JPS632346A - ワ−ク位置検出方法およびその位置検出装置ならびにワ−ク - 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〕 本発明はワーク位置検出技術、特に半導体装置製造にお
ける露光技術に適用して有効な技術に関する。

〔従来の技術〕

半導体製品の集積度向上によって、回路パターンは一層
微細化が図られている。そして、ＩＣパターンの最小線
幅は３ｐｍ、　　２１ｔｍを経てＩｔｔｍ以下になろう
としている。このような状況下における露光技術におい
て、縮小投影露光技術が登場してきている。この縮小投
影露光技術は、ステップ・アンド・リピートを繰り返し
ながら、レチクルのパターンをレンズによって縮小し、
直接ウェハ（半導体薄板）の−部に順次投影して、ウェ
ハの全体にパターンを転写する技術である。

縮小投影露光については、たとえば、工業調査会発行「
電子材料Ｊ　１９８３年３月号、昭和５８年３月１日発
行、Ｐ７２〜Ｐ７８に記載されている。この文献には、
ウェハ主面のホトレジストを所定位置に正確に露光する
ためには、レチクルに対する相対的な位置を正確に合わ
せる必要があり、このための位置合わせ（アライメント
）としては、ウェハの周縁の直線的なオリエンテーショ
ンフラット等を利用する第１段階の粗合わせ、ウェハの
主面の一部に設けられたプリアライメントマークを利用
してウェハ全体の位置を合わせる第２段階の粗合わせ（
ウェハアライメント：グローバルアライメントとも称す
る。）、１シヨツトの感光領域（フィールド）の周縁に
設けられたフィールドアライメントマークを利用しての
高精度位置合わせ（フィールドアライメント：ダイバイ
ダイアライメントとも称する。）がある旨記載されてい
る。

また、位置合わせ用の光源としては、レーザ光や水銀灯
光にフィルターを通し得られた単一波長光が使用されて
いる。

一方、日立評論社発行「日立評論４１９８３年第７号、
昭和５８年７月２５日発行、Ｐ９〜Ｐ１２には、１／１
０縮小投影露光装置が紹介されている。この文献には、
自動焦点機構として、ウェハ上パターンの結像信号を利
用する方式や赤外線（レーザ光など）の反射を利用する
方式にあっては、ウェハ表面に形成される層に、たとえ
ば、Ｓｌ　０ｘ　＊　　Ｓ　ｉ　３　Ｎ４等の透明層が
存在すると、検出誤差を生じ、そのつど補正が必要どな
ってくる旨記載されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のように、光学的位置検出は、マーク部分に透明層
がある場合は、検出誤差が生じる。この点について分析
検討した結果、本発明によって次のようなことがあきら
かにされた。

すなわち、−般にマークはウェハ主面に設けられた被膜
を部分的にエツチングすることによって形成されている
。位置検出時はこれにホトレジストと呼ばれる被膜が設
けられている。マークが凹パターンの場合と凸パターン
の場合では、真の位置に対する検出による見かけ上の位
置の現れる傾向（方向）が相互に逆に現れることが分か
った。

凹パターンマークの場合は、たとえば、第６図に示され
るように、検出による見かけ上の位置はウェハ１の中央
に向かうように現れ、凸パターンマークの場合は、第７
図に示されるように、検出による見かけ上の位置はウェ
ハ１の周縁に向かうように現れる。このような真の位置
に対する見かけ上の位置の現れかたは、露光時の光の波
長と、ウェハ１の主面に設けられたホトレジスト膜の厚
さによって変化し、ある場合はウェハ１の中央に向かっ
てずれ、ある場合はウェハ１の周縁に向がってずれるが
、凹パターンマークと凸パターンマークの場合では、第
６図および第７図に示されるように、全く逆に現れるこ
とが判明した。なお、矢印の長さは、ずれの程度の大小
を現し、矢印が長い程ずれは大きい。

これは、第１図に示されるように、ウェハ１の主面に設
けられるホトレジスト膜２が、−般にスピンナー塗布方
法によって形成されることに起因することが分かった。

スピンナー塗布では、ウェハｌを高速で回転させた状態
で、ウェハ１の主面にホトレジストを所望量滴下するが
、滴下されたホトレジストはウェハ１の主面上を周縁に
向かって拡がる。この際、ホトレジストはウェハ１の周
面に凸部５や凹部３が存在すると、第１図に示されるよ
うに、凹部３ではホトレジストの流れの後ろ側で部分的
に低く薄くなり、凸部５ではホトレジストの流の手前側
が低く薄くかつ後ろ側が盛り上がる。この結果、露光に
使用される光がコヒ−レントなレーザ光であることもあ
って、顕著に干渉が生じ、ホトレジスト膜２の薄い部分
側が明るくあるいは暗くなり、同図の破線で示される検
出による見かけ上の位置Ａ’、Ｂ’は、−点鎖線で示さ
れるＡ、Ｂなる真の位置からずれてしまう。

そして、このずれ量は、たとえば、ａあるいはｂとなり
、かつそのずれ方向は＋ａ、−ｂと全く逆となる。

本発明の目的は精度の高い位置検出技術を提供すること
にある。

本発明の他の目的は重ね合わせ精度が高い縮小投影露光
技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明の位置抄出にあっては、ウェハ周面に
設けられる位置検出用のマークを近接した一対の凹パタ
ーンマークと凸パターンマークとしておくとともに、光
学系でこれら一対のマークの位置ずれ状態を検出し、か
つこれらの位置ずれ状態の平均化によってウェハの位置
ずれ、あるいはフィールドの位置ずれを求める。また、
この位置ずれを修正するように、ウェハをレチクルに対
して相対的に移動調整して露光を行う。

〔作用〕

上記した手段によれば、本発明の位置検出にあっては、
見かけ上の位置の誤差がそれぞれ異なる凹パターンマー
クと凸パターンマークとを検出し、かつこれらマークの
位置ずれ状態から、平均化したウェハの位置ずれを求め
るため、精度の高い位置検出が行える。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の一実施例について説明する
。

第１図は本発明の一実施例によるウェハの位置検出方法
を示す模式図、第２図は同じく本発明の位置検出装置を
組み込んだ縮小投影露光装置を示す模式図、第３図は同
じくウェハの平面図、第４図は同じくウェハ主面に設け
られたマークを示す拡大平面図、第５図は同じくマーク
部分を示す拡大断面図、第６図は凹パターンマークにお
ける誤差状態を示す模式図、第７図は凸パターンマーク
における誤差状態を示す模式図である。

本発明によるウェハｌは、第３図および第４図に示され
るようになっている。

すなわち、ウェハ１は、第１図に示されるように、縦横
にスクライブライン７を有していて、スクライブライン
７で取り囲まれた領域がチップ領域（フィールド）８と
なっている。このフィールド８にホトリソグラフィによ
って順次所望のパターンが形成される。前記フィールド
８を区画するスクライブライン７部分には、第４図に示
されるように、−対のマーク９が設けられている。この
−対のマーク９は、第５図に示されるように、ウェハ１
の主面に設けられた凹部３および凸部５によって形成さ
れ、凹パターンマーク４．凸パターンマーク６となって
いる。なお、ウェハ１の主面にはホトレジスト膜２が設
けられている。第５図では、ホトレジスト膜２は一定の
厚で示されている。

このようなウェハ１に対して露光を行う露光装置は、た
とえば、第２図に糸されるような構造となっている。こ
の実施例では、たとえば、縮小レンズを通して位置検出
を行うＴＴＬ（Ｔｈｒｏｕ−ｇｈ　　Ｔｈｅ　　Ｌｅｎ
ｓ）構造の縮小投影露光装置に本発明を適用した例につ
いて説明する。

この縮小投影露光装置は、前記ウェハ１を載置するステ
ージ１０を有している。このステージＩＯは平面ＸＹ力
方向高精度に制御され、かつレーザ測長系等によって高
精度に位置決めされる。また、前記ステージ１０の上方
には光学系が設けられている。この光学系は、たとえば
、水銀ランプ１１から発光された単色光１２を縮小レン
ズ１３で、たとえば、１／１０に絞り、ステージｌＯ上
のウェハ１主面に照射するようになっている。また、前
記水銀ランプ１１と縮小レンズ１３との間にはレチクル
１４が配設される。したがって、前記レチクル１４のパ
ターンが１／１０となってウェハ１に投射される。

また、前記レチクル１４の一部にはレチクル側マーク１
５が設けられている。このレチクル側マーク１５の斜め
上方には、位置検出用の光学系１６が配設され、前記レ
チクル側マーク１５とステージ１０上のウェハ１のマー
ク９とを検出するようになっている。また、前記光学系
１６によって検出された検出情報は、画像処理回路１７
に送られて二値化される。また、この画像処理回路１７
によって得られた情報は制′４′ｎ装置」８に送られる
。

前記制御装置１８は装置各部を制御する。また、この制
御装置１８には、演算回路１９が接続されている。この
演算回路１９は、前記ウェハ１の一対のマーク９から得
られた情報に基づいて、ウェハ１におけるフィールド８
の位置を演算して求めるようになっている。

つぎに、ウェハｌの位置検出、すなわち、アライメント
について説明する。

前記ステージ１０上のウェハ１のマーク９とレチクル１
４のレチクル側マーク１５とを光学系１６で検出する。

なお、光学系１６の走査は、第６図の一点鎖線に示され
るように行われる。

この検出によって、第１図に示されるように、凹パター
ンマーク４と凸パターンマーク６の検出による見かけ上
の位置（マーク中心）を求める。

この見かけ上の位置は、破線で示される位置Ａ′。

Ｂ′となる。これに対して、真の位置、すなわち、レチ
クル側マーク１５の位置は一点鎖線で示されるように、
Ａ、　　Ｂとなる。検出によって得られた見かけ上の位
置は、前述のようにウェハ１の主面の凹部３および凸部
５の平面状態によってホトレジスト膜２の厚さが変化し
ているため１．実際とは異なっている。

そこで、レチクル：４に対するウェハ１の位置ずれ量α
は、−対の凸部凹パターンマーク４および凸パターンマ
ーク６の位置ずれ量を平均化することによって求められ
る。

すなわち、αは次式で与えられる。

（ａ）＋　　（−ｂ） α＝　　　　　　　　　　　　　　　・　・　・　（１
）前記凹パターンマーク４および凸パターンマーク６の
検出情報は、前記画像処理回路１７．演算回路１９によ
って処理され、前記αが求められる。

つぎに、前記制御装置１８によってウェハ１がレチクル
１４に対して相対的に移動修正され、０゜１μｍと高精
度なアライメントが行われる。

このような実施例によれば、っぎのような効果が得られ
る。

（１）本発明の位置検出によれば、凹パターンマークと
凸パターンマークを一対とするマークを検出し、これら
の情報に基づいてウェハの位置を検出するため、ウェハ
の主面のホトレジスト膜の如何に係わらず、高精度な位
置検出が行えるという効果が得られる。

（２）上記（１）により、本発明によれば、縮小投影露
光において高精度なアライメントが行えるという効果が
得られる。

（３）上記（２）により、本発明によれば、高精度なア
ライメントが行えることから、より微細な露光も可能と
なり、半導体装置の高集積化、高密度化が達成できると
いう効果が得られる。

（４）上記（２）により、本発明によれば、高精度なア
ライメントが行えることから、露光の歩留りが向上する
という効果が得られる。

きるという効果が得られる。

（５）本発明のウェハは一対の凹パターンマークおよび
凸パターンマークを位置検出用のマークとしているため
、この両者のマークに基づいて高精度な位置検出が行え
るという効果が得られる。

（６）上記（５）により、本発明のウェハは、高精度の
位置検出が行えることから、パターンの微細化が可能と
なるという効果が得られる。

（７）上記（１）〜（６）により、本発明によれば、高
精度な位置合わせが行えることから、品質の優れた半導
体装置を再現性良く製造できるという効果が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。たとえば、ウェハ１の位
置を求める方法の他の例としては、第８図に示されるよ
うに、凹パターンマーク４の見かけ上の位置Ａ′と、凸
パターンマーク６の見かけ上の位置Ｂ′との中間の位置
Ｏ′が、レチクル側マーク１５の真の位置Ａ、　　Ｂの
中間の位置０に対してどれ程ずれているか（ずれ量α）
を求めるようにしてもよい。

また、ウェハ１の主面に設ける凹パターンマーク４およ
び凸パターンマーク６からなる一対のマーク９を、第９
図に示されるように、並列に設けてもよい。この場合は
、それぞれの凹パターンマーク４および凸パターンマー
ク６を検出するために、２＆Ｉｌの光学系１６を必要と
する。この場合は、検出された位置Ａ’、Ｂ’の中間の
位置が真の位置となる。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である半導体装置製造にお
ける露光技術に適用した場合について説明したが、それ
に限定されるものではない。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。

本発明の位置検出にあっては、ウェハ周面に設けられる
位置検出用のマークを近接した一対の凹パターンマーク
と凸パターンマークとしておくとともに、光学系でこれ
ら一対のマークの位置ずれ状態を検出し、かつこれらの
位置ずれ状態の平均化によってウェハの位置ずれ、ある
いはフィールドの位置ずれを求める。また、この位置ず
れを修正するように、ウェハをレチクルに対して相対的
に移動調整して露光を行う。したがって、本発明の位置
検出にあっては、見かけ上の位置の誤差がそれぞれ異な
る凹パターンマークと凸パターンマークとを検出し、か
つこれらマークの位置ずれ状態から、平均化したウェハ
の位置ずれを求めるため、精度の高い位置検出が行える
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるウェハの位置検出方法
を示す模式図、 第２図は同じく本発明の位置検出装置を組み込んだ縮小
投影露光装置を示す模式図、 第３図は同じくウェハの平面図、 第４図は同じくウェハ主面に設けられたマークを示す拡
大平面図、 第５図は同じくマーク部分を示す拡大断面図、第６図は
凹パターンマークにおける誤差状態を示す模式図、 第７図は凸パターンマークにおける誤差状態を示す模式
図、 第８圀は本発明の他の実施例によるウェハの位置検出方
法を示す模式図、 第９図は本発明の他の実施例によるウェハ主面に設けら
れたマークを示す拡大平面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ワークの主面に設けられたマークを光学系で検出す
   ることによってワークの位置を検出する光学的位置検出
   方法であって、前記ワーク主面に凹パターンおよび凸パ
   ターンからなる一対のマークを設けておく工程と、前記
   凹パターンおよび凸パターンの検出情報によってワーク
   の位置を検出することを特徴とする位置検出方法。 ２、前記凹パターンと凸パターンの位置ずれ値の平均値
   をワークの位置ずれ値とすることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の位置検出方法。 ３、主面に検出用マークを有するワークを載置する位置
   制御可能なステージと、前記ステージ上のワーク主面の
   マークを検出する光学系と、前記光学系による検出情報
   を二値化する画像処理回路と、前記画像処理回路によっ
   て得られた一対の凹凸パターンマーク位置情報からワー
   ク位置のずれ量を求める演算回路と、前記各部を制御す
   る制御装置と、を有することを特徴とする位置検出装置
   。 ４、主面に透明な被膜を有するワークであって、前記ワ
   ークの主面には近接した一対の凹凸パターンからなるマ
   ークが設けられていることを特徴とするワーク。 ５、前記ワークは主面に一対のマーク用の凹凸パターン
   を有する半導体基板と、この半導体基板の主面に設けら
   れたホトレジスト膜とからなっていることを特徴とする
   特許請求の範囲第４項記載のワーク。