近傍からの蛍光を含む請求項１に記載の方
法。
【請求項３】前記レチクルに対して前記物体を移動する
ステップを更に具備する請求項１に記載の方法。
【請求項４】前記第１の種類の放射線は所定の紫外波長
を含み、前記第２の種類の放射線も前記所定の紫外波長
を含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】前記検出するステップは前記物体マークか
ら反射される前記第１の種類の放射線を検出することを
含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】前記検出するステップは前記物体の表面か
ら反射される前記第１の種類の放射線を検出することを
含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】前記投影するステップは前記物体から離間
して投影レンズを配置することを含み、前記検出するステップは前記物体に隣接して検出器を配
置することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】結像レンズと開口付きのプリズムとを設け
るステップと、前記検出するステップの前に、前記レチクル・マークの
像を作る光を前記開口付きのプリズムと前記結像レンズ
とを通過させるステップと、を更に具備する請求項１に記載の方法。
【請求項９】複数の開口が形成された楕円体の反射鏡を
設けるステップと、前記検出するステップの前に、前記レチクル・マークの
像を前記楕円体の反射鏡で反射させるステップと、を更に具備する請求項１に記載の方法。
【請求項１０】投影フィールドの中央部分の外側に位置
する上記投影像の一部を指定するステップと該指定され
た部分を使用して上記レチクル・マークを結像するステ
ップと、を更に具備し、前記検出するステップは前記指定された部分で検出する
ことを含む請求項３に記載の方法。
【請求項１１】前記検出するステップは前記物体の近傍
に検出器を設けるステップを含み、該検出器は前記物体
の表面に平行な平面内に平坦な検出表面を有すると共に
前記物体の表面に対向している請求項１に記載の方法。
【請求項１２】前記検出器は前記レチクル・マークの像
を通過させる為の二個の半円形の切り欠き部を有する請
求項１１に記載の方法。
【請求項１３】前記検出するステップはアライメント機
構を前記検出器に強固に接続することを更に含む請求項
１に記載の方法。
【請求項１４】レチクル支持体と、該レチクル支持体から離間した物体支持体と、前記レチクル支持体と前記物体支持体との中間に位置す
る投影光学系と、前記物体支持体上に配置された物体から反射される光を
検出する検出装置と、を具備し、該検出装置の少なくと一部は、前記物体支持
体に近い前記投影光学系の端と前記物体支持体との中間
に位置することを特徴とするフォト・リソグラフィー用
のアライメント装置。
【請求項１５】前記検出装置は上記物体からの蛍光を検
出する検出器を含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】前記検出器は、光を前記投影光学系から前記物体に向けて光を通過させ
ると共に前記物体から発生される光を受光する開口付き
の光学部材と該光学部材を介して、前記物体から発生した上記光を受光する検出器部材と、を含む請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】前記検出器は前記物体の表面に平行な平
面内に平坦な検出表面を有するプレートを含む請求項１
５に記載の装置。
【請求項１８】前記プレートには少なくとも２個の切り
欠き部が穿設され、該切り欠き部は光を前記投影レンズ
から上記物体へ通過させる請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】前記物体支持体に平行な平面内におい
て、前記レチクル支持体上に配置されたレチクルの像を
前記物体支持体に対して二次元方向に移動させる手段を
更に具備する請求項１４に記載の装置。
【請求項２０】前記検出装置は、上記ビームスプリッタからの光を結像するレンズと、該レンズと前記検出器とに固着接続されたアライメント
機構と、を更に具備する請求項１５に記載の装置。