JPS59170841A - 露光装置における位置合わせ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ごの発明は、露光装置における位置合わせ装置に関する
。

その概要は、ウェハの位置合わせとマスクの位置合わせ
とをそれぞれ独立の位置決め機構で行い、ウェハの位置
合わせは、露光光線とは異なる、露光し難い波長の光線
を用いて、ウェハ上の合わせマークの像を光学的にイメ
ージセンサ上に投影して行うものである。このことによ
り、その位置合わせが簡単にでき、ウェハ上の合わせマ
ークの崩れを防止でき、後工程の位置合わせが正確にで
きる。

ところで、露光装置における位置合わせ装置、特に、縮
小投影露光装置におけるそれは、精密な位置合わせが要
求される。そのため、ウェハ上の合わせマークからウェ
ハの位置を検出して、ウェハを乗せた移動台をマスク側
に対して動かしてマスクの投影像とウェハの合わせマー
クとの位置合わせを行う必要がある。なお、この位置合
わせはマスク側を動かしても可能であり、マスクの動き
は１．その縮小率である、例えば、１／１０に縮小され
るので、精密な調整がし易い。ここで、マークの位置検
出には、縮小投影レンズを利用するものと別のレンズを
利用するものとがあり、また、その検出位置は、少なく
とも、Ｘ方向、Ｙ方向の２方向について行われる。

しかしながら、この種の従来の露光装置の位置合わせ装
置にあっては、具体的な位置決めの仕方としては、露光
光線と同一の波長の光線により行　。

ねれるものであって、例えば、ウェハ上の會ヤせマーク
の像とマスク上の位置合わせマークあ像とを光学的に重
畳して走査形のマーク検出器上に投影して位置決めを行
うものである。その結果、ウェハ上に設けられた位置合
わせマークが露光されてしまうことが起’こる。　　′ このような従来の位置合わせ装置の構成の一例として、
その概要を示す第１図に、基づき、説明すると、第１図
に見る如＜、４ｇ米光線の光源１　（水銀ランプ１ａと
コンデンサレンズ１ｂ等から構成されている）により発
生した光線のうち露光光線りが、ハーフミラ−２，−徹
鏡７．全・反射ミラー３を経てマスク１０（この明細書
においては、マスク又はレチクルをこれらを含めた概念
としてマスクをもってこれを代表し、使用するものであ
る）上の端部に開口として形成されるアライメントマー
ク（合わせマーク）４を通り、縮小レンズ５により縮小
され、ウェハ９上のアライメントマーク６に照射される
。

ここに照射された光線りは、ここで、反射され、再び、
縮小レンズ５を経て、マスク１０上のアラ□　イメント
マーク４の位置に至り、全・反射ミラー３、顕微鏡７を
経耳、２、拡大され、ハーフミラ−２に至る。そして、
これを透過して、その光線がマーク検出器８の検出面上
に照射されて、ここにウェハ９上のアライメントマーク
６の像が結像される。このときマスク１０上のアライメ
ントマーク４の反射光も同様に全・反射ミラー３．顕微
鏡７を経て、拡大され、ハーフミラ−２に至り、これ。

を透過した光線がマーク検出器８の検出面上に照射され
る。そして、ここにマスク、１０上のアライメントマー
ク４の像が同時にマーク検、出器８の検出面上に結像さ
れるもので＊る。　　　　　　　　□したがって、マー
ク検出器８上には、ウェハ９′上のアライメントマーク
６めｉとマスク１０上のアライメントマ□−？４の像と
がともに重畳して、投影されることになる。その結果、
これらの像を走査することにより、その位置関係が検出
でき、これにより位置決めを行うことができる。

なお、この露光装置にあっては、マスク１ｏとウェハ９
との距離と、縮小レンズ５と、そして露光光線の波長と
の関係により、ウェハ９上の７ライメントマーク６の像
とマスク１０上のアライメントマーク４の像とが重畳す
るようにあらかじめ設定されている。

このような位置合わせ装置によると、その位置合わせは
、露光光線によらざるを得なくなる。ところが、ウェハ
９上のアライメントマーク６は、一般に、エツチング等
によりウェハ９上に凹凸部（穴等）として形成されてい
る（のであって、この凹凸部は露光光線を受けると、露
光□されて、後工程の、例えばエツチングのどき、この
アライメントマーク６が崩れて消失してしまうことにな
る。

このア・ライメントマーク６は、後工程に牢いても基準
位置とされるためＪこれが崩れることにより、正確な位
置決めができず、Ｉ’Ｃ等の半導体素子の製造、マスク
の製造等に当たっては、その品質が悪くなったり、歩留
りが落ちるという画題が発生する。

一方、マーク検出器は、スリットの振動や鏡の□回動を
利用して投影像を走査する方式を採ることが多く、この
場合には、その戴械的駆動の結果、信頼性が劣るものと
なる。さらにζ電子的に検出するものとして、□ウェハ
とマスクとのアライメントマークを重てダイ牙←□ド・
アレイ等により検出する方式もあるが、これは、□重畳
した像を検出する関係で、これらのアライメントマーク
の位置ずれを読むために別の光源を必要とし、その構成
が複雑となる欠点がある。しかも、ウェハとマスクの像
を同時に検出し、これらを相対的に、位置合わせするの
で、位置合わせし難いものである。

この発明は、このような従来技術の向題、欠点□を除去
するとともに、ウエノぐ上のアライメントマークが崩れ
たり、消失し難く、その位置合わせが簡単な、露光装置
における位置合わせ装置を提供することを目的とし□て
いる。□ このような目的を達成するために、この発明は、露光し
難い光線を用いて位置合□わせするとＧ）う発想のもと
に、ウェハの位置合わせとマスクの位置合わせとを分離
し、もって、重畳した像を作る位置合わせによることな
く、位置合わせするものであって１．ウェハの位置合わ
せは、露光し難い光線の波長に合わせた結像位置にイメ
ージセンサを対応させて設り、アライメントマークの像
をイメージセンサ上に投影してその位置を基準位置と比
較することにより行うというものである。

しかし“乙この発明の露光装置における位置合わせ装置
の構成は、ウェハー」二の合わせマークの像を光学的に
イメージセンサ上に投影して位置合ねせをする第１の位
置決め機構と、マスク上の合わせマークを基準位置に位
置合わせをする第２の位置決め機構とを備え、前記イメ
ージセンサ上に投影するために使用する光線は、前記露
光の際使用する光線の波長とは異なる、露光し難い波長
であるというものからなる。

この、ようにすることにより、ウェハ上のアライメント
ークークは、はとんど露光されずに済み、がっ、簡単に
位置合わせができるものである。

以丁、この発明の一実施例について図面に基づいて説明
する。

第２図は、この発刊を適用した露光装置における位置合
わせ装置の概念的構成図である。

なお、同図において、第１図と同一の構成要素は、同一
の符号を付して示している。したがって、その説明は割
愛する。

位置合わせ装置２０は、ウェハ位置合わせ機構１１とマ
スク位置合わせ機構１２、ウェハ移動装置１（３、マス
ク移動装置１４、そして制御部１５とから構成されてい
る。

制御部１５は、演算処理装置とメモリとを有し−ζいて
、ウェハ位置合わせ機構１１のイメージセンサ２４から
の検出信号及びマスク位置合わせ機構１２のイメージセ
ンサ２６からの検出信号を受けで、各検出信号と、制御
部１５の内部のメモリに記憶したマスク対応の基準値と
を比較して１．その差値に対応する制御信号をウェハ移
動装置１３及びマスク移動装置１４にそれぞれ送出する
。ウェハ移動装置１３．マスク移動装置１４は、それぞ
れこの制御信号を受げて、ウェハ９及び７２、スフ１０
を所定の基準位置に設定する制御をする。ここに、ウェ
ハ移動装Ｗ１３は、ウェハ駆動回路１３ａ、　ウェハ移
動台１３ｂとを具え、また、マスク移動装置１４は、同
様なマスク駆動回路、マスク移動台とを具えていて、こ
れら駆動回路に制御信号が供給されて、移動台が所定方
向に移動される。

さて、ウェハ位置合わせ機構１１は、コンデンサ−１，
・ンズ２２とマスク１ｏ上の端部にある第１のアライメ
ントマーク４ａ、ハーフミラ−２３、縮小レンズ５、ウ
ェハ９上のアライメントマーク６、顕微鏡７、そしてイ
メージセンサ２４とがらなり、一方、マスク位置合わせ
機構１２は、前記位置合わせ機構１１と共用するコンデ
ンサーレンズ２２、マスク１ｏ上の第２のアライメント
マーク４ｂ、顕微鏡２５、そしてイメージセンサ２６と
から構成され−Ｃいる。ここに、ウェハ位置合わせ機構
１１と制御部１５及びウェハ移動装置Ｉ３とからなる位
置決め機構がこの発明における第１の位置決め機構の１
つの具体例であり、マスク位置合わせ機構１２と制御部
１５及びマスク移動装置１４とからなる位置決め機構が
この発明における第２の位置決め機構の１つの具体例で
ある。

２１は、光学フィルタであって、水銀ランプ１ａ　（光
源）からの光線の波長を露光光線Ｉ、の波長Ｍから波長
Ｎに変えるフィルタである。ここで、波長Ｎは、ウェハ
９上に塗布されているレンズ１へか露光され雌い波長、
例えば、露光光線１、の波長Ｍより長いものである。

水銀ランプ１ａからの光線は、この光学フィルタ２１を
経たのち、その波長がＮの光線にとし７て、コンデンサ
ーレンズ２２を通過し、マスク１０上の端部にある第１
のプライメン１−マーク４ａ番：至り、さらに、ハーフ
ミラ−２３、縮小レンズ５を経て、ウェハ９上のアライ
メントマーク６に照射される。そして、その反射光は、
再び、縮小レンズ５を経てハーフミラ−２３に至り、こ
こで、反射された光線が顕微鏡７で拡大されて、ＣＣＤ
。

ダイオード・アレイ等の検出面を持つイメージセン＋２
イ上に結像さＫるやそこで、正れがイメージセンサ２４
において走査されて、そあ検出信号は、制御部１ｉ′に
送出基れ暮゛。゛制御部１′５がこの検出信号を受ける
と、＋ｏｗ部のタモ１ノにｉ憶さ五たマスク対応のあら
かじめ設定さＲん基準位置とこれとを比較して、そ□の
差値に応じて制御信号をウェハ移動装置１３に送出する
。その結果、ウェハ９の移動吾が動かさ糺、□所′壺ア
□位置に位置合わせされる。

一方、−ｖ＊ｙ　１　０上〆はべ、・”ｍｉ”Ｗア−＞
イ／　７　）マーク４ｂが第１のアライメントマー？４
ａと反対の端部に設げられていて、これを透過した光線
が顕微鏡２５で拡大さ′翁、て、′イメージセンサ２６
上にその像が投影されて、そこに結像する。そして、こ
れがイメージセンサ２６において走査されて、その検出
信号は、制御部１５に送出される。

前記と同様に、制御部１６はて：その内部のメ□モリに
配位されたマスク前応のあ：″うかじめ設定基れた基準
位置とこれ□とを在校しＪそ□の′７′礒に応じた制御
信号をマスク移動□装置１４に送出す□る。その結果、
マスク１０の竺動杏が動かされ、マスク１０が所定の位
置に免−合わせされる。な諸この場合の光線は露光晃線
でも第１の位置合わ喜機構のこ！に、マスク１０上のア
ライメントマーク４ａと４ｂ′＆は開口や大きさが異な
り、マスク１０上のアライメント÷−り４ｂは、より小
さい孔として形、成されてム、）、る。したがって、従
来の重畳の場合よりも位置′休め精度を高く採ることが
できる。

ところで、イで−ジセンサ２４と２６に対応するメモリ
上に記憶される基で位置は、あらかじめそれぞ□れ各マ
、ス？に対応してウェハとマスクとが正確に位置付けら
糺る位置を求め、これを記憶テーブルのなか粁マスク対
応に数値、とじて記憶して。

おくも、のでｉる□。そして、この数□値は１．キーテ
ート（図示せず）等によりマスクのコードを入力するこ
とで選択されるものである。なお、イメージセンサ２’
４，２’６の検出信号とし゛ては、イメージセンサに座
標（例えば、−次、屍の距離で表される座標）を設定し
て、その所定の位置の□数値として検出するようにして
もよい。

次に、この位置合わせ装置、の動、作、につい、て簡単
に説明する。　　　　、　　　　　　。

まず、ウェハ、９に対して、声些すべきパターンを持つ
マスクを選択する。そ、して、＋ρマネク１０上のアラ
イメントマーク４ｂに光呻を照、射して、キーボードか
らそのマスクのコードをへ力烹る。

このことにより、イメージセンサ２６か：らの信号が制
御部１５に入力され、マス、りは所専の甚平位置にセン
トされる。

次に、フィルタ２１をセットして、ウェハ９上のアライ
メントマーク６にフィルタ２１牽通した光線ＫＱ熱照射
る。、そ、こで、イメージセンサと６か、らの信号が制
御部１５に入力、され、ウエノソ６は所定の基準位置に
セントされることにな矛。

な、お、この位置合わせの順序も、マスク側を先にして
、も、ウニ介側を岑鉦して十どｐらでもよい。

また、この実施、例では、単にその方、向を限定せず位
置決めを説明しているが、Ｘ、方向の位置決めもＹ方向
の位置決めも同様であり、これをＸ方向又はＹ方向に対
応させればよいものである。したがって、各マスク位置
合わせ機構１？、ウェハ位置合わせ機！！！↓３の位置
決めは、ｘ、　Ｘ方向について行われるが、イメージセ
ンサがＸ、Ｙ方向を同時に検出するものであれば、これ
ら（よ、同時に制御で竺る。、すなわち、Ｘ方向、Ｙ方
卵の検出信号を受け、これを時分割的にそれぞれ独立に
制御し、Ｘ方向、Ｙ方向に対応する移動装置にそれぞれ
送出すればよい。また、Ｘ又はＹ方向の一方だけの位置
合わせて済りときには、当然、一方向の位置決めだけで
よいことはもちろんである。

以上詳述してきたが、この実施例にあっては、マろり１
０上のアライメントマーク４ｂ、の幅を細長く採れるの
で、マスクに対するイメージセンサ２６上の憚野を全体
的にＷ％に利用でき、精度のよい制御が可能で、その位
置が設定し易い。同様に、：ウエハに対するイメージセ
ンサ２４に対してマ不り１０上のアライメントマーク４
ａが邪魔にならないので、このイメージセンサ２４の視
野も広（採れ、有効に利用できる。

その結果、ウェハ９上のアライメントマーク６゜マスク
１０」二のアライメントマーク４ｂの各像をイメージセ
ンサ上の視野に入れることが容易となる。そこで、例え
ば、これらの像をイメージセンサの視野にいれるローデ
ィング装置の精度を必要とせず、ローディングが簡単に
行える。

また、実施例では、フィルタを使用して露光光線とは異
なる波長の光線を得ているが、これば、波長の異なる別
の光源から得てもよい。

第１の位置決め機構のウェハ位置合わせ機構１１は、マ
スク１０上のアライメントマーク４ａを介して光線を照
射する構成を採っているが、必ずしも、このような開口
を通して照射する必要はない。露光し難い光線によりウ
ェハ１０の位置合わせができるものならば光線の照射形
態はどのようなものでもよい。

第２の位置決め機構のマスク位置合わせ機構１２は、ウ
ェハ側はど十分な精度を出さなくてもよいので、イメー
ジセンサを用いることなく、機械的な位置合わせ機構で
もよい。

この発明は、実施例として縮小投影形の露光装置を中心
に説明してきたが、これに限定されることなく、密着露
光、近接露光、１：１露光等各種の露光装置に適用でき
ることばもちろんである。

以北の説明から理解できるように、この発明は、ウェハ
上の合わせマークの像を光学的にイメージセンサ上に投
影して位置合わせをする第１の位置決め機構と、マスク
上の合わせマークを基準位置に位置合わせをする第２の
位置決め機構とを備えるものであって、イメージセンサ
上に投影するために使用する光線は、前記露光の際使用
する光線の波長とは異なる露光し難い波長にしているの
で、マスクとウェハとの位置合わせは、それぞれ独立に
、独立の基準位置に位置合わせして行うことができ、簡
単に行える。しかも、ウェハの位置合わせば、露光し難
い光線により行えるので、ウェハ上の合わせマークの崩
れを防止でき、後工程の位置合わせが正確にできる。

また、ウェハの位置合わせをイメージセンサにより行う
ので、機械駆動部がなく、信頼性も高くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の位置合わせ装置の概要構成を示す説明
図、第２図は、この発明を通用した露光装置における位
置合わせ装置の概念的構成図である。 １−　光源　９−　ウェハ　１０−　マスク１１−　ウ
ェハ位置合わせ機構 １２−−−マスク位置合わせ機構 １３−　ウェハ移動装置　１４−　マスク移動値Ｗ１５
　−　制御部　２〇　−位置合わせ装置　２１−　フィ
ルタ　２２−　コンデンサーレンズ　２３−　ハーフミ
ラ− ２４，２６−イメージセンサ 特許出願人　日本精工株式会社 代理人　弁理士　森　　哲也 弁理士　内藤　嘉昭 弁理士　清水　　正 弁理士　提出　債是

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. マスクのパターンをウェハ上に露光する露光装置におい
   て、前記ウェハ上の合わせマークの像を光学的にイメー
   ジセンサ上に投影して位置合わせをする第１の位置決め
   機構と、前記マスク上の合わせマークを基準位置に位置
   合わせをする第２の位置決め機構とを備え、前記イメー
   ジセンサ上に投影するために使用する光線は、前記露光
   の際使用する光線の波長とは異なる、露光し難い波長で
   あることを特徴とする露光装置における位置合わせ装置
   。