JPS63274802A - マ−ク検出方法及び装置 - 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〕 本発明は、合せマーク、特に半導体試料上の合せマーク
の検出に用いられる、マーク検出方法及び装置に関する
ものである。

〔従来の技術〕

半導体用の縮小投影露光装置においては、自動アライメ
ントのために、半導体試料上に設けられている合せマー
クの検出が行われる。

これらの投影露光装置で用いられるレンズは色収差補正
が困難であり、従来から単波長光による露光を前提にし
て設計され、現実に使用されている。そのため合せマー
クの検出にも、単波長光による照明及び検出が採用され
ている。

例えば、特開昭５２−１０９８７５号公報には、光源で
ある水銀灯の光の中からｇ線（波長４３６ｎｍ）を抽出
し、この単波長光で照明し、合せマークを検出する方法
が開示されており、特開昭６０−１３６３１２号公報に
は、照明に単色性に優れたレーザを使用し、合せマーク
を検出する方法が開示されている。

しかし、後述するように単波長光による検出には不十分
な欠点があるため、これを補うものとして、特開昭６０
−８０２２３号公報には、２種類の単波長光により検出
し、後に両者による検出像を加算する方法が開示されて
いる。

〔発明が解決しようとする問題点〕 以上のような合せマークの検出方法の対象としている半
導体試料、すなわち、半導体用ウェハの表面には、多層
薄膜やレジストが付けられており、これらには微視的お
よび巨視的な凹凸やむらが残っている。

従って、照明に単波長光を使用する方法では、入射した
単波長光がこの薄膜やレジスト内で多重干渉を起こす。

このため薄膜やレジストの凹凸およびむらの影響が顕著
に表われマークの検出精度が著しく低下し、合せマーク
の検出には不十分であった。

これに対して、２種類の単波長光による検出像を加算す
る方法では、この問題は多少改善されたが未だ十分では
なく、また、この方法では検出に長時間かかるなどの実
用上の問題が残されたままになっている。

本発明の目的は、ウェハ上の薄膜およびレジストの凹凸
やむらの影響を受けることなく、ウェハ上の合せマーク
の位置を正確に検出する方法及び装置を提供することに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

前述の問題点を解決するためにとられた本発明のマーク
検出方法の構成は、投影露光装置のステージにセットし
た試料を光で照明し、該試料上に設けられている合せマ
ークを検出する方法において、少なくとも３波長の光又
はこれらの光を含む光で前記試料を照明し、前記合せマ
ークがらの反射光を分光し、分光された前記少なくとも
３波長の反射光の光学的光路長を変え、該各波長の反射
光を同一面上に結像させることを特徴とし、本発明のマ
ーク検出装置は、投影露光装置のステージにセットした
試料を光で照明し、該試料上に設けられている合せマー
クを検出する装置において、少なくとも３波長の光又は
これらの光を含む光の発生手段と、眩光の発生手段の発
生する光が前記合せマークに照射され反射する光を干渉
フィルタ又は色ガラスフィルタを使用してなる反射光を
分光する手段及び平行板ガラスよりなる光学的光路長を
変える手段よりなり前記各波長の反射光を同一面上に結
像させる光路長補正フィルタと、該光路長補正フィルタ
の切換えにより時経列的に変化する実像を一定時間蓄積
する蓄積形検出器とを有していることを特徴とするもの
である。

すなわち、例えば白色光で照明し、検出側の光路中に、
例えば干渉フィルタと平行板ガラスを一体にした光路長
補正フィルタを３個以上時経列的に挿入し、蓄積形の検
出器で実像を検出することにより目的を達成することが
できる。

〔作用〕

露光装置の投影レンズには色収差があるため、照明及び
検出の波長によって結像位置が変化する。

一般には長波長光の時には遠方に結像し、短波長光の時
には近い所に結像する。

一方、干渉フィルタは白色光の中から特定の波長の光を
抽出する働きをし、これと一体にして設けた平行板ガラ
スはこの波長光での結像の位置を更に遠方にシフトする
働きをする。

従って、このように干渉フィルタと、これによって抽出
された波長の光に適した厚さの平行板ガラスを数種類作
り、これらを一体にして時経列的に挿入することによっ
て、波長の異なる複数の光について常に同じ位置に実像
を作ることができる。

そして、このように波長の異なる３つ以上の光で試料を
照明することによって薄膜やレジストの凹凸およびむら
の影響を除去することができるので、合せマークの位置
を正確に検出することができる。

〔実施例〕

以下、実施例について説明する。

第１図は一実施例の説明図で、１は白色光ランプ、２は
コリメータレンズ、３は縮小投影レンズ、４はウェハ、
５はウェハ４上の合せマーク（以下実施例においてはマ
ークと称する）、６はコリメータレンズ２と縮小投影レ
ンズ３との間に設けられているハーフミラ−１７はハー
フミラ−６で反射した１つの波長の光の結像する点、８
はリレーレンズ、９は回転形光路長補正フィルタ、１０
は蓄積形検出器、１１は蓄積形検出器１０の撮像面、１
２はモニタ像を示し、第１図の下部にはハーフミラ−６
で反射した他の波長の光の結像状態が図示しである。９
ａ、９ｂは回転形光路長補正フィルタを構成する光路長
補正フィルタを示している。

第２図は回転形光路長補正フィルタ９の平面図で、光路
長補正フィルタ９ａ、９ｂ、９ｃ・・・が円周上に配置
されており、各光路長補正フィルタ９ａ。

９ｂ、９ｃ・・・は、第３図に示す如く、干渉フィルタ
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ・・・及び平行板ガラス１４ｂ
、１４ｃ・・・を一体にして構成されている。

すなわち、この回転形光路長補正フィルタ９は８種類の
波長の光（λ１．λ２．λ３・・・λδ）（例えば、λ
１〉λ２〉・・・λ６）を抽出してそれぞれの実像を蓄
積形検出器１０の撮像面１１に結像するようになってい
る。第３図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は波長λ１．λ２．
λ３用の光路長補正フィルタ９ａ、９ｂ、９ｃを示して
おり、例えば光路長補正フィルタ９ａは波長λ１を通す
干渉フィルタ１３ａからなり、光路長補正フィルタ９ｂ
は波長λ３を通す干渉フィルタ１３ｂとより厚く作られ
た平行板ガラス１４ｂとからなり光路長補正フィルタ９
ａと同様に作用する。その他の光路長補正フィルタも同
様に構成されるに の実施例のマーク検出装置では、白色光ランプ１の光を
コリメータレンズ２で集光して、縮小投影レンズ３を介
してウェハ４上のマーク５を照明する。マーク５からの
反射光を縮小投影レンズ３で集光し、ハーフミラ−６で
反射させて点７に結像させる。これを更にリレーレンズ
８を用いて、蓄積形検出器１０の撮像面１１に結像させ
る。この光路中に干渉フィルタと平行板ガラスから成る
回転形光路長補正フィルタ９を挿入する。

第４図はウェハの正面図、第５図は第４図のＡ−Ａ断面
図で、ウェハ４上のマーク５の配置を示したものである
。マーク５はウェハ４上のダイシングエリア４ａ、４ｂ
を横切る形で直線状のマーク５が１チツプに１対（左側
と上側）の割合で配置されている。そして、マーク５は
シリコンよりなるウェハ４の上に作られている多層の薄
膜１５中に溝１６の形で作られている。この溝１６の形
で作られているマーク５を検出した像を、例えばＴＶモ
ニタで観察すると、第１図のに示したモニタ像１２が得
られる。

第１図には、前述の如く、ウェハ４上のマーク５から反
射してきた光がハーフミラ−６で反射しリレーレンズ８
に向う二つの光路を一つは実線、他の一つは破線で示し
である。すなわち、ハーフミラ−６で反射した光のうち
波長λ１の光によるマーク５の実像は点７に作られ、リ
レーレンズ８による実像は光路長補正フィルタ９ａを通
って蓄積形検出器１０の撮像面１１に結像し、実線が検
出され、ハーフミラ−６で反射した光のうち波長λ２の
光によるマーク５の実像は点１７につくられ、リレーレ
ンズ８による実像は点１８に結像するが、光路長補正フ
ィルタ９ｂを通れば実像の位置は点１９になるため、撮
像面１１上に結像し、実像か検出される。このような状
態は、回転形光路長補正フィルタ９を構成する他の各光
路長補正フィルタ９ｃ・・・においても同様で、回転形
晃路長補正フィルタ９が一回転する間に、（蓄積形検出
器１０が一回走査（又は一画面走査）するようにして、
両者の同期をとっておけば、波長λ１．λ２゜・・・λ
８における画像をすべて加算した結果を得ることができ
る。

更に光が弱くて蓄積形検出器１ｏによる検出が困難な場
合には、第１図と同一部分は同一符号で示しである第６
図に示されているように、回転形光路長補正フィルタ９
と蓄積形検出器１０との間にシリンドリカルレンズ２０
を挿入すれば、画像はモニタ画像２１に示されているよ
うに上下方向に圧縮されて、実像面上の照度は１０倍以
上強くなり、検出が容易になる。

ここで、特開昭６０−８０２２３号公報に開示されてい
る方法とこの実施例の方法とを比較する。第７゜第８、
及び第９図は、それぞれ単色光、二色光及び白色光で照
明したときの反射光強度（計算値）を示したもので、横
軸にレジスト及び薄膜１５（第５図参照）の厚さ、縦軸
に反射光の強度をとっである。

第７図はｅ線（波長５４６ｎｍ）で照明した時の状態を
計算したものである。単波長の光で照明したためにレジ
スト及び薄膜内で干渉が生じ、レジスト及び薄膜の厚さ
の変化に伴って反射光が周期的に変化していることがわ
かる。第８図はｅ線（波長５４６ｎｍ）で照明した時の
反射光と、ｄ線（波長５７７ｎｍ）で照明した時の反射
光を合成したものである。特開昭６０−８０２２３号公
報に開示されている方法では、これらの信号を加算して
レジスト及び薄膜の凹凸やむらの影響を低減する検出法
としているが、適用できるのは、反射光の変化が第７図
の場合の２０％になっているレジスト及び薄膜の厚さが
０．９〜１．４μｍ程度の場合に限られ、それ以外の領
域では反射光の変化が大きくなっており、２つの波長の
光を使用した効果がなくなっていることがわかる。

第９図は、この実施例の場合で、４つの波長の光で照射
した時の反射光強度を示している。

光源１として白色光ランプであるキセノンランプを使用
し、この光の中の３つ以上の波長の光を使用する。第８
図と比較するために、ｅ線（５４６ｎｍ）、ｄ線（５７
７ｎｍ）の波長の光を生かし、これに４８４ｎｍと５１
５ｎｍの波長の光による反射光を抽出して加算した結果
を示す。キセノンランプの光は白色光であるから任意の
波長の光が選択できるが、ここでは−例として等間隔（
波長差３１ｎｍ）に４８４，５１５，５４６，５７７ｎ
ｍの波長の光を抽出している。実際にはそれぞれ４８２
〜４８６ｎｍ、５１３〜５１７ｎｍ、５４４〜５４８ｎ
ｍ、５７５〜５７９ｎｍの光を抽出している。

第９図によると、レジスト及び薄膜１５の厚さが０．４
〜２．３μｍの領域に亘って１反射光の変化は第７図の
場合の２０％になっており、レジスト及び薄膜１５の厚
さに凹凸及びむらがあっても。

反射光が余り変化しないことがわかる。

この実施例では４つの波長の光を使用したが、光の数は
多い程白色光に近づくので望ましいことは勿論である。

以下にこれを実現する具体的な例を示す。第１０図は第
２図の回転形光路長補正フィルタ９の１例で、光路長補
正フィルタ９１．９ｍ、９ｎ。

９ｏに、それぞれ、４８２〜４８６，５１３〜５１７．
５４４〜５４８，５７５〜５７９ｎｍの波長の光を通す
干渉フィルタを用い、これらの干渉フィルタにそれぞれ
の光路長を補正する平行板ガラスを貼り合せて配置した
ものである。これを第１図の回転形光路長補正フィルタ
９の場所にセットして回転させる。この時、回転形光路
長補正フィルタ９の符号２２で示した点（点２２と称す
る、以下同じ）が点２３まで回転する間に蓄積形検出器
１０の一画面走査が完了し、信号をメモリに転送する。

以下同様に点２３〜点２４２点２４〜点２５、点２５〜
点２２の間にそれぞれ一両面走査が完了するので、合計
４画面の走査が完了する。

それぞれの画面を第１１図でメモリ２６〜メモリ２９に
入力する。その後これらのメモリの組み合せを組み合せ
指令器３ｏで指示して、必要なメモリ中の信号のみを抽
出して加算器３１で加算し、信号３２を得る。以上の処
理によって任意の波長光で照明した時の信号の合成信号
が自由に得られる。

本実施例によれば、４つの波長で得た画像を加算して検
出するため、白色光で検出したのと同じ（疑似白色光）
効果の実像が得られる。第１２図は本発明による検出画
像の信号であり、第１３図は従来の単波長光で検出して
画像の信号である。

これらの図で、横軸及び縦軸には、それぞれ位置及び出
力信号がとっである。第１３図ではマークの中心位置を
求めることが困難であるが、第１２図では二つの各信号
の中間を求めることによって、容易に且つ正確にマーク
の中心位置を求めることができる。

更にマーク上にＡＱを蒸着したウェハの場合には、従来
の検出方式ではスペックルノイズの影響のためにマーク
の検出が困難だったが、本発明によってこの問題もなく
なり、半導体製造上の全工程でのマーク検出が可能とな
るなどの効果がある。

〔発明の効果〕

本発明は、ウェハ上の薄膜およびレジストの凹凸やむら
の影響を受けることなく、ウェハ上の合せマークの位置
を正確に検出する方法及び装置を提供可能とするもので
、産業上の効果の大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のマーク検出方法の一実施例の説明図、
第２図は第１図の要部の平面図、第３図は第２図のそれ
ぞれ異なる要部の断面図、第４図はウェハ上の合せマー
クの説明図、第５図は第４図のＡ−Ａ断面図、第６図は
本発明のマーク検出方法の他の実施例の説明図、第７図
及び第８図は従来のマーク検出方法における反射光強度
を示す線図、第９図は本発明のマーク検出方法における
反射光強度を示す線図、第１０図は本発明のマーク検出
方法の他の実施例の要部の平面図、第１１図は同じく第
１０図の実施例における信号の処理方法の説明図、第１
２図は同じく出力信号の状態を示す線図、第１３図は従
来のマーク検出方法における出力信号の状態を示す線図
である。 １・・・白色光ランプ、２・・・コリメータレンズ、３
・・・縮小投影レンズ、４・・・ウェハ、５・・・合せ
マーク、６・・・ハーフミラ−１８・・・リレーレンズ
、９・・・回転形光波長補正フィルタ、９ａ、９ｂ、９
ｃ・・・光波長補正フィルタ、１０・・・蓄積形検出器
、１２・・・モニタ像、１３　ａ　、　　１３　ｂ　、
　　１３　ｃ−干渉フィルタ。 ／−−一白♂？醋ランフ・ ３−・さ偕小ｊ支痕しンス゛ Ｓ−・・ひζマーク 第２図 第Ｊ　国 禍４区 第ム囚 楢’ｒ口 レゾスト艮び“五Ｒ奨今〒コ レ夢ト反に一正′腫へ５２ 第（Ｏ囚 を１（図 第１ｚ口 第１３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、投影露光装置のステージにセットした試料を光で照
   明し、該試料上に設けられている合せマークを検出する
   方法において、少なくとも３波長の光又はこれらの光を
   含む光で前記試料を照明し、前記合せマークからの反射
   光を分光し、分光された前記少なくとも３波長の反射光
   の光学的光路長を変え、該各波長の反射光を同一面上に
   結像させることを特徴とするマーク検出方法。 ２、投影露光装置のステージにセットした試料を光で照
   明し、該試料上に設けられている合せマークを検出する
   装置において、少なくとも３波長の光又はこれらの光を
   含む光の発生手段と、該光の発生手段の発生する光が前
   記合せマークに照射され反射する光を干渉フィルタ又は
   色ガラスフィルタを使用してなる反射光を分光する手段
   及び平行板ガラスよりなる光学的光路長を変える手段よ
   りなり前記各波長の反射光を同一面上に結像させる光路
   長補正フィルタと、該光路長補正フィルタの切換えによ
   り時経列的に変化する実像を一定時間蓄積する蓄積形検
   出器とを有していることを特徴とするマーク検出装置。 ３、前記光路長補正フィルタを構成する前記反射光を分
   光する手段と前記光学的光路長を変える手段とが一体を
   なし、これらが少なくとも３個円周状又は直線状に配置
   され、時経列的に切換可能になつている特許請求の範囲
   第２項記載のマーク検出装置。