JPS63221616A - マスク・ウエハの位置合わせ方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、マスク上に形成されたＩＣ回路バタニン等を
ウェハ上に投影露光する技術に係わり、特にマスクとウ
ェハとの相対位置を合わるマスク・ウェハの位置合わせ
方法に関する。

（従来の技術） 近年、半導体装置の製造においては、ウェハ上に所望の
パターンを形成するものとして、マスク上に形成したパ
ターンを投影レンズを介してウェハ上（ウェハ上に塗布
されたフォトレジスト）に転写する投影露光装置が用い
られている。この装置では、マスクとウェハとを相互に
正確に位置合わせする必要があり、そのための位置合わ
せ方法が種々提案されている。

レチクル（マスク）とウェハとの間に縮小投影レンズを
設置し、レチクル上のパターンを縮小投影する装置にお
いては、第５図に示す如く、レチクル５０を所定の位置
に位置合わせするため、レチクルマーク５２を観察する
ミラー及びレンズ等からなる１１京光学システム５３が
必要である。同様に、ウェハ６０を所定の位置に位置合
わせするため、ウェハマーク６１を観察するミラー及び
レンズ等からなる観察光学システム６３が必要である。

また、転写位置での、最終的な位置合わせを行うため、
レチクルマーク５１とウェハマーク６１（或いはテーブ
ル上の基準マーク）をレンズ７０を通して観察し、各マ
ーク５１．６１との位置関係を測定するミラー７１及び
レンズ７２等からなるアライメント光学システム７３が
必要である。

従来、このような測定においては、第６図に示す如く、
レチクルマーク５１として窓部５１ｂを有するＣｒパタ
ーン５１ａを設けておき、ＩＴＶカメラにて窓部５１ｂ
を通して得られるウェハマーク６１の像をｌ！察し、レ
チクル５０或いはウェハ６０を動かして概略的な位置決
めを行う、そして、微小な位置決めは、ウェハマーク６
１を光電顕微鏡等と同様な振動スリット法によって測定
していた。また、ウェハマーク６１を測定するときは、
ウェハ６０を載置したテーブルを動かしてこのまま、或
いは一度レチクル５０を移動させ、その債ウェハマーク
６１を測定し、レチクルマーク５１と同様にウェハマー
ク６１を位置合わせし、ウェハテーブルの座標を読むこ
とによって相対位置関係を出していた。

しかしながら、この種の方法にあっては次のような問題
があった。即ち、レチクルとウェハとの位置合わせは間
接的であり、ウェハテーブルを合わせた後レチクルを合
わせる、またはその逆等、誤差を含む動作を一旦行わな
ければならない。さらに、振動スリット法を用いている
ため、振動スリットの振動中心のドリフト等によって測
定誤差を生じる等の問題があった。

また、従来技術においては第７因に示すように、レチク
ルマーク５１の検出光学系はその倍率誤差等の影響を少
なくするため、光学系光軸Ｏをレチクル面に垂直となる
配置が必要であった。このような光学配置は、投影レン
ズ７０が片テレセントリックの場合には、その光束が第
７図のように光軸からはずれるため、検出光学系のミラ
ー７１゜レンズ７２は大きくならざるを得なくなり、装
置構成が大型化する。さらに、レンズ７２の光束使用が
軸外光となるため、収差補正上からレンズ構成は複雑と
なり、また光学系の調整も複雑になる等の欠点があった
。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来、投影露光装置におけるマスク・ウェハ
の位置合わせにおいては、通常の振動スリット法では振
動中心のドリフトの影響で測定誤差を生じる。また、検
出光学系のミラー、レンズ等の大型化を招くと共に、レ
ンズ構成が複雑になる等の問題があった。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、振動中心のドリフ１〜等に起因する測
定ｙ４差をなくり゛ことができ、ｎつ検出光学系のミラ
ー、レンズ等の小型化及びｎｕｔ化をはかることができ
、位置合わヒ精度の向上をはかり得るマスク・ウェハの
位置合ねＵ方法を提供することにある。

［５１明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明の９了は、ウェハ側のマークを複数本の軸対称の
直線状パターンで形成し、軸対称に形成された複数本の
棒状パターンからくる−の左右を独立に観察できるよう
にしたことにある。

即も本発明は、マスク上に形成されたパターンを投影レ
ンズを介してウェハ上に投影露光し、該ウェハ上に所望
パターンを転写する投影露光装置であって、マスク上に
設けられた第１のマークを通してウェハ上或いは該ウェ
ハを載置したテーブル上に設けられた第２のマークを照
明し、該第２のマークからの反射光を第１のマークを通
して光電検出器に導き、該検出器でｑられた検出信号に
基づいて上記マスクとウェハとの相対位置を合わＵるマ
スク・ウェハの位置合わゼ方法において、前記第２のマ
ークとして棒状パターンを軸対称に配置すると共に、ｆ
Ａ記第１のマークとして上記棒状パターンをｖＱ京でき
るスリット状の透明部を所定の位ｉｉ￥関係に設けてＪ
ｉき、前記光？ｆｆ検出器により前記第２のマークの棒
状パターンの像を該パターンの対称軸に関して一方側と
他方側とで独立に検出しく例えば上記２つのパターンを
振動ミラーを介して一つの光電検出器により゛交万に検
出）、これらの検出（３号の差をマスク・ウェハの相対
位置ずれ情報として用いるようにした方法である。

（作用） 上記方法であれば、マスク上の第１のマークとつ１ハ上
或いはテーブル上の第２のマークとを投影レンズを通し
て直接的にＩＪ察することができる。しかも、マークへ
の入射光の光量が測定ａｍを支装置Ｊるので、通常のＦ
Ｒ軸動スリット法ように振動中心のドリフトの影響によ
って測定誤差を生じることがない、また、マークを通過
した光の光軸が光電検出器に確実に入ればよいと云う程
度の光軸精度でよく、さらに変化測定法であるため、検
出光学系の光軸もマスク面に垂直にする必要がなく、検
出光学系の小型化及び簡略化をはかることが可能となる
。

（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の一実施例方法に使用した投影露光装置
の位置合わせ機構を示す概略構成図である。図中１０は
ＩＣ回路パターンが形成されたレチクル（マスク）であ
り、このレチクル１０には適当な位置にマーク（第１の
マーク）１１が設けられている。ここで、マーク１１は
Ｘ、Ｙ及び傾きを測定するため通常３箇所に形成されて
いるが、この場合１箇所のみ示す。

レチクル１０の上方には図示しない露光用光源が配置さ
れており、この光源によりレチクル１０を照明すること
により、レチクル１０に形成されたパターンが縮小投影
レンズ３０を介してウェハ２０上に転写される。ウェハ
２０上には、位置合わせのためのマーク（第２のマーク
）２１が形成されている。このマーク２１もレチクルマ
ーク１１と同様に通常３箇所であるが、この場合１箇所
のみ示す。ウェハ２０はテーブル２２上に載置されてお
り、このテーブル２２はＸ、Ｙ方向に移動可能となって
いる。また、テーブル２２上にはウェハマーク２１と同
様なマーク（第２のマーク）２３が設けられている。

マスク・ウェハの位置合わせに関しては、露光光と同じ
波長の光■がハーフミラ−３１を通してレチクルマーク
１１に照射され、このレチクルマーク１１を通過した光
■がレンズ３０を介してウェハマーク２１に照射される
。ウェハマーク２１からの反射光■は、入射光■と同軸
上を通りレンズ３０及びレチクルマーク１１を通過しハ
ーフミラ−３１に至る。ここで、ハーフミラ−３１で反
射された光■は、レンズ３２により平行光に修正されレ
ンズ３４にて集光される。レンズ３２゜３４間にはハー
フミラ−３３が配置され、光の−部■は該ミラー３３に
より観察ＩＴＶカメラ等に分岐される。レンズ３４を通
った光■は、スキャナー３６等で駆動される振動ミラー
３５に入射し、このミラー３５で反射した光のがアパー
チャ３７を通して光電センサ３８にて受光される。

ここで、ウェハマーク２１は第２図（ａ）に示す如く、
軸Ａを中心に軸対称に複数本（例えば５本）の直線状パ
ターン２１ａ、２１ｂ、２１ｃを形成したものである。

このマーク２１は、例えば高反射面の地に低反射のパタ
ーンを形成したものであり、中央のパターン２１ａはＩ
ＴＶ観察用に用いられ、それ以外のパターン２１ｂ、２
１Ｃが位置合わせに用いられる。一方、レチクルマーク
１１は投影レンズ３０の縮小率によってその寸法は異な
るが、それらを考慮したとして第２図（ｂ）に示す如く
なる。即ち、Ｃｒパターン１１ａ上に白抜きのパターン
１１ｂが形成された形状となっている。

この場合、レチクルマーク１１上に形成されるウェハマ
ーク２１の拳は第２図（Ｃ）に示す如く、軸Ａ上のパタ
ーンは一致するが、他のパターンは半分ずれた位置関係
になっている。このようにずらす理由は、振動スリット
方式による位置合わせと同じでありここでは詳しく説明
しないが、直線状パターン２１ｂ、２１Ｇを個々にＩ！
察し、その光量が一致するところを適当な信号処理回路
によって求め、位置合わせ点としている。レチクルマー
ク１１のパターン２１ｂの中央部はＩＴＶ観察用マーク
であり、目視合わせが可能なように合わせ用バーニアが
設けられ、・マークからの反射光を十分に受けるように
広い開口部がその中央に開いている。

第２図（Ｃ）に示したようにウェハマーク２１の反射像
がレチクルマーク１１を通過した後はマーク観察光学系
システムによって観察されるが、通常の振動スリット法
と異なる点は、２個の光電センサによって測定するので
はなく、１個の光電センサ３８によって時分割的に測定
することにある。このため、像全体をミラー３５の振動
によって振動させる。ミラー３５の振動方向は、第３図
に示す如くウェハマーク２１のパターン２１ｂ。

２１ｃのＩＰｔ　、Ｐ２が交互に７バーチヤ３７内に入
るようにすればよく、平行移動或いは回動であってもよ
い。

こうすることによって、光電センサ３８には第２図（Ｃ
）で示したパターン２１ｂ、２１ｃのハツチング領域の
みが入射することになる。そして、パターン２１ｂの像
検出とパターン２１Ｃの像検出における光電センサ３８
の各検出信号の差を求めることにより、マーク１１．２
１の相対位置ずれ量が測定される。従って、このずれ量
に基づいてレチクルマーク１１及びウェハマーク２１の
位置合わせ、即ちマスク・ウェハの位置合わせを行うこ
とが可能となる。

なお、第３図に示す如きマーク検出においては、ウェハ
マーク２１への入射光量のみが測定精度を支配するので
、光電センサ３８への入射位置は関係なくなる。このた
め、スキャナ３５の振動中心にドリフトが生じても、測
定誤差に何等影響を及ぼすことはない。さらに、第１図
に示すハーフミラ−３１，３３１ＦＩでの反射光を平行
光に煤正するレンズ群を一体とした一点鎖線の移動部゛
を動かすことによりて、レチクルマーク１１はレチクル
１０の半径方向の任意の座標に設けることができる。こ
れによって、従来レチクルマークは固定された位置に配
置せねばならず、パターンリイズが小さい場合、パター
ンとレチクルマークが離れ過ぎてしまい、相対位置精度
が低下りる問題があったが、パターンの近くに合わせ用
マークを形成することができ、位置合ねｔ！精度を向１
−さμることができる。

また、従来技術においては、前記第７図に示すような光
学配置が必要であり、検出光学系のミラー及びレンズが
大きくならざるを１！７ず、さらにはレンズ群の光束使
用が軸外光となるため収差補正上からレンズａＹは複雑
な構成どなっていた。これに対し本実施例では、光電セ
ンサ３８にレチクルマーク１１を通過した光束が確実に
入射Ｖればよいと云う光量の変化測定方法であるため、
第４図に示寸如く、検出光学系の光軸もレブクル面に垂
直にする必要もなく、これがためにミラー、レンズｆ！
Ｙは小さくて済み、収差補正も簡単でレンズ構成は簡略
化される。また、光学系の調整も従来に比べて簡単に行
うことができる。

かくして本実施例方法によれば、マーク検出光に露光波
長の光を用い、レチクルマーク１１及びウェハマーク２
１に前述したパターンを用いて、ｒＥｔｌＪスリット法
により検出づることにより、レチクルマーク１１とウェ
ハマーク２１とを直読位置合わｌることかｉ′１１能と
なる。そしてこの場合、アライメント情報を持った会全
体を振！ＦＪさＵ、２つの像を光電セン（Ｊ　３８に交
互に入力させることにより、通常の振動スリット払では
問題となる振動中心の彩管をなくづことができる。しか
し、光？Ｔｌヒンリ３８は１＃Ａで良く、該［ンリを２
個用いた時に生じる特性の差による測定誤差の発生もな
くずごとができる。さらに、ウニ、ハマーク２１として
細い直線状パターンを複数本用いることにより、マーク
形状を全体に小さくすることができ、ＳＮの良い信号を
得ることができる。従って、マスク・ウェハの高精度の
位置ずれ検出が可能となり、マスク・ウェハの位置合わ
せ１１１１ＪＩの向上をはかることができる。また、検
出光学系が簡単となり、さらに収差補正等が不要となる
ので、光学系の調整も従来より大幅に・簡単になる等の
利点がある。。

また、この位置合わせ方法は、レチクル面のマーク１１
とテーブル上の基準マーク２３或いはウェハ上のマーク
２１をＴＴＬ方式によって位置合わせするため精度が良
い。さらに、テーブル上の基準マーク２３をテーブルの
位置測定系に従って正確な座標まで移動させ、ＴＴＬ方
式レチクルアライメントとしても使用できる。

なお、本発明は上述した実施例方法に限定されるものｔ
゛はない。例えば、前記アライメント照明光は露光光或
いは露光光と同じ波長の光である必要はなく、露光光と
は異なる波長であってもよい。

この場合、マスク・ウェハ薗に存在する投影レンズによ
って測定誤差が生じるので、露光波長の光によるアライ
メントとのズレを予め求めてこれを補正しておけばよい
。また、光電検出器は必ずしも１個に限るものではなく
、２個用いてもよい。

この場合、第２のマークの左右のパターンの−を各検出
器に独立に入力して同時検出を行い、２個の光電検出器
の検出信号の差を測定信号として用いればよい。その他
、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施
することができる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、マスク・ウェハの
位置合わせにおいて振動スリット法を用いるにも拘らず
、振動中心のドリフト等に起因する測定誤差をなくすこ
とができ、位置合わせ精度の向上をはかることができる
。さらに、検出光学系のミラー、レンズ等の小型化及び
簡略化をはかることができるので、投影露光装置におけ
るマスク・ウェハの位置合わせ方法として極めて有効で
ある。

【図面の簡単な説明】 第１図乃至第４図はそれぞれ本発明の一実施例方法を説
明するためのもので、第１図は投影露光装置における位
置合わせ機構を示す概略構成図、第２図は各マークの形
状及び重なり状態を示す模式図、第３図は振動ミラーに
よる検出光の振動の様子を説明するための模式図、第４
図は検出光学系の配置例を示す模式図、第５図は従来の
位置合わせ機構を示す概略構成図、第６図は従来のマー
ク形状を示す模式図、第７図は従来の検出光学系の配置
例を示す模式図である。 １０・・・レチクル（マスク）、１１・・・レチクルマ
ーク（第１のマーク）、１１ａ・・・Ｃｒパターン、１
１ｂ・・・白抜きパターン、２０・・・ウェハ、２１・
・・ウェハマーク（第２のマーク）、２１ａ、〜。 ２ＩＣ・・・直線状パターン、２２・・・テーブル、２
３・・・テーブルマーク（第２のマーク）、３０・・・
縮小投影レンズ、３１．３３・・・ハーフミラ−１３２
゜３４・・・レンズ、３５・・・振動ミラー、３６・・
・スキャナ、３７・・・スリット、３８・・・光電セン
サ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）マスク上に形成されたパターンを投影レンズを介
   してウェハ上に投影露光し、該ウェハ上に所望パターン
   を転写するために予め、マスク上に設けられた第１のマ
   ークを通してウェハ上或いは該ウェハを載置したテーブ
   ル上に設けられた第２のマークを照明し、該第２のマー
   クからの反射光を第１のマークを通して光電検出器に導
   き、該検出器で得られた検出信号に基づいて上記マスク
   とウェハとの相対位置を合わせるマスク・ウェハの位置
   合わせ方法において、前記第２のマークとして少なくと
   も一対の直線状パターンを軸対称に配置すると共に、前
   記第１のマークとして上記直線状パターンを観察できる
   一対のスリット状の透明部を所定の位置関係に設けてお
   き、前記光電検出器により前記第２のマークの直線状パ
   ターンの像を該パターンの対称軸に関して一方側と他方
   側とで独立に検出し、これらの検出信号の差をマスク・
   ウェハの相対位置ずれ情報として用いることを特徴とす
   るマスク・ウェハの位置合わせ方法。
2. （２）前記第２のマークを照明する照明光として、投影
   露光に使用する露光光或いは該露光光と等しい波長の光
   を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   マスク・ウェハの位置合わせ方法。
3. （３）前記光電検出器は１個であり、前記第２のマーク
   からの前記一方側及び他方側の直線状パターンの像を、
   振動ミラーによって該検出器に交互に入射させることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のマスク・ウェハ
   の位置合わせ方法。
4. （４）前記第１のマークのパターンは、第１のパターン
   と第２のパターンとの軸対称間隔を転写面上寸法で略直
   線状パターン幅或いはスリット状幅の差を持って配置さ
   れた所定の位置関係であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１記載のマスク・ウェハの位置合わせ方法。
5. （５）前記テーブル上の第２のマークを投影光学系に対
   して位置決め可能なテーブル測定系を設け、テーブルを
   テーブル測定系に従つて所定の位置まで移動させテーブ
   ル上の第２のマークに対して前記第１のマークを位置合
   わせすることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   マスク・ウェハの位置合わせ方法。