JPS62175760A - フオトマスクのアラインメント助長方法 - 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】 本発明はフォトマスクのアラインメント助長方法に関し
、評言すれば、ウェハのフィールド上にフォトマスクパ
ターンが投影印刷のため描写されることができ、各ウェ
ハが少なくとも１つ以前の印刷工程において発生された
同−丁レイの複数のフィールドを支持する多数のウエノ
）の表面上の個々のフィールドとのフォトマスクのアラ
インメントを容易にするフォトマスクのアラインメント
助長方法に関するものである。

半導体回路素子の製造において、半導体ウェハの形の加
工片は一般に感光性層で覆われかつ次に起る現像および
処理がウェハ上におよび／またはその上の回路素子から
の幾つかのｙｓ電路を形成できるようにマスクによって
決定されたパターン内の像減少を行なう適宜な光学系に
エリ露光される。

多くの場＠に、回路素子は露光中マスクに対して半導体
ウェハの精密な位置決めが連続的に形成される回路パタ
ーンの適切な相関関係に必須であるようにかかる露光前
にウェハ上に既に形成されている（オーバーレイ）。

この相関関係をもたらすためにウェハから反射されたア
ラインメント光によってマスク上の互いに対応するアラ
インメントマークお工びウェハ上のアラインメントパタ
ーンに描写することによりウェハを整列させることが知
られている。ウェハ上のアラインメントパターンが全体
としてウェハに関連しかつその個々のフィールドに関連
しない、ケらばこの方法は全体的なアラインメントとし
て知られる。全体的なアラインメントに続いてウェハは
他のフィルドの露光が完了した後露光用の適正位置にウ
ェハ上の次のフィールドを持ち来たすべく２つの直交方
法（ｘ、ｙ）に移動される。ウェハが両方向に移動され
る量は予め定められ、それは既知である個々のフィール
ド間の間隔に対応する。フィールドの実際の間隔とその
仮定された値との間の差による誤差を補正するために高
性能の装置は全体的なアラインメントおよび予め定めた
長さの段階的な「ブラインド（盲）」移動によりほぼ正
確な位置に持ち来たされた後ウェハの各個のフィールド
のアラインメント用手段を組み込んでいる。このためフ
ィールドアラインメントマークはデカルトおよび角座標
Ｘ、Ｙおよびφお工び光軸の方向にフィールドの位置の
補正を可能にするウェハ上のすべてのフィールドと連係
する。

これまでに記載された方法は１つの方法が各フィールド
をできるだけ理想的に近似アラインメントに持ち来たす
段階の予め定めた値を作るように認められるならば改良
されることができる。この予め定めた値が何故必要であ
るかという主たる理由は対物レンズの下にウェハ上の続
いて起こるフィールドを持ち来たすことが要求される段
階の長さが、一定のウェハが繰返して露光されるならば
変化するようになるということと思われる。これは種々
の機械が連続印刷工程に使用される場合だけでなく単一
の機械が、例えば温度変化のため、その寸法を変えた場
合に発生する。方法にウェハの以前の露光に使用された
機械と行なわれた露光との間のスケールの差を考慮する
ようになされねばならない。単一機械で均一な１報にお
いて作られた多数のウェハが同一アレイのフィールドを
示すと仮定すると、処理装置の異なるスケールはマスク
上のマークとのフィールドアラインメントマークの一致
を達成しかつ続いて起るすべてのウェハの「ブラインド
」段階に関する１個のウェハについての測定により見い
出された段階の長さを使用するのに必要であるＸおよび
Ｙ方向における段階の長さを多数のウェハのうちの１個
について測定することＫより補償されることができる。

本出願人はここに記載しれ目盛り付き手順を適用しかつ
ウェハ上の種々のフィールドと連係するフィールドアラ
インメントマークの１つを正しいアラインメントに持ち
来たさせることができることを観察した。しかしながら
、回転アラインメント誤差は残った、すなわち、マス上
のパターンおよびウェハ上の対応するフィールド上のパ
ターンは僅かに異なる方向を持った。これまでこの誤差
は多くの注意を魅きつけずかつそれを最小にする唯一の
手段は全体的なアラインメント中の全体としてのウェハ
の回転であった。

その問題の周到な調査により、回転アラインメント誤差
は単に減じることはできるが、単一ウェハの表面上の種
々のフィールドについては異なるため、全体的アライメ
ントに工っては除去できないことが見い出された。まず
、それらの発生に明白な規則性がないので、ずれは不安
定であると考えられた。これは全体的回転アラインメン
ト後に残っている回転アラインメント誤差はフィールド
ごとに単に個別に補償されることを意味する。意外にも
表面上不安定な回転アラインメント誤差が単一機械で製
造されたバッチからのすべてのウェハにほとんど同一的
に現われることが認められた。

これは同一バッチのウエノ・から１つを選択し、各フィ
ールドを水平面内の正しい方向に待ち来たすのに必要な
回転調整を測定しかつバッチの他のすべてのフィールド
の自動回転調整に測定値を使用することを可能にする。

説明したごとく、本発明はすべてのウェハ上のフィール
ドが僅かに異なる方向を有するが２つの異なるウェハ上
の対応するフィールドがウェハが単一装置で均一工程に
おいて製造されたならば均一に向けられるという眼識に
基礎を置いている。

これはそのフィールドの方向が容易にチェックされるこ
とができるような方法においては別の方法で同一ウェハ
のパッチから１つを調整することを可能にする。この意
味においてその表面上のマークの迅速な検知を許容する
感光性カバーなしに１つのウェハを置くのが有利である
。もちろん、このマスタウェハのさらに他の処理はそれ
が結果として感光性層により被覆されるならば可能であ
る。

本発明による方法の成功はウェハの印刷されたフィール
ドの間の回転ずれについて規則正しい理由があることを
立証する。この理由の性質に関する仮定は図面に関連し
て１を対する。

以下に本発明の実施例を添付図面に基いて説明する。

第１図は半導体基板の部分露光用装置の重要部分を示す
。加工片５はペーステーブル６上に置かれており、該ペ
ーステーブル６は摺１ブロックの形でかつ符号Ｙで示し
た方向に平行に調整可能である。ベーステーブル６はま
たＸ方向に調整することができる摺動ブロック５によっ
て支持される。

これらの：ｉ！！！ａ７は、レーザ１０およびビームス
プリッタ１１に沿って公知のレーザ干渉計の一部を形成
する干渉計１２および１３によって制御される。

ウェハ３の露光はマスク２のパターンが偏何ミラー４お
よヒ投影レンズ１によってウェハ上に投影されることに
よって行なわれる。マスクのパターンに応じてウェハ３
上のフォトラッカを変えるこの露光工程中、マスク２お
よびウェハ３の対向位置の設定にもっばら使用するミラ
ー２４および１５ならびにミラー２５は露光光のビーム
路の外側に配置される。マスク２と反対にウェハを整列
させるだめにマーク９はウェハ３上に作られかつマーク
２７はマスク上に作られる。さらに他のマークはペース
テーブル６上にある調整板８上に認められ、そしてマス
ク２のフレーム１７の下側にあるセンサ１６の中心はま
たマークとして採用されることができる。

図示された配置によってマスク２と加工片３の対向アラ
インメントはまずマスク２のマーク２７が、調整板８が
投影レンズ１の下に摺動された後、光源（図示せず）か
らマスク２の背部に到来する調整光によって調整板８上
に描写される。この実際に公知の調整方法の詳細は第２
図ないし第４図によってさらに説明する。

調整板８に対するマスク２のアラインメント後、ミラー
２４および１５は回転装置にエリ第１図に示した位置に
持ち来たされ、そして、ミラー２５は節約のため図示し
てない同様な回転装置によってこの位置に持ち来たされ
る。次いで調整板８の中心のマークは偏向ミラー２５お
よび投影レンズ１にエリ調整レーザ７によって照射され
る。ミラー２５は長円形であり、それにより光軸の方向
へのその投射は球形である。その場合に調整板８にマー
クによって直接反射された光は、第５図によってより精
確に説明される方法において、それが偏向ミラー２５に
よって遮断されない範囲においてのみミラー２４および
１５によってセンサ１６に達する。このセンサ１６は位
置感知であり、すなわちそれによって付与された信号は
光がセンサの中心に衝突する精変の表示を付与する。

調整板８上のマークの相対的位置は公知であるので、調
整板８に対するマスク２のアラインメントおよびＡｍ板
８に対するセンサ６の相対的位置の決定はマスク２およ
びフレーム１７の相対的位置が明確に決定されるのを許
容する。これによりベーステーブル６またはマスク２を
含むフレーム１７が除去されるならば、対応する変位は
フレーム隅部に対して平行（でかっ口伝の方向にフレー
ムの位置を決定する、レーザ干渉計１０〜１３によって
または長さセンサ２１〜２３によって記録される。ウェ
ハ３のアラインメントはウェハ３上の調整マーク９が投
影レンズ１の下に摺動されることによってのみ行なわれ
ることができる。その場合にウェハ３の精確なアライン
メントは投影レンズの縮小作用により非常に小さくすべ
きである摺動ブロック５お工び乙の移動によって行なわ
れないが、推進器１８〜２０によってフレーム１７の移
動により行なわれる。これらはウェハ３上の調整マーク
９によって散乱させられた光がセンサ１６上に心出しさ
れるまでその隅部に対して平行にフレーム１７の位置を
ならびにフレーム面内のその角度的位ｔを変える。この
心Ｗ１シはまたレーザ７の露光によっても行なわれ、そ
れにより偏向ミラー　−２５はまた直接反射されたビー
ムｆ、Ｒ断する。

記載されたように、第２図に詳細に示されるような調整
板８は、記載した調整工程の第１段階を形成する、マス
ク２と調整板８の公知の対同アラインメントに使用する
。これはその隅部の長さが例えば１０ｍ罵にすることが
でき、そしてその厚さが１朋の大きさを有するガラス板
である。このガラス板上には透明領域がエツチングされ
かつマスク２の像２７が投影レンズ１によって複写され
ることとなる０、５μｍのクロム層がある。透明領域２
６の幅は、例えば、１．５μｍ１それらの長さは２ｍｍ
にすることができる。１０：１の投影比とすれば、マス
クの関連する像２７は、もちろん、１０倍大きい。

調整板８上の暗いフィールド調整に使用されるマーク２
９は第５図に関連して詳細に説明される。

マスク２の像２７および調整板８上のマーク２６の直接
アラインメントは、一対のミラー６０および３８が露光
工程を妨害しないためにウェハ３の投影露光において自
由に保持されねばならない区域において回動されること
により、第６図による公知の装置によって行なわれる。

代表的には５４７または５７８ｎｍの波長を有しかつそ
れゆえ顕著な方法においてウェハ３上のフォトラッカー
に影響を及ぼさない調整光はマスク２内の窓２７上に向
けられる。′ｆＡ整元は半透明ミラー６８および偏向ミ
ラー３０によって投影レンズ１ｔ−通って調整板８に達
する。その場合にマスク２の窓２７がそれらのマーク上
に投影されるならば、そこで第４図に示されるパターン
のオリジナル像が調整板８上に現われる。これはミラー
５０によって半透明ミラー５８を介して回転ミラー３６
上に向けられる。この回転ミラー３６はその軸線３７上
で回転し、それによりマーク２７の背部投影像２７′お
よびマーク２６の像２６′はスリット４２を有するセン
サ６１のセンサ面４１の上方に導かれる。スリット４２
はレンズ４０によってセンサ３９上に投影されそしてセ
ンサは受光強度に比例する電気信号を発する。その場合
に第４図に示した像に横方向に走査される。そこで対応
する信号は窓２７の背部投影像がスリット４２の区域に
達するとき増大しかつマーク２６の像がスリット４２を
減光する時間ｔ１後減少する。比率ｔ１：ｔ２により理
想的位置からのマーク２６のずれが決定されることがで
き、そこでこのマークは調整板８上の窓２７の像２７′
の中心に正確ＶＣ置かれる。調整板８に関連するセンサ
１６の位置決定はセンサ１６に関連する加工片６の位置
の決定と同一方法において行なわれる。ウェハ３上の調
整マーク９に関連して第５図の以下の説明において述べ
られることはまた調整板８上のマーク２９にも適用され
る。

調整工程中、マーク９の露光はＨｅ−Ｎｅレーザ７から
発出する調整光によって行なわれ、それに工り光ビーム
はまず光学装置３６によって広げられかつ次いで小さな
偏向ミラー２５によって投影レンズ１の光軸の方向に偏
向される。レーザ７から到来する光はマーク９上に平行
な光ビームとして向きかつ次いで一方でそれにより反射
されかつ他方でそれにより散乱させられる。＠５図に簡
略化した形で示される回折像４４はそのゼロの位置がミ
ラー２５によって遮断される偏向ミラー２５の平面内に
発生される。その結果この遮断は対称的に行なわれ、傾
斜させられたミラー２５は長円形状を有する。軸線から
離れて投影レンズ１の領域においてマーク２９によって
散乱させられた光は次いでセンサ１６でミラー２５によ
って発生された暗いフィールド内に向く。

回折像４４およびマーク９から生じない追加的に妨害し
ない光散乱がセンサ１６に達するのｔ保証ｆるために、
スクリーン４５はマーク９から到来する回折された光の
みの通過を許容するミラー２５のすぐ後ろに取り付けら
れる。

マーク９が第５図に示されるごとく十字形状を有するな
らば、その場合センサ１６上のその像３５もまた十字状
である。その場合ダイオードの４個の象眼の各々が光強
度および理想的にはゼロにすべきである露光面の大きさ
に依存する信号を発生する。その場合マーク９は１個々
の象眼６４から送られた信号が同じく小さいとき、ダイ
オードに関連して方向づけられる。

これまでに記載されたのは本発明者がウェハ３の全体的
アラインメントの最良のモードと考えるものである。ウ
ェハ５を全体的に整列させるための他の公知の方法は本
発明による方法に関連して選択的に使用されることがで
きる。

全体的アラインメントに続いてウェハ３は第１図にＸお
よびＹで示した方向に予め定めた段階において動かされ
る。これによりウェハの表面はマスク２上のパターンに
対応するパターンに繰返して照射される。その後この第
１のパターンは公知の方法によって永久的になされる。

その径異なるパターンを示すマスク２が挿入されかつウ
ェハの露光が繰り返される。これにより２つの異なるマ
スクによって発生されるパターンが正確に関連されるこ
とが重要である。しかしながら、上述された全体的アラ
インメント後ウェハ３が正しく計算された距離を通って
方向Ｘお工びＹに動かされるならば、ウェハ５上に印刷
されたパターンおよびそれに印刷されるはずであるパタ
ーンのオーバレイは完全ではない。その結果は、第１走
行中に印刷されたフィールド４４が白で現われかつｓｇ
２走行において印刷されるべきフィールドが暗くされる
ならば、むしろ第６図に示されるようになる。

明らかなごとく、第１走行中に発生されるフィールドの
方向は印刷されるべきフィールドとの角度を変化してい
る。

本発明はマスク２上の第２のまたは次のパターンの像が
Ｘ−Ｙ平面内のその方向付けに関する限りにおいて前に
印刷されたパターンと一致することを保証することにあ
る。このため全体的アラインメントマーク９だけでなく
各フィールド４４に関連づけられるフィールドごとのア
ラインメントマーク４５（第７図参照）を有するウェハ
が同一パターンのウェハのバッチから選ばれる。これら
のマークは個々のフィールド４４を分離するスクライブ
レーン（描線）４６に位置決めされる。このマスタウェ
ハは次にレンズ１の下に種々のフィールド４４金持ち来
たすために予め定めた量においてＸおよびＹ方向に進め
られる。加えてｗｃ２図ないし第４図に関連して詳細に
説明された装置はウェハ上にすでに印刷された像とマス
ク２上の新たなパターンの像を整させるのに必要である
回転調整を決定するのに使用される。完全な角度的アラ
インメントは一定のフィールド４４と連係するフィール
ドアラインメントマーク４５の少なくとも２つがマスク
２上の対応するマーク２７と正しく相関されるならば達
成される。

１つのウェハについて必要な回転調整を測定することか
ら得られる情報は同一ウェハのパッチの適正な方向のア
ラインメントに使用されることができる。全体的なアラ
インメント後これらのウェハは適切な距離についてＸお
工びＹ方向に動かされるだけでなく、加えてそれらはマ
スタウェハを適正な角度的アラインメントに持ち来たし
た角度によってマスク２に対して回転させられる。

記載された工程が実施された後最大精変が必要とされる
ならばフィールドごとのアラインメントをさらに行なっ
ても良い。一般に、このフィールドごとのアラインメン
トは、しかしながら、不必要でありかついずれにしても
本発明により完全な位置決めの極めて良好な近似がかか
るフィールドごとのアラインメントが行なわれる前に達
成されるならば非常に時間短縮となる。

本発明による方法が実際に好首尾であるのは何故かとい
う理由に関しては、それは干渉計１２についてウェハ３
を表示する完全なミラーを作ることの困難にあるという
ことかも知れない。ペーステーブル６の反射側が同様に
僅かに屈曲されるならばウェハ３上のフィールド４４は
異なる方向付けを示す。フィールドの他のおよび再び異
なる方向付けを発生すべくなす他の機械での処理は本発
明により補正される、第６図に示した表面上不規則なパ
ターンを生ずる。

本発明はその好適な実施例に関連して説明されたが、変
更および変形が当該技術に熟練した者に想起されること
は理解されよう。かかる変更および変形は特許請求の範
囲内にあると思われる。

【図面の簡単な説明】

第１図は半導体ウェハ上にマスクを投影複写する装置の
全体配置を示す概観図、 第２図は基準マークを有する調整板を示す平面図、 第３図はウェハまたは調整板とのマスクの直接アライン
メント用の公知の装置を示す概観図、第３ａ図は第３図
の詳細図、 第４図は第５図による装置によって受信される信号を示
す説明図、 ｗ、５図は簡略化した形状においてマスクフレームに取
着されたセンサ上のウェハの調゛痘マークの複写に至る
光路を略示する説明図、 第６図は不十分な角度的アラインメントにおけるフィー
ルドの２つのアレイを有するウェハを示す説明図、 第７図はウェハ面上の個々のフィールドを示す説明図で
ある。 図中、符号２はマスク、３は加工片（ウエノ・）、８は
調整板、９．２７はマーク、４４はフィールドである。 代理人　弁理士　佐　々　木　清　隆 （外５名） ニ２２ ニＥＥｉ：３ 二ｈｌｉ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ウェハのフィールド上にフォトマスクのパターン
   が投影印刷のため描写されることができ、各ウェハが少
   なくとも１つ以前の印刷工程において発生された同一ア
   レイの複数のフィールドを支持する多数のウェハの表面
   上の個々のフィールドとのフォトマスクのアラインメン
   トを容易にするフォトマスクのアラインメント助長方法
   において、ａ）前記ウェハの１つを選択しかつ続いてそ
   の表面に印刷された各フィールドを前記フォトマスクと
   整列させ、 ｂ）前記フォトマスクと適切な角度的関係に各フィール
   ドを持ち来たす必要があったウェハの表面に対して垂直
   な軸線に関連して回転的調整を測定し、 ｃ）いずれか他のウェハの表面上の対応するフィールド
   を前記フォトマスクと整列させるとき同一の回転的調整
   をなす段階からなることを特徴とするフォトマスクのア
   ラインメント助長方法。
2. （２）前記ウェハ上の連続するフィールド間に必要であ
   る回転的調整の測定は他とは違って感光性層で覆われな
   いウェハ上で実施されることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載のフォトマスクのアラインメント助長方
   法。