JPS6083326A - 投影式アライメント方法及びその装置 - Google Patents

投影式アライメント方法及びその装置

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JPS6083326A
JPS6083326A JP58190757A JP19075783A JPS6083326A JP S6083326 A JPS6083326 A JP S6083326A JP 58190757 A JP58190757 A JP 58190757A JP 19075783 A JP19075783 A JP 19075783A JP S6083326 A JPS6083326 A JP S6083326A
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Masataka Shiba
正孝 芝
Yoshisada Oshida
良忠 押田
Mitsuyoshi Koizumi
小泉 光義
Toshihiko Tanaka
俊彦 田中
Yukio Uto
幸雄 宇都
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

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、投影レンズ式の半導体露光用アライメント装
置に係り、特に露光波長と異なる波長のアライメント用
照明光を用いる場合に好適なアライメント装置に関する
ものである。
〔発明の背景〕
第1図は、投影式の半導体露光装置の中で最も良く用い
られる縮小レンズを用いた縮小投影露光装置のアライメ
ント装置の従来例を示したものである。縮小投影露光装
置ではレチクル1のパターンは、投影レンズ2′t″介
し、ウェハ3上に1ないし数チップずつ露光され、ウェ
ハステージ4をステップアンドリピート駆動することに
より、ウェハ全面の露光を完了するものであ・るが、レ
チクルのパターンとウェハのパターンをアライメントす
る必要がある。この例ではレチクル・アライメント光学
系5により、レテクA/’l初期位置にセットしたあと
、ウェハ・アライメント検出光学系により、レチクルの
バタ−ンとウェハのパターンを縮小レンズ2を介してア
ライメントする。ウェハアライメント検出光学系は、ミ
ラー6とリレー・レンズ7、拡大レンズ8.可動スリッ
ト9.光電子増倍管10゜及びアライメント用照明光を
発する光ファイバ11より成る。レチクル上には、第2
図のように窓パターン12が、ウェハ上には第3図のよ
うなターゲットマーク13が作られており、これらに露
光光と同じ波長のアライメント用照明光を照射すると、
可動スリット9の位置に第4図の工うなウェハパターン
拡大像が結像する。14は窓バンーンの像、15はター
ゲットマークの像である。この像を可動スリッ゛ト9を
走査しながら、光電子増倍管10で検出すると16のよ
うな波形が得られ、これから、窓パターンの中心17と
、ターゲットマークの中心18ヲ求め、そのズレ量Δを
にチクル又はウェハの微動装置にフィードバックしてア
ライメントを行っていた。
ところが、半導体パターンが微細するに伴ない、下地層
での反射光による線幅の変化や、下 ′地膜差による解
像限界が問題となり、多層レジストや吸光剤入りレジス
トが使用されるようになった。これらのレジストは、露
光波長の光(例えばi線、h線、!1線)が下地まで到
達しないため、前記したアライメント方式では、ターゲ
ットマークの検出が不可能となり、アライメント照明光
の波長を変える(例えばgin7/g −Re線)こと
が必要となりた。
第6図は、ウェハ側を固定した時に、ウェハパターン拡
大像の結像位置が色収差により、どう変化するかを示し
たものである。19は露光波長での結像位置、20は露
光波長と異なる波長をもつアライメント用照明光での結
像位置である。
通常、この結像位置の差が数〜数十ミリあり、従来のア
ライメント検出光学系でアライメントを行うためには、
第7図に示すように、ウェハ側を21″の位置に下げて
、ウェハとレチクルのアライメントを行い、再びウェハ
な22の位置に戻して露光を行う必1があり、アライメ
ント速度や精度の上で問題があった。
この他、色収差の影響を減らすため、第8図に示すよう
に、ミラー25.24を入れ、光路長を補正する例があ
るが、ミラーの取付精度がアライメント精度に直接影響
するという欠点があった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、アライメント速度や精度を悪化させる
ことなく、露光光とアライメント用照明光の波長の差に
よる色収差の影響を補正できる高性能の半導・体露光用
アライメント装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、アライメント装置に、露光光と同じ波長のア
ライメント用照明光を用いた検出光学系と、これと異・
なる波長のアライメント用照明光を用いた検出光学系の
二つを持ち、両者の相対関係を調べる。ことにより、前
者でレチクルのアライメントを、、後者でウェハのアラ
イメントを行い、高速高精度のアライメントができるよ
うにしたことを特徴とするものである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を図面にもとづいて具体的に説明
する。第9図は、本発明の基本構成を示す実施例である
。検出系の途中にアライメント用照明光の波長の光(例
えば、g lllMg N e線)のみ反射する波長選
択ミラー26が設けられファイバー11から露光光と同
じ波長(例えば、1線、 h Iw、 i線)で光を照
射すると、レチクル1のパターンとウェハステージ4上
の基準プレート25のパターンは、ミラー6、リレーレ
ンズ7、拡大レンズ8.矢印のように往復走査される可
動スリン)9.[電子増倍管1oがら成る検出光学系に
より、第5図に示すような検出波形を得る。この状態で
レチクル1を搭載したレチクル・ステージ(図示せず)
又はウェハステージ4を微動し、レチクル上の窓パター
ン12の像の中心と基準プレート25上のターゲットマ
ーク67の像の中心を合わせる。ここで、照明光を本来
のアライメント用照明光(例えば、tkm#g −Re
線)に切替え、ファイバー31より照射する。波長選択
ミラー26を介し、リレーレンズ27.拡大レンズ28
.可動スリット29.光電子増倍管30の検出系は、露
光波長(例えば、1線り線、を線)と異なる本来のアラ
イメント用照明光での光路長にあわせてあり、ターゲッ
トマークの像が可動スリット29上に結像するため、光
電子増倍管30の検出波形は、レチクルの窓パターンが
、色収差によるデフォーカスにより検出されず、ターゲ
ットマークのみが検出され、第10図のようになる。3
2は、検出波形、33は、第5図の検出波形16を重ね
合わせたもの、34はターゲットマークの中心である。
このターゲットマークの中心34を、仮想原点とし、以
降のウニへのアライメントは、検出波形の中心を、この
仮想原点にあわせることにより行う。第11図。
は、ウェハステージ上に設けられた基準プレートの一実
施例である。黒色の吸光板35の上にクロム又はアルミ
をエツチングして作るターゲットマ□−り37を持つ透
明ガラス36を置いたものであるが、ターゲットマーク
でのみ光が反射し、他の部分では光が吸収されるように
なっている。
なお、検出波形の中心は、対称性パターンマツチング法
(特開昭53−69065 )や、ピーク検出法、二値
化中心法などによりめられる。
さて、第9図の実施例は、装置が非常に大きくなってし
まうため、二つの検出光学系を一体化する必要がある。
第12図から第14図は、検出光学光路途中に波長別の
光路長差補正機能を有する手段を設けた実施例を示した
ものである。
第12図において、ファイバー11によりノ1−7ミラ
ー69を介して照射された露光光と同一波長の照明光で
、ウェハステージ上の基準プレートのターゲットマーク
はレチクル1上の窓パターンと同じ40の位置に結像す
る。この窓パターンとターゲットマークの像をミラー6
、リレーレンズ7を介した後、波長選択ミラー44.ミ
ラー45、波長選択ミラー46から成る露光波長用の光
路47を通し、42の点に再び結像させ、さらに拡大レ
ンズ8.ミラー38.を介し、可動スリット9の43の
点に結像し、光電子増倍管で検出すれば、第5図の波長
が得られる。なお、波長選択ミラー44は本来のアライ
メント用透明光の波長のみ全反射させるものであり、一
方波長選択ミラー46は、露光光の波長のみ全反射させ
るものでおる。
さて、こうしてレチクルの窓パターンと基準プレート上
のターゲットマークがアライメントされると、次にファ
イバー11より、本来のアライメント用照明光を照射す
る。投影レンズ(縮小投影レンズ)の色収差により、タ
ーゲットマークの結像位置は点40から点41に移動す
る。
従ってリレーレンズ7による結像位置もずれてしまうた
め、波長選択ミラー44で分岐し、ミラー48と、露光
波長の光を吸収するフィルター49を介した光路50で
光路長差を補正した後、波長選択ミラー46で、もとに
戻すと、点42に結像し同一の検出光学系で検出できる
ようになる。
第13図も、第12図とほぼ同様で波長選択ミラーのか
わりに、プリズム51.52を用いたものである。第1
2図、第13図共、リレーレンズ7の後で光路長の補正
をしているため、検出光学系の倍率が波長によって異な
るが、アライメントを仮想原点にあわせるまで行なうと
いうゼロメソッドによる閉ループ制御で行なえば支障は
ない。
第14図は、光路長差の補正をり7−レンズ7の前で行
うもので、楓収差が大きい場合に最も適している。
さて、第9図から第14図の実施例では1本来のアライ
メント用照明もレチクル−から行ったが、レチクル照明
の必要がないため、第15図のような斜方照明方式によ
ってもよい。53はファイバー、54は集光レンズであ
る。この場合、パターンのエツジからの散乱光が検出さ
れるため検出波形は第16図の55のようになる。33
は、第5図の検出波形を重ね合わせたものである。
アライメント方式としては、アライメント装置をレチク
ルの下に入れる方式も考えられる。
第17図は、この方式による実施例の一つである。レチ
クル上には第18図の59に示すように、窓パターンと
は反対の遮光パターンを設ける。
この遮光パターンにより、ウェハあるいはウェハステー
ジ4上の基準プレートからの光が反射される。ウェハス
テージ4上の基準パターン58の構造を第19図に示す
。基準プレートは透明ガラス36とクロム又はアルミを
エツチングして作るターゲットマーク37からなる。露
光波長での仮想原点の決定では、レチクルの遮光パター
ン590反射率が低いため、光量を十分にとるため第1
9図に示すように、ファイバー56とレンズ57により
、基準プレートの下から透過照明を行なう。検出光学系
には、遮光パターン59にあたった光だけが反射して入
るため、その検出波形は第20図61のようになる。な
お、第17図において、6はミラー、7はリレーレンズ
、8は拡大レンズ、60は、可動スリットと光電子増倍
管の代りに設けたりニアセンサである。51と52は光
路長差補正用のプリズムである。こうして仮想原点をめ
た後、ファイバー55と集光レンズ54により、本来の
アライメント用照明を行うわ〔発明の効果〕 以上、説明したように、本発明によれば、半導体パター
ンの微細化により用いられるようになった多層レジスト
や吸光剤入りレジストに対応できる、露光波長(例えば
、!ff1A、h線、1線)と異なる波長のアライメン
ト用照明光(例えば、e線、 Eg −1h線)を用い
たアライメントのアライメント速度や精度を低下させな
いため、特に縮小投影露光装置のアライメント装置にお
いて生産性、性能の点で効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のアライメント系を示した斜視図、第2図
はレチクルのアライメントパターンを示した図、第3図
はウェハ上のターゲットマークな示した図、第4図は可
動スリット位置での結像パターンを示した図、第5図は
第4図に示すパターンから検出される検出信号を示した
図、第6図、第7図、第8図は各々アライメント系を含
む光学系を示した側面図、第9図は本発明に係るアライ
メント系を示した斜視図、第10図は本発明に係る検出
信号波形図、第11図は基準プレートを示す斜視図、第
12図乃至第15図は本発明に係るアライメント系を含
む光学系を示した側面図、第16図は第15図に示す方
式で照明した場合の検出信号波形を示した図、第17図
は本発明に係る別のアライメント系を含む光学系を示し
た側面図、第18図は本発明に係るレチクル上のアライ
メントパターンを示した図、第19図は基準プレートと
その光学系を示した図。 第20図は第19因に委す如く照明した場合の検出信号
波形を示−た図である。 1・・・・・・・・・・・・・−・・・・レチクル2・
・・・・・・・・・・・・・・・・・投影レンズ3・・
・・・・・・・・・・・・・・・・ウェハ4・・・・・
・・・・・・・・曲・ウェハステージ6・・・・・・・
・・・・・・・・・・・ミラー7・・・・・・・・・・
・・・・・・・・リレーレンズ8・・・・・・・・・・
・・・・−・・拡大レンズ9.29・・・・・・・・・
可動スリット10.30・・・・・・・・・光電子増倍
管11、!11・・・・・・・・・照明用ファイノ(3
6・・・・・・・・・・・・・・・ガラス基板37・・
・・・・・・・・・・・・・ターゲットマーク3z[i
il 箋4日 12′ ■ 13図 篇g曹1 110図 31 第120 昂 13図 里 !4 圓 49 〜G 1 胤141 3 17 図 らO 112図 !I9′ 菖 1’l 15 も 20図 手続補正書(自発) 発明の名称 半導体j1元用アライメント装置 補正をする者 lf(’■との聞イ 特許出願人 ?1 称 (51011’l 式会11 日 立 製 
作 所代 理 人 補正の内容 1、 明細書第1貞第5行目乃至第21行目喘許珀求の
範囲の欄を別紙のとおり補正する。 2、 明細書#P、6頁第14行目「16のような」を
「第5図の16のような」と訂正する。 五 8A細]iIF第4頁第17行目「21′」を「2
1」と訂正する。 4、 明#iII簀第6負第5行目「e 紛HeNe 
J @ [e紛、He−Nej と訂正する。 58.:明細*第6頁第17行目「中心と基準」を「中
心と第11図に、その実施例を示すような基準」と訂正
する。 & 明細書第8頁第8行目「元学元路途中に」を「元学
糸の光路途中に」と訂正する。 Z 明m、ii第9員第2行目「透明光」をIllに明
光」と訂正する。 8、 明細書第10負第11行目「レチクル照明」を「
アライメント用層明光の波長とj4元波長が真なる場合
、レチクル照明」と訂正する。 9 図面中、第11図を別紙のとおり訂正する。 竹許請求の範囲 1 複数の異なる元の波長に対して、異なる位置に、投
影レンズによシ結像したウェハパターン拡大像の各々に
焦点を有する複数個のアライメント検出光学系を設けた
ことを待畝とする半専体露元用°Iライメント装置。 2、 前記検出光学系の光路中に、異なる成長に対する
元路長差袖正機能を有する手段を設けることによシ、1
つの検出光学系で複数の焦点位置を有することをtj!
fiとする脣許請求の範囲第1項記載の牛纒体露元用ア
ライメント装置。 3 前記、複数個の検出光学系の内の一つを、露光光の
波長に対するウェハパターン拡大像の結揮位随に焦点を
有するものとすることを特徴とする請求 アライメント装置。 第 ll 万 7

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 複数の異なる光の波長に対して、単なる位置に、
    投影レンズにより結像したウェハパターン拡大像の各々
    に焦At−有する複数個のアライメント検出光学系を設
    けたことを特徴とする半導体露光用アライメント装置。 2、 前記検出光学系の党勢中に、異なる波長に対する
    光路長差補正機I!@を有する手段を設けることにエリ
    、1つの検出光学系で複数の焦点位tを有することを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体露光用アラ
    イメント装置0 3、 前記、複数個の検出光学系の内の一つを、露光光
    の波長に対するウェハパターン拡大像の結像位置に焦点
    を有するものとすることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の半導体露光用アライメント装置。
JP58190757A 1983-10-14 1983-10-14 投影式アライメント方法及びその装置 Expired - Lifetime JPH0612752B2 (ja)

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