JPH11243049A - ウエハとマスクとの位置検出装置及び変形誤差検出方法 - Google Patents

ウエハとマスクとの位置検出装置及び変形誤差検出方法

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JPH11243049A
JPH11243049A JP10045509A JP4550998A JPH11243049A JP H11243049 A JPH11243049 A JP H11243049A JP 10045509 A JP10045509 A JP 10045509A JP 4550998 A JP4550998 A JP 4550998A JP H11243049 A JPH11243049 A JP H11243049A
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スループットを落とすことなく、露光中も位
置検出が可能な高精度なアライメントを行うことができ
る位置検出装置を提供する。 【解決手段】 ウエハに第1及び第2のウエハマークが
形成され、マスクに第1及び第2のマスクマークが形成
されている。第1及び第2のマスクマークが、それぞれ
第1及び第2のウエハマークに対応し、第1及び第2の
ウエハマークとともに第1及び第2のアライメントマー
ク群を構成する。第1及び第2の照明光学系が、それぞ
れ第1及び第2のアライメントマーク群に照明光を照射
する。第1及び第2の観測光学系が、第1及び第2のア
ライメントマーク群からの散乱光による像を得る。第1
及び第2の観測光学系の光軸は、露光面に対して傾いて
おり、それらを露光面へ垂直投影した像が第1と第2の
ウエハマークを結ぶ直線に直交する。制御手段が、第1
及び第2の観測光学系により得られた像に基づいて、ウ
エハとマスクとの寸法の相違を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ウエハとマスクの
アライメントマークを斜方から観測する位置検出装置及
びウエハとマスクの変形誤差検出方法に関し、特に、近
接露光のスループット向上に適した位置検出装置及び変
形誤差検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】レンズ系と画像処理系とを組み合わせた
アライメント装置を用いてウエハとマスクとの位置合わ
せを行う方法として、垂直検出法と斜方検出法が知られ
ている。垂直検出法は、アライメントマークをマスク面
に垂直な方向から観測する方法であり、斜方検出法は、
斜めから観測する方法である。
【0003】垂直検出法で用いられる合焦方法として、
色収差二重焦点法が知られている。色収差二重焦点法
は、マスクに形成されたマスクマークとウエハに形成さ
れたウエハマーク(ウエハマークとマスクマークとを総
称してアライメントマークと呼ぶ。)とを異なる波長の
光で観測し、レンズ系の色収差を利用してウエハマーク
とマスクマークの像を同一平面上に結像させる方法であ
る。色収差二重焦点法は、原理的にレンズの光学的な分
解能を高く設定できるため、絶対的な位置検出精度を高
めることができる。
【0004】一方、アライメントマークを垂直方向から
観測するために、観測のための光学系が露光領域に入り
込む。このままで露光すると、光学系が露光光を遮るこ
とになるため、露光時には光学系を露光領域から退避さ
せる必要がある。退避させるための移動時間が必要にな
るため、スループットが低下する。また、露光時にアラ
イメントマークを観測できないため位置検出ができなく
なる。これは、露光中のアライメント精度低下の原因に
なる。
【0005】斜方検出法は、光軸がマスク面に対して斜
めになるように光学系を配置するため、露光光を遮らな
いように配置することができる。このため、露光中に光
学系を退避させる必要がなく、露光中でもアライメント
マークを観測することができる。従って、スループット
を低下させることなく、かつ露光中の位置ずれを防止す
ることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】斜方検出法は、ウエハ
マークとマスクマークを斜方から観測して結像させるた
め、像歪により位置検出の絶対精度が低下する。また、
照明光の光軸と観測光の光軸が一致していないため、照
明光の光軸を観測光の光軸と同軸に配置することができ
ない。従って、照明光軸が理想的な光軸からずれ易くな
る。照明光軸が理想的な光軸からずれると、像が変化し
正確な位置検出を行うことが困難になる。
【0007】本発明の目的は、スループットを落とすこ
となく、露光中も位置検出が可能な高精度なアライメン
トを行うことができる位置検出方法及び装置を提供する
ことである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、入射光を散乱させる位置合わせ用の第1及び第2の
ウエハマークが形成された露光面を有するウエハと、入
射光を散乱させる位置合わせ用の第1及び第2のマスク
マークが形成されたマスク面を有するマスクであって、
該マスク面が前記露光面に対してある間隙を隔てて配置
されたとき、前記第1及び第2のマスクマークが、それ
ぞれ前記第1及び第2のウエハマークに対応し、前記第
1及び第2のウエハマークとともに第1及び第2のアラ
イメントマーク群を構成するように配置された前記マス
クとを、前記マスク面が前記露光面に対向するように配
置して保持する保持手段と、前記保持手段に保持された
前記ウエハ及びマスクの前記第1及び第2のアライメン
トマーク群に、それぞれ前記露光面に対して斜めの光軸
に沿って照明光を照射する第1及び第2の照明光学系
と、前記第1及び第2のアライメントマーク群からの散
乱光をそれぞれ結像させる受光面を有する第1及び第2
の観測光学系であって、該第1及び第2の観測光学系の
光軸が、前記ウエハの露光面に対して傾いており、かつ
それらを前記露光面へ垂直投影した像が共に前記第1の
ウエハマークと第2のウエハマークとを結ぶ第1の仮想
直線に直交する前記第1及び第2の観測光学系と、前記
第1及び第2の観測光学系により得られた前記第1及び
第2のアライメントマーク群からの散乱光による像に基
づいて、前記ウエハとマスクとの前記第1の仮想直線方
向に関する寸法の相違を検出する制御手段とを有する位
置検出装置が提供される。
【0009】第1の観測光学系により得られた像から、
第1の仮想直線方向に関し、第1のウエハマークと第1
のマスクマークとの相対位置を検出することができる。
検出された相対位置情報から、ウエハとマスクとを第1
の仮想直線方向に関して位置合わせすることができる。
第2の観測光学系により得られた像から、第1の仮想直
線方向に関し、第2のウエハマークと第2のマスクマー
クとの相対位置を検出することができる。第1及び第2
の観測光学系により測定された2つの相対位置から、ウ
エハとマスクの第1の仮想直線方向に関する変形量の差
を求めることができる。
【0010】本発明の他の観点によると、入射光を散乱
させる位置合わせ用の第1及び第2のウエハマークが形
成された露光面を有するウエハと、入射光を散乱させる
位置合わせ用の第1及び第2のマスクマークが形成され
たマスク面を有するマスクであって、該マスク面が前記
露光面に対してある間隙を隔てて配置されたとき、前記
第1及び第2のマスクマークが、それぞれ前記第1及び
第2のウエハマークに対応し、前記第1及び第2のウエ
ハマークとともに第1及び第2のアライメントマーク群
を構成するように配置された前記マスクとを、前記マス
ク面が前記露光面に対向し、前記第1及び第2のウエハ
マークがそれぞれ前記第1及び第2のマスクマークに対
応するように配置する工程と、前記保持手段に保持され
た前記ウエハ及びマスクの前記第1及び第2のアライメ
ントマーク群に、それぞれ前記露光面に対して斜めの光
軸に沿って照明光を照射する工程と、前記第1及び第2
のアライメントマーク群からの散乱光をそれぞれ結像さ
せる第1及び第2の受光面を有する第1及び第2の観測
光学系であって、該第1及び第2の観測光学系の光軸
が、共に前記露光面に対して傾き、かつ第1のウエハマ
ークと第2のウエハマークとを結ぶ第1の仮想直線に直
交する前記第1及び第2の観測光学系を用いて、前記第
1及び第2のアライメントマーク群からの散乱光をそれ
ぞれ前記第1及び第2の受光面上に結像させる工程と、
前記結像させる工程で得られた前記第1及び第2のアラ
イメントマーク群からの散乱光による像に基づいて、前
記ウエハとマスクとの前記第1の仮想直線方向に関する
変形量の相違を検出する工程とを有する変形誤差検出方
法が提供される。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を説明する前に、
実施例に関連する本願発明者の先の提案について説明す
る。
【0012】図1は、本発明の実施例及び先の提案によ
る位置検出装置の概略図を示す。先の提案による位置検
出装置はウエハ/マスク保持部10、光学系20、及び
制御装置30を含んで構成されている。
【0013】ウエハ/マスク保持部10は、ウエハ保持
台15、マスク保持台16、駆動機構17及び18を含
んで構成されている。位置合わせ時には、ウエハ保持台
15の上面にウエハ11を保持し、マスク保持台16の
下面にマスク12を保持する。ウエハ11とマスク12
とは、ウエハ11の露光面とマスク12のウエハ側の面
(マスク面)との間に一定の間隙が形成されるようにほ
ぼ平行に配置される。ウエハ11の露光面には、位置合
わせ用のウエハマークが形成され、マスク12のマスク
面には位置合わせ用のマスクマークが形成されている。
【0014】駆動機構17は、ウエハ11とマスク12
との露光面内に関する相対位置が変化するように、ウエ
ハ保持台15若しくはマスク保持台16を移動させるこ
とができる。駆動機構18は、ウエハ11の露光面とマ
スク12のマスク面との間隔が変化するように、ウエハ
保持台15を移動させることができる。図の左から右に
X軸、紙面に垂直な方向に表面から裏面に向かってY
軸、露光面の法線方向にZ軸をとると、駆動機構17
は、ウエハ11とマスク12の、X軸方向、Y軸方向、
Z軸の回りの回転方向(θZ 方向)に関する相対位置を
調整し、駆動機構18は、Z軸方向、X軸及びY軸の回
りの回転(あおり)方向(θX 及びθY 方向)の相対位
置を調整する。
【0015】光学系20は、像検出装置21A、21
B、レンズ22、28、ハーフミラー23、26A、光
ファイバ24、ミラー26Bを含んで構成される。光学
系20の光軸25は、XZ面に平行であり、かつ露光面
に対して斜めになるように配置されている。
【0016】光ファイバ24から放射された照明光はハ
ーフミラー23で反射して光軸25に沿った光線束とさ
れ、レンズ22を通して露光面に斜入射される。レンズ
22を透過した照明光は平行光線束もしくは収束光線束
になる。
【0017】ウエハ11及びマスク12に設けられたウ
エハマーク及びマスクマークがエッジ若しくは頂点を有
する場合には、エッジ若しくは頂点で照明光が散乱され
る。散乱光のうちレンズ22に入射する光はレンズ22
で収束され、その一部がハーフミラー23と26Aを透
過して像検出装置21Aの受光面29A上に結像する。
受光面29A上への結像倍率は、例えば20倍である。
散乱光のうちハーフミラー26Aで反射した光は、ミラ
ー26Bで反射し、リレーレンズ28で収束されて像検
出装置21Bの受光面29B上に結像する。受光面29
B上への結像倍率は、例えば80〜100倍である。こ
のように、相互に倍率の異なる2つの観測光学系が配置
されている。
【0018】像検出装置21A及び21Bは、それぞれ
受光面29A及び29B上に結像したウエハ11及びマ
スク12からの散乱光による像を光電変換し画像信号を
得る。これらの画像信号は制御装置30に入力される。
【0019】制御装置30は、像検出装置21A及び2
1Bから入力された画像信号を処理して、ウエハ11と
マスク12との相対位置を検出する。さらに、ウエハ1
1とマスク12が所定の相対位置関係になるように、駆
動機構17及び18に対して制御信号を送出する。駆動
機構17は、この制御信号に基づいてマスク保持台16
をXY面内で平行移動させ、Z軸の回りに回転させる。
駆動機構18は、この制御信号に基づいてウエハ保持台
15をZ軸方向に平行移動させ、X軸とY軸の回りに微
小回転させる。
【0020】図2(A)は、図1のウエハ11及びマス
ク12に形成された位置合わせ用のウエハマーク13
A、13B、及びマスクマーク14の相対位置関係を示
す平面図である。長方形パターンをY軸方向に3個、X
軸方向に14個、行列状に配列して各ウエハマーク13
A及び13Bが形成されている。同様の長方形パターン
をY軸方向に3個、X軸方向に5個、行列状に配置して
1つのマスクマーク14が形成されている。位置合わせ
が完了した状態では、マスクマーク14は、Y軸方向に
関してウエハマーク13Aと13Bとのほぼ中央に配置
される。
【0021】ウエハマーク13A、13B、及びマスク
マーク14の各長方形パターンの長辺はX軸と平行にさ
れ、短辺はY軸と平行にされている。各長方形パターン
の長辺の長さは例えば2μm、短辺の長さは例えば1μ
mであり、各マーク内における長方形パターンのX軸及
びY軸方向の配列ピッチは4μmである。ウエハマーク
13Aと13Bとの中心間距離は56μmである。
【0022】図2(B)は、図2(A)の一点鎖線B2
−B2における断面図を示す。ウエハマーク13A及び
13Bは、例えば露光面上に形成したSiN膜、ポリシ
リコン膜等をパターニングして形成される。マスクマー
ク14は、例えばSiC等からなるメンブレン12のマ
スク面上に形成したTa4 B膜をパターニングして形成
される。
【0023】図2(C)は、図2(A)の一点鎖線C2
−C2における断面図を示す。光軸25に沿ってウエハ
マーク13A、13B及びマスクマーク14に入射した
照明光は、図2(C)の各長方形パターンの短辺側のエ
ッジで散乱される。エッジ以外の領域に照射された光は
正反射し、図1のレンズ22には入射しない。従って、
像検出装置21A及び21Bでエッジからの散乱光のみ
を検出することができる。ここで、正反射とは、入射光
のうちほとんどの成分が、同一の反射方向に反射するよ
うな態様の反射をいう。
【0024】図1の光学系20の物空間において光軸2
5に垂直な1つの平面上の複数の点からの散乱光が、像
検出装置21A及び21Bの受光面29A及び29B上
に同時に結像する。受光面29A及び29B上に結像し
ている物空間内の物点の集合した平面を「物面」と呼ぶ
こととする。
【0025】図2(C)において、ウエハマーク13
A、13B及びマスクマーク14の各エッジのうち、物
面27上にあるエッジからの散乱光は受光面上に合焦す
るが、物面上にないエッジからの散乱光は合焦せず、エ
ッジの位置が物面から遠ざかるに従って当該エッジから
の散乱光による像のピントが合わなくなる。従って、各
マークのエッジのうち物面に最も近い位置にあるエッジ
からの散乱光による像が最も鮮明になり、物面から離れ
た位置にあるエッジからの散乱光による像はぼける。
【0026】図3は、エッジからの散乱光による受光面
上の像のスケッチである。図3のu軸が図2(C)にお
ける物面27とXZ面との交線方向に相当し、v軸が図
2(C)におけるY軸に相当する。ウエハマーク13A
及び13Bからの散乱光による像40A及び40Bがv
軸方向に離れて現れ、その間にマスクマーク14からの
散乱光による像41が現れる。
【0027】各長方形パターンの前方のエッジと後方の
エッジによる散乱光が観測されるため、1つの長方形パ
ターンに対して2つの点状の像が現れる。各像におい
て、図2(C)の物面27近傍のエッジからの散乱光に
よる像がはっきりと現れ、それからu軸方向に離れるに
従ってぼけた像となる。また、図2(C)に示すよう
に、観測光軸25が露光面に対して傾いているため、ウ
エハマークからの散乱光による像40A及び40Bの最
もピントの合っている位置とマスクマークからの散乱光
による像41の最もピントの合っている位置とは、u軸
方向に関して一致しない。
【0028】マスクマークからの散乱光による像41
が、v軸方向に関して像40Aと40Bとの中央に位置
するように、図1のウエハ保持台15とマスク保持台1
6とを移動させることにより、Y軸方向、即ち物面と露
光面との交線方向に関してウエハ11とマスク12との
位置合わせを行うことができる。
【0029】図1に示す位置検出装置では、ウエハマー
ク及びマスクマークを斜方から観測するため、光学系2
0を露光光40の光路内に配置する必要がない。このた
め、露光時に光学系20を露光範囲外に退避させる必要
がない。また、位置合わせ完了後にウエハを露光する場
合、露光中も常時位置検出が可能である。さらに、照明
光軸と観察光軸を同軸にしているため、軸ずれがなく常
に安定した像を得ることができる。
【0030】図4(A)及び図4(B)は、像検出装置
21により得られた画像信号を示す。横軸は図3のv軸
に対応し、縦軸は光強度を表す。なお、この画像信号
は、図3に示す受光面を走査して得られた画像信号のう
ち、像40A及び40Bの最もピントの合っている位置
の走査線と像41の最もピントの合っている位置の走査
線に対応する画像信号を合成したものである。
【0031】図4(A)は、ウエハマークがポリシリコ
ンで形成されている場合、図4(B)はSiNで形成さ
れている場合を示す。なお、マスクマークは、共に、T
4Bで形成されている。図4(A)及び図4(B)に
示すように、ほぼ中央にマスクマークに対応する3本の
ピークが現れ、その両側にウエハマークに対応する3本
のピークが現れている。
【0032】以下、図4(A)または図4(B)に示す
波形から、マスクマークとウエハマークとの相対位置を
検出する方法の一例を簡単に説明する。まず、マスクマ
ークに対応するピーク波形をv軸方向にずらせながら2
つのウエハマークの各々に対応するピーク波形との相関
係数を計算する。最大の相関係数を与えるずらし量が、
ウエハマークとマスクマークとの中心間距離に対応す
る。
【0033】マスクマークに対応するピーク波形とその
両側のウエハマークの各々に対応するピーク波形との間
隔が等しくなるように、ウエハとマスクとを移動するこ
とにより、図1のY軸方向に関して位置合わせを行うこ
とができる。
【0034】なお、図3に示す2次元の画像信号を、u
軸方向及びv軸方向に平行移動し、マスクマークの像と
ウエハマークの像との相似性パターンマッチングを行う
ことにより、ウエハとマスクとの相対位置を求めてもよ
い。2次元画像のパターンマッチングを行うことによ
り、u軸方向とv軸方向に関する像間の距離を求めるこ
とができる。
【0035】次に、ウエハとマスクとの間隔を測定する
方法について説明する。図3において、ウエハマークか
らの散乱光による像40A、40B内のu軸方向に関し
て最もピントの合っている位置u0 が、図2(C)にお
ける物面27と露光面との交線P0 に相当する。また、
図3において、マスクマークからの散乱光による像41
のうち、u軸方向に関して最もピントの合っている位置
1 が、図2(C)における物面27とマスク面との交
線P1 に相当する。例えば、図3に示す2次元画像のパ
ターンマッチングにより位置u0 とu1 間の距離を求め
ることができる。
【0036】線分P0 1 の長さをL(P0 1 )で表
すと、ウエハ11とマスク12との間隔δは、
【0037】
【数1】δ=L(P0 1 )×sin(α) と表される。ここで、αは露光面の法線方向と光軸25
とのなす角である。従って、図3におけるu軸上の位置
0 とu1 間の距離L(u0 1 )を測定して線分P0
1 の長さを求めることにより、間隔δを知ることがで
きる。間隔δをより正確に知るためには、u軸上の位置
0 とu1 間の距離を正確に測定することが好ましい。
このためには、レンズの焦点深度が浅いほうがよい。
【0038】なお、観測された像同士のパターンマッチ
ングを行うのではなく、基準となる像とのパターンマッ
チングを行ってもよい。この場合、所望の相対位置関係
を満たすようにウエハとマスクとを配置した状態におけ
る基準画像信号を、予め記憶しておく。観測されたウエ
ハマークと予め記憶されているウエハマークの像同士の
相似性パターンマッチングを行うことにより、ウエハの
基準位置からのずれ量を求める。同様にマスクの基準位
置からのずれ量を求める。このずれ量から、ウエハとマ
スクの相対位置を知ることができる。
【0039】図1に示すY軸方向に関する位置合わせに
要求される精度は、集積回路装置の集積度向上に伴って
厳しくなっている。例えば、16Gビットの記憶容量を
有するダイナミックRAMの場合、12.5nm程度の
位置合わせ精度が要求される。
【0040】図4に示す画像信号に基づいて位置合わせ
を行うためには、ウエハとマスクとの相対位置合わせが
ある程度の誤差範囲内に納まっていることが好ましい。
しかし、図1に示すウエハ11をウエハ保持台15に保
持し、マスク12をマスク保持台16に、この誤差範囲
内に納まる精度で保持することは困難である。このた
め、ウエハ11とマスク12とを保持した後、この誤差
範囲内に納まるように粗い位置合わせ(コースアライメ
ント)を行うことが好ましい。
【0041】結像倍率の低い受光面29A上の像による
画像信号に基づいて、このコースアライメントを容易に
行うことができる。コースアライメントが完了した後、
結像倍率の高い受光面29B上の像による画像信号に基
づいて、より高精度の位置合わせ(ファインアライメン
ト)を行うことができる。ファインアライメントを行う
前にコースアライメントを行うことにより、ウエハとマ
スクとを保持する時に要求される位置合わせ精度が緩和
される。
【0042】また、集積度向上に伴い、ウエハ11とマ
スク12との間隔も一定に保つことが要求される。この
間隔は、例えば、線幅0.1μmのX線露光の場合に
は、10〜20μm程度であり、±1μm程度の精度が
要求される。結像倍率の低い受光面29A上の像による
画像信号に基づいて、ウエハとマスクとの間隔を検出す
る。
【0043】制御装置30に、ファインアライメント用
の光学系で得られた画像信号の処理部とコースアライメ
ント用の光学系で得られた画像信号の処理部とが別個に
設けられている。ファインアライメント用の光学系で検
出された画像信号を用いてウエハとマスクとの間隔の調
整を行うと、制御装置30の処理能力の関係からファイ
ンアライメントの高速性が犠牲になる。コースアライメ
ント用の光学系の画像信号を用いてウエハとマスクとの
間隔を調整することにより、ファインアライメントの高
速性の低下を防止することができる。
【0044】図1では、照明光の光軸と観測光学系の光
軸とが一致する場合について示したが、照明光の正反射
光が観測光学系20のレンズ22に入射しないような構
成であれば、必ずしも2つの光軸を一致させる必要はな
い。
【0045】図5は、先の提案による位置検出装置にお
けるウエハとマスク、及び光学系の配置例を示す平面図
である。ウエハとマスクの各々の露光領域EA内に、位
置合わせ用の第1、第3及び第5のウエハマーク及び第
1、第3及び第5のマスクマークが配置されている。第
1のウエハマークと第1のマスクマークとが対応し、両
マークが第1のアライメントマーク群MY1を構成する。
第3のウエハマークと第3のマスクマークとが対応し、
両マークが第3のアライメントマーク群MX3を構成す
る。第5のウエハマークと第5のマスクマークとが対応
し、両マークが第5のアライメントマーク群MY5を構成
する。
【0046】第1、第3及び第5の光学系20Y1、20
X3、20Y5の各々は、図1に示す光学系20と同様の構
成を有する。第1及び第5の光学系20Y1及び20
Y5は、その光軸25Y1及び25Y5を露光面(図5の紙
面)に垂直投影した像がY軸と直交するように配置され
ている。第3の光学系20X3は、その光軸25X3を露光
面に垂直投影した像がX軸と直交するように配置されて
いる。第1、第3及び第5の光学系20Y1、20X3、2
Y5は、それぞれ第1、第3及び第5のアライメントマ
ーク群MY1、MX3及びMY5からの散乱光による像を得
る。
【0047】第1の光学系20Y1により得られたアライ
メントマーク群MY1からの散乱光による像に基づいて、
ウエハとマスクとのY軸方向に関する相対位置を検出す
る。第3の光学系20X3により得られたアライメントマ
ーク群MX3からの散乱光による像に基づいて、ウエハと
マスクとのX軸方向に関する相対位置を検出する。第1
の光学系20Y1と第5の光学系20Y5とにより得られた
Y軸方向に関するウエハとマスクとの2つの位置ずれ情
報に基づいて、ウエハとマスクとのXY面内の回転方向
に関する相対位置を検出することができる。
【0048】図5に示すように、3つの光学系を配置す
ることにより、X軸方向、Y軸方向、及びXY面内の回
転方向に関するウエハとマスクとの相対位置関係に関す
る情報を得ることができる。
【0049】表面にパターンを形成したウエハは、半導
体プロセスを経て変形する場合がある。また、マスク自
体の変形も生じ得る。ウエハに形成されたパターンとマ
スクに形成されたパターンとを高精度に位置合わせする
ためには、これらの変形を補正する必要がある。しか
し、図5に示す位置検出装置では、X軸方向及びY軸方
向の変形による位置ずれを検出することができない。以
下、ウエハとマスクとの変形による位置ずれを検出する
ことが可能な本発明の実施例について説明する。
【0050】図6は、実施例による位置検出装置に保持
されたウエハとマスク、及び光学系の配置を示す平面図
である。図5に示すアライメントマーク群MY1、MX3
Y5の他に第2及び第4のアライメントマーク群MY2
びMX4が配置され、光学系20Y1、20X3、20Y5の他
に第2及び第4の光学系20Y2及び20X4が配置されて
いる。第2及び第4の光学系20Y2及び20X4の各々
は、図1に示す光学系20と同様の構成を有する。
【0051】第1のアライメントマーク群MY1と第2の
アライメントマーク群MY2とは、両者を結ぶ第1の仮想
直線L1 がY軸に平行になるように配置されている。第
3のアライメントマーク群MX3と第4のアライメントマ
ーク群MX4とは、両者を結ぶ第2の仮想直線L2 がX軸
に平行になるように配置されている。第5のアライメン
トマーク群MY5は、第1の仮想直線L1 から外れた位置
に配置されている。
【0052】第2の光学系20Y2は、その光軸25Y2
露光面に垂直投影した像がY軸に直交するように配置さ
れ、第4の光学系20X4は、その光軸25X4を露光面に
垂直投影した像がX軸に直交するように配置されてい
る。第2及び第4の光学系20 Y2及び20X4は、それぞ
れ第2及び第4のアライメントマーク群MY2及びMX4
らの散乱光による像を観察する。
【0053】第1のアライメントマーク群MY1を観察し
て得られた第1のウエハマークと第1のマスクマークと
の位置ずれ量をΔy1 、第2のアライメントマーク群M
Y2を観察して得られた第2のウエハマークと第2のマス
クマークとの位置ずれ量をΔy2 とすると、Δy1 −Δ
2 から、ウエハとマスクとのY軸方向に関する変形量
の差を求めることができる。同様に、第3及び第4のア
ライメントマーク群M X3及びMX4を観測することによ
り、ウエハとマスクとのX軸方向に関する変形量の差を
求めることができる。
【0054】第5のアライメントマーク群MY5を観察し
て得られた第5のウエハマークと第5のマスクマークと
の位置ずれ量をΔy5 とすると、Δy1 −Δy5 から、
ウエハとマスクとのXY面内の回転方向に関する相対位
置関係を知ることができる。
【0055】図1において、制御装置30は、各光学系
から得られた像に基づいて上述の演算を行い、ウエハと
マスクとのX軸方向及びY軸方向に関する変形量の差を
求める。この変形量の差に応じて、変形補償手段31に
対して、変形量補償信号を送出する。
【0056】変形補償手段31は、マスク12をX軸方
向及びY軸方向に変形させ、ウエハとマスクとの変形量
を整合させる。変形補償手段31は、例えば、マスクを
局所的に加熱して熱変形させる。加熱部位を適当に選択
することにより、X軸方向またはY軸方向にほぼ独立に
変形させることができる(島津らによる「X線マスク熱
変形補正による合わせ法の提案」、1997年秋期第5
8回応用物理学会学術講演予稿集、講演番号4p−ZL
−8、第700頁参照)。または、マスクに外部から応
力を加えて変形させてもよい。
【0057】図6では、第1の仮想直線L1 と第2の仮
想直線L2 とが相互に直交する場合を示したが、必ずし
も直交する必要はない。両者がある角度で交差するよう
な配置としてもよい。
【0058】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
【0059】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ウエハマーク及びマスクマークからの散乱光を斜方から
観測して、高精度に位置検出することができる。露光範
囲に光学系を配置する必要がないため、光学系を退避さ
せることなく露光を行うことができる。このため、スル
ープットの向上を図ることが可能になる。さらに、ウエ
ハとマスクとの変形によるパターンの位置ずれを検出す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例及び先の提案による位置検出装
置の概略を示す断面図である。
【図2】ウエハマークとマスクマークの平面図及び断面
図である。
【図3】ウエハマークとマスクマークからの散乱光によ
る像をスケッチした図である。
【図4】図1に示す位置検出装置により得られた散乱光
による像の画像信号の一例を示すグラフである。
【図5】先の提案による位置検出装置におけるウエハ、
マスク及び光学系の配置を説明するための平面図であ
る。
【図6】実施例による位置検出装置におけるウエハ、マ
スク及び光学系の配置を説明するための平面図である。
【符号の説明】
10 ウエハ/マスク保持部 11 ウエハ 12 マスク 13A、13B ウエハマーク 14 マスクマーク 15 ウエハ保持台 16 マスク保持台 17、18 駆動機構 20 光学系 21A、21B 像検出装置 22 レンズ 23、26A ハーフミラー 24 光ファイバ 25 光軸 26B ミラー 27 物面 28 リレーレンズ 29A、29B 結像面 30 制御装置 31 変形補償手段 40A、40B ウエハマークからの散乱光による像 41 マスクマークからの散乱光による像

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入射光を散乱させる位置合わせ用の第1
    及び第2のウエハマークが形成された露光面を有するウ
    エハと、入射光を散乱させる位置合わせ用の第1及び第
    2のマスクマークが形成されたマスク面を有するマスク
    であって、該マスク面が前記露光面に対してある間隙を
    隔てて配置されたとき、前記第1及び第2のマスクマー
    クが、それぞれ前記第1及び第2のウエハマークに対応
    し、前記第1及び第2のウエハマークとともに第1及び
    第2のアライメントマーク群を構成するように配置され
    た前記マスクとを、前記マスク面が前記露光面に対向す
    るように配置して保持する保持手段と、 前記保持手段に保持された前記ウエハ及びマスクの前記
    第1及び第2のアライメントマーク群に、それぞれ前記
    露光面に対して斜めの光軸に沿って照明光を照射する第
    1及び第2の照明光学系と、 前記第1及び第2のアライメントマーク群からの散乱光
    をそれぞれ結像させる受光面を有する第1及び第2の観
    測光学系であって、該第1及び第2の観測光学系の光軸
    が、前記ウエハの露光面に対して傾いており、かつそれ
    らを前記露光面へ垂直投影した像が共に前記第1のウエ
    ハマークと第2のウエハマークとを結ぶ第1の仮想直線
    に直交する前記第1及び第2の観測光学系と、 前記第1及び第2の観測光学系により得られた前記第1
    及び第2のアライメントマーク群からの散乱光による像
    に基づいて、前記ウエハとマスクとの前記第1の仮想直
    線方向に関する寸法の相違を検出する制御手段とを有す
    る位置検出装置。
  2. 【請求項2】 前記第1及び第2の照明光学系からの照
    明光の前記ウエハ及びマスクの表面における正反射光
    が、それぞれ前記第1及び第2の観測光学系の受光面に
    到達しないように、前記第1及び第2の照明光学系及び
    前記第1及び第2の観測光学系が配置されている請求項
    1に記載の位置検出装置。
  3. 【請求項3】 さらに、前記制御手段によって検出され
    た前記第1の仮想直線方向に関する寸法の相違を補償す
    るように、前記マスクを前記第1の仮想直線方向に関し
    て変形させる第1の変形補償手段を有する請求項1また
    は2に記載の位置検出装置。
  4. 【請求項4】 前記ウエハが、さらに、入射光を散乱さ
    せる位置合わせ用の第3及び第4のウエハマークを露光
    面上に有し、該第3及び第4のウエハマークが、前記第
    1の仮想直線と交差する第2の仮想直線上の異なる位置
    に配置されており、 前記マスクが、さらに、入射光を散乱させる位置合わせ
    用の第3及び第4のマスクマークを前記マスク面上に有
    し、該マスク面が前記露光面に対してある間隙を隔て、
    前記第1及び第2のウエハマークがそれぞれ前記第1及
    び第2のマスクマークに対応するように配置されたと
    き、前記第3及び第4のマスクマークが、それぞれ前記
    第3及び第4のウエハマークに対応し、前記第3及び第
    4のウエハマークとともに第3及び第4のアライメント
    マーク群を構成するように配置されており、 さらに、 前記保持手段に保持された前記ウエハ及びマスクの前記
    第3及び第4のアライメントマーク群に、それぞれ前記
    露光面に対して斜めの光軸に沿って照明光を照射する第
    3及び第4の照明光学系と、 前記第3及び第4のアライメントマーク群からの散乱光
    をそれぞれ結像させる受光面を有する第3及び第4の観
    測光学系であって、該第3及び第4の観測光学系の光軸
    が、前記ウエハの露光面に対して傾いており、かつそれ
    らを前記露光面へ垂直投影した像が共に前記第2の仮想
    直線と直交する前記第3及び第4の観測光学系とを有
    し、 前記制御手段が、前記第3及び第4の観測光学系により
    得られた前記第3及び第4のアライメントマーク群から
    の散乱光による像に基づいて、前記ウエハとマスクとの
    前記第2の仮想直線方向に関する寸法の相違を検出する
    請求項1または2に記載の位置検出装置。
  5. 【請求項5】 前記第3及び第4の照明光学系からの照
    明光の前記ウエハ及びマスクの表面における正反射光
    が、それぞれ前記第3及び第4の観測光学系の受光面に
    到達しないように、前記第3及び第4の照明光学系及び
    前記第3及び第4の観測光学系が配置されている請求項
    4に記載の位置検出装置。
  6. 【請求項6】 さらに、前記制御手段によって検出され
    た前記第2の仮想直線方向に関する寸法の相違を補償す
    るように、前記マスクを前記第2の仮想直線方向に関し
    て変形させる第2の変形補償手段を有する請求項4また
    は5に記載の位置検出装置。
  7. 【請求項7】 前記第1の仮想直線と第2の仮想直線と
    が相互に直交する請求項4〜6のいずれかに記載の位置
    検出装置。
  8. 【請求項8】 前記ウエハが、さらに、入射光を散乱さ
    せる位置合わせ用の第5のウエハマークを露光面上に有
    し、該第5のウエハマークが、前記第1の仮想直線から
    外れた位置に配置されており、 前記マスクが、さらに、入射光を散乱させる位置合わせ
    用の第5のマスクマークを前記マスク面上に有し、該マ
    スク面が前記露光面に対してある間隙を隔て、前記第1
    及び第2のウエハマークがそれぞれ前記第1及び第2の
    マスクマークに対応するように配置されたとき、前記第
    5のマスクマークが前記第5のウエハマークに対応し、
    前記第5のウエハマークとともに第5のアライメントマ
    ーク群を構成するように配置されており、 さらに、 前記保持手段に保持された前記ウエハ及びマスクの前記
    第5のアライメントマーク群に、前記露光面に対して斜
    めの光軸に沿って照明光を照射する第5の照明光学系
    と、 前記第5のアライメントマーク群からの散乱光を結像さ
    せる受光面を有する第5の観測光学系であって、該第5
    の観測光学系の光軸が前記ウエハの露光面に対して傾い
    ており、前記第5の観測光学系の光軸を前記露光面に垂
    直投影した像が前記第1の仮想直線と直交する前記第5
    の観測光学系とを有し、 前記制御手段が、前記第1及び第5の観測光学系により
    得られた前記第1及び第5のアライメントマーク群から
    の散乱光による像に基づいて、前記ウエハとマスクとの
    前記露光面内における回転方向に関する相対位置を検出
    する請求項1〜7のいずれかに記載の位置検出装置。
  9. 【請求項9】 前記第5の照明光学系からの照明光の前
    記ウエハ及びマスクの表面における正反射光が、前記第
    5の観測光学系の受光面に到達しないように、前記第5
    の照明光学系及び前記第5の観測光学系が配置されてい
    る請求項8に記載の位置検出装置。
  10. 【請求項10】 入射光を散乱させる位置合わせ用の第
    1及び第2のウエハマークが形成された露光面を有する
    ウエハと、入射光を散乱させる位置合わせ用の第1及び
    第2のマスクマークが形成されたマスク面を有するマス
    クであって、該マスク面が前記露光面に対してある間隙
    を隔てて配置されたとき、前記第1及び第2のマスクマ
    ークが、それぞれ前記第1及び第2のウエハマークに対
    応し、前記第1及び第2のウエハマークとともに第1及
    び第2のアライメントマーク群を構成するように配置さ
    れた前記マスクとを、前記マスク面が前記露光面に対向
    し、前記第1及び第2のウエハマークがそれぞれ前記第
    1及び第2のマスクマークに対応するように配置する工
    程と、 前記保持手段に保持された前記ウエハ及びマスクの前記
    第1及び第2のアライメントマーク群に、それぞれ前記
    露光面に対して斜めの光軸に沿って照明光を照射する工
    程と、 前記第1及び第2のアライメントマーク群からの散乱光
    をそれぞれ結像させる第1及び第2の受光面を有する第
    1及び第2の観測光学系であって、該第1及び第2の観
    測光学系の光軸が、共に前記露光面に対して傾き、かつ
    第1のウエハマークと第2のウエハマークとを結ぶ第1
    の仮想直線に直交する前記第1及び第2の観測光学系を
    用いて、前記第1及び第2のアライメントマーク群から
    の散乱光をそれぞれ前記第1及び第2の受光面上に結像
    させる工程と、 前記結像させる工程で得られた前記第1及び第2のアラ
    イメントマーク群からの散乱光による像に基づいて、前
    記ウエハとマスクとの前記第1の仮想直線方向に関する
    変形量の相違を検出する工程とを有する変形誤差検出方
    法。
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