JPS60178628A - 露光用マスク - 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】 （発明の背景） 従来より、感光剤（フォトレジスト）を塗布した半導体
ウェハ（以下単にウニく・とする）にマスク（レティク
ル）のパターンを露光転写する際ウェハ上に設けられた
アライメントマークと、マスク上に設けられたアライメ
ントマークと全光電検出して、自動的に位置合せする霧
光装置が種々提案されている。特にレティクルのパター
ンを投影光学系で１１５又は１／１０Ｖｃ縮小して転写
する縮小投影型露光装置ｔは、高い解像力と位置合せ精
度を備えている。特に、レティクルとウェハトラ投影光
学系を介して直接位置合せする方法は信頼性が高く作業
者の操作性の点からも好ましい方法である。ところで近
年、１枚のつ′ヱノ〜から得１られる半導体チ・ツブの
数を増すために、位置合せ用のアライメントマーク金形
成する領域が小さくなるとともに、マーク自体の形状も
小さくなってきている。特忙光電検出の手段として２次
元的な撮ｆｌ素子、例えばテレビカメラやＣＣＤ等會使
５場合は、通常走査線と所定角度で交わるアライメント
マークのエツジ全検出してレティクルとウェハとの走査
線方向の位置ずれを検出している。ところがこの場合、
撮鐵素子で撮障した画１象すべての情報を使うのではな
く、画像中の局所的な部分忙ついての情報、例えば特定
の走査線（応じた画ｆ象信号のみを使うことがある。こ
のとき、従来のアライメントマークでは単なる直線的な
形状であったため、このアライメントマークのどの部分
を通る走査線（対応した画像信号を使うかの判別が難し
く、高速な処理ができないという欠点があった。

（発明の目的） 本発明は上記欠点を解決し、被露光基板（ウェハ）上の
アライメントマークが小さなものであっても、マスクと
の位置合せ時にただちに所望の画１象信号を選び出すこ
とができるようなアライメントマークを備えた露光用マ
スクを提供することを目的する。

（発明の概要） 本発明によれば、被露光基板（半導体ウニ・・）に設け
られた位置合せ用の第１マーク（アライメントマーク（
Ａ））に整合し得る第２マーク（アライメントマーク（
Ｂ）　）　紮Ｗするマスク（レティクル）において、第
１マークと第２マークと全所定方向（例えばＶ方向）に
位置合せしたとキ、例えば第２マークがそのｙ方向と直
交する方向（、Ｔ：方向）に関して整列すべき位置（ア
ライメントマ・−り（均の底辺から距＃Ｌｒの位置）を
表わす指標パターン（ギャップＧ＋　、Ｇ２）を第２マ
ークに設けることによってと記目的が達成される。

（実施例） 第１図は本発明の実施例による縮小投影型露光装置の概
略的な光学配置図であり、第２図はその露光装置を制御
する制御系の回路ブロック図である。

第１図において、露光光束１は図示なき光源部より供給
され、メインコンデンサーレンズ２によって投影原版と
してのレティクル（マスク）３を照明する。そしてメイ
ンコンデンサーレンズ２により投影レンズ５０入射瞳面
６内に光源の像が形成される。レティクル３の投影し／
ズ５側の面、すなわちパター７面３ａ上には、所定のパ
ターンが形成されており、このパターンが投影レンズ５
によりウェハ７のパターン面７ａ上に所定の倍率で縮小
投影される。露光光束１はウェハ７のパターン面７ａ上
に塗られたフォトレジストを感光させるのに有効な光で
、例えば超高圧水銀灯より発生する波長４３５．８１ｍ
（ｇ線）の光や波長３６５ｎｍ　（ｉ線）の光等のよう
な単波長の光が用いられる。

このような露光光学系に対し℃、ウェハ７に設けられた
位置合せ用のアライメントマーク囚と、レティクルのパ
ターン面３ｂの周辺部に設けられたアライメントマーク
（均との位置関係を観察するためのアライメント光学系
は次のようであり、露光光束ｌと同一の波長の光が照明
光として用いられる。レティクル３０周縁の上部には、
反射鏡１４、第１対物レンズ１５、第２対物し／ズ１６
が設けられている。第１対物し／ズ１５の光軸１３は反
射鏡１４により直角に折りまげられ、レティクル３のパ
ターン面３ａと直交する。従って。

投影レンズ５の光軸９と実質的に平行であり、また第１
対物し／ズ１５の前側焦点はレティクル３のパターン面
３ａ上に位置している。そして、この位置関係全維持し
つつ、第１対物レンズ１５と反射鏡１４とが光軸１３に
そって一体的に移動可能である。さらに、第１対物し／
ズ１５と第２対物レンズ１６との間は常に平行系となっ
ておゆ、第２対物し／ズ１６の後側焦点位置に設けられ
た絞り１８とレティクル３のパターン面３ａと社第１、
＠２対物レンズに関して共役であり、さらに投影レンズ
５に関してウェハ７のパターン面７ａとも共役である。

ウエノ・７上での照明領域を制限するために設けられた
絞９１８の後方にはコンデンサーレンズ１９が設けられ
、その焦点は絞り１８の位置に合致している。コンデン
サーレンズ１９は第１　、第２対物レンズの光軸１３と
同軸上に配置されている。そして、露光光束ｌと同一波
長の照明光を供給するためのライトガイド２０の射出面
２０ａはその中心が光軸１３から外れて設けられている
。一方、絞り１８と第２対物し／ズ１６との間にはビー
ムスプリッタ−１７が配置される。そしてビームスプリ
ッタ１７で分割された光路中にはテレビカメラ婢の撮隙
装［２１が設けられ、撮像装置に２１の撮陳面２１ａは
、絞り１８と同じく第１．第２対物レンズ１５．１６に
関してパターン面３ａと共役であり、またウエノ・７の
パターン面７ａとも共役である。

このような構成によってウエノ・７のパターン面７ａ上
に設けられたアライメントマーク（５）とレテイクル３
のパターン面３ａ上に設けられたアライメントマーク（
Ｂｌとにライトガイド２ｏからの光束が供給され、アラ
イメントマーク（ＡＪと（切の１象が共に撮像装置１２
１によって観察される。第１図中にはアライメントマー
ク（〜とアライメントマーク（Ｂ１とケ通る主光線１１
の様子を実線で記入した。主光ＩＰｉ！１１Ｖｉ第１対
物レンズ１５會射出した後、光軸１３に平行となり、ビ
ームスプリッタ−１７で反射された後、撮像装■ｔ２１
の撮像面２１ａの中心に達する。一方、ビームスブリ・
ツター］７會通過する主光線１１は絞り１８の中心全通
り、コンデンサーレンズ１９で屈折されて光軸１３に平
行になりライトガイド２０のほぼ中心に達する。すなわ
ちこの主光線１１がライトガイド２０から供給される照
明光の主光線に相当する。

ｉ　ｆｃ、上記ＷＪｌ対物レンズ１５と反射鏡１４とは
レティクル３上のアライメントマーク（均の位置に応じ
て光軸１３の方向に一体に移動する。

以ヒのような反射鏡１４、第１対物し／ズ１５、ｆｆ１
２対物レンズ１６、ビームスプリッタ１７．絞り　１８
．コンデンサーレンズ１９、ライトガイド２０、及び撮
像装置２１とで構成されたアライメント光学系は、第１
図中で紙面と垂直な方向にも５１組設けられ、この２組
のアライメント光学系によってレティクル３とウェハ７
の２次元的な位置ずれ全検出するものである。

ところで第１図の構成において、レティクル３と投影レ
ンズ５との間は非テレセントリックな光学系であり、投
影し／ズ５とウェハ７との間はテレセントリックな光学
系である。この場合、レティクル３）：のマークを投影
レンズ５の光軸９が通らない位置、例えばレチクル３の
周辺に設ければ、そのマークの照明光束（又蝶アライメ
ント光学系）の主光線１１１’よそのマークと投影レン
ズ５の瞳６の中心とケ結ぶ線と一致して、投影レンズの
光軸９に対して傾いたもの、すなわち主光線１１がレチ
クル３のパターン面３ａに垂直にならず、ある角度類い
たものになる。このため、レチクル３上のアライメント
マーク（）３）が金属薄膜で形成され、光反射性であっ
ても、そのマークを照明した光の反射光はアライメント
光学系、ａｒｅ装置２１の方に戻らず他の方向に進むか
ら、そのマークはウェハ７で反射してきた光で透過照明
されることになり、アライメントマーク（均の光１象は
黒っぽい影となって撮像される。このように、レチクル
３側が非テレセントリックな光学系である場合は、レテ
ィクル３上に形成されるアライメントマーク（Ｈ）　ｔ
−反射性で遮光性のもの、光吸収性のもののいずれにし
てもよい。

またレチクル３＠、ウェハ７側ともテレセントリックな
光学系になる場合、主光線１１はレチクル３に垂＠（投
影レンズ５の光軸９と平行）になるので、レティクル３
Ｊ：のマーク七光吸収性にしておくか、もしくは、レチ
クル３を偏光した光で照明し、レチクル３とウェハ７と
の間の光路中に偏光状ｑｔ変える部材（例えば１／４波
長板）１に入れて、アライメントマーク（均からの反射
光はカットし、ウエノ・７からの反射光は透過するよう
な、偏光分離特性を有する光学系を設ければよい。

さて第１図において、ウニノー７ｔｌウエノ葛ホルダ８
に真空吸着される。ステージ１０はペース上’に２次元
的（互いに直交するＸ方向とｙ方向）に移動可能であゆ
、ウェハホルダ８はこのステージ１０に設けられて一体
ＶＣ２次元惨動する。ま友ウェハホルダ８はステージ１
０に対して、投影レンズ５０光軸９の方向（２方向）に
移動可能である。

基準マーク板１２ＩＩｃはレティクル３のアライメント
マーク（Ｂ）と整合し得る基準マークが設けられていて
、レティクル３とステージ１０との位ａｔ規定する際に
使われる。この基準マーク板１２上のマーク以外の表面
は所定の光反射率金有し、ウェハホルダ８に固定されて
いる。

第２図の回路ブロック図において、第２対物し／ズ１６
で結像されたアライメントマーク（５）、又は（均の像
の明暗は撮津装［２１で光電変換され、その画像信号は
信号処理回路３０に人力する。信号処理回路３０は画ｆ
蒙信号を処理して撮像面２１ａ上にできた１象のコント
ラストを検出し、アライメントマーク（５）と（Ｂｌと
の相対的な位置ずれ量に応じた検出情報を制御回路３１
に出力する。また駆動回路３４で駆動されるモータ３５
はウェハホルダ８をＺ方向に移動し、その移動量は制御
回路３１から出力される駆動情報によって制御される。

さらに駆動回路３６で駆動されるモータ３７，３８はス
テージ１０をそれぞれＸ方向とＸ方向とに移動し、その
移動量は制御回路３１からの検出情報に基づいて出力さ
れる駆動情報によって制御される。そして、ステージ１
０の２次元的な位置、すなわち直交座標系ｘｙの座標位
置はレーザ干渉測長器又はエンコーダ等を用いた座標測
定装置３９によって逐次検出され、その検出された座標
位置は制御回路３１で処理されてステージ１０の位置決
めのために使われる。

第３図はウェハ７Ｆの所定のパターンと重ね合せ露光す
るときに使うレティクル３の具体的な平面図、第４図は
基準マーク板１２の平面図である。

レティクル３は矩形状のガラス板にクロム等の金属薄膜
を周辺部に蒸着して遮光部３３を形成し、その内側の領
域３ｂ内に所望の回路パターンを形成したものである。

レティクル３の中心ＲＣｉ原点に座標系ｘｙｋ定めたと
き、Ｘ軸上で領域３ｂの外周辺に、Ｘ方向の位置合せ用
のアライメントマーク（ｋ３）が設けられている。尚、
Ｘ方向のアライメントマークはｙ軸上に同様に設けられ
る。

アライメントマーク（Ｂ）Ｕ第１図に示した反射鏡１４
、第１対物レンズ１５、第２対物し／ズ１６及び撮１象
装置２１によって観察される。このレティクル３Ｖｉそ
の中心Ｒ，Ｃが投影し／ズ５の光軸９を通るように位置
決めされる。アライメントマーク（Ｂ）の中心ＲＣ対す
るＸ方向の位置はレティクル３の設計時に予めわかって
いる。そこで第１図のようにレティクル３を配置して、
反射鏡１４と第１対物し／ズ１５とを光軸１３方向に移
動することによって、アライメントマーク（Ｂ）が搬像
装Ｒ２１１Ｃよって観察される。尚、！３図中点線で示
した円形の領域ＰＡｔ−ｊ投影ンンズ５で投影可能な最
大露光領域、いわゆるイメージフィールドを表わす。ま
た、Ｘ方向のアライメントマークはもう１組のアライメ
ント光学系によって観察されるように配置されている。

一方、基準マーク板１２には、ステージｌＯの位置とレ
ティクル３の投影像の位置との対応付けのために、Ｘ方
向に伸びた線状の基準マークＦｙと、Ｘ方向に伸びた線
状の基準マークＦｘとが十字状に設けられている。

第５図はレティクル３のアライメントマーク＋Ｂｌの拡
大図である。アライメントマーク（Ｂ）の中心線を座標
系ｘｙのＸ軸と一致させるものとすると、アライメント
マーク（ＢｌはＸ軸に関してＸ方向に左右対称な形状で
あり、Ｘ方向の長さ］）ｘでＶ方向の長さＤ　ｙの矩形
状の透明窓である。そしてこの透明窓内にｒｉＸ軸から
等しい距離で互いの間隔がＬＹの２本の線状パターンＰ
ｔ、　Ｐ２がＸ軸と平行に形成されている。この線状パ
ターンＰＩ、　Ｐ２のちょうど中心にウェハ７Ｆのアラ
イメントマーク（Ａｌが挾み込まれるようＶＣ観察され
たとき、レティクル３の領域３ｂとウェハ７七の露光す
べき１つの領域とが投影し／ズ５を介して正確に重なり
合うことになる。さ℃、その線状パターンＰＩ、　Ｐ２
１Ｃは透明窓の底辺からＸ方向に距離Ｌｘの位置に、微
小なギャップＧ１、Ｇ２が形成されている。ギャップＧ
１、Ｇ２のところにはクロム層が蒸着されず、光透過性
である。このギャップＧ１、Ｇ２が掃１象装置２１の水
平走査線を選ぶ際の基準となる。また、透明窓の底辺部
の中央には、Ｘ方向の幅ｄの微小な凹部Ｐ３が形成され
ている。この凹部Ｐ３は基準マーク板１２のマークｐｙ
ｔｙ方向に挾み込んで目合せするためのものであり、幅
ｄはマークＦｙの１＃のレディクル３上での幅よりもわ
ずかに大きく定められている。この凹部Ｐ３によって、
？　−りＦ’　Ｙ　ｉ目金せすることによって、レティ
クル３とステージＩＯとの位置の対応付けを行なうこと
ができる。

さ℃、第６図は信号処理回路３０の具体的な回路の一例
金示す回路ブロック図である。撮像装噴２１からの両津
信号の大きさくレベル）はアナログ−デジタル変換器（
以下、ＡＩ）Ｃとする）４０でデジタル値に変換され、
そのデジタル値はランダム・アクセス可能なメモリ回路
（以下、ＲＡ　Ｍとする）４１に記憶される。また撮１
象装［２１からは、水平走査線用の同期信号（水平周期
信号）Ｈ８が出力され、カラ／り４２はこの水平周期信
号Ｅ（Ｓに基づいて、１走査線を例えば１０２４画累に
分割するように、ｌ走査期間中に１０２４個のパルス全
作り出し、そのパルスケ順次計数する。

その計数値ｕＲＡＭ４ｘにアドレス信号として印加され
、この結果Ｌ（ＡＭ４１には１走査線に対応した画１象
信号の各画素毎のレベルがアドレス順に記憶される。マ
イクロプロセッサ−（以下ＭＰＵと呼ぶ）４３はＲＡＭ
４１の書き込みや読み出しを制御するとともに、几ＡＭ
４１に記憶された画像データに基づいて、アライメント
マーク（均とアライメントマーク（Ａｔとの位置ずれ量
全演算する。

また撮像装置２１からは２次元的な走査のためにのこぎ
り波形の垂直走査信号ｖＳも出力され、前述の両開信号
、水平周期信号Ｈ８とともに、テレビブラウン管（以下
ＣＲ，Ｔと呼ぶ）４４に印加される。Ｃ几Ｔ４４は撮１
象された画１象全表示するとともに、水平方向のカンー
ル線會も表示する。カーソル線は、カーソル線の垂直方
向の位置を入力するためのジ璽イスティック等の可変抵
抗４６と、この可変抵抗４６で設定された電圧Ｖｒと垂
直走査信号ｖ８の電圧とが一致したときパルス状のカー
ソル信号音発生するカーソル信号発生器４５と、そのカ
ーソル信号をスイッチ４７を介して両開信号と加算する
加算器４８とによって作られる。また可変抵抗４６から
の設定電圧Ｖｒと垂直走査信号ｖｑとはスイッチ４９を
介して択一的にアナログ−デジタル変換器（以下、ＡＤ
Ｃとする）５０に人力する。ＡＤＣ５０は設定電圧Ｖｒ
、又は垂直走査信号ＶＳのいずれか一万？デジタル値に
変換して、ＭＰＵ４３に出力する。このような構成にお
いて、カーソル線を表示するときけスイッチ４７を閉じ
るだはでよく、その垂直方向の賢示位置は可変抵抗４６
を調整するだけでよい。また、そのスイッチ４７とスイ
ッチ４９は、ＭＰＵ４３　’により所定のプログラムに
従って自動的に切換えられるものとする。

次に本実施例の動作を説明するが、ここでは例えば第１
層目のパターンをウエノ・７上に形成し、その後、第２
層目のパターンをウェハ７上の第１層目に重ね合せて露
光するまでの一連の工８を含めて説明する。

まず第１層目のパターン金第１図に示した露光装置を使
・ってウェハ７上に露光するときけ、第３図に示したレ
チクル３の代りに第７図に示したレチクル３′ケ霧光装
置にセットする。第７図のレチクル３′の矩形状の領域
３　ｂ’はレチクル３の領域３ｂと同一サイズであり、
この領域３ｂ’内に第１層目のパターンが描かれている
。もちろん領域３ｈ′の周辺にはクロム層による遮光領
域３ａ′が形成され、中心Ｒ，Ｃ２原点とする座標系ｘ
ｙのＸ軸上でレチクル３のアライメントマーク＋Ｂｌに
対応する位置にはウェハ７七に形成すべきアライメント
マーク（Ａｔ？作るためのマｉり（均がアライメントマ
ーク（Ｂｌと同一サイズで設けられている。第８図（ａ
ｌはそのマーク（ケ）の拡大図であり、Ｘ方向の長さが
Ｄｘで、■方向の長さがＤｙの矩形領域を、Ｘ方向に２
等分し、レチクル３′の中心Ｒ，Ｃに近い領域Ａｒｌは
全面會クロム層で遮光し１、その中央に台形状のパター
ンＰ４２光透過性にして−設ける。

−万、領域Ａｒｌの下段の領域ＡｒＺ１１クロム層の全
面に長方形の透明窓全役け、その中央にノくター／Ｐ４
と同一サイズの台形状のノくターンＰ５をクロム層で遮
光性にして設ける。さて、２つの台形パターンＰ４　、
Ｈ５はともにＸ軸に関して線対称になるように配置され
ており、特に台形ノくターンＰ５の中心はマーク（１３
’）の底辺部からＸ方向に距離１．ｘの位１［形成され
る。また台形）ζターンＰ４　、Ｈ５の形状は第８図（
ｂ）に示すように、その斜辺の傾きが、高さｂと下底と
上底の差分の長さａとの比が９対ｌになるように定めら
れ、斜辺がＸ軸と平行に近く、しかも作り易い傾きに選
ばれている。

以上のようなレディクル３′ヲ用いて、ウエノ翫７上に
ステップアンドリピート方式で露光金繰り返すことによ
って、レティクル３′の領域３　ｂ’とアライメントマ
ーク（Ｂ′）とが座標系ｘｙに従ってマトリックス状に
配列する。そして、そのウエノ・７を現１象した後、第
１１＠目のプロセス（エツチング、蒸着等）を行なう。

こうして第１層目が形成されたウェハ７は再びフォトレ
ジストが塗布されて、第１図の露光装置のステージ１０
に載置される。

第１層目が形成されたウェハ７上には例えば第９図に示
すように、レティクル３′の領域３ｂ′の転写パターン
、すなわちチップが所定のピッチで配列される。第９図
ではウェハ７の中央付近で座標系ｘｙのＸ軸に沿った３
つのチップＣ０１Ｃ＋、Ｃ２′（Ｉ−代表的に示す。チ
ップＣＯとＣＩ　の間にはチップＣＯに付随してマーク
（Ｂ′）に応じたアライメントマーク（Ａｏ）が形成さ
れ、チップＣＩと０２の間にはチップＣＩに付随してマ
ーク（Ｂ′）に応じたアライメントマーク（Ａ＋　）が
形成される。アライメントマーク（ＡＯ）、（ＡＩ）は
ともに、マーク（Ｂ′）の台形パターンＰ４．Ｐ５に応
じた台形バター７Ｐ４’ｌＰ５”ｆｉｌ−有する。台形
パターンＰ　４’　、　Ｐ　５Ｔｊ第１層目のフォトレ
ジストがポジかネガか、又はプロセスによってウェハ７
の表面に凹凸に形成される。本実施例でマーク（Ｂ′）
の透明部はウェハ７上で凸に形成されるものとすると、
台形パターンＰ　４’は凸になり、台形パターンＰ　５
’は凹になる。第１０図はその台形パターンＰ４′。

Ｐ５’ｉ示す拡大斜視図である。台形パターンＰ　５’
はレティクル３′のマーク（Ｂ′）の領域Ａｒ２によっ
て形成された長方形の凸部Ａｒ２’内に凹部として形成
される。

以下、このような凸形パターンＰ　４’及び凹形パター
ンｐｓ’を対にして形成する理由を説明する。

第１１図に示すように、レチクルとのアライメントはウ
ェハ７のヒに形成された第１層目Ａｒ２’の上にフォト
レジストＰＲ２塗布した状暢で行われるから、フォトレ
ジスト膜の表面で反射された照明光と台形パターン部Ｐ
４’ｇたは台形パターン部Ｐ５′で反射された照明光と
が干渉を起こす可能性力する。いま、フオトレジスｔ４
’Ｒの屈折率ｔｎとし、フォトレジスト表面とパターン
Ｐ　４’　、　Ｐ　５’との間隔をそれぞれｄ＋、ｄｚ
としたときレジスト表面とバターｙ　Ｐ　４’　、　Ｐ
　５’との間の光学的距離Ｊ）１．Ｄ２は以下のよ５１
ＣＦ２わされる。ＤＩ＝ｎｓｄ＋　、Ｄ２＝ｎ＊ｄｚ、
従ッテ、レジスト表面で反射した照明光とパターンＰ　
４’　、　Ｐ　５’の表面で反射した照明光とが干渉す
る条件は、照明光の波長をλとすると、ｄ＋＝λ／　２
ｎ、　ｄｚ−λ／２ｎである。例えば、λ＝４３６ｎｍ
とするとｄ＋（＝ｄｚ）中１３０ｎｍのときに干渉縞が
生ずる（詳しくは１３０ｎｍの整数倍のフォトレジスト
膜厚のときに干渉縞が発生する）。

そこで、第１０．１１図示のように凸、凹形のバターｙ
Ｐ４’＋）’５’ｔ”同一層に形成しておくと、例えば
凸形パターンＰ４′上方のレジ５スト膜厚ｄ＋が干渉条
件を満足したときには、凹形パターンｂ′辷万のレジス
ト膜厚ｄ２は干渉条件を外れている確率が非常に高い。

それ故、凸形、凹形パターンＰ４’、Ｐ５’ｉ対にして
形成し、干渉縞が発生していない方のバター／をアライ
メント用に使用するのである。

さて、第２層目の露光のときＶ′ｉ第３図に示したレテ
ィクル３を＠１図の霧光装置にセットする。

そして、ライトガイド２０から照明光を発し、掃峰装置
１１２１によってレティクル３のアライメントマーク（
Ｈ）？！−撮１象する。このときステージ１０はウェハ
７にレティクル３を透過した照明光があたらないように
退避している。ただし、アライメントマーク郵）の投影
位置には基準マーク板１２０反射面を配置する。そして
このような状轢で、作業者は第６図のＣ）ＬＴ４１観察
して信号処理回路３０の初期設定（イニシャライズ）を
実行する。この動作を第１２図のフローチャート図罠基
づいて説明する。まずステップ１００でＭＰ０４３はス
イッチ４７を閉じて、ＣＢ、Ｔ４４ＶＣカーフル＃ｔ［
示するとともに、スイッチ４９ｆ：切替えて設定電圧Ｖ
ｒｆ選択する。次のスデ・ツブ１０１は作業者がＣＲＴ
４４ｆｆｉ見ながらカーソル線がアライメントマーク（
均の２本の線状パターンｐｉ、）’２のギャップＧｌ、
Ｇ２に位置するように可変抵抗４６を胴輪するものであ
る。このときの様子を第１３図に示す。第１３図は撮像
されたアライメントマーク（Ｂ）と走査線ＳＬ、カーソ
ル線ＣＬとの関係を示す図である。走査線ＳＬは線状パ
ターンＰＩ。

Ｐ２と直交するように図中左端から右端まで−直線に延
びる。カーソル線ＣＬは一本の走査線上に現われる。そ
して、このカーソル＠ＣＬｆ−４線状パターンＰ１．Ｐ
２のギャップＧｌ　、Ｇ２のそれぞれに挾み込まれるよ
うに位置合せされる。

次のステップ１０２でＭＰＵ４３はＡＤＣ５０でデジタ
ル値に変換された設定電圧Ｖｒｉ−読み込み、その値を
カーソル位置１）ｒとして記憶する。

この読み込みは作業者が第１３図のような状ｖＡケ確認
してから、不図示のスイッチを投入することによって行
なわれる。そして最後にＭＰＵ４３はスデ・ノゾ１０３
でスイッチ４７全開いて（ｌｔＴ４４に表示されたカー
ソル線Ｃ１，を消去するとともに、スイ・ソチ４９を元
（戻して垂直走査信号ＶＳ’１選択する。

さて、初期設定が終了すると制御回路３１は座標測定器
３９、駆動回路３６、ステージ１ｏ、及び不図示のウェ
ハアライメント顕微鏡等と共働して、ウェハ７の嬉光装
置本体罠対する位置合せ全行なう。この位置合せの方法
（信例えば特開昭５６−１０２８２３号公報に開示され
ているように公知であり、また本発明と直接関係しない
ので説明は省略する。そして次に制御回路３１は例えば
ウェハ７上に重ね焼きすべき第１番目のチップＣｏとレ
ティクル３の領域３ｂの投影１象とが概ね位置合せされ
るように、座標測定器３９によってステージ１０の位置
決めを行なう。その後、ライトガイド２０から照明光を
発すると、撮１蒙装置２１の撮像面２１ａには例えば第
１４図に示すようにアライメントマーク（１３）と（Ａ
Ｏ）との像が重ね合されて結１象する。

ところで、先にも説明したように、ウェハ７にはフォト
レジストが塗布されているので、アライメントマーク（
ＡＯ）の２つの台形パターンＰ４′。

Ｐ５′のうち、−万のパターンハ他方のパターンニ対し
て干渉縞が多く観察される。この干渉縞のために画ｆ象
信号のＳ／Ｎが悪化し、位置ずれ検出の精度全低下させ
るばかりでなく、極端な場合、パターンの検出そのもの
が不可能になることがある。

本実施例では、ウェハ７Ｆの第１番目に露光するチップ
ＣＯに関しては、ＣＲＴ４４に使って目視で台形パター
ン１４′とｐ　５／のどちらを使うか全選択するように
した。以下、その動作とそれに引き続く位置ずれ検出の
動作について第１５図のフローチャート図を参照して説
明する。まず作業者はスフツブ１０４でｅｉｔ’ｒ４４
に表示された台形パターンｐ　４／とＰ　５’の見え具
合全くらべて、干渉縞が少なくコントラストのよい方の
パターンを選び、そのどちらヶ使うかをステップ１０５
でＭＰＵ４３に指令する。ステップ１０５で台形パター
ンＰ４′を使うことが指令されろと、ＭＰＵ４３はステ
ップ１０６で撮ｒ蒙装置！ｔ２ｘの１画面中の走査線の
うち、＠１５図に示すよ５な走査線８Ｌｔ？選ぶような
データを作り出す。ごの走査＠　Ｓ　Ｌ　ｉはギャップ
Ｇ１と０２２通る走査線、すなわち先の初期設定時に表
示したカーソル＃ｃＬよりモ所定η°αだけ下方で、線
状パターンｐｌ　、Ｐ２と交わるような位置に定められ
ている。このステップ１０６でＭＰＵ４３ｔ’ｌｊ先の
ステップ１０２で記憶した値Ｄｒにαに応じた値を加算
して、その加算値Ｄｒｌを再度記憶する。一方、ステッ
プ１０５で台形パターンｐ５／４使うことが指令される
と、Ｍ　Ｐ　Ｕ４３はステップ１０７で走査線５Ｌ２ｙ
選ぶ友めのデータを作り出す。走査線５ｂ２Ｈ走査線８
１，１が台形バター／Ｐ５′の中心を通ったとき、台形
パターンＰ４′の中心を通るようにギャップＧｌ　、Ｇ
２から所定量βだけＬ方に定められている。そしてＭＰ
Ｕ４３は値Ｄｒからβに応じた値を減算して、その減算
値Ｄｒ２に再度記憶する。本実施例では台形パターンＰ
５′が選ばれたものとする。

次にＭＰＵ４３ｒｉｘ＋ッグｌｏ８，１０９でＡＩ）Ｃ
５０でデジタル値に変換された垂直走査信号■Ｓの電圧
・を読み込み、その値と記憶されたデータ値Ｄ「１（又
はＤｒ２）と比較することを１画面の走査中順次繰り返
す。ここでは走査線ＳＬＩが選ばれているので、垂直走
査信号ＶＳ’のデジタル値が値Ｄｒｌｌ−’と一致した
とき、ＭＰＵ４３は次のステップ１１０で、七の走査線
８Ｌ１の画像信号について、ｌ（ＡＭ４１に書き込みを
開始するような指令１．１（ＡＭ４１とカウンタ４２に
出力する。これによってカウンタ４２は例えば計数値が
零（すセットされた後、水平同期信号１−Ｉ　８０人力
に応答して１０２４１でカウントアンプして停止する。

この計数動作中、ＡＪＪＣ４０でデジタル値に変換され
た画１象信号はｉ（ＡＭ４１の０番地から１０１２４番
地までの領域に順次記憶される。第１６図はＩ（・ＡＭ
４１に記憶された走査線８Ｌ１上の画１象信号の強度分
布ケ示し、本来は離散的な分布となるが、わかりやすく
するため連続した波形で表わした。この図で横−〇ま番
地、縦軸は画像信号の強度（レベル）を表わす。

次にステップ１１１の区間切り出しでＭＰＵ４３ｅまｌ
ｔＡＭ４１に記憶された画１象信号を読み出して、まず
レティクル：３のアライメントマーク（１１１の線状パ
ターンｌ’ｌ、Ｐ２に応じて生じた波形上のボトムＩＪ
　ｉ、”　１　ト１３　Ｔ　２　ｋ　検出ｔ、、このボ
トムＢＴ１とＨＴ　２のそれぞれの中心に対応する番地
ＡＩ）１とＡＩＪ２’ｊｉ見つける。この番地Ａｌ）ｌ
からＡｌ２までの区間に、台形パターンｐ　５／にＬＣ
廻して生じた波形ヒのピーク部ＰＴが存在する。

次にＭＰＵ４３はステソゲ１１２の微分演算で、第１６
図に示した番地ＡＤＩからＡｌ２までの区間を微分して
、ピーク部ＰＴの立とりの中心に対応する番地ＡＤ３と
、ピーク部Ｐ′ｒの、立下りの中心に対応する番地ＡＤ
４とを検出する。次にＭＰＵ４３はステップ１１３のア
ライメントマーク郵）のセンター出しで、番地ＡＤＩと
Ａｌ２の中心に位置する番地ＡＤｂ會算出し、ステップ
１１４のアライメントマーク（５）のセンター出しで番
地Ａ　Ｉ）　３とＡ、　Ｉ）　４の中心に位置する番地
ＡＤａｉ算出する。

そして、最後のステップ１１５でＭＰＵ４３は番地ＡＤ
ａとＡｌ）ｂの差をめ、その差分に投影レンズ５０倍率
やアライメント光学系の倍率等に応じた定数に２乗算し
て、アライメントマーク（Ｎとアライメントマーク（均
のＸ方向の相対的な位置ずれ量ΔＹｋウェハ７ヒでのず
れ量に換算してめる。このめたずれ量Δｙは第１４図に
どいて、線状パターンＰＩ　、Ｐ２の中心線（Ｘ軸）と
、台形パターンＰ　４’　、　Ｐ　５’の中心Ｉｖｔｌ
ＣＣと（７）Ｖ方向のずれ量である。

以上のようにしてめたずれ量へｙはＭ　Ｐ　Ｕ４３から
側倒１回路３１に出力され、制御回路３１Ｖｉずれ量Δ
ｙに応じた鍛だけステージ１０１１’方向に微動して台
形パターンＰ　４’　、　Ｐ　５’の中心線ＣＣとＸ軸
とを一致させる。これによってウエノ１７Ｊ：のチップ
Ｃｏとレティクル３の領域３ｂの投影１象とのＸ方向の
位置合せが完了する。Ｘ方向の位置合せも全く同様に行
なわれ、チップＣＯと領域３ｂとは正確に重ね合された
ことになる。ここでレティクル３に所定時間だけ露光光
束ｌ全照射して、ウェハ７のチップＣｏｆ露光する。チ
ップＣｏの霧光が終ると、領域３ｂの投影ｒ象とチ・・
ＩプＣ１が重なるようにステージｉ　０’（ｌ−Ｘ方向
に所定ビ・ソチだけ歩進させて、同様罠アライメ／トマ
ーク（Ｂｌとアライメントマーク（Ａ１）との位置合せ
全行なう。ただ（７、ウエノ・７上に露光する２番目か
らのチップに関しては、ステップ１０４，１０５，１０
６゜１０７を不要として、ただちにステップ１０８を実
行してもよい。これは同一ウエノ１Ｊ：ではアライメン
トマーク（Ａｌの台形パターンＰ　４’　、、Ｐ　５’
のうち見え具合のよい方は概ね一義的に決まるからであ
る。

以上、本発明の第１の実施例では、信号処理回路３０の
構成上、走査線８Ｌ１ｆ−ｆあえてアライメントマーク
（均のギャップＧｉ、Ｇｚ４４らないようにしたが、必
らずしもその必要はない。

次に本発明の第２の実施例金第１７図により説明する。

第２の実施例ではカーソル線ｅＬ４使わずにギャップＧ
ｌ、Ｇ２’ｉ通る走査線ＳＬＩの位Ｉｔ、に応じたデー
タ値Ｄｒをめる。第１７図はギャップＧｌ　、０２ｔ−
通る走査線の画像信号と、線状パターンＰｌ、Ｐ２に横
切る走査線の画ｆＩ！信号との相関を取るための走査線
判定回路の回路ブロック図であり、第６図の回路にその
まま付加することができる。撮像装置１１２１からの画
像信号は２値化回路６０に人力して、走査線中の各画素
毎（論理値「０１、「１」の時系列的な２値化信号に変
換される。シフトレジスタ６１はその２値化信号を順次
人力して、−走査線分の各画素を１ビ・ソトずクシフト
する。走査線は１０２４画素としたのでこのシフトレジ
スタ６１Ｕ１０．２４ビ・ントの記憶素子で構成される
。シフトレジスタ６２も１０２４ビツトであり、シフト
レジスタ６１と直列に接続される。従ってシフトレジス
タ６１には走査中の走査線に応じた２値化信号が格納さ
れ、シフトレジスタ６２にはその走査線の１つ前の走査
線に応じた２値化信号が格納される。デジタル相関器６
３けシフトレジスタ６１の１０２４ビツトのデータと、
シフトレジスタ６２の１０２４ビツトのデータと全比較
して、両データが一致しないときは信号６４’ｋＭＰＵ
４３に出力する。ただしその比較は水平同期信号１４８
に基づいて、−走査の終了時で次の走査の開始までの間
に行なわれるように定められている。また、撮ｒ象装置
２１がらの垂直走査信号ＶＳは第６図のＡｌ）Ｃ５０に
入力する。

このような構成において、４１．慮装置２Ｉが第１３図
のようにアライメントマーク（Ｂｌのみ全撮像するよう
にした後、ＭＰＵ４３はデジタル相関器６３からの信号
６４會モニターし、信号６４を検出（７た時、ＡＤ（、
’５０のデジタル値ヲ読み込んで記憶する。第１３図の
アライメントマーク＋Ｂ＋の場合、走査線が線状パター
ンＰｉ、ｌ：’２ｉ通る状昨からギャップＧｒ、Ｇ２ｙ
通る状態に移行したとき信号６４が発生し、ＭＰＵ４３
はその時の垂直走査信号Ｖ８のレベル金値Ｄｒとして記
憶する。以上のように、本実識別では初期設定時にカー
ソル線を使って目視により走査線？選ぶことがなくなり
、作業者の操作が低減される。

以Ｅ１本発明の２つの実施例ゲ示したが、その他に、レ
ディクル３の線状パターンＰ１．Ｐ２によって挟み込ま
Ｊする台形パターンＰ４′のＸ方向の位置に応じて、ギ
ャップＧｌ、Ｇ２から上方（＋Ｘ方向）に台形パターン
Ｐ４′とｐ　５／との中心間隔分だけ離れて、さらにギ
ャップを形成しておいてもよい。そしてそのギャップに
対してもカーフル線を合せて、両峰処理に使うべき走査
線の位を道として記憶させてもよい。−Ｅた必らずしも
クロム層のないギャップである必曹はなく、線状パター
ンＰＩ　、Ｐ２と幅が異なる段部をアライメントマーク
（均の底部から距離ＬｘＶＣ役けるようにしても同様の
効果がｆ得られる。また掃１象装置２１の撮（象面２１
ａＫ、Ｘ方向とＹ方向のアライメントマーク（Ｂｌの滓
を同時に結（象するような合成光学系？設は、Ｘ方向と
）′方向の両アライメントマークＩＣＨ，Ｔ４４で十下
２段に分けて観察するようにしても同様の効果が得られ
る。さらにウェハ７上のアライメントマーク（Ａｌの台
形パターンは必らずのも２つである必要はなく、１つで
あってもよい。

（発明の効果） 以上のように本発明（（よれば、マスクのマークと整合
する被露光基板りのマークが、小さい場合、又は単一の
パターンではなく複灯のパターンの集合であっても、マ
スクのマークには指標パターンが設けらｔｌているので
、選択すべき画像信号等が高速に検出でき、この結果位
置合せに用する時間ケ短縮することができる。また、指
標パターンを第２マークに設けたので、マスクと第２マ
ークの画像検出手段との位ｊｌ（ずれが生じて、第２マ
ークが画像中で多少ずれたとしても、ただちに選択すべ
き画（＊信号を１やることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に適した縮小投影型露光装置の
概略的な光学配置図、第２図は第１図の露光装置の制御
系の回路ブロック図、第３図は重ね合せ露光する場合の
レティクル３の平面図、第４図は基準マーク板１２の平
面図、第５図はレティクル３のアライメントマーク（均
の形状を示す平面図、第６図は信号処理回路３０の具体
的な回路ブロック図、第７図はレティクル３と重ね合さ
れるウェハ上のパターンを形成するためのレティクル３
′の平面図、第８図Ｔａｌはレティクル３′に設けられ
たアライメントマーク（Ｂ′）の形状を示す平面図、第
８図（ｂｌ　ｆ１台形パターンの形状を示す平面図、第
９図はウニハトに形成されたチップとアライメントマー
ク（Ａｌとを示す平面図、第１０図はウェハ上のアライ
メントマーク嬶）の形成状部ヲ示す斜視図、第１１図は
アライメントマーク（５）として２つの同一サイズの台
形パターンを形成する原理を説明するための断面図、第
１２図は初期設定の動作全説明するフロチャート図、第
１３図は初期設定時のアライメントマーク（均とカーソ
ル線ＣＬの様子を示す図、第１４図はアライメントマー
ク（Ａ）とアライメントマーク（均との位置合せ状１ｉ
１−示す図、第１５図はアライメントマーク囚と（Ｂｌ
の位置ずれｔを検出する動作を説明するフローチャート
図、第１６図は１つの走査線に対応して得られた画像信
号の波形図、第１７図は、本発明の第２の実柿例による
走査線判定回路の回路ブロック図である。 〔主要部分の符号の説明〕 ３．３′・・・レティクル（マスク）、５・・・縮小投
影レンズ、７・・・ウェハ、１０・・・ステージ、２１
・・・撮像装置、３０・・・信号処理回路、４４・・・
テレビブラウン管（ＣＩ’ｌ、Ｔ）、Ａ、Ａｏ、Ａ＋１
８．Ｂ’・・・アライメントマーク、、Ｐｌ、Ｐ２・・
・線状パターン、Ｐ４′、Ｐ　５’・・・台形パターン
、Ｇ１、Ｇ２・・・ギャップ（指（環パターン）、８１
ノ、ＳＬＩ、Ｓｂ２・・・走査線、ＣＬ・・・カーソル
線 出願人　日本光学工業株式会社 代理人　渡　辺　隆　男 第１図 第１１図 第１４図 第１５図 第１７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被露光基板に設けられた位置合せ用の第１マークに整合
   し得る第２マークを有するマスクにおいて、前記第１マ
   ークと第２マークとを位置合せしたとぎ、前記第１マー
   クが整列すべき位置を表わすための指標パターンを前記
   第２マークに設けたことを特徴とする露光用マスク。