JPS60196944A - アライメント方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、結像光学系を用いて露光する際、ウェハ上の
アライメントパターンの位置Ｙ検出するウェハパターン
位置検出方法に関するものである。

〔発明の背景〕

例えば、縮小投影式露光装置は、一般に第１図に示すよ
うに、マスク１とウェハ３とを離間させて配置すると共
に、その間に投影レンズ２を、マスク１上にコンデンサ
レンズ４をそれぞれ配置したもので、露光光源（図示せ
ず）からの露光光をコンデンサレンズ４を介してマスク
１に照射し、該マスク１のマスクパターン５を投影レン
ズ２を介してウェハ３のベレット８上にウェハパターン
２７として縮小投影露光転写する。なお、このときマス
ク１を９エバ駆動用ステツプ。アンド・リピートＸ−Ｙ
テーブル（図示せず）の走行方向と一致させ、しかも給
体座標の原点に配置するため、ウェハ駆動用ステップ・
アンドリピートＸ−Ｙテーブルの走行方向である絶対座
標のＸ−Ｙ軸上で、且マスクアライメントする鏡筒（図
示せず）内に設置されたレチクル状の十字アライメント
パターン（図示せず）と上記　形状アライメントパター
ン６との相対的変位を目視または自動的に検出し、その
変位量に応じてマスクを載置したＸ−Ｙ・θテーブルを
回転（の、Ｘ軸方向微移動、及びＹ軸方向微移動させて
行なう。

そして、前述の投影式露光装置において、マスク１とウ
ェハ６とを位置合わせする従来の投影式マスク・アライ
メント装置は、マスク１０周辺にクローム７ａを蒸着さ
せて約４００ｊＪｍ角の透明部よりなるマスク・アライ
メント・パターン７を設け、一方つエバ３に約５ｔＩｍ
幅の十字状段差で、表面にホト・レジストを塗布したフ
ェノ・アライメント・パターン９を設け、それから露光
光と同じ光を照射する水銀灯１６、干渉フィルタ１４、
コンデンサレンズ１５．ｉ６、絞り１７、ハーフミラ−
１２、及びミラー１１からなる光学系と、この光学系と
異なる角度からマスク・アライメントパターン７を照射
する光学系１０と、対物レンズ１８、ハーフミラ−１９
，２０、像回転プリズム２１、ミラー２２、スリット２
３およびＸ、Ｙ用受光素子２４．２５からなる検出系と
を装備したものである。

そこでまず昭和５２年特許出願第１９２５７号に開示さ
れている如く、別のステーションでフェノ１３を粗アラ
イメントされた状態で収納されたカセット治具（図示せ
ず）をステップ・アンドリピートＸ−Ｙテーブル（図示
せず）上に設置された位置決め用ピンに当接して載置す
る。そしてステップ・アンドリピートＸ−Ｙテーブルを
例えばＸ軸＋方向に十ＮＸＰなる距離〔但し、Ｎは整数
、Ｐはチップ間距離（単位ステップ距離）である〕移動
させて縮小投影レンズ２の中心である光軸にウェハ５上
の左端のチップ８を位置付ける。そして水銀灯１６から
の露光光と同じ光力干渉フィルタ１４、コンデンサレン
ズ１５、及び１６、絞り１７．１ハーフミラ−１２、ミ
ラー１１を経てマスク１のマスク・アライメント・パタ
ーン７を照射し、その光が入射光３０として縮小投影レ
ンズ２の入射瞳中心Ａ点に向い、該縮小投影レンズ２を
通過後射出瞳中心Ｂ点よりあたかも射出するような角度
をもってウェハ６上の前記チップ８のウェハ・アライメ
ント・パターン９上にマスク・アライメント・パターン
７を結像（７″）する。するとその結像７′とフェノ＼
・アライメント・パターン９がウェハ５面で反射して戻
り光３２として縮小投影レンズ２に逆に入射し再びマス
ク面１で両パターン７．９Ｉが形成されてマスク・アラ
イメント・パターン７の透明部を通過した光はミラー１
１、・・−フ％ラー１２、対物レンズ１８、ハーフミラ
−１９，２０，像回転プリズム２１、ミラー２２を経て
スリッ□ト２６面上に第２図（ａ）に示すように干渉縞
９の有する像として結像し、第２図（ｂ）及び（Ｃ）に
示すようにスリット走査によって受光素子２４．２５か
ら得られる信号によりパターン７，９のＸ軸方向、Ｙ軸
方向の相対的位置ずれ量Δｘ７．Δｙ、ヲ検知して記憶
する。なお、前記のパターン７．９の相対位置ずれ量Δ
ｘ８．Δｙ８の検知は、第２図（ａ）　、　（ｂ）　、
　（Ｃ）に示すようにマスク・アライメント・パターン
７の透明部の周辺は光学系１０からの照射゛により明レ
ベルとなり、またウェハ３からの戻り光は弱明るさのレ
ベルを持つので、この立下りによりマスク・アライメン
ト・パターン７の透明部の位置がまり、その位置とウェ
ハ・アライメント・パターン９の中心の位置よりＸ軸、
Ｙ軸方向の位置ずれ量が。

まる。

次にステップ・アンドリピートＸ−Ｙテーブルを例えば
Ｘ軸一方向に一２ＮＸＰなる距離移動させて光軸にウェ
ハ３上の右端のチップ８を位置付ける。そして水銀灯１
５から露光光と同じ光をマスク・アライメントパターン
７と前記チップ８のウェハ・アライメントパターン９と
に照射して、その反射光像を結像させ、前記と同様にス
リット走査によって受光素子２４．２５から得られる信
号によりパターン７，９のＸ軸方向、Ｙ軸方向の相対的
位置ずれ量Δｘ８．Δｙ、を検知して記憶する。

次にこれらの位置ずれ量から角度θ−（Δｙ８−Δｙ＊
　）／２ＮｘＰ、ウェハ６を載置したテーブルを微回転
させ、つ′エバ５上に先にチップ８が配列されている方
向とステップアントリピートするＸ軸方向またはＹ軸方
向とを一致させる。そしてｙ軸方向については回転方向
修正後、新らたに検知されたΔｙｓ　（またはΔｙｓ　
）距離マスク１を載置したマスクテーブルをＹ軸方向に
微移動させ、Ｘ軸方向についてはΔｘ１（またはΔｘ、
　）なる距離上記マスクテーブルをＸ軸方向に微動させ
てマスク１とウェハ３とは相対的に位置整合された状態
となる。

このように位置整合された後は、高精度にステップ・ア
ントリピー）Ｘ−ＹテーブルをＸ軸方向及びＹ軸方向に
Ｐなる間隔で歩進させてその都度前述の露光光を照射す
ることＫより、ウェハ６上に基盤の目のように多数のチ
ップ８が露光焼付される。ところで照明光の進路及びウ
ェハ上で反射する状態は第３図及び第４図に示す如くで
ある。即ち対物レンズ１８の方から落射照明による照明
光６０はミラー１１で反射し、マスクパターン７の正方
形の透明部を通過し、投影レンズ２の入射＠Ａに向かい
、投影レンズ２を通過した照射光３１は、射出瞳Ｂの方
向よりウェハ６を照明する。しかしこの照明光３１の角
度θは、現在投影レンズ２の光学設計技術では零にする
ことは困難である。然るにこの照明光６１がウェハアラ
イメントパターン°９で反射する様子は第４図に示す如
くである。即ち十字線状ウェハアライメントパターン９
は、例えばＳｉ基板９ａの段差（１〜２１Ｉｍの深さ）
とその上に塗布されたホトレジスト９ｂとよりなる。そ
してこの段差の左右の段差部（ｙ軸方向に沿って形成さ
れた段差部）９ｃを上記角度θを有する照明光３１が照
明されると、この段差部９ｃでの反射光３２ａ、３２ｂ
は光軸を中心に非対称である互いに異なる方向へと進む
。そしてこの反射光３２ａ、３２ｂが投影レンズ２１Ｃ
入射して投影レンズ２によりウェハアライメントパター
ン９の逆投影像９′が形成される。しかし反射光３２ａ
、３２ｂは全て投影レンズ２に入射せず、このうち一部
の光のみが投影レンズ２０絞２ａの中に入射して通過し
て逆投影像９゜に形成に関与するに過ぎない故、反射光
３２ａと′３２ｂでは投影レンズ４を通過する光量は大
巾に異なり、スリット２６の走査による受光素子２４か
ら検出される信号第２図（ｂ）　Ｋ示す如く、非対称形
状になり、・ウェハアライメントパターンのＸ軸方向の
中心位置を高精度に検出することは困＠になり、Ｘ軸方
向に高精度にウエノ・をアライメントすることができな
かった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記従来の欠点をなくし、結像光学系
を用いてマスクとウェハとを精密に、且高精度にアライ
メントできるようにしたウェハ上パターン位置検出方法
を提供するにめる゛。

〔発明の概要〕

即ち本発明は上記目的を達成するために、結像光学系を
用いて回路パターンをウェハ上に転写する露光方法であ
って、異なる方向を有する重数のアライメント用直線状
パターンを該直線状パターンの長手方向が上記結像光学
系の光軸に向くように上記ウェハ上に配置し、該直線状
パターンの各々を上記結像光学系を通して検出すること
を特徴とするウェハ上パターン位置検出方法である。

〔発明の実施例〕

以下本発明を図に示す実施例にもとづいて具体的に説明
する。第５図は本発明の縮小投影式マスクアライメント
装置の一実施例を示す概略構成図である。ウェハ３は別
のステ゛−ジョンで端面が高精度に仕上げられたウェハ
収容カセット治具（図示せず）に粗アライメントされて
収容され、ステップ・アンドリピートするＸテーブル２
８ａ及びＹテーブル２８ｂ、並びに回転゛θテーブル２
８Ｃから構成されたＸ４・Ｙ・θテーブル２８の上面に
植設された位置決′め用ピン２９にウェハ収容カセット
治具を当接固定することによって粗アライメントされた
状態で載置される。そしてウェハ３上に基盤の目のよう
に配列された各チップ８の光軸３４（中心）を通るＸ軸
方向を向いた線上の左端及びｙ軸方向を向いた線上の下
端とに第５図及び第６図に示すように線状のウェハアラ
イメントパターン３５ｂ及び５５ａが形成されている。

マスク１には、半導体集積回路パターン５と、ウェハ３
とアライメントするための正方形の透すな窓からなり、
且光軸３４（マスクの中心）を通るＸ軸方向を向いた線
上の右端とｙ軸方向を向いた線上の上端とに各々形成さ
れたマスクアライメントパターン７ａ及び７ｂト、筐体
、即ちＸ−Ｙテーブルがステップ・アンドリピートされ
る絶対座禅（基準座標）に位置決めするために角に形成
された一対のアライメントマーク６とが備え付けられ、
中央をくりぬいたマスクＸ−Ｙ・θテーブル（図示せず
）上に載置される。そして図示されていない顕微鏡によ
って顕微鏡内に設置された十字線状のレチクル基準マー
ク（給体座標である）と上記アライメントマーク６との
変位を光学検出器または目視によって検出し、この変位
がなくなるように自動的にまたは手動で上記マスクＸ−
Ｙ・θテーブルを移動して絶対座標に高精度位置決めす
る。然るにマスクはステップアンドリピートするＸテー
ブル２８ａ及びＹテーブル２８ｂの移動方向（Ｘ軸、及
びｙ軸方向）及び移動基準位置（座標原点）Ｋ対して高
精度に位置決めされたことになる。

次にマスク１とウェハ５との位置整合、即ちウェハ３の
絶対座標（基準喝°標）に対する位置整合について説明
する。ところで２個所に形成されたアライメントパター
ン７ａ、３５ａ、及び７ａ。

３５ｂに対応させて検出器４５ａ及び４５ｂが設けられ
ている。検出器４５ａ及び４５ｂは各々、マスクアライ
メントパターン７ａ及び７ｂを照射する光を導くオプチ
カルファイバ４８ａ及び４８ｂ１　コンデンサレンズ４
７ａ及び４７ｂ、ミラー１０ａ及び１０ｂ。

露光光と同じ波長の光を照射する水銀灯からの光を導び
くオプティカルファイバ３６ａ及び６６ｂ１ハーフミラ
−１２ａ及び１２ｂ、対物レンズ１８ａ及び１８ｂ１　
ミラー１１ａ及び１１ｂ１　リレーレンズ３７ａ及び６
７ｂ１　ミラー３８ａ及び６８ｂ１集光レンズ４０ａ及
び４０ｂ１ホトマル等で形成された受光素子２４及び２
５、スリット２３ａ及び２３ｂを備え付けて往復直線走
査する走査板５９ａ及び３９ｂ、該走査板３９ａ及び５
９ｂ　’Ｐｇ：支える板ばね４４ａ及び４４ｂ、往復回
転運動するガルバー４１ａ及び４１ｂ。

その出力軸に取付けられたレバー４２ａ及び４２ｂ。

並びにこのＶバー４２ａ及び４２ｂの先端に取付けられ
、且走査板３９ａ及び３９ｂに各々接触するピン４３ａ
及び４３ｂより構成されている。

一方露光部は水銀灯からなる光源５４、フィルタ５３、
コンデンサレンズ５２及ヒ５１、ミラー５０、並びにコ
ンデンサレンズ４から構成されている。

そしてオプティカルファイバ４８３及び４８ｂ、コンデ
ンサレンズ４７ａ及び４７ｂ、ミラー４６ａ及び４６ｂ
、ミラー１０ａ及び１０ｂより構成されるマスクアライ
メントパターン照明によりマスクアライメントパターン
７ａ及び７ｂの窓のエッヂが検出器４５ａの受光素子２
４及び検出器４５ｂの受光素子２５により信号の立上り
として検出され、第８図（ｂ）に示す検出信号が得られ
基準位置からのＭｌ。

Ｍ２の位置が精度よくまる。またウエノ・アライメント
パターン５５ａ及び３５ｂの各々の照明にはオプティカ
ルファイバ５６ａ及び３６ｂ、ノ１−フミラー１２ａ及
び１２ｂ１対物レンズ１８ａ及び１８ｂ１並びにミラー
１１ａ及び１１ｂを用い、縮小投影レンズ２の入射瞳Ａ
に向けて照明す兄。ウエノ・アライメントパターン３５
ａ及び３５ｂで反射した光は逆の光路を通り、リレーレ
ンズ３７ａ及び３７ｂ。

ミラー５８ａ及び３８ｂ１を経てスリブ）　２３ａ及び
２５ｂに達する。対物レンズ１８ａ及び１８ｂの各々の
焦点はマスクアライメントパターン７ａ及び７ｂに合致
しており、両パターン７ａ、　５５ａ及び７ｂ、３５ｂ
の重な合わせ像は、スリブ）　２５ａ及び２Ｓｂ面上の
位置に結像する。なおオプティカルファイバ３６ａ及び
５６ｂ、　４８ａ及び４８ｂから導びかれる照明光は、
露光用光と同じ波長域の光であり、縮小投影レンズ２及
び対物レンズ１８ａ、１８ｂの色収差による焦点ぼけを
避けている。そこでまず制御装置（図示せず）からの指
令でＸテーブル２８ａを座標原点（光軸３４の位置）か
ら右方向へＮ×Ｐ（Ｎはチップ個数、Ｐはチップ間距離
）なる距離（最初にウェハに集積回路をステップアンド
リピートして焼付ける条件と同じ）レーザ測　□長話を
用いて、高精度に移動させて停止させる。

すると縮小投影レンズ２の最下位置、即ち光軸３４上に
は、チップ８Ｘ、が位置することになり、このチップ８
ｘ、の線状９エハアライメントパターン３５ａとマスク
アライメントパターン７ａ及び線状ウェハアライメント
パターン５５ｂとマスクアライメントパターン７ｂとの
像が第７図に示すように重畳された形となる。しかしウ
ェハアライメントパターン５５ａ及び５５ｂ共にチップ
の中心（光軸６４）を中心として放射状に線状パターン
が向くように形成されているので、第３図に示す如く縮
小投影レンズ２を通過した光が射出＠Ｂより角度θをも
って照射されたとしても、この線状パターンの各々の相
対する両段差の部分で反射する反射光は対称的で、相対
的に光量に差が生じることはなく、第８図（ｂ）に示す
如く対称的な信号波形を得ることができる。そしてアラ
イメントパターン７ａと５５ａの結像を検出器４５ａに
よってスリン）　２５ａ　ｆ走査して受光素子２４によ
って検出すると、Ｘ軸方向のマスク１とチップ８Ｘ、と
の相対的変位量Δｘ、が高精度にまり、上記アライメン
トパターン７ａと３５ａに対して光軸３４を中心にして
９０度位置をずらして設置されたアライメントパターン
７ｂと３５ｂの結像を検出器４５ｂによってスリット２
３ｂを走査して受光素子２５によって検出するとｙ軸方
向のマスク、１とチップ８ｘ、との相対的変位置Δｙ、
が高精度にまる。

次にアライメントパターンへの照明を中止して制御装置
（図示せず）からの指令でＸテーブル２８ａを左方向へ
２ＮＸＰなる距離レーザ測長器を用いて高精度に移動さ
せて停止させる。すると光軸５４上には、チップ８ｘＨ
が位置することになり、このチップａｘＨの線状ウェハ
アライメントパターン５５ａとマスクアライメントパタ
ーン７ａ及び線状ウェハアライメントパターン３５ｂと
マスクアライメントパターン７ｂとの像が第７図に示す
ように重畳された形となる。そして前記と同様にアライ
メントパターンに光を照射すると共に検出器４５ａ及び
４５ｂによってＸ軸方向のパターンの相対的変位量ΔＸ
、とｙ軸方向のパターンの相対的変位量Δｙ、とが高精
度にまる。

そして（Δｙ、−Δｙｂ　）／２ＮＰ−θがウェハ３の
回転方向の位置ずれであり、これがなくなるようにウェ
ハ３を載置した回転θテーブル２８Ｃを回転させればマ
スクとウェハとは回転方向の位置ずれはなくなる。次に
Δｙｔ　（またはΔＹｔ　）制御回路内に記憶されてい
るＸ軸テーブル２８ａ　＋　Ｙ軸テーブル２８ｂをステ
ップアンドリピートさせる基準コントロール信号に上記
でめられたＸ軸方向の誤差Δｘｌ、ΔＸ！及び回転方向
修正後新らたに検知されるＹ軸方向の誤差Δｙｎ　（ま
たはΔｙ、）を補正すればウェハ３はマスク１に位置整
合された形でステップアンドリピート（歩進）すること
Ｋなる。ウェハ３には焼成等の物理処理が施され、僅か
な延び縮みが生じるのでｙ軸方向に配列されたチップ８
１ｙとチップ８ｎｙについて相対的変位量ΔＸ、Δｙ、
とΔｘ４．Δｙ４をめ、Ｘ軸方向の延び縮み（ΔＸ、−
Δｘ＋）、ｙ軸方向の延び縮み（Δｙ４−Δｙ、）から
ステップアンドリピートするピッチｐに補正を加えれば
、マスクチップとに相対的により高精度に位置整合され
ることになる。ところで、ウェハ３上の各チップ８に形
成する線状ウェハアライメントパターン３５ｃ及び３５
ｄをそらの延長線が９０度の角度で交叉するよ−５に角
の２ケ所に形成し、マスク１も角の２ケ所に方形の透明
な窓からなるマスクアライメントパターン７Ｃ及び７ｄ
を形成しても前記実施例と同じ作用効果を得ることがで
きる。また前記実施例では検出器を２個設置した場合に
ついて説明したが、イメージローテータ等をいれれば走
査板、板はね、往復直線駆動等を共通にして１組にする
ことは可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、結像光学系が所有
している射出瞳からの射出角度の影響によって反射光が
非対称になるのを防止してマスクとウェハ上のチップと
の相対的Ｘ軸及びｙ軸方向の変位量を高精度に検出して
、従来の０．５〜ＩＩｊｍ程度の位置ずれ検出精度に比
して０．１μｍ以下に著しく向上することができる効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は従来の縮小投影マスクアライメント装置
の概略病成を示す斜視図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）
に示すマスクアライメントパターンを拡大して示した斜
視図、第１図（Ｃ）は第１図（ａ）に示すウェハ上のチ
ップ毎に形成されたウェハアライメントパターンとそれ
に重畳されたマスクアライメントパターンとを示した斜
視図、第２図（ａ）は第１図（ａｌ　ＶＣ示すスリット
に結像されるマスクアライメントパターンとウェハアラ
イメントパターンとの光像及び走査スリットを示す図、
第２図（ｂ）は第２図（ａ）に示す光像なｘ軸方向受光
素子によって検出される映像信号波形ケ示した図、第２
図（Ｃ）は第２図（ａ）に示す光像なｙ軸方向受光素子
によって検出される映像信号波形を示した図、第６図は
第１図に示す装置において照射光が進む径路状態を示す
図、第４図は第１図に示す装置においてチップ毎に形成
されたウェハアライメントパターンからの反射光の進行
状態を示す図、第５図は本発明による縮小投影マスクア
ライメント装置の一実施例を示す斜視図第６図は第５図
に示すマスク、縮小投影レンズ及びウェハの左端チップ
を重ねて各アライメントパターンを示した図、第７図は
第５図に示す各走査板のスリットのところへ結像される
光像な示した図、第８図（ａ）は第７図に示す光像なス
リットが走査する状態を示した図、第８図（ｂ）は第５
図に示す各受光素子から得られる映像信号　。 波形゛を示した図、第９図は第６図に示す各アライメン
トパターンと異なる位置に形成した各アライメントパタ
ーンを示した図である。 符号の説明 １・・・・・・・・・マスク　２・・・・・・・・・縮
小投影レンズ６・・・・・・・・・ウェハ　６・・・・
・・・・・アライメントマーク７ａ、７ｂ・・・・・・
・・・マスクアライメントパターン８・・・・・・・・
・チップ　２８ａ・・・・・・・・・Ｘテーブル２８ｂ
・・・・・・・・・Ｙテーブル　２８Ｃ・・・・・・・
・・回転テーブル２８・・・・・・・・・Ｘ−Ｙ・θテ
ーブル　１８ａ、１８ｂ・・・・・・対物レンズ２３ａ
、２３ｂ・・・・・・スリン）　２４．２５・・・・・
・受光素子３６ａ、５６ｂ・・・・・・オプティカルフ
ァイバ５９ａ、　５９ｂ・・・・・・走査板　４５ａ　
、　４５ｂ・・・・・・位置検出器４８ａ、　４８ｂ・
・・・・・オプティカルファイバ第　１固 第２０ （ｃＬ） （Ｃ） 吊　６囚 第８図 躬　９　の 手続補正書（方式） ％式％ 明の名称　ウェハ上パターン位置検出方法補正ｉする者 ＋Ｊ轡との師　特許出願人 名　称　ｆ５１０）株式会１ト　日　立　製　作　所正
の対象　明細書の図面の簡単な説明の欄示した図」と訂
正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 結像光学系を用いて回路パターンをウェハ上に転写する
   露光方法であって、異なる方向を有する複数のアライメ
   ント用直線状パターンを該直線状パターンの長手方向が
   上記結像光学系の光軸に向くように上記つ墨ハ上に配置
   し、該直線状パターンの各々を上記結像光学系を通して
   検出することを特徴とするウェハパターン位置検出方法
   。