JPS61290306A - 位置検知方法及びこの方法を用いた露光装置 - Google Patents

位置検知方法及びこの方法を用いた露光装置

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JPS61290306A
JPS61290306A JP60132328A JP13232885A JPS61290306A JP S61290306 A JPS61290306 A JP S61290306A JP 60132328 A JP60132328 A JP 60132328A JP 13232885 A JP13232885 A JP 13232885A JP S61290306 A JPS61290306 A JP S61290306A
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JP
Japan
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wafer
reticle
light
grating
alignment
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JP60132328A
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English (en)
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Kazuhiro Yamashita
一博 山下
Noboru Nomura
登 野村
Ryukichi Matsumura
松村 隆吉
Midori Yamaguchi
緑 山口
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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 Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (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】 産業上の利用分野 本発明は、精度の高い位置合わせ装置、特に高密度な半
導体装置(以下LSIとよぶ)の位置合わせ方法及びそ
の方法を用いた露光装置に関する。
従来の技術 半導体装置は最近ます1す高密度化され、各々の素子の
微細パターンの寸法は、1ミクロン以下に及んでいる。
従来からのLSI製造時のフォトマスクとLSIウェハ
ーの位置合わせは、ウェハーに設けた位置合わせマーク
を用いて、ウェハーを着装したステージの回転と2軸子
行移動し、フォトマスク上のマーク上ウェハー上のマー
クを重ね合わせることによって行なっていたが、その位
置合わせ精度は±0.3ミクロン程度であり、サブミク
ロンの素子を形成する場合には、合わせ精度が悪く実用
にならない。また、S オースチン(アプライド フィ
ジクス レターズ、31巻、7号428頁(Appl 
fed Physic13Let ters 、Vol
 、31 A 7P、428)1977)らが示した干
渉法を用いた位置合わせ方法では、第5図で示したよう
な構成である。入射レーザビーム1をフォトマスク2に
入射し、フォトマスク2上に形成した格子3で回折し、
この回折した光をもう一度、ウェハー4上に形成した格
子6によって回折することにより、回折光6,7.8 
 ・・を得る。この回折光は、フォトマスクでの回折次
数とウニ・・−での回折次数の二値表示で表わすと、回
折光6は(0,1)、回折光7は(1,1)、回折光8
は(−1,2)・・・で表わすことができる。この回折
光をレンズにより一点に集め光強度を測定する。回折光
は入射レーザビーム1に対して左右対称な位置に光強度
を持ち、フォトマスク2とウェハー4との位置合わせに
は、左右に観察された回折光の強度を一致させることに
より行なえる。この方法では、位置合わせ精度は、数1
0OAとされている。しかし、この方法においては、フ
ォトマスク2とウェハ4との位置合わせは、フォトマス
ク2とウェハ4との間隔りに大きく影響されるだめ、間
隔りの精度を要求する。また、フォトマスク2とウェハ
4を接近させ、間隔りの精度を保持した状態で位置合わ
せする必要があシ装置が複雑となるだめ実用に問題があ
った。
発明が解決しようとする問題点 通常の縮少投影光学系では、ウェハー面の位置が結像面
から焦点深度内でないと、パターンがぼけるためウェハ
ー面のウェハー面に垂直方向の位置決めを行うために安
価なよυ高精度な方法が必要とされている。
そこで本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、2
光束干渉を用いたアライメント光学系において、ウェハ
ー面に平行な方向の位置合わせと同じ光学系を用いる事
により、簡易で高精度なウェハー面と垂直方向の位置合
わせを行う事を目的としている。
問題点を解決するための手段 本発明は、コヒーレンシーを有する光を2方向から入射
し、これら2光束の干渉により得られる干渉縞とウェハ
ー上に形成した格子により反射又は回折した光強度を測
定するアライメント光学系において、ウェハーの垂直方
向に対する位置合わせをウェハー上の格子からの回折光
強度を測定する事により行なうものである。
又、本発明は上記位置合わせ方法において、ウェハーと
レティクルとの回転方向および格子間隔の補正を、ウェ
ハー上のチップ周辺に形成されるスクライブライン上に
おいてグレーテ・インクに平行な方向で回転補正、垂直
な方向で周期補正を行なうものである。
又、本発明は、上記位置合わせ方法において、ウェハー
とレティクルのx、y方向の位置合わせをいちまつ模様
のパターンを用いる事により行なうものである。
作用 本発明は上記のような構成であるので、2光束の干渉に
より形成した干渉縞を用いた位置合わせによりウェハー
と垂直な方向の位置合わせを同時に行なうことができる
実施例 以下、本発明の実施例について説明する。まず理解を容
易にするため第4図に示す本発明による位置検知方法を
実施出来る三光束干渉を用いた位置検知露光装置から説
明する。
光源から出た光14を照明光学系を通してマイクロレン
ズの入射瞳に対して入射する。第1フーリエ変換レンズ
10の前側焦点f1 の位置にレティクル9を配置する
。レティクル9は、投影すべきパターンと、パターン内
に形成されている周期P1の位相格子とから成っている
。第5図のように平行入射光14がレティクル9に入射
すると、パターン内部の位相格子により複数の光束に回
折された光は、第1のフーリエ変換レンズ10に入射し
、第ルンズの後側焦点面に各々の回折光に相当するフー
リエスペクトル像を結ぶ。第4図に示したように、この
フーリエスペクトル面に空間フィル(以下余 白) ターSF11を配置し、0次および±2次以上の回折光
を遮断し、11次光のみを通過させる。この回折光は、
第27−リエ変換レンズ12を通過し後焦点面f2にお
かれたウェハー13上に投影される。ウェハー上に投影
された像は、レチクル上の開口部の像を大略結ぶととも
に±1次光成分同志が干渉して開ロバターン内に新たな
ピッチP2の干渉縞が形成される。
そこで、干渉縞のピッチP2の整数倍のピッチを持つ格
子、3・をウー・邑・に形成しておくと、格子13aか
らは入射する±1次光U1.U2の各々を波面分割した
回折光が得られ、この光により2光束の干渉縞と格子1
3aの間の平行度およびピッチ方向の相対位置関係を示
す光強度情報が得られる。
この際、光検知器D3上での観測される光強度工は I : u A2+ u f32+ u X−u B 
+ u A@u B*ただし、uA、uBは各々光束U
、、U2の振幅強度。
uA*、uBトは、共役複素振幅である。
+Kx(sinθA−SlnθB)1 (ただし、A、Bは定数、N:格子の数、δA、δBは
隣接した2格子によって回折された光の間の光路差、X
は光束U1 と光束U2との干渉縞と格子との間の相対
的位置関係、θA、θBは光束U1及びU2とウェハ7
の垂線とのなす角)として示される。
第1図は、本発明の原理を模式的に示す図である。3第
1図のように、ウェハー面と垂直方向に焦照面103か
らδだけずれると、光束101と光束102との干渉す
る範囲が減少し、干渉稿本数が減少する。そのため、位
置合わせ用グレーティング104からの回折光強度は、
干渉稿本数が減少した分だけ(1)式に従って減少する
。それ故、ウェハーに垂直な方向の位置合わせは、初め
にウェハー面と水平方向(” + Y +θ力方向の位
置合わせを行った後、ウェハー面を焦点面近傍で上下し
ながら回折光強度を検出し、その最大値を示す所でウニ
・・−面の上下を停止させる事で行なわれる。
又、合わせ精度は、第1図から明らかなように、位置合
わせ用グレーティングの周期が小さくなおかつグレーテ
ィング本数が少ない程向上する。ここでは、2光束干渉
縞を用いた場合を示したが、位置合わせグレーティング
と同程度の大きさを有する1光束を位置合わせグレーテ
ィングに照射し、ウェハー面を上下した時に得られる回
折光強度を検知しても上記実施例と同様の効果を得る事
が出来る。
次に、ウェハーとレティクルのX、7方向およびθ方向
の位置合わせを提供するだめの位置合わせマークに対す
る実施例を示す。第2図は、本発明で用いるウェハー上
の位置合わせマークである。
干渉縞と平行なスクライブライン上のグレーティング2
01は、ウェハーとレティクルのθ方向の位置ズレを検
知し、垂直方向のグレーティング202は、ピッチ補正
のだめのグレーティングである。これは(1)式により
、回折光強度はウェハー上のグレーティングの数に依存
するため、グレ一ティングの数が多いほど正確なピッチ
補正が可能となるからである。又、位置合わせ用のグレ
ーティングの長さが長い程、θずれによる三光束干渉縞
と位置合わせ用グレーティングから形成されるモア1縞
の縞間隔が大きくとれるため位置合わせ感度が大きくな
り、θ方向の補正が正確になる。
なお、実施例では、θ方向ズレ、ピッチずれを補正する
位置合わせグレーティングをスクライブライン上に設け
たが、もちろん、チップ内に設けても良い。
第3図は、レティクルとウェハーの!、y方向の位置合
わせを、同一個所のパタ′−ンで行うための市松模様の
位置合わせマークである。第4図の位置検出装置におい
て、レティクル9のパターン内に第3図のパターンを有
する位相格子を形成する。第4図のように、平行入射光
14がレティクル9に入射すると、パターン内部の第3
図の位置格子によりX、7方向に複数の光束に回折され
る。
複数の光束に回折された光は、第1のフーリエ変換レン
ズ1oに入射し、第ルンズの後焦点面に各々の回折光に
相当するフーリエスペクトル像を結ぶが、空間フィルタ
ー11により、” + 7方向の±1次光のみが通過す
る。この回折光は、第2のフーリエ変換レンズ12を通
過し、後焦点におかれたウェハー上の第3図の位相格子
を有するパターン上へ投影される。この格子によりX 
l y方向の±1次元U1 x ”1ア、U2工、U2
アの各々を波面分割した回折光が得られ、この光により
、!、7方向の2光束により形成された干渉縞と、位置
合わせ格子のχ、y方向の位置合わせを示す光強度情報
が得られる。
発明の効果 上記のように、本発明によれば、2光束の干渉により形
成した干渉縞を用いた位置合わせにより、ウェハーと垂
直な方向の位置合わせを同時に行う事が出来、なおかつ
、本発明の中のアライメントキーを用いる事により回転
角方向およびX、7方向の位置合わせも高精度に行う事
が出来るので、露光機の微細パターン形成の位置合わせ
方法として最適である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の位置検知方法によるウエノ・−の垂直
方向の位置合わせを示す原理図、第2図は本発明による
干渉縞の周期補正、θ補正を行うためのチップ周囲のス
クライブライン上に設けた位置合わせマークを示す図、
第3図はレティクルおよびウニ・・−上に設けたx、y
方向の位置合わせマークを示す図、第4図は本発明によ
る位置合わせ法を実現する露光装置の構成図、第5図は
従来の位置合わせ原理図である。 9・・・・レティクル、10・・・・第1フーリエ変換
レンズ、11・・・・空間フィルター、12・・−第2
7−1)工変換レンズ、1・3−・・・ウエノ・−面上
の位置合わせ格子、14−平行入射光、D3・・・・・
・光検出器、103−−焦点面、104・・・・位置合
わせ格子、201・ ・θ補正用位置合わせ格子、20
2−・・ピッチ補正用位置合わせ格子。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 イQ4−−−ウニ八シ3立償Aドア7てJ引か20(−
−−θ@正7111立I仮に疼率第2図     υ”
−4情顔S”で濤卓第3図

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)コヒーレンシーを有する光を2方向から入射し、
    これら2光束の干渉により得られる干渉縞と、ウェハー
    上に形成したグレーティングの相対位置関係から得られ
    るモアレ信号によりレティクルとウェハーの位置合わせ
    を行うアライメント光学系を用い、前記ウェハー面と垂
    直方向の位置合わせを前記ウェハー面を焦点面近くで上
    下しながら、微少領域の位置合わせ用の前記グレーティ
    ングからの回折光強度を光検出器で検知し、その値が最
    大となる地点で前記ウェハー面の移動を停止させる事を
    特徴とする位置検知方法。
  2. (2)ウェハー上の位置合わせグレーティングと同程度
    の大きさを有するコヒーレントな1光束を前記ウェハー
    上の斜め方向から格子に対して入射し、前記ウェハー面
    を上下させた時、得られる回折光強度が最大となる所で
    前記ウェハー面の移動を止める事で前記ウェハー面に垂
    直方向の位置合わせを行う事を特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の位置検知方法。
  3. (3)ウェハー上のチップ周囲のスクライブライン上に
    、前記ウェハーとレティクルの回転補正および周期補正
    を行う位置合わせパターンを形成する事を特徴とする特
    許請求範囲第1項記載の位置検知方法。
  4. (4)レティクルとウェハーの位置合わせに際し、x、
    y方向の位置合わせを市松模様のパターンにより行う事
    を特徴とする特許請求範囲第1項記載の位置検知方法。
  5. (5)光源、照明光学系、レチクル、第1のレンズ系、
    空間フィルター、第2のレンズ系、基板および基板を保
    持するステージおよびステージを上下に動かす駆動系、
    ウェハー近傍に配置した検出器を有し、前記レチクル面
    上に、第2の格子が形成されており、光源から出た光束
    を照明光学系を通して前記レチクル面上に入射させて前
    記光束を格子により波面分割して前明第1のレンズ系に
    導びくよう構成するとともに、前記第1のレンズ系のス
    ペクトル面付近に設けた所定の空間フィルターによって
    所定のスペクトルを選択的に透過せしめて前記スペクト
    ルを前記第2のレンズ系に導びき、前記第2のレンズ系
    を通過した光束を用いて生成した第1の干渉縞を基板上
    に投影し、前記ステージを上下した時、光検出器で回折
    光の光強度が最大を示す地点で前記ステージを停止させ
    る事により前記ウェハー面の垂直方向の位置合わせを行
    うように構成した事を特徴とする露光装置。
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