JPH08298240A

JPH08298240A - ウエーハ露光装置及びウエーハのプリアラインメントを行う方法

Info

Publication number: JPH08298240A
Application number: JP8095266A
Authority: JP
Inventors: Kyoichi Suwa; 恭一諏訪; Etsuchi Matsukoi Jiyon; エッチ．マッコイジョン
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-04-19
Filing date: 1996-04-17
Publication date: 1996-11-12
Also published as: US5648854A; KR960039108A

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】迅速なプリアラインメント（予備整合）及び
グローバル・アラインメント（全体整合）を行うための
ウエーハ露光装置と予備整合方法を提供する。【解決手段】露光装置に備えられた装填位置付近のウ
エハ１３２の像を形成する反射顕微鏡は、光源１１１と
光学系１１３，１１５及び半銀ミラー１１２，１１４か
ら成り、約５ｍｍの対物領域１３１を有するので、ウエ
ハが±２．５ｍｍの粗い整合で装填されても、ウエハの
特徴部は対物領域内に入る。予備整合装置はウエハエッ
ジ１３３上の点を認識し、第１投影を行うためにウエハ
を整合させ、第２以後の投影を行うため整合装置はウエ
ハの整合マーク１３４を認識して全体整行を行う。その
間に顕微鏡倍率を高くして高精度が得られる。予備整合
と全体整合はウエハが装填位置又はその付近にある時に
実施され、また第２のパターン投影に変更実施でき、更
に極少ないウエハ運動量によって迅速に実行できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエーハ露
光装置（リソグラフィ装置）、並びに、そのような露光
装置におけるウエーハのプリアラインメント及びグロー
バル・アラインメントに関する。

【０００２】

【従来の技術】集積回路（ＩＣ）を製作する際には、ウ
エーハ露光装置は、あるパターンの光線（パターン像）
を半導体ウエーハのフォトレジスト層に投影する。その
ような投影された光線は、フォトレジスト層の部分を変
化させる。従って、フォトレジスト層を現像することに
より、ウエーハの種々の部分を露出又は保護するマスク
（マスクパターン）が形成される。次に、マスクされた
ウエーハを取り出して反応チャンバに入れる。そのよう
な反応チャンバにおいては、エッチングの如きプロセス
が、ウエーハの露光された部分を変化させる。一般に、
ウエーハ露光装置は、ＩＣを製作する間に、幾つかのマ
スクをウエーハに形成する。そのような複数のマスク
は、ワーキングＩＣを形成するために互いに整合されな
ければならない。

【０００３】最初に、アラインメント装置が、ウエーハ
のエッジに従ってウエーハを整合させ、これにより、ウ
エーハに形成された第１のマスクが、ウエーハのエッジ
に対して予測可能な位置を有するようにする。一般に、
第１のマスクの後に、第１のマスク又はその後のマスク
に形成されたアラインメント・マークを用いて、マスク
を厳密に整合させる。精密アラインメント装置が、上述
のアラインメント・マークを確認し、既に処理された領
域にパターンをスーパーインポーズする（焼き付ける）
ために、ウエーハをアラインメント・マークに対して位
置決めする。精密なアラインメントを行う前に、ウエー
ハをプリアラインメント及びグローバル・アラインメン
トして、アラインメント・マークが精密アラインメント
装置の視野の中に入るようにする。機械的なプリアライ
ンメント装置においては、Ｘ−Ｙステージに堅固に取り
付けられた精密搬送アームが、一般に約±４０μｍであ
る精密アラインメント装置の公差の範囲内で、ウエーハ
をウエーハホルダの上に置く。また、ウエーハは、プリ
アラインメントの間に、ウエーハホルダのアラインメン
ト・ピンに当接させることもできる。機械的なプリアラ
インメント装置は、緩速である傾向があり、ウエーハ露
光装置の処理装置を低下させる。

【０００４】機械的なプリアラインメントは、緩速であ
るということに加えて、別の欠点も有している。例え
ば、ウエーハをピンに当接させることは、ウエーハのエ
ッジの破損を生じさせることがある。また、１つのウエ
ーハのプリアラインメントを、第２のウエーハに対する
投影と並行して行った場合には、そのようなプリアライ
ンメントからの振動が、上述の投影に影響を与えること
があり、振動を減少させるためには、より複雑でより高
価な機械的なプリアライナが必要とされる。幾つかのウ
エーハ露光装置は、精密な機械的プリアライナ及び搬送
アームをＸ−Ｙステージに装着するには不十分なスペー
スを有している。従って、最初の露光に関してはウエー
ハのエッジを迅速にプリアラインメントし、その後の露
光においては迅速なグローバル・アラインメントをもた
らす、ウエーハのプリアラインメントを行うための別の
装置及び方法が望まれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題及び課題を解決するため
の手段】本発明によれば、プリアラインメント及びグロ
ーバル・アラインメントを迅速に行う装置が提供され、
この装置は、ウエーハの装填位置付近のウエーハの像を
形成する反射顕微鏡を備える。反射顕微鏡は、主投影レ
ンズアセンブリの外周に取り付けることができ、一般に
約５ｍｍの幅を有する大きな対物領域を有している。こ
の対物領域は、上記主投影レンズアセンブリの投影領域
の外側にある前記ウエーハの装填位置付近に位置してい
る。上記ウエーハは、装填時にあるいは短いステップの
後に、上記対物領域にエッジを有する。上記大きな対物
領域は、約２．５ｍｍの非常に粗いアラインメントで、
ウエーハを迅速に装填することを可能とする。

【０００６】画像処理装置が、上記反射顕微鏡によって
形成された像を捜索し、第１のパターンを投影するため
のプリアラインメント及び向きに関する、ウエーハのエ
ッジを見い出す。第２の及びその後の投影に関しては、
画像処理装置は、上記反射顕微鏡によって形成された像
の中のアラインメント・マークを捜索する。上記顕微鏡
によって形成された像は、ウエーハが非常に粗い精度で
ステージ上に位置決めされた場合でも、ウエーハのグロ
ーバル・アラインメントを許容するに十分な視野を有し
ている。上記ウエーハは、別個のｘ軸線及びｙ軸線にあ
る２つのアラインメント・マークに整合させることがで
きる。必要であれば、上記顕微鏡の倍率を高くして、グ
ローバル・アラインメントを行い、より高い精度及び正
確性を与えることができる。プリアラインメント及びグ
ローバル・アラインメントは、ウエーハがまだ装填位置
にある間に、あるいは装填位置付近にある間に、実行さ
れる。

【０００７】より迅速なプリアラインメント及びグロー
バル・アラインメントを行うために、複数の反射顕微鏡
を設け、ウエーハが装填位置に又は装填位置付近に位置
する時に、ウエーハのエッジ及び内側の異なる捜索領域
の上に対物領域を設けることができる。複数の顕微鏡を
用いた場合には、アラインメント及び向きを決定するた
めに、エッジ部分を捜し出すのに必要なウエーハの移動
量が小さくなる。従って、プリアラインメント及びグロ
ーバル・アラインメントが迅速に実行される。

【０００８】本発明の一実施例においては、ウエーハ露
光装置は、投影レンズアセンブリと、ウエーハがＸ−Ｙ
ステージに装填される装填位置から投影レンズが光線パ
ターンをウエーハに投影する投影位置まで動かす、Ｘ−
Ｙステージと、ウエーハが装填位置付近にある時に、ウ
エーハの一部を含む対物領域を有する、反射顕微鏡と、
該反射顕微鏡によって形成された第１の像を分析し、上
記ウエーハを上記装填位置から上記投影位置まで動かす
に必要な変位を決定する画像処理装置とを備える。

【０００９】一般に、複数の顕微鏡を用いると、プリア
ラインメント及びグローバル・アラインメントを行うた
めの、エッジ及びアラインメント・マークの位置の測定
が迅速化され、複数の倍率を有する顕微鏡は、プリアラ
インメントに関して大きな捜索領域を提供すると共に、
グローバル・アラインメントに関して高い精度をもたら
す。

【００１０】

【発明の効果】本発明によれば、プリアライメント及び
グローバルアライメントを迅速に行うことができ、スル
ープットが向上する。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を以下に図面を参
照して説明するが、各図を通じて、同様の符号は同様な
又は同一の要素を示している。

【００１２】本発明の１つの実施例によれば、図１に示
すプリアラインメント装置は、顕微鏡１１０及び画像処
理装置１２０を用いて、ウエーハ１３２が、装填位置付
近にあり、且つ、通常の主投影レンズアセンブリ（図示
せず）の投影領域の外側にある時に、そのようなウエー
ハ１３２の一部を撮像し且つ分析する。装填位置に装填
されるウエーハの位置は、ウエーハの寸法、並びに、ウ
エーハ１３２をウエーハホルダ１３０の上に置く通常の
装填装置（図示せず）の精度の変化に従って、変化す
る。ウエーハホルダ１３０上のウエーハ１３２の非常に
粗いプリアラインメント（一般に、約±２．５ｍｍ）し
かもたらさない装填装置を用いることができる。

【００１３】顕微鏡１１０は、そのような顕微鏡１１０
の対物領域１３１が、ウエーハ１３２の位置及び寸法の
予想される変動に関して、ウエーハ１３２のエッジ１３
３の一部を含むように選択される。第１のパターンをウ
エーハ１３２に形成する前のプリアラインメントの間
に、画像処理装置１２０は、対物領域１３１の像を捜索
して、エッジ１３３を捜し出す。１又はそれ以上の追加
の顕微鏡（図示せず）を用いることによって平行に形成
された、あるいは、エッジ１３３の種々の部分を対物領
域１３１の中に移動させることにより直列に形成され
た、ウエーハ１３２の種々の部分の像が、ウエーハの位
置、ウエーハの直径、並びに、ウエーハのアラインメン
ト・ノッチ又は平坦部（図示せず）に対する向きを決定
するために必要なエッジの位置を与える。主投影レンズ
アセンブリの下で、装填位置から投影位置までウエーハ
１３２を動かすに必要な変位は、測定されたウエーハの
位置及び向きから決定される。

【００１４】顕微鏡１１０及び画像処理装置１２０は、
ウエーハのエッジ１３３の代わりに、通常のアラインメ
ント・マーク１３４、あるいは、ウエーハ１３２上の回
路パターンの如き他の表面の特徴部を用いて、ウエーハ
１３２をプリアラインメントすることができる。ウエー
ハの最初の露光の前のプリアラインメント・ステップ
が、エッジ１３３の位置を確認し、最初のパターンを投
影するに適したウエーハの位置及び向きの測定値を与え
る。次のプリアラインメント・ステップが、アラインメ
ント・マーク１３４又は他の特徴部の位置を確認し、ウ
エーハ１３２の上の構造の位置及び向きの測定値を与え
る。ウエーハ１３２の位置が機械的なアラインメントの
精度としてのみ既知の場合に、画像処理装置１２０は、
倍率が小さく視野の大きい像を捜索し、アラインメント
・マーク１３４を見い出す。次に、ウエーハ１３２の位
置を若干変更して、アラインメント・マーク１３４の位
置が、十分な精度で、精密アラインメント装置（図示せ
ず）に対してウエーハ１３２を位置決めすることを可能
とする、高倍率で小さな視野の像を形成することができ
る。

【００１５】図１のプリアラインメント装置の１つの特
定の実施例においては、ウエーハ１３２は、目標位置の
±２．５ｍｍの範囲内で、ウエーハホルダ１３０の上に
置かれる。ウエーハホルダ１３０は、例えば、真空チャ
ック、又は、ウエーハ１３２に適した他のホルダとする
ことができる。ウエーハホルダ１３０は、ウエーハホル
ダ１３１及びウエーハ１３２を回転させると共に平面上
で移動させることのできる、通常の精密Ｘ−Ｙステージ
１５０に取り付けられている。

【００１６】ウエーハ１３２は、実質的に円形の部分
と、ウエーハ１３２の結晶配向を示すアラインメント・
ノッチ又はフラットとを含むエッジを有している。ノッ
チ又はフラットも、予想される位置の±２．５ｍｍの範
囲内に置かれる。代表的な真空チャック式のウエーハホ
ルダ１３０に関しては、約２．５ｍｍよりも大きいミス
オリエンテーションは、ウエーハ１３２を押さえつける
真空の誤動作を生じさせるが、ウエーハ１３２の全くの
ミスオリエンテーションは、押さえつけ機能及びウエー
ハホルダ１３０及びＸ−Ｙステージ１３１の回転の補正
範囲が十分であれば、許容することができる。顕微鏡１
１０の視野よりも大きなウエーハ１３２のミスオリエン
テーションは、必要に応じてシステムで実行することの
できる、ステップ・アンドサーチ・ルーチン（ｓｔｅｐ
ａｎｄｓｅａｒｃｈｒｏｕｔｉｎｅ）を必要とす
ることになる。

【００１７】顕微鏡１１０は、反射光顕微鏡であって、
対物領域に光線を投影して、該対物領域から反射された
光線から像を形成する。顕微鏡１１０は、タングステン
ランプの如き多くの周知の光源のいずれにすることもで
きる光源１１１と、黄色光以外の総ての光線を除去する
フィルタとを含んでいる。光源を選択する際の関心事
は、フォトレジストを変更させない波長において十分な
強度を有し、また、フォトレジストを変更させる波長に
おいて極めて小さな強度を有することである。精密アラ
インメント装置（図示せず）は、光源１１１を共有する
ことができる。光源１１１からの光線は、半銀ミラー１
１２から反射して光学系１１３を通過し、半銀ミラー１
１４から反射して、光学系１１５を通って対物領域１３
１を照射する。

【００１８】別の実施例においては、光源１１１が取り
除かれ、ウエーハホルダ１３０が光線を伝達し、ウエー
ハ１３２は、ウエーハホルダ１３０の下の光源によっ
て、背後から照射される。顕微鏡１１０及び画像処理装
置１２０は、画像が明るい状態から暗い状態になること
を検知することにより、エッジ１３３の位置を測定す
る。この別の実施例は、多くのウエーハリソグラフィ装
置において使用することができず、その理由は、精密Ｘ
−Ｙステージ１５０が、ウエーハホルダ１３０及びウエ
ーハ１３２の下にあり、光源に対して使用可能なスペー
スが不十分であるからである。また、ウエーハ１３２の
頂面（表面）のアラインメント・マーク１３４の如き特
徴部を確認する時には、背面照射を用いることはでき
ず、その理由は、背面照射は上記頂面（表面）を照射し
ないからである。

【００１９】光学系１１５は、対物領域１３１における
ウエーハ１３２及びウエーハホルダ１３０の部分からの
光線を用いて、像を形成する。この像は、電荷結合素子
（ＣＣＤ）カメラ１４０に形成され、該ＣＣＤカメラ
は、画像処理装置１２０に画像信号を与える。ＣＣＤカ
メラ１４０から画像処理装置１２０に送られる画像信号
は、走査線に沿う画像の明るさを示す。適宜なＣＣＤカ
メラの例は、ソニー社（Ｓｏｎｙ，Ｉｎｃ．）から入
手可能なＸＣ７７高解像度モノクロＣＣＤカメラである
が、他の多くのＣＣＤカメラあるいは感光センサを用い
ることができる。

【００２０】対物領域１３１に当たる顕微鏡１１０から
の光線は、角度方向の分布を有しており、そのような角
度方向の分布は、光学系１１３、１１５の光学的性質に
依存するが、半導体ウエーハ１３２の頂面（表面）に対
してほぼ直交するのが理想的である。ウエーハのエッジ
を観察するためには、約０．０５よりも小さい開口数
（Ｎ．Ａ．）が好ましい。ウエーハ１３２の頂面（表
面）は、光線を反射させて光学系１１５に戻し、形成さ
れた像に比較的明るい領域を生じさせる。ウエーハ１３
２は、そのエッジ付近で丸くなっていて、チッピング
（削り取られること）を減少させている。ウエーハ１３
２の丸い表面は、光学系１１５に光線を殆ど反射させ
ず、像に暗い領域を生じさせる。ウエーハホルダ１３０
の頂面（表面）は、光学系１１５からの光線に対してほ
ぼ直交しており、光線を反射させて光学系１１５に戻
す。従って、光学系１１５によって形成された像は、ウ
エーハ１３２の平坦な領域に関しては、比較的明るく、
また、エッジ１３３付近を暗くし、エッジ１３３を越え
ると明るくする。

【００２１】ウエーハホルダ１３０上のアルミニウム又
は金の如き反射コーティング１３６が、ウエーハホルダ
１３０からの光線の反射を増大させ、エッジ１３３にお
いて良好な像のコントラストを与える。しかしながら、
ガラス又は研磨されたセラミックの如き部分的に反射す
る材料が、エッジ１３３を捜し出すために十分なコント
ラストを与えることが判明している。

【００２２】光学系１１５は、例えば、ＣＣＤカメラ１
４０に倍率が１倍の像を与えるように設計された、０．
０５のＮ．Ａ．を有する３要素顕微鏡対物レンズであ
る。画像処理装置１２０は、ＣＣＤカメラ１４０に形成
された像の中のエッジ１３３を捜索する。画像処理装置
１２０による像の特徴を捜索する方法は、当業界では周
知であり、そのような方法においては、像をディジタル
化された強度を有するピクセルに分割し、次に、強度の
急激な変化を捜し出すことによって、エッジを決定す
る。幾つかの走査線のピクセルを平均化して、強度のノ
イズを減少させることができる。画像処理装置１２０は
また、測定した強度パターンとモデルの強度パターンと
の間の最善の関係を決定することにより、エッジを見い
出すこともできる。画像処理装置１２０は、汎用型のあ
るいは特殊なコンピュータとすることができる。像を分
析するための特殊な画像処理装置の１つは、コグネック
ス社（Ｃｏｇｎｅｘ，Ｉｎｃ．：マサチューセッツ州
Ｎｅｅｄｈａｍ）から商業的に入手可能である。代表的
な特殊な画像処理装置は、約１００ｍｓよりも短い時間
で、測定した像を捜索すべきパターンと関連づけること
ができる。

【００２３】本発明の一実施例においては、ＣＣＤカメ
ラ１４０に形成された像の各々のピクセルは、対物領域
１３１において、約１０μｍ幅の領域の強度である。エ
ッジ１３３は、像の中で最も近いピクセルに対して認識
することができ、あるいは、標準的な内挿（補間）技術
を用いて、ピクセルの断片に対してエッジ１３３を認識
することができる。対物領域１３１において対応する点
を有する合致するピクセルが、約±３μｍの精度で、エ
ッジ１３３を捜し出す。エッジ１３３の位置は、一定の
オフセット及びシステムエラーだけ、エッジ１３３の実
際の位置から異なる。ウエーハ１３２に対する総てのリ
ソグラフィが、同じ露光装置で実行された場合には、上
記一定の再現性が、上記オフセットのサイズよりも重要
であり、そのようなオフセットは無視することができ
る。

【００２４】上記エラー及びオフセットは、エッジ１３
３の総ての像が同時に焦点合わせされる訳ではないの
で、部分的に生ずるものと考えられる。例えば、光学系
１１５の焦点は、エッジ１３３に対するプリアラインメ
ント、及び、グローバル・アラインメント・マーク１３
４に対するグローバル・アラインメントに関して、便宜
的に同じ位置に固定され（ＮＡは約０．１）、ウエーハ
１３２の頂面（表面）に対して焦点合わせするのが好ま
しい。ウエーハ１３２の頂面の平坦部すなわちフラット
部分の比較的小さい（約±２０μｍ）表面の変動は、ほ
ぼ焦点合わせされるが、丸いエッジ１３３の撮像された
部分は、ウエーハ１３２の厚みの約半分（直径が２００
ｍｍのウエーハに対して約３５０μｍ）だけ下方に伸長
する。ウエーハ１３２の頂面から下方のウエーハホルダ
１３０の頂面は、ウエーハ１３２の全厚み（直径が２０
０ｍｍのウエーハに対して約７００μｍ）である。従っ
て、光学系１１５が、ウエーハ１３２の頂面に対して焦
点合わせされた時には、ウエーハホルダ１３０の頂面、
及び、ウエーハ１３２の表面の丸い部分の一部は、焦点
合わせされていない。光学系１１５に対して、０．０５
よりも小さい開口数を用いると、より大きい焦点深度を
もたらすことにより、焦点の問題が低減される。また、
光学系１１５は、ウエーハホルダ１３０の頂面からウエ
ーハ１３２の平均厚みの半分だけ上方にある平面に焦点
合わせされて、エッジ１３３を撮像することができる。

【００２５】エッジ１３３を認識する際に生ずる他の問
題は、エッジの丸みが、ウエーハ毎に変化することであ
る。従って、エッジ付近で反射する光線強度パターン
は、ウエーハ毎に変化し、パターンマッチングによって
エッジを捜し出すことをより困難にする。丸みの変動
は、約±３ｍｍの誤差でのアラインメントでは、問題で
はないことが分かっている。

【００２６】必要であれば、光学系１１５は、エッジの
測定された位置と実際の位置との間の一定のオフセット
を決定するように、校正することができる。工場におけ
る１つの校正方法は、光源１１１を消灯させ、平行光線
源でウエーハ１３２を背面照射する。外側のエッジ１３
３を通過する平行光線だけが、光学系１１５に到達して
像を形成する。別の高さの表面からは光線が反射されな
いか、円錐形の反射光線の焦点合わせの問題を受ける。
従って、ウエーハ１３２の暗い像とウエーハ１３２の外
側の明るい領域との間のシャープなコントラストが、エ
ッジ１３３の位置の正確な測定値を与えるものと考えら
れる。

【００２７】光学系１１３は、ＣＣＤカメラ１４５に拡
大された像を形成する。光学系１１３は、例えば、３倍
のリレーレンズである。ＣＣＤカメラ１４５は、上述の
ソニーＸＣ７７ビデオカメラとすることができる。図１
の実施例の代わりの実施例においては、光学系１１３及
びＣＣＤカメラ１４５を取り除き、機械的な装置が、光
学系１１５のレンズを変化させて、ＣＣＤカメラ１４０
に形成される像の倍率を変化させる。更に別の実施例に
おいては、ＣＣＤカメラ１４０が取り除かれ、機械的な
装置が、ＣＣＤカメラ１４５に対する光学通路に光学系
１１３を出入りさせる。レンズを変化させる機械的な装
置は、振動を生じさせ、そのような振動が、主投影レン
ズアセンブリ（図示せず）による第２のウエーハ（図示
せず）への投影を阻害し、ＣＣＤカメラ１４０と１４５
との間の電子的な切り換えよりも、時間を多く必要とす
るという欠点を有している。

【００２８】ＣＣＤカメラ１４５に形成される拡大され
た像は、ＣＣＤカメラ１４０に形成される像の倍率の約
３倍乃至５倍の間の倍率であって、対物領域１３１より
も小さい対物領域１３５の像である。画像処理装置１２
０は、上述の手順と同様な手順で、ＣＣＤカメラ１４５
に形成された像のパターンすなわちエッジを認識する。
１つの作動モードにおいては、ＣＣＤカメラ１４０に形
成された像の分析は、ウエーハ１３２の粗いプリアライ
ンメントを与え、また、ＣＣＤカメラ１４５に形成され
た像の分析は、ウエーハ１３２のより細かいグローバル
・アラインメントを与える。必要であれば、粗いプリア
ラインメントの間に得られた情報を用いて、ウエーハ１
３２を動かし、これにより、エッジ１３３あるいはアラ
インメント・マーク１３４の１つが対物領域１３５の中
に入るようにする。従って、ウエーハ１３２のグローバ
ル・アラインメントは、ウエーハ１３２がまだ装填位置
付近にある間に、達成される。次に、ウエーハを露光位
置へ直接動かすことができる。

【００２９】図２は、本発明の一実施例による露光装置
２００の斜視図である。実際の露光装置に見られるよう
な、精密アラインメント装置、レチクルアラインメント
装置、及び、照射装置の如き、多くのサブシステムは、
本発明を明瞭に図示するために、図２には示していな
い。装置２００は、主投影レンズアセンブリ２４０のレ
ンズ及びレチクルサポート構造２４１に取り付けられ
た、複数の反射顕微鏡２６１、２６２、２６３を備えて
いる。より一般的には、顕微鏡２６１、２６２、２６３
は、ウエーハ２３０がその装填位置あるいはその近くに
ある間に、ウエーハ２３０のアラインメント及びグロー
バル・アラインメントを行うためのウエーハ２３０の像
を形成するように位置決めされている。

【００３０】図３及び図４は、露光装置２００を用いて
ノッチ付きウエーハ２３０のプリアラインメント及びグ
ローバル・アラインメントを行うためのプロセスを示し
ており、これらの図面は、図２と共に説明される。最初
に、通常の装填アーム２７２が、ウエーハ２３０を通常
のＸ−Ｙステージ２７１の上における装填位置２３３
（図４）に、所定の位置決め不確実度で（所定の位置決
め精度で）置く。そのような位置決め不確実度は、１ｍ
ｍよりも大きくすることができ、一般的には、約±２．
５ｍｍである。装填位置２３３は、投影レンズアセンブ
リ２４０（その外周が、図３及び図４に輪郭２４０で示
されている）のエッジ付近に位置している。

【００３１】上記３つの反射顕微鏡２６１、２６２、２
６３は、装填位置２３３を横断する対物領域２１１、２
１２、２１３を有しており、これら対物領域は、装填位
置の不確実度の２倍の幅（約５ｍｍまでの幅）を有する
正方形を含んでいる。これとは対照的に、代表的な精密
アラインメント装置（図示せず）は、ウエーハ２３０に
パターンが投影される、投影レンズアセンブリ２４０の
周辺の中の位置２３４の中に、対物領域を有しており、
精密アラインメント装置用のそのような対物領域は一般
に、約８０μｍの幅よりも小さい。

【００３２】対物領域２１１、２１２、２１３の位置
は、顕微鏡２６１、２６２、２６３を投影レンズアセン
ブリ２４０に取り付けるのに便利なように、また、ウエ
ーハ２３０が装填位置２３３にある時に、ウエーハ２３
０のエッジの幅の広い別個の部分を撮像するように（広
く分離した複数のウエハエッジ部分を撮像するように）
選択される。測定されるエッジ位置の間の分離が大きい
と、ウエーハ２３０の直径を正確に決定することができ
る。また、対物領域の位置は、後に説明するように、ア
ラインメント・マークの像を形成する時に必要とされる
運動を極力小さくするように選択される。ウエーハ２３
０が装填位置２３３から位置２３１へ短い距離だけ移動
すると、ウエーハ２３０のエッジの２つの異なる部分
が、対物領域２１１、２１３の中に入る。領域２１１、
２１３の像は、反射顕微鏡２６１、２６３によって同時
に形成されて画像処理装置（図示せず）によって捜索さ
れ、ウエーハ２３０の直径を決定する助けをするウエー
ハ１３０のエッジの２つの点を特定する。

【００３３】精密アラインメント及び投影を行うための
ウエーハ２３０の位置決めも行うＸ−Ｙステージ２７１
は、ウエーハ２３０を、位置２３２に向けて、ｘ方向に
おいて距離δｘだけ、また、ｙ方向においてδｙだけ動
かす、位置２３２においては、アラインメント・ノッチ
２３５は、対物領域２１２の中にある。対物領域２１３
の第２の像が、アラインメント・ノッチ２３５に対する
ウエーハ２３０のエッジ上の点の位置を与える。距離δ
ｘ、δｙ、及び、アラインメント・ノッチ２３５の測定
位置、並びに、ウエーハ２３０のエッジ上のの３つの点
を与えると、顕微鏡２６１、２６２並びにＸ−Ｙステー
ジ２７１の精度の範囲で、ウエーハ２３０の直径、位
置、及び向きが幾何学的に得られる。

【００３４】ウエーハ２３０に実行される第１の露光操
作すなわちリソグラフィ操作においては、ウエーハ２３
０の位置及び向きは、上述のエッジの測定値の精度で既
知であり、Ｘ−Ｙステージ２７１は、ウエーハ２３０を
位置２３４まで動かして、第１のパターンの投影を行
う。レチクル２４３は、投影すべきパターンの像を含ん
でいる。一般に、レチクル２４３を通過する光線２８０
は、主投影レンズ２４２によって、ウエーハ２３０の露
光領域上に焦点合わせされる。そのような光線は、レチ
クル２４３のパターンに従って露光されたウエーハ２３
０のフォトレジストの領域を変化させる。

【００３５】光投影露光装置（すなわち、光ステッパー
又はステッパー）においては、位置２３４にあるウエー
ハ２３０の第１の露光フィールド上に、パターンが投影
され、次に、ウエーハ２３０は、別の露光フィールドを
露光するために、ステップ距離だけ移動される。そのよ
うなステップ及び露光は、通常、ウエーハ２３０の総て
の露光フィールドにパターンが形成されるまで、繰り返
し行われる。一般に、各々の露光フィールドは、回路パ
ターン及びそのようなパターンのためのアラインメント
・マーク２５０と同一のコピーを有している。露光が完
了すると、ウエーハを露光装置２００から取り出して、
マスクの現像及びウエーハ２３０の処理を行う。第２の
すなわち次の露光操作を行うために、露光装置２００に
戻されると、ウエーハのアラインメント・マーク２５０
を用いて、グローバル・アラインメント及び精密アライ
ンメントを行うことができる。

【００３６】第２のすなわち次の露光操作においては、
ウエーハ２３０のグローバル・アラインメントを行うた
めに、アラインメント・マーク２５０の位置を測定する
ことにより、プリアラインメント及びグローバル・アラ
インメントが実行される。装填位置２３３（又は、装填
位置２３３から短い距離だけ移動した後に）において
は、少なくとも１つのアラインメント・マーク２５０
が、図４に示すように、対物領域２１１、２１２、２１
３の中にある。画像処理装置は、撮像されたアラインメ
ント・マーク２５０のｘ方向及びｙ方向の位置を決定す
る。ウエーハ２３０の位置及び向きを測定するグローバ
ル・アラインメントを行うためには、少なくとも２つの
アラインメント・マークが必要とされる。必要に応じ
て、ウエーハ２３０を再度動かして、第２の（又は第３
の）アラインメント・マーク２５０を、対物領域２１
１、２１２、２１３の１つの中に位置させ、ｘ軸線又は
ｙ軸線に位置していない別の露光フィールドからのアラ
インメント・マーク２５０を用いて、グローバル・アラ
インメントを行うことができる。

【００３７】第１のパターンをプリアラインメントする
間に、ウエーハ２３０のエッジを撮像するために使用さ
れる反射顕微鏡２６１、２６２、２６３は、グローバル
・アラインメントの間に、アラインメント・マーク２５
０の像を形成する。顕微鏡２６１、２６２、２６３の倍
率を高くしてアラインメント・マーク２５０を撮像する
ことができる。その理由は、低い倍率で得た情報を用い
て、アラインメント・マーク２５０を位置決めし、より
高い倍率でより正確なグローバル・アラインメントを実
行することができるからである。アラインメント・マー
クの像は、エッジのアラインメントで経験したのと同じ
焦点の問題による悪影響を受けず、その理由は、アライ
ンメント・マークは実際には、ウエーハの頂面と共面関
係にあるからである（ウエーハ表面とほぼ同一平面内に
マークがあるからである）。

【００３８】アラインメント及びグローバル・アライン
メントの間に測定された位置及び向きから、画像処理装
置は、パターンを投影するための位置２３４にウエーハ
２３０を動かすために必要な回転及び変位を決定し、Ｘ
−Ｙステージ２７１が、ウエーハを動かし且つ回転させ
る。グローバル・アラインメントが十分正確に行われ、
また、Ｘ−Ｙステージ２７１の精度が十分に高ければ、
そのようなグローバル・アラインメントに基づいて、パ
ターンを投影することができる。一般に、光投影露光装
置においては、投影アセンブリ２４０の精密アラインメ
ント装置（図示せず）が、精密なアラインメントを行っ
て、パターンのコピーを投影する前に、各々の露光フィ
ールドを捜し出す。通常の精密アラインメントは、露光
フィールドに予め形成されたアラインメント・マークを
用いる。

【００３９】図５及び図６は、対物領域３１１、３１２
を有する一対の反射顕微鏡を用いて、ウエーハのプリア
ラインメント及びグローバル・アラインメントを行うた
めのプロセスを示している。最初に、ウエーハが、非常
に粗いアラインメントで、レンズ投影アセンブリ３４０
付近の位置３３１に装填すなわち移動される。ウエーハ
は、平坦なエッジを有するが、その他の部分はほぼ円形
のエッジを有している。そのような非常に粗いアライン
メントが、平坦部を既知の方向（図５においてｘ方向）
に対して平行に位置決めする。位置３３１においては、
上記平坦部の一部が、第１の反射顕微鏡の対物領域３１
１の中にある。投影アセンブリ３４０に取り付けられた
第１の反射顕微鏡が、対物領域３１１の中の平坦部の部
分の像を形成し、画像処理装置が、平坦部の位置を測定
する。

【００４０】次に、ウエーハは、位置３３２まで短いス
テップだけ移動される。そのような位置においては、平
坦部の第２の部分が対物領域３３１の中にあり、ウエー
ハのエッジの湾曲部が、対物領域３１２の中にある。そ
のような運動は、平坦部に対して平行であると予想され
る方向（ｘ方向）に沿って行われる。対物領域３１１、
３１２の像が形成され、画像処理装置が、ウエーハのエ
ッジの更に別の２つの点を捜し出す。そのような２つの
点の一方は、平坦部にあり、他方は、ウエーハのエッジ
の湾曲部にある。ウエーハのエッジの上記３つの点か
ら、ウエーハの位置及び向きが決定される。図３に関し
て説明したのと同様な方法で、第１の露光操作を行うた
めの位置３３４までウエーハを動かすに必要な変位が、
エッジのアラインメントから決定される。

【００４１】図６は、一対の顕微鏡を用い、アラインメ
ント・マーク３５０が対物領域３１１、３１２の中に位
置するまで、ウエーハを動かすことにより実行される、
グローバル・アラインメントを示している。画像処理装
置は、短い移動の後に、同時に又は順次、アラインメン
ト・マーク３５０のｘ方向及びｙ方向の位置を認識し、
精密な部分的なアラインメント並びにパターンの投影を
行うための位置３４４までウエーハを動かすに必要なオ
フセット及び回転を決定する。

【００４２】図２、図３、図４、図５、図６の実施例
は、複数の顕微鏡を用いており、プリアラインメント及
びグローバル・アラインメントを実行するために、装填
位置からウエーハを比較的短いステップしか運動させな
い。単一の顕微鏡を有する本発明の別の実施例は、上述
の像を形成するが、ウエーハをその直径に概ね等しい距
離だけ動かしてアラインメントを行うことを含む、一連
のステップを必要とする。そのような長いステップは、
時間がかかり、多くの露光装置においては、速度の増大
が主要な関心事である。

【００４３】特定の実施例を参照して本発明を説明した
が、そのような説明は、本発明の用途の一例に過ぎず、
限定的に理解してはならない。ここに開示した実施例の
他の種々の適用及び特徴の組み合わせは、当業者には理
解することができ、請求の範囲に記載される本発明の範
囲内にある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のプリアラインメント装置の
ブロックダイアグラムである。

【図２】本発明の一実施例のウエーハ露光装置の斜視図
である。

【図３】図２の露光装置のプリアラインメントの間の、
投影レンズアセンブリ、ノッチ付きウエーハ、及び、対
物領域の相対的な位置を示している。

【図４】図２の露光装置のグローバル・アラインメント
の間の、投影レンズアセンブリ、ノッチ付きウエーハ、
及び、対物領域の相対的な位置を示している。

【図５】本発明の別の実施例によるプリアラインメント
の間の、投影レンズアセンブリ、平坦なウエーハ、及び
対物領域の相対的な位置を示している。

【図６】本発明の別の実施例によるグローバル・アライ
ンメントの間の、投影レンズアセンブリ、平坦なウエー
ハ、及び対物領域の相対的な位置を示している。

【符号の説明】

１１０反射顕微鏡１１２半銀ミラー１１３、１１５光学系１２０画像処理装置１３１対物領域１３２ウエーハ１３３エッジ１３４アラインメント・マーク１５０Ｘ−Ｙステージ２１１、２１２、２１３対物領域２６１、２６２、２６３反射顕微鏡

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ウエーハ露光装置であって、投影レンズアセンブリと、ウエーハを第１の位置から第２の位置へ動かすＸ−Ｙス
テージであって、前記第１の位置において、前記ウエー
ハがＸ−Ｙステージに装填され、前記第２の位置におい
て、前記投影レンズアセンブリが前記ウエーハに光線を
投影するようになされた、Ｘ−Ｙステージと、前記レンズアセンブリに対して固定的に取り付けられ、
前記ウエーハが前記第１の位置にある時に、前記ウエー
ハの一部を含む対物領域を有する、反射顕微鏡と、前記反射顕微鏡によって形成された第１の像を捜索し、
前記ウエーハを前記第２の位置へ動かすに必要な変位を
決定する画像処理装置とを備えるウエーハ露光装置。
【請求項２】請求項１のウエーハ露光装置において、
前記レンズアセンブリに対して固定的に取り付けられた
第２の反射顕微鏡を更に備え、該第２の反射顕微鏡は、
前記ウエーハが前記第１の位置にある時に、前記ウエー
ハの第２の部分を含む対物領域を有することを特徴とす
るウエーハ露光装置。
【請求項３】請求項２のウエーハ露光装置において、
前記レンズアセンブリに対して固定的に取り付けられた
第３の反射顕微鏡を更に備え、該第３の反射顕微鏡は、
前記ウエーハが前記第１の位置にある時に、前記ウエー
ハの第３の部分を含む対物領域を有することを特徴とす
るウエーハ露光装置
【請求項４】請求項１のウエーハ露光装置において、
前記画像処理装置は、前記ウエーハのエッジの位置を認
識するための手段を備えることを特徴とするウエーハ露
光装置。
【請求項５】請求項４のウエーハ露光装置において、
前記画像処理装置は、前記ウエーハ上のアラインメント
・マークの位置を認識するための手段を更に備えること
を特徴とするウエーハ露光装置。
【請求項６】請求項５のウエーハ露光装置において、前記反射顕微鏡は、低倍率及び高倍率を有しており、前記第１の像は、前記低倍率で形成され、アラインメント・マークを認識する前記手段は、前記第
１の像から、前記アラインメント・マークの位置を第１
の精度で決定し、前記反射顕微鏡は、前記高倍率で第２の像を形成し、アラインメント・マークを認識する前記手段は、前記第
２の像から、前記アラインメント・マークの位置を第２
の精度で決定することを特徴とするウエーハ露光装置。
【請求項７】請求項１のウエーハ露光装置において、
前記顕微鏡は、前記投影レンズアセンブリの周辺部に設
けられていることを特徴とするウエーハ露光装置。
【請求項８】請求項１のウエーハ露光装置において、
予想最大偏差を有する方法を用いて、ウエーハが前記Ｘ
−Ｙステージに装填され、前記反射顕微鏡の前記対物領
域は、前記予想最大偏差の少なくとも２倍の幅を有して
いることを特徴とするウエーハ露光装置。
【請求項９】請求項８のウエーハ露光装置において、
前記予想最大偏差は、約１ｍｍよりも大きいことを特徴
とするウエーハ露光装置。
【請求項１０】請求項１のウエーハ露光装置におい
て、前記画像処理装置に接続された第１のＣＣＤカメラ
を更に備え、前記反射顕微鏡は、前記第１のＣＣＤカメ
ラに第１の像を形成する第１の光学系を備えており、前
記第１のＣＣＤカメラは、前記第１の像を表す画像信号
を前記画像処理装置に与えることを特徴とするウエーハ
露光装置。
【請求項１１】請求項１０のウエーハ露光装置におい
て、前記画像処理装置に接続された第２のＣＣＤカメラ
を更に備え、前記反射顕微鏡は、前記第２のＣＣＤカメ
ラに第２の像を形成する第２の光学系を更に備えてお
り、前記第２のＣＣＤカメラは、前記第２の像を表す画
像信号を前記画像処理装置に与えることを特徴とするウ
エーハ露光装置。
【請求項１２】請求項１１のウエーハ露光装置におい
て、前記個血液は、前記第１の光学系と前記第１のＣＣ
Ｄカメラとの間に設けられた半銀ミラーを更に備え、該
半銀ミラーは、前記第１の光学系からの光線の第１の部
分を伝達して、前記第１のＣＣＤカメラに像を形成し、
前記第１の光学系からの第２の部分を前記第２の光学系
に反射することを特徴とするウエーハ露光装置。
【請求項１３】ウエーハ露光装置であって、投影レンズアセンブリと、ウエーハにパターンを投影するために前記投影レンズア
センブリに必要とされる精度で、前記ウエーハを整合さ
せるための、精密アラインメント装置であって、前記ウ
エーハをアラインメントの前にその中に位置決めしなけ
ればならないアラインメント領域を有している、精密ア
ラインメント装置と、ウエーハを装填位置からアラインメント領域に動かすＸ
−Ｙステージと、前記投影レンズアセンブリに対して固定的に取り付けら
れると共に、前記投影レンズアセンブリの外周の外側に
対物領域を有している、反射顕微鏡と、前記反射顕微鏡によって形成された像を分析して、前記
ウエーハを前記アラインメント領域に動かすに必要な変
位を決定する画像処理装置とを備えることを特徴とする
ウエーハ露光装置。
【請求項１４】請求項１３のウエーハ露光装置におい
て、前記レンズアセンブリに対して固定的に取り付けら
れた第２の反射顕微鏡を更に備え、該第２の反射顕微鏡
は、前記投影レンズアセンブリの外周の外側に対物領域
を有しており、前記画像処理装置は、前記第２の反射顕
微鏡によって形成された像を分析して、前記ウエーハを
前記アラインメント領域に動かすに必要な変位を決定す
ることを特徴とするウエーハ露光装置。
【請求項１５】ウエーハ露光装置においてウエーハの
プリアラインメントを行うための方法であって、ウエーハのエッジの位置が予想最大偏差の範囲内で分か
るように、前記ウエーハをＸ−Ｙステージに装填する工
程と、前記エッジの一部を含む対物領域の第１の像を形成し、
前記対物領域の幅が、前記予想最大偏差の少なくとも２
倍であるようにする撮像工程と、前記第１の像から前記エッジの位置を決定する工程とを
備えることを特徴とする方法。
【請求項１６】請求項１５の方法において、前記エッジの第２の部分を含む第２の対物領域の第２の
像を形成する工程と、前記エッジの第３の部分を含む第３の対物領域の第３の
像を形成する工程と、前記第１の像、前記第２の像及び前記第３の像から、前
記ウエーハの直径を決定する工程とを更に備えることを
特徴とする方法。
【請求項１７】請求項１５の方法において、前記対物
領域は、前記ウエーハのアラインメント・ノッチを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項１８】請求項１５の方法において、前記撮像
工程は、反射顕微鏡で像を形成する段階を含むことを特
徴とする方法。
【請求項１９】請求項１５の方法において、前記ウエ
ーハのエッジは、平坦部を有し、その他の部分は実質的
に円形であり、前記対物領域が、前記平坦部の一部を含
むことを特徴とする方法。
【請求項２０】請求項１９の方法において、前記撮像
工程が、反射顕微鏡で像を形成する段階を含み、前記平坦部の第２の部分が、前記反射顕微鏡によって撮
像することができるように、前記ウエーハを動かす工程
と、前記反射顕微鏡で、前記平坦部の前記第２の部分の第２
の像を形成する工程と、前記第２の像から、前記平坦部の前記第２の部分の位置
を決定する工程と、前記第１の像及び第２の像から、前記ウエーハの向きを
決定する工程とを更に備えることを特徴とする方法。
【請求項２１】請求項２０の方法において、前記ウエ
ーハを動かす工程が、前記平坦部に対して概ね平行な方
向に、前記ウエーハを動かす段階を含むことを特徴とす
る方法。
【請求項２２】請求項１４の方法において、前記予想
最大偏差が、約１ｍｍよりも大きいことを特徴とする方
法。
【請求項２３】ウエーハ露光装置においてウエーハの
プリアラインメントを行うための方法であって、ウエーハが、予想最大偏差の範囲内で既知の位置を有す
るように、ウエーハをＸ−Ｙステージに装填する工程
と、前記ウエーハの特徴部を含む対物領域の第１の像を形成
し、前記対物領域の幅を、前記予想最大偏差の少なくと
も２倍にする工程と、前記第１の像から前記特徴部を捜し出す工程と、アラインメント装置によってアラインメントを行う位置
に前記ウエーハを位置決めする運動量を前記特徴部の位
置から決定する工程と、前記アラインメント装置によってアラインメントを行う
ために前記ウエーハを位置決めする工程とを備えること
を特徴とする方法。
【請求項２４】請求項２３の方法において、前記特徴
部を捜し出す工程が、前記ウエーハのエッジを捜し出す
段階を含むことを特徴とする方法。
【請求項２５】請求項２３の方法において、前記特徴
部を捜し出す工程が、前記ウエーハのアラインメント・
マークを捜し出す段階を含むことを特徴とする方法。
【請求項２６】請求項２３の方法において、前記第１
の像を形成する工程が、前記ウエーハの少なくとも一部
が、前記ウエーハ露光装置の投影レンズアセンブリの外
周の外側にある間に、前記ウエーハの像を形成する段階
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２７】請求項２３の方法において、前記特徴
部を捜し出す工程が更に、前記特徴部に関する第１の像を捜索する工程と、前記ウエーハを動かして、前記特徴部を第２の対物領域
に位置決めする工程と、前記第１の像よりも高い倍率を有する、前記第２の対物
領域の第２の像を形成する工程と、前記第２の像から前記特徴部の位置を決定する工程とを
備えることを特徴とする方法。
【請求項２８】請求項２７の方法において、前記第１の像を形成する工程が更に、反射顕微鏡で像を
形成する段階を含み、前記第２の像を形成する工程が更に、前記第１の像を形
成した前記反射顕微鏡出像を形成する段階を含むことを
特徴とする方法。
【請求項２９】請求項２３の方法において、前記ウエーハの第２の特徴部を含む第２の対物領域の第
２の像を形成し、前記第２の対物領域の幅を、影響予想
最大偏差の少なくとも２倍にし、前記ウエーハが、前記
第１の像が形成される位置にある間に、前記第２の像を
形成する工程と、前記第２の像から前記第２の特徴部を捜し出す工程とを
更に備え、前記ウエーハをアラインメント装置用に位置決めする運
動量を決定する前記工程が、前記第１及び第２の特徴部
の位置から前記運動量を決定する段階を含むことを特徴
とする方法。
【請求項３０】請求項２９の方法において、前記第１の像を形成する工程が、第１の反射顕微鏡で像
を形成する段階を含み、前記第２の像を形成する工程が、第２の反射顕微鏡で像
を形成する段階を含むことを特徴とする方法。