JPH0797551B2

JPH0797551B2 - Ｘ線マスクアラインメント方法及びその装置

Info

Publication number: JPH0797551B2
Application number: JP3130091A
Authority: JP
Inventors: 稔彦田中; 浩一岡田
Original assignee: 株式会社ソルテック
Priority date: 1991-02-01
Filing date: 1991-02-01
Publication date: 1995-10-18
Anticipated expiration: 2010-10-18
Also published as: JPH04247613A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、Ｘ線リソグラフィ用
に適用されるＸ線マスクアライメント方法及びその装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線マスクアライメント方法としては、
Ｘ線マスクとウェハを所定のギャップを保って予め重ね
合わせておいた上で、Ｘ線マスクメンブレンを透過する
光を用いてマスク上のアライメント用パターンとウェハ
上のパターンに一括照射し、両者の反射回折光を検出し
てその場位置合せをする方法が検討されており、特に光
ヘテロダイン方式を用いた干渉像による合せを行なう方
式が主流になりつつある。

【０００３】図４は上記その場位置合せによるＸ線マス
クＡとウェハＢの位置合せ方法の一例を示す説明図であ
る。Ｘ線源6側から順にマスクステージ10とウェハステ
ージ11が極めて接近した状態で並べられ、アライメント
用パターン2aの形成されたＸ線マスクＡが該マスクステ
ージ10に固定されると共に、同じくアライメント用パタ
ーン2bの形成されたウェハＢが該マスクＡに正確なギャ
ップを保って近接する状態でウェハステージ11に吸着さ
れている。両ステージは後述する制御部50の制御指令で
作動する駆動系12、13により動かすことができるように
なっている。一方、マスクＡ側のアライメント用パター
ン2aと、該マスクメンブレン20を透過してウェハＢ側の
アライメント用パターン2bに一括してアライメント光を
照射するアライメント光照射用光源30が設けられ、これ
らパターン2a、2bにアライメント光が斜入射される。こ
の斜入射に対応して傾いた状態で前記パターン2a、2bよ
り出て来る反射回折光は、ウェハＢ側のパターン2bより
出てくる反射光のみ途中マスクメンブレン20を透過しな
がら、マスク側パターン検出系のディテクタ4aとウェハ
側パターン検出系のディテクタ4bの夫々で干渉像として
検出される。そしてこれらの検出データは制御部50に送
られた上解析されて、Ｘ線マスクＡとウェハＢの相対位
置ずれ量が求められる。該制御部50はこの位置ずれ量に
基づいて、前記マスクステージ10とウェハステージ11の
夫々の駆動系12、13に制御信号を出力し、Ｘ線マスクＡ
とウェハＢの直接的な位置合せが行なわれる（後述する
装置ニュートラル上の位置からの移動ではなく、予め重
ね合わされたマスクＡとウェハＢのその場位置からの移
動で直接的に位置合わせがなされる）。この位置合せ終
了後Ｘ線源6のシャッタ60を開き、Ｘ線露光を行なう。

【０００４】

【発明が解決しようとする問題点】上述の様なその場位
置合せ的なＸ線マスクアライメント方式では、ウェハＢ
のアライメント用パターン2bへのアライメント光の照射
及び該パターン2bからの反射光の検出のため、これらの
光は必ずマスクメンブレン20を透過する必要があり、該
マスクメンブレン20はＸ線透過性を有するだけでなく、
アライメント光透過性も有する材質でなければならず、
このような制約から、メンブレン材としてはSiN、SiC等
に限られ、しかも２μｍ程度の薄膜にしなければならな
いという膜厚上の制約も伴なうことになる。そのためマ
スクメンブレン20がたわむ等の歪が発生し易く、マスク
Ａ上のアブソーバ転写用パターン（図示なし）やアライ
メント用パターンの位置が変化する等してマスク精度が
大幅に劣化し、結果的に合せ精度が低下することにな
る。又、仮に上記方式において、マスクメンブレンを透
過せずに、アライメント光をウェハに照射し或いはその
反射光を受光する構成が採用できたとしても、マスクと
ウェハを予め重ね合わせておいて位置合わせを行ってい
るため、チップ毎にステップ＆リピートで露光を行う場
合、チップ毎に位置合わせを行う必要を生じ、スループ
ットや精度上の問題から実用的ではない。

【０００５】本発明は従来技術の以上の様な問題に鑑み
創案されたもので、マスクの歪を抑えることができ、且
つスループットや精度の上からも良好なＸ線マスクアラ
イメント方法及びその装置を提供せんとするものであ
る。

【０００６】

【問題点を解決するための手段】そのため本発明のＸ線
マスクアライメント方法は、Ｘ線マスクのアライメント
用パターンにアライメント光を照射してその反射光を検
出する工程と、ウェハのアライメント用パターンに直接
アライメント光を照射してその反射光を検出する工程と
を別々の場所で別々に行い、これらの反射光検出データ
を基に該ウェハ又は／及びＸ線マスクを所望の場所に移
動させて該Ｘ線マスクとウェハの位置合わせを行うこと
を基本的特徴としている。

【０００７】上記構成は、反射光の検出を別々の場所で
別々に行った上で、Ｘ線マスクの位置を固定し、これら
の反射光検出データを基に該ウェハを所望の場所に移動
させて該Ｘ線マスクとウェハの位置合わせを行うように
すると、機械精度への負担が軽減され、結果的に合せ精
度が向上する。

【０００８】又第２発明は上記アライメント方法の実施
装置の発明に係り、Ｘ線マスクを所望の位置に移動させ
るＸ線マスク移動機構と、ウェハを所望の位置に移動さ
せるウェハ移動機構と、Ｘ線マスク及びウェハに夫々形
成されたアライメント用パターンと、Ｘ線マスク側アラ
イメント用パターンの照射用とウェハ側アライメント用
パターンの照射用に夫々別の場所に別個に設けられたア
ライメント光照射光源と、Ｘ線マスク側アライメント用
パターンの反射光検出用とウェハ側アライメント用パタ
ーンの反射光検出用に夫々別の場所に別個に設けられた
ディテクタと、これらの各ディテクタで検出された反射
光検出データを基にＸ線マスクとウェハの各位置を分析
し、前記ウェハ移動機構に、又はＸ線マスク移動機構と
ウェハ移動機構に、位置合せ制御信号を出力するコント
ローラを有することをその要旨としている。

【０００９】

【作用】ウェハ側へのアライメント光の照射・反射光の
検出はマスクメンブレンを透過せずに直接行なっている
ため、該マスクメンブレンはアライメント光を透過する
必要がなく、材料選択の範囲が広がり、厚膜化も可能と
なる。この結果、マスク歪がなくなって、マスク上のパ
ターン（アブソーバ転写用パターン、アライメント用パ
ターン）位置精度が向上し、合せ精度が高くなる。しか
も上記アライメント光の照射・反射光の検出は別々の場
所で行われてから、夫々の検出位置を出発点としてマス
ク−ウェハ間の相対位置合わせを行っているため、ステ
ップ＆リピートでチップ毎に露光を行う場合に、特にウ
ェハのみがステージ送りされて露光する形式では、初回
に行ったアライメント操作だけで以後は両者の位置検出
を行わなくて済み、マスクとウェハを予め重ね合わせて
おいてから位置合わせを行う形式の構成に比べて、スル
ープット的にも、精度的にもメリットがあり、後述する
ＥＧＡのような統計処理も行えることになって、有利で
ある。

【００１０】

【実施例】以下本発明の具体的実施例を添付図面に基づ
き説明する。

【００１１】（実施例１）図１はＸ線ステッパに用いら
れた第２発明のＸ線マスクアライメント装置の一実施例
に係り、図中60はＸ線源6からのＸ線照射・遮断用に用
いられるシャッタであり、後述するコントローラ5の制
御信号で開閉できるようになっている。

【００１２】本実施例装置では、Ｘ線マスクＡのマスク
ステージ10とウェハＢのウェハステージ11からなる位置
合せ機構1と、Ｘ線マスクＡ及びウェハＢに夫々形成さ
れたアライメント用パターン2a及び2bと、これらのパタ
ーン2a及び2bの照射用に夫々別個に設けられたアライメ
ント用レーザ光の光源3a及び3bと、これらの光源3a及び
3bに対応させてＸ線マスクＡ側とウェハＢ側に夫々別個
に設けられた反射光検出用のディテクタ4a及び4bと、こ
れらの検出データを基に前記位置合せ機構1に制御信号
を送出するコントローラ5とを有している。

【００１３】この位置合せ機構1のマスクステージ10と
ウェハステージ11は夫々駆動系12及び13を備えていて、
コントローラ5に制御されて、Ｘ線マスクＡとウェハＢ
のアライメントを行なう。

【００１４】又前記アライメント用パターン2a及び2bは
反射型の回折格子で構成され、Ｘ線マスクＡ及びウェハ
Ｂの所定の場所に構成される。

【００１５】前記光源3a及び3bは上記アライメント用パ
ターン2a及び2bに対し、夫々１２°の傾きをもってレー
ザ光を斜入射することができるようマスクステージ10の
下方及びウェハステージ11の上方に設置されている。本
実施例ではレーザ光の斜入射角を１２°としたが、この
値に限るものではない。この斜入射角度は光学系の取り
回しにより任意に設定できる。

【００１６】前記ディテクタ4a及び4bは、上記光源3a及
び3bの斜入射角度に対応させてマスクステージ10及びウ
ェハステージ11に対し夫々傾いて設置されており、アラ
イメント用パターン2a及び2bからの各反射回折光の斜方
検出を、図示するように別々の場所（装置ニュートラル
上の位置）で行なう。そしてその検出データは電気的な
信号に変換されてコントローラ5に送出される。

【００１７】更にコントローラ5は、各ディテクタ4a及
び4bから送られてきた検出データを基にＸ線マスクＡと
ウェハＢの各位置を分析し、マスクステージ10とウェハ
ステージ11のアライメントに必要な移動量を演算し（装
置ニュートラル上の位置を基準にマスクＡとウェハＢの
各位置を測定し、その場所から両者の位置合わせに必要
な移動量を夫々演算する）、両ステージの駆動系12及び
13に位置合せ制御信号を出力する。

【００１８】図２は本実施例装置で用いられたＸ線マス
クＡの構成を示す正断面図である。このＸ線マスクＡは
マスクメンブレン20の片面ウェハ側にアブソーバ転写用
パターン21と前述したアライメント用パターン2aが設け
られ、その反対面周囲に支持台22が固着されている。そ
してマスクメンブレン20自身は、従来のSiN等のような
材質ではなく、Ｘ線透過性を有する反面アライメント光
には不透明なBeで構成されており、又その膜厚も従来の
ものが２μｍ程度であるのに対し、３５μｍと１桁以上
厚膜化されている。尚、このBe膜にはＰＶＤにより成膜
したBeをエッチバックして、その表面を十分平滑化した
ものを用いた。即ち、Be上にレジストを被着し、その後
イオンミリングを行なってその表面の凹凸を十分に低減
したものを用いた。

【００１９】以上の本実施例装置の使用方法を以下説明
する。

【００２０】まず、各光源3a及び3bからのアライメント
光が対象となる夫々のアライメント用パターン2a及び2b
に照射できる位置（装置ニュートラル上の位置）までマ
スクステージ10とウェハステージ11を待避させ、これら
の光源3aから3bから夫々アライメント用パターン2a及び
2bにアライメント光を直接照射する。そして該パターン
2a及び2bからの反射回折光は夫々の場所（上記装置ニュ
ートラル上の位置）でディテクタ4a及び4bにより別々に
検出され、コントローラ5でＸ線マスクＡの位置とウェ
ハＢの位置が測られる。この測定値に基づいてコントロ
ーラ5は、両者の位置合わせに必要な移動量を夫々演算
すると共に、マスクステージ10とウェハステージ11の各
駆動系12及び13を制御し、両ステージを摺り合せるよう
な状態で動かして、Ｘ線マスクＡとウェハＢのアライメ
ントを行なう。その後前記シャッタ60を開いてＸ線露光
を行なう。もちろんステップ＆リピートでチップ毎の露
光を繰り返し行う場合は、以後上記のような位置検出を
あらためて行わずに、初回に行ったマスクＡとウェハＢ
の装置ニュートラル上の位置検出値に基づいて、例えば
ウェハステージのみを移動させることで、該露光を行う
ことができるようになる。

【００２１】尚、このアライメント方法の実施に当って
は、光リソグラフィ技術で用いられているＥＧＡ（Enha
nced Global Alignment）と呼ばれるチップ位置の統計
処理によるアライメント法の実施を行なうこともでき
る。即ち、ウェハＢのアライメント用パターン2bからの
反射回折光の検出を行なう時に、ウェハＢ上の全ての又
は大部分のチップのアライメント用パターン2bの検出を
行なっておき、統計処理して各チップ毎の位置を算出し
ておく。その後複数回に亘るステッピング露光の合い間
になされる各プロセスの影響により、ウェハＢ上のアラ
イメント用パターン2bに荒れ等があって不正確な検出が
行われても上記の統計処理時のデータを基にアライメン
トを行なうというものであり、それによって合せ精度が
向上することになる。又酸化による段差形状の緩和、Al
被膜等によるグレーンの成長、被膜による反射率の変
化、被膜物による膜内光干渉による反射率の変化、スパ
ッタ膜被覆による段差の非対象化等によりアライメント
用パターン2bが劣化して合わせるべきターゲットの位置
を求めることが困難になり、検出エラーを起こす場合で
も、その後に再度ウェハＢ上のチップのアライメント用
パターン2bを検出し、その統計処理を行なえば、周囲の
各チップ位置データより合せるべきターゲットの位置が
推定でき、合せ精度向上は著しいものとなる（この意味
でＥＧＡはウェハＢ上のターゲットパターンの検出精度
のみを向上させるものであり、本発明の様にマスクＡの
パターン位置精度の向上とは本質的に関連しない）。パ
ターン検出のランダム誤差は、ターゲットパターンの測
定数ｎに対し、下式数１の比率で減ることになる。

【００２２】

【数１】

【００２３】以上のような本実施例装置を用いてＸ線マ
スクのアライメントを行ない、ステッパによるＸ線露光
を繰り返し行なって、チップ面内の合せ精度を調べた。
その結果を下表１に示す。回数は露光回数を示す。但
し、ウェハ単位で回数をカウントしているため、実際マ
スクに照射されるＸ線露光の回数は表示された回数の約
３５倍である。回数１０００とは１０００ウェハ目の露
光を行なったときのチップ面内の合せ精度を示してい
る。アライメントパターンは中央に配置した。なお同表
に示された比較例は、２μｍ膜厚のSiNのメンブレンか
らなるＸ線マスクを用いて従来のその場位置合せにより
マスクアライメントを行なった場合の結果である。

【００２４】

【表１】

【００２５】同表から明らかなように、比較例に比べて
本実施例の場合は、チップ面内位置歪がほとんどなく、
安定したＸ線マスクアライメントが可能となることがわ
かる。比較例で１〜１００回にかけての面内位置歪はお
よそ0.08μｍであり、本実施例のおよそ0.06μｍに比べ
大きい。位置データを詳細にみるとわかるように、中央
に比べ周辺が＋方向に大きくなる傾向がある。これは、
薄いメンブレン膜を用いているため、エッチバック等の
工程により面内位置歪が生じたためと考えられる。１０
００回を越えると、比較例では面内位置歪が急激に大き
くなる。これはＸ線照射によるダメージにより位置歪が
増大したと考えられる。本実施例ではこれらの位置歪が
十分低く押えられている。

【００２６】以上の結果から、本実施例では、Ｘ線マス
クＡ上のパターン位置精度の劣化がほとんどない。な
お、本実施例では、上述のように３５μｍのBe膜をマス
クメンブレン材として用いたため、マスク洗浄も可能と
なった。

【００２７】又、本実施例では膜厚３５μｍのBeを用い
たが、この膜厚および材料に限られるものではない。例
えば２０μｍの膜厚、５０μｍの膜厚でも使用できる。
但し、薄膜にするとパターン位置歪が生じやすくなり、
厚膜化するとＸ線の透過率が下がり、露光時間がかかる
ことを考慮しておけば良い。この点パターン位置検出精
度は膜厚に依存しないことが本発明の利点と言える。そ
してこのマスクメンブレン材料としてはBeの他にAl、Si
を用いることができるし、またマスクをHeあるいは真空
中で使う場合には、LiやKを用いることもできる。

【００２８】更に、本実施例では、アライメント用パタ
ーンに回折格子を用いているが、これに限られるもので
はなく、アライメント光を反射させて検出する方式であ
ればよい。例えば、一本の溝や線あるいは十字状のアラ
イメントパターンを使い、その像を結像系を用いて検出
する方式を用いることも可能である。

【００２９】（実施例２）一方、図３には前記実施例装
置とは異なる装置構成のＸ線マスクアライメント装置が
示されており、図中ＡはＸ線マスク、Ｂはウェハ、11は
ウェハステージ、120はマスクローダ、130はウェハステ
ージ11を駆動する駆動系、30、31はアライメント用光
源、40、41はディテクタ、5aはコントローラ、70は架台
を示している。そのうちローダ120および駆動系130は架
台70で固定されており、又マスク位置検出用のアライメ
ント用光源30とディテクタ40は架台70の中に埋めこまれ
ている。

【００３０】この装置の使用に当っては、ローダ120で
Ｘ線マスクＡをＸ線照射部にロードし、その場所でアラ
イメント用光源30とディテクタ40を使ってＸ線マスクＡ
の正確な位置を測定する（この位置がマスクＡの装置ニ
ュートラル上の位置となる）。このとき、ウェハステー
ジ11はその位置検出の障害にならないように退避させて
おく。そしてその退避中にウェハ位置測定用のアライメ
ント用光源31とディテクタ41を用いてチップ毎の位置を
把握しておく（この位置がウェハＢの装置ニュートラル
上の位置となる）。マスク位置とチップ位置のデータを
コントローラ50へ送り、データ解析する。この解析デー
タをもとに両者の位置合わせに必要なウェハＢの移動量
を演算し、駆動系130に制御信号を出力しウェハＢを所
望の位置に移動して、シャッタ60を開きＸ線露光を行な
う。この場合も、以後マスクＡとウェハＢの位置検出を
あらためて行わなくても、上記マスクＡとウェハＢの装
置ニュートラル上の位置検出値を基にウェハステージ11
の駆動系130を制御し、ウェハＢのみステージ送りし
て、ステップ＆リピートでチップ毎の露光を行うことが
できる。

【００３１】本実施例装置では、ローダ120でＸ線マス
クＡを照射部にロードした後は固定されるため、前記実
施例１と異なり、合わせ用の可動部はウェハステージ11
だけの３軸合わせとなり、機械精度への負担が軽減され
ることになる。

【００３２】尚、アライメント用光源30、31からの発熱
による架台70の歪を防ぐため、これらの光源の周りを温
調することや、発熱量の少ない半導体レーザなどを用い
ることが好ましいことはいうまでもない。

【００３３】

【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、Ｘ線マス
クとウェハ上のアライメント用パターンを反射光の感知
により別々に検出し、その後その検出データを基にアラ
イメントを行なっているため、Ｘ線マスクがアライメン
ト光に対し透明である必要がなくなり、マスクメンブレ
ン材としてはＸ線に透明で照射耐性があり、歪まないも
のであれば良いということになる。この様なマスクメン
ブレン材への制約が緩くなり、厚膜化も可能であるた
め、Ｘ線マスクで最大の問題であるマスク歪の問題がほ
とんどなくなってマスク上のパターン位置精度が向上
し、このため合せ精度が向上することになる。又上記ア
ライメント光の照射・反射光の検出は別々の場所で行わ
れてから、マスク−ウェハ間の相対位置合わせを行って
いるため、ステップ＆リピートでチップ毎に露光を行う
場合（特にウェハのみがステージ送りされて露光する形
式では）、初回に行ったアライメント操作だけで以後は
両者の位置検出を行わなくて済み、マスクとウェハを予
め重ね合わせておいてから位置合わせを行う形式の構成
に比べて、スループット的にも、精度的にもメリットが
大きく、しかもＥＧＡのような統計処理も行えて有利で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｘ線ステッパに用いられた第２発明のＸ線マス
クアライメント装置の一実施例を示す説明図である。

【図２】本実施例装置で用いられたＸ線マスクの構成を
示す正断面図である。

【図３】第２発明装置の他の実施例を示す説明図であ
る。

【図４】その場位置合せによるＸ線マスクアライメント
方法の一例を示す説明図である。

【符号の説明】

1 位置合せ機構 10 マスクステージ 11 ウェハステージ 12、13、130 駆動系 2a、2b アライメント用パターン 20 マスクメンブレン 3a、3b、30、31 光源 4a、4b、40、41 ディテクタ 5、5a コントローラ 50 制御部ＡＸ線マスクＢウェハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｘ線マスクのアライメント用パターンに
アライメント光を照射してその反射光を検出する工程
と、ウェハのアライメント用パターンに直接アライメン
ト光を照射してその反射光を検出する工程とを別々の場
所で別々に行い、これらの反射光検出データを基に該ウ
ェハ又は／及びＸ線マスクを所望の場所に移動させて該
Ｘ線マスクとウェハの位置合わせを行うＸ線マスクアラ
イメント方法。
【請求項２】Ｘ線マスクのアライメント用パターンに
アライメント光を照射してその反射光を検出する工程
と、ウェハのアライメント用パターンに直接アライメン
ト光を照射してその反射光を検出する工程とを別々の場
所で別々に行い、該Ｘ線マスクの位置を固定した後で、
これらの反射光検出データを基に該ウェハを所望の場所
に移動させて該Ｘ線マスクとウェハの位置合わせを行う
請求項１記載のＸ線マスクアライメント方法。
【請求項３】Ｘ線マスクを所望の位置に移動させるＸ
線マスク移動機構と、ウェハを所望の位置に移動させる
ウェハ移動機構と、Ｘ線マスク及びウェハに夫々形成さ
れたアライメント用パターンと、Ｘ線マスク側アライメ
ント用パターンの照射用とウェハ側アライメント用パタ
ーンの照射用に夫々別の場所に別個に設けられたアライ
メント光照射光源と、Ｘ線マスク側アライメント用パタ
ーンの反射光検出用とウェハ側アライメント用パターン
の反射光検出用に夫々別の場所に別個に設けられたディ
テクタと、これらの各ディテクタで検出された反射光検
出データを基にＸ線マスクとウェハの各位置を分析し、
前記ウェハ移動機構に、又はＸ線マスク移動機構とウェ
ハ移動機構に、位置合せ制御信号を出力するコントロー
ラを有することを特徴とするＸ線マスクアライメント装
置。