JPH09232202A - 投影露光装置におけるアライメント方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 縮小投影露光においてレチクルパターンの重
ね合わせ精度を向上する。 【解決手段】 ショットの４辺にアライメントマークが
来るようにレチクル６の配線等パターン形成領域２の周
囲にアライメントマーク４１〜４４を配置する。各アラ
イメントマーク４１〜４４は、２種類のマーク要素４ａ
〜４ｄを含むように構成する。露光時に、アライメント
マーク４１〜４４を用いてＸ方向とＹ方向の位置合わせ
と倍率補正を同時に行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置に用
いられる投影露光装置におけるアライメント方法に関
し、特に半導体集積回路装置の製造時の縮小投影露光に
おけるアライメント方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、縮小投影露光装置におけるアライ
メント方法，特にパターンの位置ずれを補正すると共
に、パターンの縮小倍率のずれを補正するアライメント
方法として、以下の刊行物等に開示されている技術があ
る。すなわち、上述の刊行物は、特開平２−８７６１５
号公報、特開昭６１−７４３３４号公報、特開平３−２
４６９２１号公報、及び特開昭６２−１７１１２６号公
報である。

【０００３】半導体製造装置に使用される露光装置とし
て、ステップ式投影露光装置、すなわち一般にステッパ
と呼ばれている装置がよく用いられる。ステッパは、レ
チクルパターンの投影像に対しウェーハを繰り返しステ
ップして露光する。ステッパの一種であるレンズ縮小投
影露光装置は、露光の際に投影レンズを用いて投影像の
縮小を行い、また各ショット毎にステージを移動させウ
ェーハ上にレチクルパターンを露光する。次に、ステッ
パを用いた露光の手順について説明する。まず、一層目
のレチクルパターンが形成されるとともにアライメント
マークが形成されたウェーハを準備する。ウェーハの原
点設定を行う。原点設定の際に、ウェーハがウェーハス
テージ上で所定の方向に向くように粗く位置決めする。
その次に、各ショットごとに形成されているグローバル
・アライメントを用いてウェーハの回転量を補正する。
ここで、ショットとは、ステッパで一回に照射（露光）
できる露光領域のことである。次に、あらかじめレチク
ルに設定された被ビーム照射領域を用いてウェーハ上に
光線を当てて行う一ショットについて、すでにウェーハ
上に露光されている１層目のレチクルパターンと２層目
以降のレチクルパターンとの位置のずれを検出する。そ
れと共に、チップの倍率、すなわちショットの大きさを
検出する。その検出された数値の平均を用い、レチクル
パターンの位置合わせを行い露光する。

【０００４】特開平２−８７６１５号公報には、縮小露
光においてアライメントと倍率を同時に補正する方法で
用いられるマークとして、Ｘ方向Ｙ方向用に２ヶ所に配
置された位置ずれ補正のためのＴＴＬアライメントマー
クと、対角線上の２ヶ所に配置された縮小倍率用マーク
が用いられている例が開示されている。

【０００５】また、特開昭６１−７４３３４号公報に
は、位置ずれ補正と倍率補正のために、Ｘ軸上の２箇所
に配置された２つの位置合わせ用マークを用いる例が開
示されている。特開平３−２４６９２１号公報には、位
置ずれ補正と倍率補正のために、方形状マスクの四隅に
設けられた４つの位置合わせマークが用いられている例
が開示されている。特開昭６２−１７１１２６号公報に
は、位置ずれ補正と倍率補正のために、Ｘ軸上の十字形
のマーク、Ｙ軸上でＸ軸方向に伸びた二字型のマーク、
Ｘ及びＹ軸上にそれぞれ配置された矩形のマークの４つ
のマークが方形状の四辺上に配置されている例が開示さ
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の投影露光装置に
おけるアライメント方法は、以上のように構成されてお
り、位置ずれと倍率ずれを補正するためのマークとし
て、次のような欠点があった。すなわち、特開平２−８
７６１５号公報に記載の投影露光装置におけるアライメ
ント方法では、縮小率測定用マークがショットの一対角
線上の２ヶ所にしか配設されていないため、同マークの
無い他の対角線上の倍率ずれを補正することができない
という問題があった。また、特開昭６１−７４３３４号
公報に記載の投影露光装置におけるアライメント方法で
は、２ヶ所の合わせマークだけであるからパターンの重
ね合わせ精度が悪く、またマークがＸ軸上にしかないた
め、Ｙ軸方向の倍率補正ができないという問題があっ
た。また、特開平３−２４６９２１号公報に記載の投影
露光装置におけるアライメント方法では、４隅にマーク
が配置されているため、ワンショットのマーク群での位
置ずれと倍率ずれ補正はできても、隣りのショットのマ
ーク群との距離比較では各ショットの一隅のマークが近
接する、いわゆる突き合わせ状態となっており、多ショ
ットのマーク群で補正するには不均等なマーク配置であ
るため、重ね合わせ精度が低下するという問題があっ
た。さらに、マークの種類が位置合わせ用と倍率補正用
の両方に共通であるために、位置合わせ用と倍率補正用
とに異なる種類のマークが必要な投影露光装置では、用
いることができないという問題があった。

【０００７】特開昭６２−１７１１２６号公報に記載の
投影露光装置におけるアライメント方法では、方形状の
四辺上に４ヶ所にそれぞれマークが配置されているもの
の、位置ずれ補正に２ヶ所、倍率ずれ補正に２ヶ所に分
かれているため、倍率補正については一つの方向に対し
てしか行えず、高精度の補正には不十分な配置であると
いう問題があった。さらに、上記の全ての刊行物に記載
されているマークは、線状もしくは十字状のマークであ
るため、全てのアライメントマークが一種類のマーク要
素で構成されており、重ね合わせの程度を反映させる信
号，例えば視覚を刺激する光量や光電変換器へ入射する
光量の信号が、線状もしくは十字状の情報量の少ない信
号であり、光の干渉を利用して一致を検出するためのマ
ークとしては不適当な形状をしており、光の干渉を利用
して高精度の重ね合わせを得るには不適な形状のマーク
であるという問題があった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る投影露
光装置におけるアライメント方法は、第１の種類のマー
ク要素で位置合わせを行い、第２の種類のマーク要素で
倍率補正を行うことが可能な投影露光装置におけるアラ
イメント方法であって、各レチクルにおける四辺形状を
した被ビーム照射領域内にあって該被ビーム照射領域の
四辺にそれぞれ一つずつ配置されるとともに前記四辺の
対辺の２方向での位置合わせと倍率補正とに同時に使用
可能なアライメントマークが設けられた複数のレチクル
を準備する工程と、前記複数のレチクルのうちの第１層
用のレチクルを用いて露光し、第１層のレチクルパター
ンとアライメントマークを被投影基板に形成する工程
と、前記複数のレチクルのうちの第２層以降用のレチク
ルを用いて行う各ショットの露光前に、前記第２層以降
用のレチクルに設けられた前記アライメントマークと前
記被投影基板に形成されたアライメントマークとを用い
て位置合わせと倍率補正を同時に行う工程とを備え、前
記アライメントマークの各々が前記第１の種類のマーク
要素と前記第２の種類のマーク要素とを組み合わせたも
のであることを特徴とする。

【０００９】第２の発明に係る投影露光装置におけるア
ライメント方法は、第１の発明の投影露光装置における
アライメント方法について、前記被投影基板は、集積回
路が形成される領域を有する基板を含み、前記被投影基
板に形成されるアライメントマークは、前記集積回路が
形成される領域に形成されていることを特徴とする。

【００１０】第３の発明に係る投影露光装置におけるア
ライメント方法は、第１または第２の発明の投影露光装
置におけるアライメント方法について、前記第１の種類
のマーク要素は、等間隔に引かれた複数の第１の平行線
からなる第１のマーク要素を含み、前記第２の種類のマ
ーク要素は、前記第１の平行線とは垂直な線であって、
等間隔に引かれた複数の第２の平行線からなる第２のマ
ーク要素を含むことを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の投影露光装置に
おけるアライメント方法について図面を参照しながら説
明する。図１は、この発明の実施の形態の一例によるア
ライメントの手順を示すフローチャートである。図２は
１層目のレチクルパターンが形成された後のウェーハの
状態を示す平面図である。また、図３は図２に示された
全ショット３のうちの一ショットに対応するレチクルの
平面図である。図２あるいは図３において、１はウェー
ハ、２はウェーハ１上に形成された配線等パターン形成
領域、３は一つの配線等パターン形成領域２を形成する
ためのショット、４は各々アライメントに用いられるア
ライメントマーク、６はレチクル、４１〜４４はレチク
ル６上に形成されたアライメントマークである。配線等
パターン形成領域は、集積回路が形成される領域であ
る。アライメントマーク４１と４２、及びアライメント
マーク４３と４４が一組になっており、四辺形の一種で
ある正方形状のショット３の対辺にある一組のマークで
一方向の位置合わせ及び一方向の倍率補正が行われる。
したがって二組のアライメントマークで二方向の位置合
わせと二方向の倍率補正が同時に行える。

【００１２】一つのアライメントマーク４１〜４４に
は、それぞれ２種類のマーク要素が含まれている。２種
類のうちの一つ目は、近接する中心線５Ａ，５Ｂに対し
て平行な線からなるマーク要素４ａ，４ｂである。他
は、近接する中心線５Ａ，５Ｂに対して垂直な線からな
るマーク要素４ｃ，４ｄである。２種類のマーク要素か
らなる一つのアライメントマーク４１〜４４はそれぞれ
一つの検出器で検出することができる。例えば、アライ
メントマーク４１では、レチクルとウェーハとにおいて
マーク要素４ａ，４ｃの２つが同時に一致しなければ、
検出器において十分な出力は得られず、Ｘ方向にずれれ
ばマーク要素４ａに起因して出力が不十分となり、Ｙ方
向にずれればマーク要素４ｃに起因して出力が不十分と
なるからである。なお、近接する２種類のマーク要素４
ａと４ｃ及びマーク要素４ｂと４ｄは、相互の干渉によ
って測定精度を劣化させない程度の間隔を有して配置さ
れている。ここで用いられているアライメントマーク４
１〜４４は、スルー・ザ・レチクル（以下ＴＴＲとい
う。）マークであり、レチクル６の上からレチクル６も
参照しつつ、ウェーハ１のアライメントを行うためのア
ライメントマークである。従って、アライメントのため
に照射させる光線はレチクル６以外の投影機構、例えば
レンズ等を通ってウェーハ１上に到達する。ＴＴＲマー
クによる位置検出法は１次回折光を利用しているので、
ＴＴＲマークとして用いられるアライメントマークは、
十字や直線でなく、２つ以上の直線群でなくてはいけな
い。ＴＴＲマークを構成している直線の本数が多いほど
回折光のピーク幅が狭くなり、光強度が強くなるので、
より精度の高いアライメントを実施することができる。
ＴＴＲマークを構成している平行線の間隔は、プロセス
毎で最適な間隔に設定される。ただし、一次回折光を利
用しているので、平行線間のピッチは一連の複数層のレ
チクル６の露光について固定されるが、平行線の本数の
変更は可能である。

【００１３】縮小露光装置のアライメント方法の手順に
おいて、まず、ステップＳＴ１で、ウェーハ１上に全シ
ョット３を露光し、第１層目のレチクルパターンを形成
する（図２）。第１層目のレチクル６にはアライメント
マークをウェーハ１上に形成するためのパターンが描か
れているため、ステップＳＴ１でのレチクルパターンの
形成により、ウェーハ１上にアライメントマーク４が形
成される。次に、ウェーハ１上の全ショット３のうち、
あらかじめ設定された複数のショット３（例えば３個）
に形成されているアライメントマーク４を用い、粗くウ
ェーハ１の位置合わせを行う（ステップＳＴ２）。

【００１４】次に、エンハンスト・グローバル・アライ
メントを行う（ステップＳＴ３）。エンハンスト・グロ
ーバル・アライメントとは、アライメントのモードのう
ち、ウェーハ１内の任意の数ショット３のマーク位置を
レーザ・ステップ・アライメントで計測し、それぞれの
計測結果を統計処理することによってウェーハ１全体の
位置を定めるアライメントのモードである。ここで、レ
ーザ・ステップ・アライメントとは、レーザ光線をウェ
ーハ１上のアライメントマーク４に照射し、回折・散乱
された光線を利用してマーク位置を計測することであ
る。すなわち、ステップＳＴ３では、全ショット３のう
ち、あらかじめ設定されたウェーハ１中心に対して点対
称に配置されたショット３を複数（たとえば１０個）用
い、ウェーハ１の回転量の補正を含めた位置合わせを行
う。

【００１５】次に、露光の対象となるショット３内に形
成されているＴＴＲアライメントマーク４とレチクル６
上に形成されているアライメントマーク４３，４４のマ
ーク要素４ｂを用い、Ｘ方向のショットずれを計算する
（ステップＳＴ４）。また、対象となるショット３内に
形成されているＴＴＲアライメントマーク４とレチクル
６上に形成されているアライメントマーク４１，４２の
マーク要素４ａを用い、Ｙ方向のショットずれを計算す
る（ステップＳＴ５）。ステップＳＴ４，ＳＴ５で行っ
た２つの計算から、ショット中心のずれがわかる。ステ
ップＳＴ６で、このショット中心のずれを補正した後、
ステップＳＴ７でそのショット３内に形成されているマ
ーク要素を含む４ａ，４ｃ一組のＴＴＲアライメントマ
ークを用い、Ｙ方向の倍率のずれを補正するとともに、
Ｘ方向の位置合わせを行う。また同時に、そのショット
３内に形成されているマーク要素４ｂ，４ｄを含む一組
のアライメントマークを用い、Ｘ方向の倍率のずれを補
正するとともに、Ｙ方向の位置合わせを行う。

【００１６】位置合わせが終了したそのショット３につ
いてレチクルパターンの露光を行う（ステップＳＴ
８）。ステップＳＴ４からステップＳＴ８の動作が、露
光の対象となっているレチクル６について、全ショット
３が終了したか否かをステップＳＴ９で判断する。

【００１７】この実施の形態における縮小投影露光装置
のアライメント方法においては、マーク要素４ｂを用い
てＹ方向の位置合わせ行い、マーク要素４ａを用いてＸ
方向の位置合わせを行い、マーク要素４ｃを用いてＹ方
向の倍率補正を行い、マーク要素４ｄを用いてＸ方向の
倍率補正を行うことにより、倍率ずれと位置ずれを同時
に補正することができ、処理速度が向上する。

【００１８】またＴＴＲアライメントマーク４を、一シ
ョット３内の４辺に配置しており、Ｘ方向及びＹ方向の
倍率ずれを補正することができ、パターンの重ね合わせ
精度が向上する。また、アライメントマーク４が４隅で
なく４辺の略中央に配置されているので、複数ショット
３を用いたグローバル・アライメントの際にアライメン
トマーク間の比較距離が均等となり、補正精度が向上す
る。更に、マークが単なる、線状や十字状でなく直交す
る直線群団であるから、回折光を利用した検出が行え、
視覚や光電変換器への信号量が増加し、高精度な重ね合
わせに必要な情報を得ることができる。なお、上記の実
施の形態の説明においては、図３に示す如く、配線等パ
ターン形成領域２内の周辺の四辺上にＴＴＲアライメン
トマーク４を配置したが、図４に示す如く、配線等パタ
ーン形成領域２内の周辺に空白，余分な部分がある場合
に、その部分を有効活用することができる。配線等パタ
ーン形成領域２内にアライメントマーク４５〜４８を配
置することにより、一ショット３が小さくなり、同じ面
積に入るショット数を増加させることができ、ウェーハ
１の有効利用が行える。また、上記の実施の形態の説明
においては、図３に示す如く、一つのアライメントマー
ク４１〜４４に含まれる２種類のマーク要素のうちの一
つ目は、近接する中心線５Ａ，５Ｂに対して平行な線か
らなるマーク要素４ａ，４ｂであって、中心線に近い方
に形成されている。他は、近接する中心線５Ａ，５Ｂに
対して垂直な線からなるマーク要素４ｃ，４ｄであっ
て、マーク要素４ａ，４ｂよりも中心線５Ａ，５Ｂから
遠いところに形成されている。しかし、図５に示す如
く、中心線５Ａ，５Ｂに対して平行な線からなるマーク
要素４ａ，４ｂを、中心線５Ａ，５Ｂに対して垂直な線
からなるマーク要素４ｃ，４ｄよりも、中心線５Ａ，５
Ｂから遠い側に配置して、アライメントマーク６１〜６
４を形成してももよい。これらアライメントマーク６１
〜６４も、図３に示したアライメントマーク４１〜４４
と同様の働きをする。また、上記の実施の形態の説明に
おける図３と図４に示されたレチクルの関係と同様に、
図５に示したレチクルに対して変更を加えた例を図６に
示す。図５では、配線等パターン形成領域２内の周辺の
四辺上にＴＴＲアライメントマーク６１〜６４を配置し
たが、図６に示す如く、配線等パターン形成領域２内の
周辺に空白，余分な部分がある場合に、その部分にアラ
イメントマーク６５〜６８を配置してもよく、その部分
を有効活用することができる。配線等パターン形成領域
２内にアライメントマーク６５〜６８を配置することに
より、一ショット３が小さくなり、同じ面積に入るショ
ット数を増加させることができ、ウェーハ１の有効利用
が行える。

【００１９】また、上記の実施の形態の説明において
は、図３に示す如く、一つのアライメントマーク４１〜
４４に含まれる２種類のマーク要素４ａと４ｃ、あるい
はマーク要素４ｂと４ｄを、近接する中心線５Ａ，５Ｂ
に対して垂直に並べたが、これらのマーク要素を、図７
に示すアライメントマーク５１〜５４のように、近接す
る中心線５Ａ，５Ｂに沿って並べてもよく、上記実施の
形態と同様の効果を奏する。また、上記の実施の形態の
説明における図３と図４に示されたレチクルの関係と同
様に、図７に示したレチクルに対して変更を加えた例を
図８に示す。図７では、配線等パターン形成領域２内の
周辺の四辺上にＴＴＲアライメントマーク５１〜５４を
配置したが、図８に示す如く、配線等パターン形成領域
２内の周辺に空白，余分な部分がある場合に、その部分
にアライメントマーク５５〜５８を配置してもよく、そ
の部分を有効活用することができる。配線等パターン形
成領域２内にアライメントマーク５５〜５８を配置する
ことにより、一ショット３が小さくなり、同じ面積に入
るショット数を増加させることができ、ウェーハ１の有
効利用が行える。更に、図７及び図８において示したア
ライメントマーク５１〜５８のマーク要素を、図３と図
５の関係の如く入れ換えてもよく、上記実施の形態と同
様の効果を奏する。

【００２０】なお、図３、図４において、位置合わせに
用いるマーク要素４ａ，４ｂが中心線から少しずれて形
成されているのは、ウェーハ１に対するレチクル６の回
転ずれの補正のためである。

【００２１】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明の投
影露光装置のアライメント方法によれば、各レチクルに
おける四辺形状をした被ビーム照射領域内にあって該ビ
ーム照射領域の四辺にそれぞれ一つずつ配置されるとと
もに２方向での位置合わせと倍率補正とに同時に使用可
能な２組のアライメントマークが設けられた複数のレチ
クルを準備する工程と、アライメントマークが形成され
ているレチクルを用いて第２層以降のレチクルパターン
の露光を行う前に、各レチクルに設けられたアライメン
トマークと被投影基板に形成されたアライメントマーク
とを用いて、被ビーム照射領域に光線を当てて露光され
るショット毎に、位置合わせと倍率補正を同時に行う工
程とを備え、アライメントマークが一種類のマーク要素
と他の種類のマーク要素とを組み合わせ構成されている
ので、位置合わせと倍率補正を同時に行って処理時間を
短縮することができ、作業効率が向上するという効果が
ある。また、アライメントのためのマークをレチクル内
でレチクルの４辺に配置しており、２方向の倍率ずれを
補正することができ、パターンの重ね合わせ精度が向上
するという効果がある。さらに、アライメントマークが
４隅でなく４辺に配置されているので、複数ショットで
のグローバル・アライメントの際にマーク間の比較距離
が均等となり、補正精度が向上するという効果がある。

【００２２】請求項２記載の発明の投影露光装置のアラ
イメント方法によれば、被投影基板に形成されるアライ
メントマークは、集積回路が形成される領域に形成され
ているので、集積回路が形成される領域の周辺領域の面
積を狭くすることができ、集積度を向上することができ
るという効果がある。

【００２３】請求項３記載の発明の投影露光装置のアラ
イメント方法によれば、等間隔に引かれた複数の第１の
平行線からなる第１のマーク要素と、第１の平行線とは
垂直な線であって、等間隔に引かれた複数の第２の平行
線からなる第２のマーク要素とを備えて構成されている
ので、スルー・ザ・レチクル・マークを用いてアライメ
ントを行うことができ、高精度な重ね合わせに必要な情
報を得ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態によるアライメントの
手順を示すフローチャートである。

【図２】 １層目のレチクルパターンのエッチングが完
了したウェーハの構造を示す平面図である。

【図３】 この発明の実施の形態によるアライメントマ
ークを配置した第１のレチクルの構成を示す平面図であ
る。

【図４】 この発明の実施の形態によるアライメントマ
ークを配置した第２のレチクルの構成を示す平面図であ
る。

【図５】 この発明の実施の形態によるアライメントマ
ークを配置した第３のレチクルの構成を示す平面図であ
る。

【図６】 この発明の実施の形態によるアライメントマ
ークを配置した第４のレチクルの構成を示す平面図であ
る。

【図７】 この発明の実施の形態によるアライメントマ
ークを配置した第５のレチクルの構成を示す平面図であ
る。

【図８】 この発明の実施の形態によるアライメントマ
ークを配置した第６のレチクルの構成を示す平面図であ
る。

【符号の説明】

１ ウェーハ、２ 配線等パターン形成領域、３ ショ
ット、４ アライメントマーク。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 服部 佐知子 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の種類のマーク要素で位置合わせを
   行い、第２の種類のマーク要素で倍率補正を行うことが
   可能な投影露光装置におけるアライメント方法におい
   て、 各レチクルにおける四辺形状をした被ビーム照射領域内
   にあって該被ビーム照射領域の四辺にそれぞれ一つずつ
   配置されるとともに前記四辺の対辺の２方向での位置合
   わせと倍率補正とに同時に使用可能なアライメントマー
   クが設けられた複数のレチクルを準備する工程と、 前記複数のレチクルのうちの第１層用のレチクルを用い
   て露光し、第１層のレチクルパターンとアライメントマ
   ークを被投影基板に形成する工程と、 前記複数のレチクルのうちの第２層以降用のレチクルを
   用いて行う各ショットの露光前に、前記第２層以降用の
   レチクルに設けられた前記アライメントマークと前記被
   投影基板に形成されたアライメントマークとを用いて位
   置合わせと倍率補正を同時に行う工程とを備え、 前記アライメントマークの各々が前記第１の種類のマー
   ク要素と前記第２の種類のマーク要素とを組み合わせた
   ものであることを特徴とする、投影露光装置におけるア
   ライメント方法。
2. 【請求項２】 前記被投影基板は、集積回路が形成され
   る領域を有する基板を含み、 前記被投影基板に形成されるアライメントマークは、前
   記集積回路が形成される領域に形成されていることを特
   徴とする、請求項１記載の投影露光装置におけるアライ
   メント方法。
3. 【請求項３】 前記第１の種類のマーク要素は、等間隔
   に引かれた複数の第１の平行線からなる第１のマーク要
   素を含み、 前記第２の種類のマーク要素は、前記第１の平行線とは
   垂直な線であって、等間隔に引かれた複数の第２の平行
   線からなる第２のマーク要素を含むことを特徴とする、
   請求項１または請求項２記載の投影露光装置におけるア
   ライメント方法。