JPS63220520A - アライメント装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、例えは半導体製造に用いられている縮小投
影型露光装置において、レヂクルに形成された回路パタ
ーンと半導体ウェハとの位置合せを行うために使用され
るアライメン１〜装置の改良に関するものである。

［従来の技術］ 従来のアライメント装置としては、例えは、アライメン
ト用の照明（以下アライメント光とする）光を適当な手
段で振動させるようにしたものがある。

すなわち、かかる振動により、ウェハ上に形成されたア
ライメントマークに対するアライメン］−光（レーザビ
ーム等）の相対的なスキャンか行なわれ、これによって
発生ずるフライメン１−マークからの検出信号を利用し
て、レチクルとウェハとのアライメントか行われる。

このような方式の装着においては、アライメント光の光
路中に光を振動させる光学素子を挿入することにより、
アライメントマークを固定した状態で該マークから検出
光を発生させ、ＴＴＬ（スルーサレンズ）オンアクシス
（ｏｎ　　Ａｘｉｓ）方式によってレチクル及びウェハ
上の各マーク位置を検出する方法か多く利用されている
。

［発明が解決しようとする問題点］ 以」二のように、従来のフライメン１〜装置では、アラ
イメン）・光を振動させることによって該アライメント
光かアライメントマーク上をスキャンするように構成さ
れている。

このため、レチクルやウェハか載置さ３１ているステー
ジの静止精度（ゆらぎ）、振動子によるアライメント光
の走査安定性など、アライメント時の計測誤差をまねく
多くの不安定な要因か存在する。このため、アライメン
Ｉ・精度が低下するという不都合かある。

また、上記のような装置においてアライメント精度を向
上させようとすると、ステージや振動子等に極めて精密
な製造技術を必要とし、定期的なメンテナンスを行うこ
とが必要となり、装置自体のコストか高くなったり、作
業の合理化の妨げにつながる等の不都合か生する。

この発明は、かかるτ、′ｊ、に鑑力て／よさねたもの
であり、アライメン）・系の不安定要素の低減を図ると
ともに、アライメント精度を向−１ニさせてその安定化
を図ることかでき・乙アライメント装置をｌＪｉ！供す
ることを、その目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ この発明は、あらかじめ定められた所定の基準位置（投
影光学系の視野フィールド内での固定した位置）に静止
してアライメント光を照射するアライメン）・光学系と
、マスクがセットされた第一ステージおよび基板（ウェ
ハ）がセットされた第二ステージを、各々独立して移動
させる第一および第二の駆動手段と、マスクおよび基板
に形成されたアライメント用のマークの各々か前記アラ
イメント光の基準位置を通過して移動するように前記第
一および第二の駆動手段を制御する制御手段とを具備し
たことを技術的要点とするものである。

［作用］ この発明においては、アライメント光に対し、マスクと
基板（ウェハ）とを各々独立して移動することによりア
ライメン１〜か行なわれる。

アライメント光は、所定位置に静止して照射されるため
、その振動等による各装置の位置や角度のずれか生しる
ことかない。

アライメン］・系のシステムは、安定した構成どなり、
アライメントシステム単体でのメンテナンスが省略化さ
れる。

この発明の具体的態様によれは、アライメント光に対す
るマスク及び基板の移動か工夫される。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を、添（＝ｊ図面を参照しなが
ら詳細に説明する。

第１図には、この発明の一実施例か示されている。この
図において、まず、ヒーム整形されたアライメント光か
、適宜の光学系（図示せず）によって導かれると、該ア
ライメン［・光は、レンズ２及び４を透過することによ
り拡大されて、空間フィルター８に入射するようになっ
ている。

第２図には、空間フィルタ８の一例が示さねており、同
図（Ａ）は正面図、同図（Ｂ）は側面図である。これら
の図において、空間フィルタ８は、後述する投影レンズ
１８の瞳位置１８ａと共役の位置関係となるように配置
されるとともに、中央部分に透過窓８ａを備え、光電変
換素子６と一体に構成されている。

この光電変換素子６は、６ａ、６ｂ、６ｃ。

６ｄの４つの各変換素子によって構成されている。

なお、図中の斜線部分は、クロムパターン等で形成され
た遮光部であり、アライメント光は遮光部では遮断され
、透過窓８ａのみを通過するように構成されている。こ
の透過窓８ａは、ビーム整形用スリットとして代用して
もよい。なお、アライメント光としてレーザ光のような
コヒーレント光を使う場合は、窓８ａにレーザ光か通る
ように予めビーム成形しておいた方がよい。

次に、空間フィルタ８を透過したアライメント光は、対
物レンズ１０を透過し、ミラー１２で反射された後にレ
チクル１４面上に結像するようになっている。この際、
窓８ａの形状が瞳面てスリット（シート）状であるため
、レチクル１４上ではそれと直交する方向に伸びたスリ
ット（シート）状のビーム断面となってスポットに形成
される。

レチクル１４は、レチクルステージＩ６上にセットされ
るとともに、レチクル１４上にはレチクルアライメント
マーク１４ａか形成されている。このレチクルアライメ
ンＩ・マーク１４ａは、第３図（八）に示すように、ア
ライメント光透過用窓として形成されたものであり、該
窓部のみをフライメンｌ−光が通過できるようになって
いる。

一方、レチクル１４がセットされているレチクルステー
ジ１６は、その位置座標が干渉計システム（レーザ光波
干渉測長器）２４によってモニタされるとともに、モー
タ２８によって駆動されてアライメント光に対する走査
か行われるように構成されている。

次に、レチクル１４を透過したアライメント光は、投影
レンズ１８を介して、ウェハ２０面上にシート状のスポ
ットとして結像する。ウェハ２０は、ウェハステージ２
２上にセットされるとともに、その表面上には、第３図
（八）に示すように、直格子状のウェハアライメントマ
ーク２０ａが形成されている。

ウェハステージ２２は、レチクルステージ１６と同様に
、位置座標か干渉計システム２６でモニタされるととも
に、モータ３０によって駆動されてアライメント光に対
する走査が行われるように構成されている。

次に、上述したレチクルアライメントマーク１４ａ及び
ウェハアライメントマーク２０ａをアライメント光が走
査すると、レチクルアライメントマーク１４ａからは散
乱光が、ウェハアライメントマーク２０ａからは回折光
が各々発生する。

これらの検出光は、上述した送光系の光路を逆に進行し
、光電変換素子６に入射して光電信号に変換されるよう
になっている。

すなわち、これらの光電変換素子６に入射した検出光の
うち、レチクルアライメントマーク１４ａの直線的なエ
ツジからの散乱光は光電変換素子６ａ、６ｂに各々入射
し、ウェハアライメントマーク２０ａからの回折光は光
電変換素子６ｃ、６ｄに各々入射して、各々独立して検
出信号を得られるようになっている。このように光電変
換素子６の受光面、すなわち瞳共役面において回折光と
散乱光とか分離されることは例えは特開昭６ｌ−１２８
１Ｈ号公報に開示されている。

次に、光電変換素子６て得られた各々の検出信号は、ア
ンプ３２に送られるようになっている。

このアンプ３２の出力側は、上記検出信号をデジタル信
号に変換するためのＡ／Ｄ変換器３４に接続され、Ａ／
Ｄ変換器３４の出力側は、上記検出信号を格納するため
のメモリ回路３６に接続されている。

他方、上述した干渉計システム２４．２６は、干渉計コ
ントローラ３８に各々接続されており、これら干渉計シ
ステム２４．２６においてモニタされた各ステージの位
置情報は、干渉計コントローラ３８に人力されるように
なっている。この干渉計コントローラ３８は、コンピュ
ータ４０に接続されている。

このコンピュータ４０には、ステージコントローラ４２
か接糸光されてし）る。ステージコントローラ４２は、
各ステージにそれぞれ設けられているモータ２８，３０
に各々接続され、各モータを駆動するものである。

すなわち、モータ２８はレチクルステージ１６に設けら
れ、モータ３０はウェハステージ２２に設けられている
。これらの各モータ２８，３０は、上記ステージコント
ローラ４２からの指令により、両ステージか交差する方
向に移動してアライメント光による走査か行われるよう
に駆動制御されるように構成されている。

次に、上述したコンピュータ４０は、前記アンプ３２．
メモリ回路３６．干渉計コントローラ３８及びステージ
コントローラ４２に各々接続され、アライメント計測開
始時の各ステージの座標位置情報と、アライメント光に
よって検出された各アライメント位置情報とに基いて、
アライメント位置とのずれを算出する機能を有する。

算出された情報は、ステージコントローラ４２に出力さ
れ、該ステージコントローラ４２ては、上記人力された
情報に基いてモータ２８，３０が駆動制御されるように
なっている。

そして、モータ２Ｂ、３０によって各ステージか各々独
立移動し、これによってアライメントか行われるように
２よっている。

次に、第３図及び第４図を参照しなから、上記実施例の
動作について説明する。

第３図（Ａ）には、レチクルアライメントマーク１４ａ
及びウェハアライメントマーク２０ａとアライメント光
のビームパターン１００との位置関係、更には、各アラ
イラン１〜マークのアライメント光を走査する移動方向
が示されている。

図中ビームパターン１００は、レチクル１４及びウェハ
２０に照射されたアライメント光によって、レチクル１
４及びウェハ２０上に形成されたものである。また、レ
チクルマーク１４ａのＲ１゜は図の左側のエツジ部、Ｒ
Ｒは図の右側のエツジ部を示す。

同図（Ｂ）には、レチクル１４の移動距離と、レチクル
マーク１４ａにおいて発生した散乱光による検出光電信
号との関係か示されている。

同図（Ｃ）には、ウェハ２０の移動距離と、ウェハマー
ク２０ａにおいて発生した回折光による検出光電信号と
の関係が示されている。

また、第４図には、アライメント終了時の、第３図（Ｂ
）及び（Ｃ）に示された各検出信号と、アライメント光
のビームパターン１００との相対的な位置関係か示され
ている。

ます、ビーム成形されたアライメント光は、レンズ２．
４を各々透過して、光電変換素子６と一体となっている
空間フィルタ８に入射する。そして、空間フィルタ８を
透過したアライメント光は、対物レンズ１０及びミラー
１２の各光学素子の各作用によって、レチクルステージ
１６上のレチクル１４を照射することとなる。

更に、レチクル１４及びレチクルステージ１６を透過し
たアライメント光は、投影レンズ１８を介してウェハス
テージ２２上のウェハ２０を照射する。

次に、レチクル１４及びウェハ２０にアライメント光か
照射されると、ステージコントローラ４２の指令に基い
て、モータ２８．３０により、アライメント光を走査す
るように、レチクルステージ１６とウェハステージ２２
か交差する方向に各々移動する。

例えば、第３図（Ａ）においては、アライメント光のビ
ームパターン１００に対して、レチクルマーク１４ａが
矢印ＦＡで示すように左方に移動し、ウェハマーク２０
ａかレチクルマーク１４ａと交差する方向である右方に
矢印ＦＢの如く移動することとなる。

アライメント光が走査されると、レチクル１４ては、レ
チクルアライメントマーク１４ａの窓の境界部分（クロ
ム層の段差エツジ）において散乱光が発生する。

また、ウェハ２０では、ウェハアライメントマーク２０
ａにおいてマーク長手方向に回折光か発生する。

次に、レチクル１４において発生した散乱光及びウェハ
２０において発生した回折光の各々の検出光は、送光時
の光路を逆に戻って、光電変榛素子６に入射し、ここて
光電変換される。

この時、前述したように、レチクルアライメントマーク
１４ａ上で発生した散乱光は、光電変換素子６ａ、６ｂ
に入射し、ウェハアライメントマーク２Ｏａ上て発生し
た回折光は、光電変換素子６ｃ、６ｄに入射し、第３図
（Ｂ）及び（Ｃ）に示すような検出信号か得られる。

次に、光電変換されたそれぞれの検出信号は、アンプ３
２に各々人力されて増幅されたのち、Ａ／Ｄ変換器３４
によりアナログ信号からデジタル信号に変換される。

これらのデジタル化された検出信号は、一方においてメ
モリ回路３６に格納されるとともに、他方においてコン
ピュータ４０により信号処理されて、レチクルマーク１
４ａの位置とウェハマーク２０ａの位置とか各々求めら
れる。

すなわち、レチクルステージ１６と、ウェハステージ２
２のアライメント副側開始時の位置座標は、それぞれ干
渉計システム２４及び２６によってモニタされ、干渉計
コントローラ３８にあらかじめ人力されている。

そして、各ステージの移動の位置情報は、干渉計コント
ローラ３８からコンピュータ４０に入力される。コンピ
ュータ４０では、上記各ステージの計測開始時の位置情
報と、移動後の位置情報より、レチクルステージ１６及
びウェハステージ２２の相対的な移動量か算出される。

詳述すると、第３図（Ｂｌ　に示す検出信号のピークは
、レチクルアライメントマーク１４ａのエツジ位置ＲＬ
、ＲＲに各々対応するので、その中心を求めれば、これ
かマーク中心に対応することとなる。このマーク中心の
位置は、干渉計コン］・ローラ３８から人力される情報
に基いて演算することができる。

他方、同図（Ｃ）に示す検出信号のピークは、そのまま
ウェハ】′ライラントマーク２０ａに対応するので、そ
の中心を求めれば、これかマーク中心に対応することと
なる。このマーク中心の位置も、干渉計コントローラ３
８から人力される情報に基いて演算することかできる。

次に、以上のようにして算出されたマーク中心の位置情
報は、ステージコントローラ４２に各々人力される。

ステージコントローラ４２ては、コンピュータ４０から
の位置情報に基いて、モータ２８，３０の駆動制御か行
われ、アライメント光による検出信号か第４図に示すよ
うな状態になるように、レチクルステージ１６及びウェ
ハステージ２２を移動させることにより、レチクル１４
とウェハ２０との相対的なアライメントが行われる。

以上のように、この実施例においては、アライメント光
を静止させ、レチクルアライメントマーク１４ａとウェ
ハアライメントマーク２０ａとがアライメント光を走査
することにより、レチクル１４及びウェハ２０からのア
ライメント信号の検出が行われている。

従って、レチクル１４及びウェハ２０かそれぞれ載置さ
れている各ステージの静止精度（ゆらぎ）及びアライメ
ント光の照射安定性が向上し、アライメント時の計測誤
差が減少することとなる。そして、更には、アライメン
ト系のシステムか安定となり、アライメント精度の向上
を図ることかできる。

また、振動等による各装置の位置や角度のずれがないた
め、アライメントシステム単体でのメンテナンスを省略
できるという利点もある。

更に、アライメント光をレチクル１４とウェハ２０か走
査する時のし動方向か、各々交差する方向（逆方向）で
あるため、レチクルステージ１６及びウェハステージ２
２の移動量か減少し、アライメント時間が短縮できると
いう効果かある。

なお、本発明は何ら上記実施例に限定されるものではな
く、例えは、上記実施例においては、レチクルステージ
１６及びウェハステージ２２の移動方向を同一方向に移
動させるようにしてもよい。

しかし、両ステージを同一方向に移動させることによっ
て、アライメント光をスキャンする場合には、ウェハス
テージ２２の移動スピードをレチクルステージ１６の移
動スピードよりも速くすることが条件となる。

すなわち、上述したように、レチクルアライメントマー
ク１４ａの透過窓を透過したアライメント光のみが、ウ
ェハ２０を照射し、この光をウェハ２０がスキャンする
ように構成されている。

従って、レチクル１４上のアライメント用透過窓をアラ
イメント光が透過している間に、該アライメント光に対
するウェハ２０のスキャンを行うため、レチクル１４の
１多勤スピードかウェハ２０の移動スピードのある一定
値よりも速い場合には、ウェハ２０のアライメント光に
対する充分なスキャンを行えなくなるという不都合か生
じる。

その他、本発明、は、同様の機能を奏するように種々設
計変更可能てあり、種々の態様を含むものである。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれは、アライメント光（照明光
）を静止させて、マスクと基板（ウェハ）の移動により
アライメントを行っているため、アライメント系のシス
テムが安定となり、アライメント精度の向上を図ること
かてぎるという効果がある。

また、各装置の位置や角度のすれかないため、アライメ
ントシステム単体でのメンテナンスを省略できるという
効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は上記
実施例の空間フィルタと光電変換素子の関係を示す構成
説明図、第３図及び第４図は実施例の作用を示す説明図
である。 ［主要部分の符号の説明］ １４・・・レチクル、１４ａ・・・レチクルアライメン
トマーク、１６・・・レチクルステージ、２０・・・ウ
ェハ、２０ａ・・・ウェハアライメントマーク、２２・
・・ウェハステージ、４２・・・ステージコントローラ
、２８．３０・・・モータ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）マスク及び基板上にアライメント用のマークを各
   々形成するとともに、マスク上のアライメントマーク部
   分を透過したアライメント光を投影光学系を介して基板
   上のアライメントマークに照射し、各マークとアライメ
   ント光とを相対的に走査することによって、マスクと基
   板とのアライメントを行うアライメント装置において、 あらかじめ定められた所定の基準位置に静止して前記ア
   ライメント光を照射するアライメント光学系と、 前記マスクがセットされた第一ステージを、独立して移
   動させる第一の駆動手段と、 前記基板がセットされた第二ステージを、独立して移動
   させる第二の駆動手段と、 前記アライメント用のマークの各々が前記アライメント
   光の基準位置を通過して移動するように前記第一および
   第二の駆動手段を制御する制御手段とを具備したことを
   特徴とするアライメント装置。
2. （２）前記制御手段は、前記マスク上のアライメントマ
   ークと基板上のアライメントマークとを、各々交差する
   方向に移動させる制御を行うことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のアライメント装置。
3. （３）前記制御手段は、前記各ステージを、同一方向で
   あって、かつ、前記第二ステージの移動スピードを前記
   第一ステージの移動スピードよりも速く移動させる制御
   を行う制御手段であることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のアライメント装置。