JPH01230233A - 投影式露光方法およびその装置 - 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〕 本発明は半導体露光用アライメント方法に係り、とくに
レジストの塗布むらが生じた場合のアライメントに好適
な半導体露光用アライメント方法に関する。

〔従来の技術〕

従来の半導体露光用アライメント装置においては、たと
えば特開昭５５−４１７３９号公報に記載され、その要
部を第１３図に示すように、マスク（又はレチクル）■
に描画された回路パターン１２０を縮小投影レンズ２に
より数分の１に縮小し、ウェハ３上に１ないし数チップ
づつ露光するものが提案されている。

一般に、半導体は数種類の回路パターンを順次重ね焼き
して形成される。したがって露光の際にはマスク１上の
回路パターン１２０とウェハ３上に既に形成されている
回路パターン１２１　とを正確に位置合せする必要があ
る。これはアライメント光学系１２４により、マスク１
上のマスクアライメントパターン１２６とウェハ３上の
ウェハアライメントパターン１４を検出し、両パターン
の位置ずれ量をアライメント量としてウェハステージ１
２３にフィードバックすることにより行われる。第１４
図はウェハアライメントパターン１４の拡大図である。

ウェハアライメントパターン１４は凹または凸の段差パ
ターンで構成されており、その上にレジスト５３が塗布
された状態で、アライメント照明光１２２により照明さ
れる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来のアライメント照明光１２２は、露光光と同じ
かもしくはそれに近い波長の単色光であるため、ウェハ
アライメントパターン１４の検出信号はレジスト膜厚に
応じてレジスト内で発生する多重干渉に支配される。し
たがって、たとえば第１５図ｆａｔに示すようにウェハ
アライメントパターン１４の近傍のレジスト膜厚分布が
対称であるならば、その検出信号は第１５図（ト））に
示すように左右対称となる。しかし、第１６図ｆａｔに
示すようにレジスト膜厚分布が非対称の場合は、その検
出信号は第１６図山）に示すように左右非対称となり、
波形の対称性を利用してウェハアライメントパターン１
４の中心位置を求めるアライメント方式では検出精度の
低下、ならびにアライメント精度の低下を招いていた。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決すべく、
レジストの塗布むらの影響を受けずに高精度のアライメ
ントを実現できるようにした半導体露光用アライメント
方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明の半導体露光用アライ
メント方法においては、レチクル上の回路パターンを結
像光学系を介してウェハ上に露光するに先立ってレチク
ルと、ウェハとをアライメントする場合、可干渉性の高
いアライメント照明光によってウェハ上のアライメント
パターンとこのアライメントパターンの近傍に設けたウ
ェハ上の平坦部とを同時に照明し、結像光学系を介して
得られるウェハ上のアライメントパターンからの反射光
とウェハ上の平坦部からの反射光とを光学的に干渉させ
、この干渉によって得られる干渉パターンと、アライメ
ントパターン照明光によって照明されたレチクル上のア
ライメントパターンとをアライメント光学系により検出
し、両パターンの中心位置よりアライメント量を求め、
このアライメント量に基づいてレチクルとウェハとを相
対的にアライメントするものである。

またコントラストを変更するため、ウェハ上のアライメ
ントパターンからの反射光の光路と、ウェハ上の平坦部
からの反射光の光路との間で光路長差を可変するもので
ある。

またアライメントパターンの形状に対応した縞パターン
を得るため、ウェハ上のアライメントパターンからの反
射光の波面およびウェハ上の平坦部からの反射光の波面
のいずれが一方をアライメントパターン位置検出方向と
直交する方向に傾斜させたものである。

またウェハ上のアライメントパターンからの反射光の波
面とウェハ上の平坦部からの反射光の波面との間で位相
の乱れが生じるのを防止するため、ウェハ上のアライメ
ントパターンからの反射光とウェハ上の平坦部からの反
射光とが同一縮小投影レンズを通るものである。

またウェハ上のアライメントパターンからの反射光とウ
ェハ上の平坦部からの反射光とを光学的に干渉させ、か
つコントラストの高い干渉パターンを得るため、アライ
メント照明光は、時間的がつ空間的に可干渉性の高いも
のである。

〔作用〕

まず、本発明の論理的背景について説明する。

すなわち、本発明は、ウェハ上に塗布されたレジストと
空気界面での反射率に比べ、レジストとアライメントパ
ターンを構成する下地基板上の段差パターン界面での反
射率の方が大きいことに着目したものである。アライメ
ントパターンとしてＳｉ段差パターンを想定すれば、通
常レジスト・空気界面での反射率は６％（空気の屈折率
１．０、レジストの屈折率１．６５　＜波長０．５１５
μｍ））程度であるのに対し、レジスト・段差パターン
界面での反射率は２３％（Ｓｉの屈折率４．７５−　ｉ
ｏ、３　　（波長０．５１５μｍ））と４倍近い値を示
す。

そこで、第１７図に示す本発明の原理である光学系を発
明するに至った。すなわち、レーザ光源等の可干渉性光
源（コヒーレント光源）（図示せず）から出射された照
明光５０は、縮小投影レンズ２を介してウェハ上のアラ
イメントパターン１４部分Ａとその近傍に設けた平坦部
Ｂを同時に照明する。

アライメントパターン１４ば下地基板５２上に段差パタ
ーンとして形成されており、その上にレジスト５３が塗
布されたものとなっている。ここで、アライメントパタ
ーン１４部分Ａからの反射光５４と平坦部Ｂからの反射
光５５を何らかの方法で重ね合せ、その光路を一致させ
れば、両反射光は互いに干渉し、結果として干渉パター
ンが得られる（図示せず）。第１８図は、アライメント
パターン１４部分Ａ、および平坦部Ｂに入射される照明
光５０の入射状態を示したものである。照明光５０のビ
ーム形状は、ＡおよびＢ部を同時に照明すべくｙ方向に
細長い長円形となっている。

つぎに第１９図乃至第２２図により干渉パターンについ
て説明する。

第１９図に示すように、干渉パターンは、上記各界面で
の反射率により、主としてＡ部における段差パターンと
レジスト５３との界面からの反射光５４ｂと、Ｂ部にお
ける下地基板５２とレジスト５３との界面１３１からの
反射光５５ｂとの干渉による影響が最も強い。そのため
この干渉パターンは、アライメントパターン１４の段差
部において段差深さｅだけ位相が変化することに起因し
て大きな信号変化を有する。すなわち、相対的にレジス
ト５３の膜厚ｄ　（ｘ、ｙ）に起因する干渉の影響は小
さくなるわけである。すなわち、本発明の主たる特徴は
、平坦部Ｂからの反射光を参照光として、アライメント
パターン１４部分Ａからの反射光と、干渉させることに
よりアライメントパターン１４の段差情報を高精度に抽
出する点である。

したがって、この干渉パターンとレチクル上のアライメ
ントパターン（図示せず）とを拡大レンズおよび↑最像
装置を備えたアライメント光学系（図示せず）により検
出し、両パターンの中心位置よりアライメント量を求め
れば、レチクルとウェハとを高精度で相対的にアライメ
ントすることができる。

上記干渉パターンについてさらに詳細に説明する。第１
９図において、Ａ部におけるレジスト５３表面からの反
射光５４ａの強度を１．い同じく下地基板５２上の段差
パターンとレジスト５３との界面１３０からの反射光５
４ｂの強度をＩｓｌとし、一方Ｂ部におけるレジスト５
３表面からの反射光５５ａの強度をＩｒ４、同じく下地
基板５２とレジスト５３との界面１３１からの反射光５
５ｂの強度をＩｉ２とする。これら４つの反射光による
干渉パターンの強度分布■（ｘ、　　ｙ）は、近似的に
弐（１１で与えられる。

Ｉ（ｘ、　ｙ）　＝　（Ｌ＋＋Ｉｔ＋＋Ｉｒｚ＋Ｔｉｚ
）＋２訂ｒ＋’　Ｉｓｌ、ＣＯ！！　ｌ　””　””　
’λ ＋’ｌ　尤コフｃｏｓ　１４１ ・・・・・・・・−・・・・イ１） ただし、λはアライメント照明光の波長を、ｎ、は空気
の屈折率を、ｎ、はレジストの屈折率を示す。

この式（１１の第１項は干渉強度の直流成分を与えてお
り、また、第２項は反射光５４ａと反射光５４ｂとの干
渉成分を、第３項は反射光５４ａと反射光５５ａとの干
渉成分を、第４項は反射光５４ａと反射光５５ｂとの干
渉成分を、第５項は反射光５４ｂと反射光５５ａとの干
渉成分を、第６項は反射光５４ｂと反射光５５ｂとの干
渉成分を、第７項は反射光５５ａと反射光５５ｂとの干
渉成分をそれぞれ与えている。

ここで、照明光５０’および５０“の強度を１、ｎ、　
＝　Ｌ　ｎ、　＝１．６５　（λ＝０．５１５　μｍ）
　、レジスト５３表面の反射率を６％、下地基板５２（
Ｓｉと仮定）とレジスト５３との界面１３０．１３１の
反射率を２３％とすると、式（１）の第１項は第５図に
おいて直線５６として示され、また、第３項は曲線５７
として、第２項、第４項、第５項は曲線５８として、第
６項は曲線５９としてそれぞれ示される。なお、第７項
はレジスト膜厚ｄ０に応じた定数となり、干渉パターン
の強度分布には影響しない。第２０図より、干渉パター
ンの強度分布には、式（１）における第６項、すなわち
、Ａ部における段差パターン・レジスト５３界面１３０
からの反射光５４ｂと、Ｂ部における下地基板５２・レ
ジスト５３界面１３１からの反射光５５ｂとの干渉によ
る影響が最も強く現われていることが理解される。これ
は界面１３０および１３１での反射率がレジスト表面で
の反射率よりも４倍近く高くためである。この結果、ア
ライメントパターン１４の段差部で、段差深さｅだけ位
相が変化することに起因して、干渉パターンは大きな信
号変化を生じる。したがって相対的にレジスト５３の膜
厚分布ｄ　（ｘ、ｙ）に起因する干渉〔式（１）におけ
る第２項乃至第５項〕の影響は小さくなる。

第２１図（ａ）に示すように、アライメントパターン１
４の段差部でホトレジスト５３の膜厚分布が左右非対称
となっている場合には、従来のアライメント方式では、
アライメントパターン１４からの反射光強度分布６０が
第２１図（ｂ）に示すように左右非対称となり、波形の
対称性を利用してパターンの中心位置を求める方法では
、真のパターン中心位置ｘ１に対しｘ４をパターン中心
位置とみなしてしまい、検出誤差ｅつを生じてしまう。

しかし、本発明によれば・得られる干渉パターンの強度
分布６１は第２１図（Ｃ１に示すように、レジスト５３
の膜厚分布にそれ程影響されることなく対称性良好にし
て、しかも高コントラストな波形として得られ、理想的
には真のパターン中心位置ｘ、、を検出し得る。その結
果、レジストの膜厚および塗布むらに起因したアライメ
ント精度の低下が除去される。

なお、本発明は、アライメントパターンが第２２図に示
すように、Ｓｉ基板５２の段差パターン上にＳｉＯ□６
４．５ｆ３Ｎｔ６５の各透明層が形成されたものとして
構成されている場合にも適用可能である。これは、入射
光５０’および５０”に対してレジスト５３表面、およ
び各層界面からの反射光６２２〜６２ｄ、６３ａ〜６３
ｄのうち最も強度が高いものはＡ部における下地基板（
Ｓｉ）上の段差パターン・Ｓ　ｉ　Ｏｚ　６４界面１４
０からの反射光６２ｄとＢ部における下地基板（Ｓｉ）
５２・Ｓ　ｉ　０２６４界面１４１からの反射光６３ｄ
であるからである。したがって、得られる干渉パターン
の強度分布はＳｉ基板５２の段差部で大きく変化し、レ
ジスト５３の膜厚分布にそれ程影響されずに、先の場合
と同様な効果が得られるものである。

またウェハ上のアライメントパターンからの反射光の光
路と、ウェハ上の平坦部からの反射光の光路との間で光
路長路を可変にしたので、コントラストを変更し、アラ
イメントパターンの段差形状に対応して大きな信号コン
トラストが得られるので、アライメントパターンの位置
の検出精度を向上することができる。

またウェハ上のアライメントパターンからの反射光の波
面およびウェハ上の平坦部からの反射光の波面のいずれ
か一方をアライメントパターン位置検出方向と直交する
方向に傾斜させたので、傾きに対応した縞パターンを得
ることができ、これによって縞パターンがパターンの段
差位置で変化する位置を検出しアライメントパターンの
中心位置を求めることができるので、アライメントパタ
ーンの位置検出精度を向上することができる。

またアライメント照明光は、時間的かつ空間的に可干渉
性の高いので、ウェハ上のアライメントパターンからの
反射光と、ウェハ上の平坦部からの反射光とを光学的に
干渉させ、かつコントラストの高い干渉パターンを得る
ことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の第１の実施例を示す第１図乃至第６図に
より説明する。

第１図に示すように、アライメント光学系１０はアライ
メント照明系２０、干渉光学系３６および検出信号処理
系４８とから構成されている。アライメント照明系２０
は可干渉性光源として使用したＡ、レーザ（波長０．５
１５μｍ）３０からのレーザビームがビームエキスパン
ダ３１により所定のビーム径に拡大されたのち、集光レ
ンズ３２、ミラー３３、ビームスプリッタ３５、リレー
レンズ３６ａを経てレチクルｌ上のミラー３８で反射さ
れ、縮小投影レンズ２の入射瞳２Ｐの中心に入射されて
ウェハ３上のアライメントパターン１４部分Ａおよびそ
の近傍に設けられた平坦部Ｂを同時に照明する。またミ
ラー３３とビームスプリフタ３５との間には視野絞り３
４が設けられている。この視野絞り３４は第２図に示す
ようにＸ方向に細長い長円形状をした開口３４ａを形成
し、この間口３４ａによって長円形にビーム成形された
アライメント照明光５０が第１８図に示すようにアライ
メントパターン１４部分Ａとその近傍に設けられた平坦
部Ｂとを同時に照射している。このアライメント照明光
５０は、平行ビームになっていて、ウェハ３上のＡ部お
よびＢ部からの反射した光はレチクル１上のミラー３８
で反射したのち、レチクル１の下方の位置２００で結像
する。そしてその像は干渉光学系３６のリレーレンズ３
６ａおよびビームスプリンタ３５を経たのち、像分割ミ
ラー３９上に再結像される。ここで平坦部Ｂからの反射
光が像分割ミラー３９上をそのまま透過し、リレーレン
ズ４１ａ、ミラー４４を経てハーフミラ−４２で反射さ
れる。一方、アライメントパターン１４部分Ａからの反
射光は像分割ミラー３９で反射され、ミラー４０、リレ
ーレンズ４１ｂを経てハーフミラ−４２を透過する。両
反射光はハーフミラ−４２で互いに干渉し、アライメン
トパターン１４のパターン形状に対応して発生した干渉
パターンが結像レンズ４６により２次元面体撮像素子４
７上に結像される。

つぎに干渉光学系３６について、第３図に示す拡大図に
より説明する。

この干渉光学系３６は基本的にはマツハ・ワエンダーの
干渉系と同様である。今ウェハ３上の平坦部Ｂの像はリ
レーレンズ３６ａにより４３ａの位置に、またアライメ
ントパターン１４部分Ａの像は４３ｂの位置に結像され
ている。第４図（ａ）は像分割ミラー３９上の２つの像
を示したものである。また像分割ミラー３９は第４図山
）に示すような透過率分布を有している。すなわち、第
４図（ａ）、　（ｂ）に示すように、領域７１では入射
光はそのまま透過し、領域７２では入射光は反射される
。したがってＢ部の像７３は、そのまま透過し、リレー
レンズ４１ａに入射し、またＡ部の像７４は、反射され
リレーレンズ４１ｂに入射する。そしてこの２つの反射
光はハーフミラ−４２において再合成され、光学的に干
渉する。この干渉パターンは結像レンズ４６により２次
元面体撮像素子４７（ウェハ３上と結像関係にある）上
に結像される。第５図（ａ）は２次元面体撮像素子４７
上に結像された干渉パターン７９を示したもので、実線
７７がアライメントパターン１４部分Ａを表し、破線７
８が平坦部Ｂを表している。また８０はアライメントパ
ターン１４の段差部の位相変化に対応して干渉強度が大
きく変化している部分である。第５図（ｂ）は干渉パタ
ーン７９のＸ方向（アライメントパターン位置検出方向
）の強度分布８１を示したものであり、同図から明らか
なようにアライメントパターンの段差形状に対応して大
きな信号コントラストが得られる。なお、ミラー４４は
ピエゾ素子４５により矢印方向に微動可能になっており
、これによって２つの光路間の光路長差を変えることが
でき、その結果第６図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）に示
すように干渉パターン７９のコントラストを任意に変え
ることができる。すなわち、光路長差をΔｌとすると、
ｎｒ の場合は、第６図（ａｌに示すようにパターン周辺部が
暗く、パターン部が明るくなる。またすように、パター
ン部とその周辺部とがほぼ同じｎｒ は、第６図（Ｃ）に示すように、パターン周辺部が明る
く、パターン部が暗くなる。

したがって常に干渉パターン７９の強度分布８１のコン
トラスト８２をモニタし、その値が最大となるようにミ
ラー４４をフィードバック制御することも可能である。

２次元固体撮像素子４７で光電変換された干渉パターン
７９の強度分布情報は、第１図において、前処理回路４
８にてノイズ除去およびＡＤ変換された後、計算機４９
に送られる。計算機４９では、干渉パターン７９の強度
分布情報をアライメントパターン位置検出方向と直交す
る方向（ｙ方向）に圧縮し、第５図（ｂ）に示すと同様
な１次元体号に変換する。

そして、この１次元体号の波形の対称性を利用してウェ
ハ上でのアライメントパターンの中心位置ｘ、（ｘ方向
中心位置）が求められる。つぎに、これと別途得られた
レチクル上でのアライメントパターン（図示せず）の中
心位１ｆｆｌＸｒとの位置ずれよりアライメント量Δと
アライメント方向が求められる。このアライメント量Δ
とアライメント方向に基づき、ステージ４がＸ方向に微
動される。

ｙ方向でのアライメントについても事情は全く同様とな
っている。このようにしてアライメントが終了すれば、
露光系（図示せず）より露光光が照射されることによっ
て、レチクル１上の回路パターンがウェハ３上のチップ
に焼き付けられる。以上のアライメントと露光の動作を
各チップ毎に繰り返す。

以上述べたように、本実施例によれば、既述のようにレ
ジストの膜厚分布に影響されることなく対称性の良好な
アライメントパターン検出信号が得られ、レジストの塗
布むらに起因するアライメント精度の低下を除去するこ
とができる。また、従来のアライメント方式による場合
、レジストの塗布むらだけでな（塗布膜厚そのものによ
ってもアライメントパターン検出信号のコントラストが
大きく変化していたが、本実施例によれば、ミラー４４
を矢印方向（第１図）に微動させることによって干渉強
度を常に第２０図に示す曲線５９の傾斜部分に設定する
ことが可能となり、第６図（ａ）または（Ｃ）に示すよ
うに、検出信号のコントラストを高く保持することがで
きる。さらに本実施例においては、参照光とアライメン
トパターン検出光とが同一の縮小投影レンズ２を通るた
め、両波面の間で位相の乱れを生じることがない。

つぎに本発明の第２実施例を示す第７図について説明す
る。第７図は干渉光学系３６′の他の一例を示すもので
、その他は第１図と同一である。

本実施例と第１の実施例との相違点は、２つの光路間の
光路長差を調整する方法が相違する。すなわち、第１の
実施例では第３図に示すようにミラー４４をピエゾ素子
４５により矢印方向に微動するものであるが、本実施例
では第７図に示すようにミラー４４を固定し、その代り
に、ミラー４４とハーフミラ−４２との光路の途中に２
個で一対のくさび形ガラス８５ａ、８５ｂをその厚さが
均一になるように形成されて挿入している。

つぎにその動作について説明すると、一方のくさび形ガ
ラス８５ａが矢印方向に微動することにより、光路内の
ガラス厚さが変化し、実効的に光路長が変化する。その
ため、２つの光路間の光路長差を任意に変えることがで
き、これによって第１の実施例と同様アライメントパタ
ーンの位置検出精度を向上することができる。

つぎに本発明の第３の実施例を示す第８図および第９図
により説明する。

第８図および第９図は干渉光学系３６″の他の一例を示
すもので、その他は第１図と同一である。

本実施例と、第１の実施例との相違点は、干渉光学系に
おけるアライメントパターン１４部分Ａからの反射光と
平坦部Ｂからの反射光の干渉形態が相違する。すなわち
、第１の実施例（第２の実施例も同様）ではハーフミラ
−４２における２つの反射光の波面が平行になっている
ため、第５図（ａｌに示すようにアライメントパターン
１４のパターン形状に対応した干渉パターン７９が得ら
れる。これに対し、本実施例では、第８図に示すように
、干渉光学系３６″のミラー４４′をアライメントパタ
ーン位置検出方向（Ｘ方向）と直交する方向（Ｘ方向）
にわずかたけ傾けて配置している。そのため、ハーフミ
ラ−４２における２つの反射光の波面は、Ｘ方向に相対
的に傾きをなし、得られる干渉パターンは第９図（ａｌ
に示すように傾きに対応した縞パターン９３となる。こ
こで、この縞パターン９３には、アライメントパターン
１４の段差部において段差深さ分の位相が変化すること
に起因した大きな信号変化が表れている。本実施例にお
いては、アライメントパターン１４の段差部に対応した
この縞パターン９３の信号変化位置を抽出し、その位置
からアライメントパターン１４の中心位置を求める。例
えば２次元面体撮像素子４７の水平走査方向をＸ方向と
一致させておき、第９図（ａ）に示す水平走査信号９４
（第９図（ａｌのＡ−Ａ　’部に対応）に適当なしきい
値をかけ、このしきい値レベルに相当する画素ナンバか
らアライメントパターン１１１の中心位置を求める。ま
た水平走査信号９４の波形の対称性を利用して、アライ
メントパターン１４の中心位置を求めることもできる。

さらに縞パターン９３のＸ方向の周期（性信号）の位相
変化位置よりアライメントパターン１４の中心位置を求
めることもできる。

したがって、本実施例おいても第１の実施例と同様な効
果を得ることができる。

つぎに、本発明の第４の実施例を示す第１０図乃至第１
２図について説明する。

第１０図に示すように、アライメント光学系１０’はア
ライメント照明系２０′干渉光学系３６″、および検出
信号処理系４８から構成されている。アライメント照明
２０′は、可干渉性光源として使用したＡ、レーザ（波
長０．５１５μｍ）３０からの直線偏光レーザビームが
ビームエキスパンダ１０５により所定のビーム径に拡大
されたのち、λ／４板１０６により円偏光ビームとなり
、ビームスプリッタ１０３で反射され、ウォラストン・
プリズム１００を通過するさいにＳ偏光ビーム１１０と
、Ｐ偏光ビーム１１１とに分離される。これら２つのビ
ーム１１０．１１１はそれぞれリレーレンズ９６および
３６を経てレチクル１上のミラー３８で反射され、縮小
投影レンズ２の入射瞳２Ｐに入射され、ウェハ３上のア
ライメントパターン１４部分Ａと、その近傍に設けられ
た平坦部Ｂを同時に照射する。（このときの状態を第１
１図に示す。）しかるのち、ウェハ３上のＡ部およびＢ
部からの反射光は、再び同じ光路を経てレチクル１の下
方の位置２０１および２０２にそれぞれ結像される。両
反射光はさらにリレーレンズ３６および９６を経た後、
再びウォラストン・プリズムｌＯＯにおいて互いに重な
り合う。両反射光はＳ偏光成分とＰ偏光成分から成るた
めそのままでは干渉しないが、第１２図に示すようにビ
ームスプリッタ１０３の後方に設置した偏光板１０７の
偏光方向１１４をＳ偏光１１２とＰ偏光１１３の中間付
近に設置することにより、両反射光は互いに干渉し、第
５図（ａ）に示すと同様な干渉パターンが得られる。

この干渉パターンは結像レンズ９７により、２次元面体
盪像素子４７上に結像され光電変換される。以降の信号
処理およびアライメントの動作は第１の実施例と全く同
じであるので説明は省略する。なお、本実施例において
も、第２の実施例と同様、たとえばＰ偏光ビームの光路
３５０ｂに第７図に示すと同様の２組のくさび形ガラス
を挿入し、光路長を調整することにより、干渉パターン
のコントラストを常に高く保持することができる。

したがって本実施例においては、第１の実施例と同様ア
ライメントパターンの位置の検出精度を向上することが
できる。またアライメント光学系の構成を簡単にし検出
信号の安定性の向上、価格低減をはかることができる。

なお、本実施例においては、Ａ、レーザビームの分離、
合成にウォラストン゛・プリズムを使用したが、これに
限定されるものでなく、たとえばロッション・プリズム
を使用することも可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によるアライメント方式に
よれば、ＴＴＬアライメントにおいて、従来から指摘さ
れながらも依然として解決されず、また、半導体回路の
高集積化に伴い深刻な問題となりつつあるレジストの塗
布膜厚および塗布むらに起因したアライメント精度の低
下を除去することが可能となり、高い生産性と信頼性が
得られるという効果がある。また、本方式による場合、
従来のチンプアライメント並のスループットが得られ、
従来方式に比べ、精度向上と併せて高い総合性能を有す
るという効果も同時に得られる。

またコントラストの変更が可能でありアライメントパタ
ーンの段差形状に対応して大きな信号コントラストが得
られるので、アライメントパターンの位置の検出精度を
向上することができる。

またウェハ上のアライメントパターンからの反射光の波
面もしくはウェハ上の平坦部からの反射光の波面のいず
れか一方をアライメントパターン位置検出方向と直交す
る方向に傾斜させたので、波面の傾きに対応した縞パタ
ーンを得ることができ、これによって縞パターンがパタ
ーンの段差位置で変化する位置を検出し、アライメント
パターンの中心位置を求めることができ、これによって
アライメントパターンの位置検出精度を向上することが
できる。

またアライメント照明光は時間的かつ空間的に可干渉性
が高いため、コントラストの高い干渉パターンを得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例であるアライメント光
学系を示す説明図、第２図は、第１図に示す視野絞りの
拡大平面図、第３図は、第１図に示す干渉光学系の拡大
図、第４図（ａｌは、第１図に示す像分割ミラー上のア
ライメントパターン部および平坦部の像の平面図、第４
図（ｂ）は、像分割ミラーの透過率分布図、第５図（ａ
）は、撮像された干渉パターン図、第５図（ｂ）は、干
渉パターンのアライメントパターン位置検出方向（Ｘ方
向）の強度分布図、第６図（ａｌ、　（ｂ）、　（Ｃ）
は、干渉パターンのコントラストの変化を示す図、第７
図は、本発明の第２の実施例である干渉光学系を示す拡
大図、第８図は、本発明の第３の実施例である干渉光学
系を示す拡大図、第９図（ａ）は撮像された縞パターン
（干渉パターン）を示す図、第９図（ｂ）は、縞パター
ンのＸ方向の強度分布図、第１０図は、本発明の第４の
実施例であるアライメント光学系を示す説明図、第１１
図は、２つの照明光の入射状態を示す拡大斜視図、第１
２図は、偏光板の偏光角度を示す図、第１３図は、従来
のＴＴＬアライメント方式を採用した縮小投影露光装置
の一例を示す斜視図、第１４図は、従来のアライメント
パターンの層構成とアライメント照明光の入射状態を示
す拡大斜視図、第１５図及び第１６図はレジストが左右
対称及び非対称に塗布されたアライメントパターンを示
し、それぞれその（ａ）は断面図、その（ｂ）は検出信
号波形図、第１７図は、本発明の原理説明のための光学
系を示す図、第１８図は、アライメントパターン照明光
の入射状態を示す拡大斜視図、第１９図は、アライメン
トパターン部および平坦部における反射光を説明する図
、第２０図は、光路長差と干渉強度との関係を示す図、
第２１図（ａ）は、レジストの塗布むらの生じたアライ
メントパターン部の断面、第２１図（ｂ）は、従来の反
射光強度分布図、第２１図（Ｃ）は、本発明による反射
光強度分布図、第２２図は透明層を有するアライメント
パターン部の断面図である。 ■・・・レチクル（マスク）、２・・・縮小投影レンズ
、３・・・ウェハ、１４・・・アライメントパターン、
３０・・・Ａ、レーザ、３９・・・像分割ミラー、４７
・・・２次元固体撮像素子、４９・・・計算機、７９・
・・干渉パターン、８５ａ。 ８５ｂ・・・くさび形ガラス、９３・・・縞パターン（
干渉パターン）　、１００・・・ウォラストン・プリズ
ム、１０７・・・偏光板、１２４・・・アライメント光
学系。 代理人　弁理士　　秋　本　正　実 第１図 １　　しチクル　　　　　１４　アフィメンレぐ夕〜ソ
４９すＤ１オ陵２　岩帛ＡテＬ＠　Ｌ／Σで　３０：Ａ
）レープ３９　イとぞト参］ミテー３　ウニ八　　　　
　４７：２次元ｉ］停］１老）第２図 第３図 第４図 一一→−χ 第６図 （ａ）　　　　（ｂ）　　　　（ｃ） （Ｎ＝Ｏ，＋　、２．３−−−−−） 第７図 ３９．イ捺づドル１ミラー　　４７°２だ固堂ド１【蚊
５第８図 ４７２２さπ−１１や弊）９〔イー［社業１０図 第１１図 ５３　しゾ又ト 第１５図　　（ａ） 一→−を 一→−χ 第１７図 第１９図 第２０図 ５２’、ＳＡ是執 第２１図 （ａ） （ｂ）　　　　　（ｃ） １４・了チイメン’ｋ）ぐダーフ 第２２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レチクル上の回路パターンを結像光学系を介してウ
   ェハ上に露光するに先立ってレチクルと、ウェハとをア
   ライメントする場合、可干渉性の高いアライメント照明
   光によってウェハ上のアライメントパターンと、このア
   ライメントパターンの近傍に設けたウェハ上の平坦部と
   を同時に照明し、結像光学系を介して得られるウェハ上
   のアライメントパターンからの反射光と、ウェハ上の平
   坦部からの反射光とを光学的に干渉させ、この干渉によ
   って得られる干渉パターンと、アライメントパターン照
   明光によって照明されたレチクル上のアライメントパタ
   ーンとをアライメント光学系により検出し、両パターン
   の中心位置よりアライメント量を求め、このアライメン
   ト量に基づいてレチクルとウェハとを相対的にアライメ
   ントする半導体露光用アライメント方法。 ２、ウェハ上のアライメントパターンからの反射光の光
   路と、ウェハ上の平坦部からの反射光の光路との間で光
   路長差を可変する請求項１記載の半導体露光用アライメ
   ント方法。 ３、ウェハ上のアライメントパターンからの反射光の波
   面およびウェハ上の平坦部からの反射光の波面のいずれ
   か一方をアライメントパターン位置検出方向と直交する
   方向に傾斜する請求項１記載の半導体露光用アライメン
   ト方法。 ４、アライメント照明光は時間的かつ空間的に可干渉性
   の高いものである請求項１記載の半導体露光用アライメ
   ント方法。