JPH02105002A - 半導体素子上のパターン検出方法およびそれを用いた半導体装置の製造方法およびそれに使用する投影露光装置 - 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、アライメント技術に関し、特に半導体装置の
製造にふける縮小投影露光工程にふけるマスクに対する
半導体ウェハ（以下単に、「ウェハ」と略称する）のア
ライメントに適用して有効な技術に関する。

〔従来の技術〕

レチクル等のマスク上に遮光膜で形成された回路パター
ンをウェハ上に転写する技術としては、縮小投影露光装
置を用いた技術が一般的であるが、このときのウェハと
マスクとの位置合わせは、例えば以下のようにして行わ
れる。

すなわち、ウェハの表面に凹凸の段差形状によって形成
されたアライメントパターンに対して、縮小投影レンズ
を通じて照明光を照射し、上記アライメントパターンか
らの反射光をハーフミラ−等を介してＴＶ左カメラ入射
させ、この反射光の光量に基づいてこれを電気信号に変
換することによつて上記アライメントパターンの位置を
把握し、マスクに対するウェハの目的露光領域の位置決
めを行うものである。このような位置決め技術は、一般
にスルー・ザ・レンズ（ＴＴＬ）方式と呼ばれている。

なお、ＴＴＬ方式による投影露光技術に関しては、本出
願人による特開昭６０−１７７６２５号公報、ＴＴＬ方
式の今後の課題を指摘した文献としては、日経マグロウ
ヒル社、昭和６２年１２月１日発行、「日経マイクロデ
バイセズ」Ｐ８０〜Ｐ８１がある。

ここで、−船釣なＴＴＬ方式のアライメント技術につい
て第１１図の系統図を用いてさらに詳しく説明する。

第１１図にふいて、１０１は被露光対象物であるウェハ
、このウェハの直上に配置される１０２は露光用の縮小
投影レンズ、１０３は原版としてのレチクル、１０４は
［１部としてのＴＶ左カメラ１０５は露光光源としての
水銀ランプである。上記縮小投影レンズ１０２とＴＶ左
カメラ０４との光路上には反射鏡１０６、リレーレンズ
１０７およびハーフミラ−１０８がそれぞれ配置されて
おり、当該ハーフミラ−１０８を透過された反射光はＴ
Ｖ左カメラ０４に入射される構造となっている。一方、
水銀ランプ１０５とハーフミラ−１０８との間には水銀
ランプ１０５からの波長中、Ｅ線（５４６ｎｍ）のみを
通過させるバンドパスフィルタ１１０およびコンデンサ
レンズ１１１がそれぞれ配置されている。

水銀ランプ１０５から発せられた照明光は、ハーフミラ
−１０８より中継レンズ１０７、反射鏡１０６、縮小投
影レンズ１０２を経てウェハ１０１上に照射され、この
ウェハ１０１からの反射光は上記光路を逆進してＴＶ左
カメラ０４に入射し、当該ＴＶ左カメラ０４の認識画像
に基づいて波形検出を行っていた。

第１２図（ａ）は、上記ウェハ１０１上に形成され、　
　ているアライメントパターン１１２を概略的に示した
部分断面図である。

上記アライメントパターン１１２は、ウェハ１０１上に
おいて、配線パターン等と同期して形成され、内周両側
端がエツジ状に形成された凹断面構造を有している。こ
のようなアライメントパターン１１２の形成されたウェ
ハ平面に対して照明光は垂直上方より照射され、そのウ
ェハ平面で反射された反射光は再度上記照明光と一致し
た光路を逆進することを前提としていた。

同図に示されているように、ウェハ１０１上において理
想状態で歪みを生じることなくアライメントパターン１
１２が形成されている場合、これによって得られる波形
は同図ら）に示すように、−対のエツジの部分でピーク
値を示すものとなっており、両ピーク値の座標Ｘａ　、
　　ＸＬ　よりそのアライメントパターン１１２の中心
位’ｆｌ　（（Ｘ＠＋　ｘＬ）／２）を算出して、これ
を基準値Ｘ０　としてアライメントを実施していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、アライメントパターン１１２のＡｌの形成時
において、段差底面の膜厚のばらつきを生じ、アライメ
ントパターン１１２の断面形状が非対称となると、光の
反射角度が乱れ、検出されるエツジの波形に歪を生じ、
エツジ位置の座標を正確に把握することが困難となる場
合があった。

また、エツジの先端が欠は等を生じていると、この欠は
面の乱反射が要因となりエツジ位置の座標把握が困難に
なる場合もあった。

本発明は、上記課題に着目してなされたものでアリ、そ
の目的は、アライメントパターンの歪みに影響されずに
、正確なエツジ座標の検出を行い、アライメント精度を
高めることのできる技術を提供することにある。

本発明の上記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述右よび添付図面から明らかになるであろう
。

〔課題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、概ね次のとおりである。

すなわち、段差状に形成された半導体素子上のパターン
を光学的に検出する際に、上記段差に対する照明照射角
度を上記半導体素子平面の垂直基準光軸に対して傾斜角
を与えて照射するものである。

また、段差に対する照明照射角度を半導体素子平面の垂
直基準光軸に対して傾斜角を与えて照射することにより
得られた第１の座標値と、垂直基準光軸と平行な垂直照
明光の照射によって得られた第２の座標値とを比較する
ことによって垂直照明光の第２の座標値に対する補正量
を算出し、以降のパターン検出においては垂直照明光の
照射から得られた座標値に上記補正量を加えることによ
って真の座標値を算出するものである。

〔作用〕

上記した手段によれば、パターンの垂直基準光軸に対し
て所定の傾斜角を与えて照明光を照射することによって
、パターンの両端のエツジのうち一方の位置は正確に検
出することが可能となる。

したがって、このように傾斜角を変化させてパターンに
対する照明光の照射を繰り返すことによって、形成され
ているパターンに歪みを生じている場合、すなわち断面
非対称形状に形成されているパターンにおいても正確な
位置検出が可能となり、アライメント精度を高めること
ができる。

また、第１の座標値と、第２の座標値とを比較して補正
量を算出することによって、垂直照明光での検出による
ずれ量が明かとなるため、後続の位置検出では垂直照明
光のみから得られたデータを補正することによって効率
的なアライメント処理を行うことができる。

〔実施例１〕 第１図は本発明の一実施例に使用される縮小投影露光装
置を示す要部斜視図、第２図はその光学系を説明するた
めの系統図、第３図（ａ）および（ハ）はそれぞれ光軸
移動部による光軸の傾斜状態を示す説明図、第４図（ａ
）および（ｂ）は実施例中の色収差についての説明図、
第５図（ａ）および０））はウェハ上のアライメントパ
ターンの形成状態を示す部分断面図およびその平面図、
第６図〜第８図は本実施例のパターン検出方法を示す説
明図、第９図（ａ）およびら）は本実施例のパターン検
出における信号処理手順を示すフロー図である。

第１図において、縮小投影レンズＷ１は、水銀ランプか
らなる露光光源２と、この露光光源２から照射される露
光光を集束する集光レンズ３と、縮小投影レンズ４とか
らなる露光光学系を有している。

上記集光レンズ３と縮小投影レンズ４との間には、透明
な石英ガラス基板にクロム（Ｃｒ）等の遮光膜によって
集積回路パターンの形成されたレチクル５　（原版）が
着脱可能に配置されている。

一方、同図中、上記縮小投影レンズ４の下方にはＸＹス
テージ６の上面にふいて、水平方向にその位置調整が可
能とされたウェハ７　（露光対象物体〉が載萱されてい
る。当該ウェハ７は、所定のアライメントパターン８が
第５図に示されるように段差状に形成されており、さら
にその上面にフォトレジスト膜１０が回転塗布技術によ
って被着された状態となっている。すなわち、第１図に
おいて、露光光源２から照射されレチクル５を透過した
露光光は、縮小投影レンズ４によって所定の倍率（たと
えば１１５）に縮小されてウェハ７に投影される。これ
によって上記レチクル５の集積回路パターンが上記フォ
トレジスト膜１０上に転写され、露光光の照射部分のフ
ォトレジスト膜１０が化学変化を生じてフォトレジスト
膜ＩＯによるレジストパターンが形成されるものである
。

上記露光光学系の近傍には、照明光源１１が設けられて
ふり、この照明光源１１からの照明光は、コンデンサレ
ンズ１２および光軸移動部１３等を経てハーフミラ−１
４により所定角度に反射され、さらにリレーレンズ１５
、色収差補正レンズ群１６および反射鏡１７を経て縮小
投影レンズ４に至り、さらにこの縮小投影レンズ４より
ウェハ７の所定部位を照明する構成となっている。

本実施例では、上記照明光源１１は、上記露光光源２よ
り光フアイバ１８等の導光手段によって導いた構成とさ
れており、バンドパスフィルタ２０を光路上に配置して
、露光光源２である水銀ランプの放光波長のうち、Ｅ線
（λ＝５４６ｎｍ）とＤ線（λ＝５８９ｎｍ）のみを透
過させる構成としてている。上記バンドパスフィルタ２
０を透過した照明光は、可視光範囲における連続スペク
トル光としてハーフミラ−１４に入射されることになる
。このような連続スペクトル光とする利点は、単色光で
生じる干渉縞を防止し、検出精度を高める点にある。

上記ハーフミラ−Ｉ４より色収差補正レンズ群１６を経
て反射鏡１７および縮小投影レンズ４を経てウェハ７上
に照射された照明光は、ウェハ７上に形成された所定の
アライメントパターン８を照射した後、その反射光とし
て、上記照明光の光路を逆進してＴＶカメラ２１に入射
される構造となっている。なおこの照明光の光路につい
ては後で詳述する。

光軸移動部１３は、照明絞り孔２２の貫通形成されたシ
ャッタ２３と、このシャッタ２３と一体にガイド２４に
沿ってスライド移動可能なシャッタ支持部２５とを有し
ており、このシャッタ支持部２５は、ステップモータ２
６等により第３図（ａ）右よび（ｂ）に示すように水平
方向に±ｌだけ微調整可能とされている。

すなわち、上記ステップモータ２６の移動によってシャ
ッタ２３が水平方向に所定量±βだけ移動されると、シ
ャッタ２３に開設された照明絞り孔２２も光軸を同図の
左右方向に±ｌだけ移動され、コンデンサレンズ１２に
対する照明光の光軸が所定角度に傾斜されることになる
。

このような光軸の傾斜にともなって、縮小投影レンズ４
を経てウェハ７のアライメントパターン８上に照射され
る照明光も所定角度に傾斜された状態となる。本実施例
では垂直基準光軸、すなわちシャッタ２３の平面に対し
て垂直となる軸を中心として、所定距離ずつ左右に±ｌ
ずつ移動することによってアライメントパターン８に対
して±θの角度で照明光を入射できるようにされている
。

次に、本実施例で用いられる色収差補正、レンズ群１６
について説明する。

説明に先だって、縮小投影露光技術において生じる色収
差の原理について第４図（ａ）および（ｂ）を用いて簡
単に説明する。

なお、同図中ａおよびｂは、それぞれレンズ１２０から
結像位置までの距離を示している。ここで上記レンズ１
２０の焦点距離をｆとすると、ａ。

ｂ、ｆの関係式は、一般に周知の通り下記の如くなる。

１／ａ＋ｌ／ｂ＝１／ｆ　　　　　・・・（１）このと
き、焦点距離がΔｆだけ変化したとすると、結像位置の
変化Δｂは、 Δｂ＝　（ｂ２／ｆ”　）Δｆ　　　・・・（２）とな
る。一方、第４図（ｂ）に示すように、レンズ１２０の
焦点距離ｆと屈折率ｎの関係式は、下記の如くである。

ｆ＝Ｒ／（ｎ−１）　　　　　　　　・・・（３）上式
において、Ｒはレンズ１２０の球面における半径長を示
している。この式より、屈折率の変化Δｎにともなう焦
点距離の変化Δｆは、Δｆ＝−ＲΔｎ／（ｎ−１）” ＝−ｆΔｎ／（ｎ−１）　　　　・・・（４）となる。

この（４）式を上記（２）式に代入すると、Δｂ＝−ｂ
”　　Δｎ／ｆ　　（ｎ−１）　　・・・（５）となる
。ここで、結像倍￥−ｍは、ｍ　＝　ｂ　／　ａである
から、上式（５）は、 Δｂ＝−ｆ　　（１＋ｍ）２　Δｎ／（ｎ−１）・・・
（６） となる。この（６）式より、屈折率ｎの変化Δｎにとも
なって、結像位置もΔｂだけ変化することが理解できる
。

ここで、屈折率ｎと光の波長とは反比例する特性を有し
ているため、レンズ１２０に入射される波長が長くなる
と、これにともなって結像位置もΔｂだけレンズ１２０
の方向に向かってシフトする。これが色収差である。

一般に、縮小投影露光装置１で用いられる上記の縮小投
影レンズ４は、露光光であるＧ線（λ＝４３６ｎｍ）に
対して最適な光学特性を得られるように設計されている
ため、照明光としてＥ線あるいはＤ線等の他波長の光を
用いた場合の色収差の問題については配慮されていない
。

したがって、上記に説明したようにＥ線とＤ線とによる
連続スペクトル光を照明光として用いた場合には、波長
の比較的短いＥ線はレンズの近傍で結像し、波長の比較
的長いＤ線はレンズの遠方で結像する結果となってしま
い、本発明者の算出によれば、色収差補正を行うことな
くアライメント光学系を通過した両波長のＴＶカメラ２
１による結像位置の差は数十ｍｍ程度にまでなってしま
っている。

本実施例の色収差補正レンズ群１６は、上記の色収差、
すなわち照明光として連続スペクトル光を用いた場合の
結像位置のずれを修正するために用いられている。

すなわち、本実施例の色収差補正レンズ群１６は、入射
波長の大小にかかわらず、結像位置を一定に維持する機
能を有するものであり、入射波長が大、すなわち屈折率
ｎの小さな光に対してはレンズからの結像距離を小とし
、入射波長が小、すなわち屈折率の大きな光に対しては
レンズからの結像距離を大とするように調整されている
・。

このような、色収差補正レンズ群１６の構成としては、
たとえばフリントガラスからなる凹レンズと、クラウン
ガラスからなる凸レンズとを適宜組み合わせたものであ
り、λ＝５００ｎｍ〜５９Ｑｎｍ程度のＥ線とＤ線とを
包含する波長帯域での色収差補正が可能である。色収差
補正可能範囲の調整については、上記組合せレンズのレ
ンズ間間隔を変更することによって容易である。

第５図（ａ）および（ｂ）は、上記ウェハ７上に形成さ
れたアライメントパターン８の断面構造および平面構造
を詳細に示している。

すなわち、シリコン（Ｓｉ）半導体からなる半導体基板
３１の上部には、アルミニウム（Ａｊり等で図示しない
配線パターンの形成に同期して形成された第１のパター
ン３１ａを有しており、この第１のパターン３１ａのエ
ツジ形状（Ｌ、Ｒ）が上層に反映されて第２および第３
のパターン３１ｂ、３１ｃが形成されている。このよう
な各パターン３１ａ−ｃの形成手順をさらに詳しく説明
すると下記の通りである。

まず半導体基板３１上に、第１層配線（図示せず）の形
成工程等と同期して第１のパターン３１ａが形成された
後、フォトレジスト工程を通じて第１の絶縁膜３２ａが
形成される。この第１の絶縁膜３２ａは、当初アライメ
ントパターン８の全面を覆うようにして形成された後、
再度フォトレジスト工程を通じて第１のパターン３１ａ
の上面の第１の絶縁膜３２ａがエツチング除去される。

これによって、上記第１のパターン３１ａの表面が露出
状態となる。この状態で、第２のパターン３１、ｂが第
２層配線（図示せず）と同期して形成される。このよう
に、本実施例では、第１のパターン３１ａと第２のパタ
ーン３１ｂとは、第１の絶縁膜３２ａを介することなく
直接積層された状態となっているため、絶縁膜の介在が
原因となるパターンの歪み等が比較的防止されている。

上記第２のパターン３１ｂの形成後、再度フォトレジス
ト工程によって第２の絶縁膜３２ｂが形成され、この第
２の絶縁膜３２ｂがさらに部分的にエツチング除去され
て上記第２のパターン３１ｂが露出される。その後、こ
の笑２のパターン３１ｂ上に第３のパターンが上記と同
様の手順で形成される。

以上のように、本実施例によれば、第１〜第３のパター
ン３１ａ−ｃが絶縁膜を介在することなく直接積層され
ているため、第３のパターン３１Ｃにおいても下層の第
１および第２のパターン３１ａ、３１ｔ）形状が反映さ
れた比較的歪みのないエツジを備えた構造となっている
。

次に、以上のようにして形成されたアライメントパター
ン８　（第３のパターン）を用いたアライメント手順に
ついて説明する。なお、第６図〜第８図に示されたアラ
イメントパターン８は図示の都合上、簡略化して示しで
あるが、上記第５図で示した断面構造とほぼ同様のもの
である。

第６図は、上記アライメントパターン８が対称形状、す
なわち歪みの無い状態で形成されている場合であり、第
７図は非対称形状、すなわちウェハ７の各層の形成プロ
セスにおける処理のばらつき、たとえば第５図における
第１および第２のパターン３１ｂの膜厚のムラ等が原因
となっているものであり、第６図はアライメントパター
ン８のエツジ部分に欠けを生じている場合である。

第６図に示すように、アライメントパターン８がほぼ対
称形状の理想状態で形成されている場合には、従来技術
におけるアライメント方法、すなわち垂直方向からの直
進光（垂直照明光Ｓ）のみでも十分なアライメント精度
を得ることができる。

しかし、実際のウェハ７の製造プロセスにおいては上記
のように常に対称形状でのアライメントパターン８を形
成することは難しく、第７図および第８図に示されたよ
うな断面非対称形状のアライメントパターン８となるこ
とが多い。

以下のアライメント手順の説明では、まず第６図のよう
にアライメントパターン８が対称形状で形成されている
場合、続いて第７図および第８ＴＩＡのように非対称形
状の場合について説明する。

まず、ＸＹステージ６を移動させることによって、照明
光源１１より照明光が放射されると、コンデンサレンズ
１２を経てシャッタ２３に達する。

ここで、上記シャッタ支持部２５とともにシャッタ２３
の照明絞りは、ステップモータ２６の作動により−１の
方向に移動されており（第３図ら））、この照明絞り２
２を経た照明光は垂直基準光軸よりも一〇だけ傾斜され
た状態で以降のアライメント光学系に進光する。

上記照明光は、さらにリレーレンズ１５、色収差補正レ
ンズ群１６を通過する。この段階で、連続スペクトル光
による色収差が補正された照明光はさらに、反射ｆｉｌ
！１７、縮小投影レンズ４を経てアライメントパターン
８上に照射される。

このとき、当該照明光（Ｒ検出光）は、上記光路上のシ
ャッタ２３の移動によって、垂直基準光軸よりも偏位さ
れた状態でアライメントパターン８に対して照射される
ことになる。この状態を示したのが第６図（ａ）である
。同図によれば、アライメントパターン８における垂直
基準光軸に対して傾斜角度−〇の斜め上方からのＲ検出
光として照射されている。

上記Ｒ検出光が照射されたアライメントパターン８から
の反射光は、前述の説明のように、上記Ｒ検出光の光路
を逆進してＴＶ左カメラ１に入射されるが、ＴＶ左カメ
ラ１を通じて光電変換された波形信号は、同図（ｂ）に
示す通りとなっている。

なお同図では信号波形が谷状となっている部位がアライ
メントパターン８のエツジ位置であり、この座標を読み
取ることによりアライメントパターン８のＬ画布（ＸＬ
　）およびＲ側（Ｘ友）のエツジ位置の認識が可能とな
っている。

ここで、同図からも明らかなように、このような傾斜角
度−〇を有するＲ検出光は、同図（ａ）に示すアライメ
ントパターン８の左側のエツジＬによって形部が形成さ
れているため、これが波形信号に影響し、左側（Ｌ）の
エツジ位置の正確な位置Ｘ、の検出はできなくなってい
る。しかし、右側（Ｒ）のエツジ検出波形にはエツジＲ
による照明の形部等のノイズ成分は一切含まれていない
ため、Ｒエツジ位置Ｘ、は正確に検出される。したがっ
て、Ｒ検出光によってエツジ位置検出を行った場合には
、Ｒ側のエツジの位置データｘｌのみを採用し、Ｌ側の
ノイズ成分を含んだ位置データＸＬは使用しない。

次に、ステップモータ２６がさらに作動されて、シャッ
タ２３が＋１の位置となるとく第３図（６））、垂直基
準光軸に対して傾斜角が十〇の照明光として光路上を通
過してアライメントパターン８上に照射される。このと
きの照明光は、第６図（ｅ）に示すように、アライメン
トパターン８において、基準軸よりも十〇だけ傾斜され
たＬ検出光となっている。

このときの検出波形を示したのが同図（ｆ）であり、Ｒ
エツジ位置Ｘ、の検出については影の影響によるノイズ
成分によりは困難であるが、Ｌ側の信号波形にはエツジ
Ｌによる照明の形部等によるノイズ成分が含まれないた
め、Ｌエツジ位置ＸＬ　は正確かつ確実に検出される。

なふ、このときもし検出光により得られたエツジ位置デ
ータはＬ側のもの（ＸＬ　）だけとし、ノイズ成分を含
んでいるＲ側の位置データＸ１１　は採用しない。

このように本実施例では、Ｒ，Ｌ側の各エツジ位置（Ｘ
Ｌ　、　　Ｘｉ　）の検出に際して、各々について最適
な傾斜角度（±θ）の検出光（Ｒ検出光およびＬ検出光
）を用いて、Ｒエツジ位置およびＬエツジ位置の検出を
行うものである。

なお、説明が前後したが、ステップモータ２６の作動に
より、シャッタ２３が＋０の位置となった状態、すなわ
ち垂直基準光軸上に照明絞り孔が位置された状態におい
ては、照明光は垂直照明光Ｓとして、従来技術のものと
同じである。このような垂直照明光Ｓは、第６図（ａ）
、　（Ｃ）および（ｅ）に示されるように、アライメン
トパターン８が理想状態、すなわち断面形状が対称で高
精度に形成されている限りでは、この垂直照明光Ｓの照
射のみでＲ側およびＬ側の双方のエツジ位！ｔ　（ＸＬ
　、　Ｘａ）ともに正確な位置検出が可能である。

しかし、アライメントパターン８の断面形状が非対称で
ある場合には、乱反射等の影響により反射光にノイズ成
分が含まれるため、ＴＶカメラ２１からの検出信号波形
によっては正確な位置検出が困難な場合が多い。

次に、このようなアライメントパターン８の断面形状が
非対称である場合、すなわち本実施例のアライメント技
術が最も効果のある場合について説明する。

アライメントパターン８が第７図に示すように、その段
差底面が、例えば２〜５度程度傾斜している場合、第７
図（Ｃ）に示すような垂直照明光Ｓでは、同図（イ）に
示すように、Ｒ側のエツジ検出波形にノイズを含んでい
る。

この点について、本実施例では上記で説明したＲ検出光
を用いることにより、同図（ａ）に示すように、Ｒエツ
ジ位置（Ｘ、）の正確な検出が可能となる。しかし、従
来技術の垂直照明光Ｓでは、第７図（Ｃ）に示すように
、Ｒ側のエツジ検出において、底面の傾斜にともなう反
射光がノイズ成分として加わるため、正確なＲエツジ位
置検出が困難となっている（同図（６））。

しかしながら、Ｌ側のエツジ検出に際しては、同図（ｅ
）および（ｆ）に示したように、＋θの傾斜角度を有す
るし検出光を用いることにより、Ｌ側の正確なエツジ検
出が可能となっている。同様にＲ側のエツジ検出に際し
ては、同図（ａ）および（Ｃ）に示したように−〇の傾
斜角度を有するＲ検出光を用いることにより、Ｒ側の正
確なエツジ検出が可能となっている。

ところで、上記垂直照明光Ｓのみを用いた場合のノイズ
成分の原因としては、上記第７図のように段差底面が傾
斜している場合の他、第８図に示すように、段差角部に
ダレ３３を生じている場合もある。

すなわち、第８図（Ｃ）に示すように、ブレ面３３を生
じているアライメントパターン８に対して垂直照明光Ｓ
を照射した場合、ブレ面３３からの乱反射によって、同
図（６）に示すようにブレ面３３のあるＬ側のエツジの
検出波形にノイズを生じ、Ｌ側の正確なエツジ位置の検
出が困難となっている。

このような場合にも、本実施例によれば同図（ａ）に示
すＲ検出光を用いることによりＲエツジ位置Ｘ、の正確
な検出が可能となり、一方、Ｌ検出光を用いることによ
りＬエツジ位置Ｘ、の正確な検出が可能となる。したが
って、Ｒ検出光により得られたＲエツジ位置データＸｉ
　と、Ｌ検出光により得られたしエツジ位置データｘＬ
　とを用いることにより、ブレ面３３によるの乱反射の
影響を受けることなく、Ｒ側およびＬ側の両エツジ位置
の正確な検出が可能となる。

以上で説明したエツジ検出を信号処理のレベルで第９図
（ａ）のフロー図を用いて説明すると下記の通りである
。

まず、Ｒ検出光によってＲエツジ位置の検出を行い、こ
の検出位置座標をＸ、とする（第９図（ａ）ステップ９
０１）。なお、このときのしエツジ位置データは採用し
ない。

次に、Ｌ検出光によってＬエツジ位置の検出を行い、こ
の検出位置座標をＸ、とする（ステップ９０２）。この
ときも同様にＲエツジ位置データは採用しない。

このようにして得られたＸ、とＸＬ　との平均座標を算
出し、これをパターン基準位置座標Ｘｏ　として［ｋす
る（ステップ９０３）。

次に、上記で説明したＲ検出光、垂直照明光ＳおよびＬ
検出光を用いることによって、アライメントパターン８
の非対称性を検出する場合について説明する。

まず、上記第９図（ａ）の信号処理によってＸｏ　を求
めた後（ステップ９０４）、上記アライメントパターン
８に対して第６図〜第７図の各（Ｃ）でそれぞれ示した
垂直照明光Ｓを照射し、このときのＲ検出位置座標（２
ｍ　）とＬ検出位置座標（ＺＬ　）とを得た後、これら
の平均値であるＺ。を算出する（９０５）。もちろんこ
のとき得られる各座標Ｚ１．ＺＬ（Ｒエッジ位置データ
、Ｌエツジ位置データ）のいずれかは上記でも説明した
ようにノイズ成分を含んでいるため、これによって得ら
れるＺｏ　も真の値ではない。

次に、上記Ｚ０　からステップ９０３で得られたＸａ　
を差し引いて、ΔＺを算出する（９０６）。

このΔＺは、真のパターン基準位置座標ｘＯ０対するＺ
ｏ　のずれ量をあられすことになる。したがって、以降
のアライメント処理においては、垂直照明光Ｓから得ら
れたＺｏ　に補正量であるΔＺを加えることによって、
Ｒ検出光およびＬ検出光を用いることなく真のパターン
基準位置座標Ｘ。を得ることができる。

このように本実施例では、−旦、Ｒ検出光およびＬ検出
光を用いてパターン基準位置座標Ｘ０　を求めた後は、
後続のアライント作業においては、垂直照明光Ｓによる
検出値に補正量ΔＺを加える演算処理を行うのみで、各
アライメントパターン８について、正確なパターン位置
の認識が可能となる。

〔実施例２〕 第１Ｏ図は、本発明の他の実施例である縮小投影露光装
置にふける照明光源の配置を示す部分系統図である。

本実施例２では、上記実施例１で説明した光軸移動部を
設けることなく、照明光源を２箇所に配置して実施例１
と同様の効果を得るようにしている。

すなわち、第１の照明光源４１ａは、垂直基準光軸に対
して十〇の角度で検出光Ｒとしてアライメントパターン
８に入射されるよう配置されておリ、一方策２の照明光
源４１ｂは、垂直基準光軸に対して一〇の角度で検出光
りとしてアライメントパターン８に入射されるよう配置
されている。

このような第１および第２の照明光源４１ａ。

４１ｂとしては、上記実施例１と同様に光ファイバ１８
によって露光光源２から導くことによって設けた構成と
してもよいし、あるいは独立した光源体を配してもよい
。

このようにして、本実施例では、第１の照明光源４１ａ
と、第２の照明光源４１ｂとの照明の切り換えを行うこ
とによって、実施例１と同様のＲ検出光およびＬ検出光
を得ることができ、正確なエツジ位置の検出が可能とな
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、実施例においては照明光源１１として、露光
光源２である水銀ランプの光を光フアイバ１８等で導い
た場合について説明したが、照明光＃！１１として独立
したキセノンランプ等を用いてもよい。各波長において
比較的均一な光エネルギーを放出するキセノンランプを
使用することにより、連続スペクトラム光を選択的に採
用することが可能となり、干渉縞のないさらに高精度な
パターン検出を実施することができる。

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
をその利用分野である、いわゆる縮小投影露光における
アライメント技術に適用した場合について説明したが、
これに限定されるものではなく、たとえば１：１の等倍
露光におけるフォトマスクとウェハとのアライメント技
術にも適用できる。

〔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。

すなわち、パターンの垂直基準光軸に対して所定の傾斜
角を与えて照明光を照射することによって、パターンの
両端のエツジのうち一方の位置は正確に検出することが
可能となる。したがって、このように傾斜角を変化させ
てパターンに対する照明光の照射を繰り返すことによっ
て、形成されているパターンに歪みを生じている場合、
すなわち断面非対称形状に形成されているパターンにお
いても正確な位置検出が可能となり、アライメント精度
を高めることができる。

また、傾斜方向からの検出光の照射によって得られた第
１の座標値と、垂直照明光から得られた第２の座標値と
を比較して補正量を算出することによって、垂直照明光
での検出によるずれ量が明かとなるため、後続の位置検
出では垂直照明光のみから得られたデータを補正するこ
とによって効率的なアライメント処理を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に使用される縮小投影露光装
置を示す要部斜視図、 第２図はその光学系を説明するための系統図、第３図（
ａ）〜（６）はそれぞれ光軸移動部による光軸の傾斜状
態を示す説明図、 第４図（ａ）および（ｂ）は実施例中の色収差について
の説明図、 第５図（ａ）および（ｂ）はウェハ上のアライメントパ
ターンの形成状態を示す部分断面図および平面図、第６
図（ａ）〜（ｆ）〜第８図（ａ）〜（ｆ）は上記実施例
のパターン検出方法を示す説明図、 第９図（ａ）および（５）は上記実施例のパターン検出
における信号処理手順を示すフロー図、第１０図は、本
発明の他の実施例である縮小投影露光装置における照明
光源の配置を示す部分系統図、 第１１図は従来技術におけるＴＴＬ方式によるアライメ
ント技術を説明するための系統図、第１２図（ａ）およ
びら）は従来技術においてアライメントパターンの形成
状態を説明するための部分断面図およびそれによって得
られる信号波形図である。 １・・・縮小投影露光装置、２・・・露光光源、３・・
・集光レンズ、４・・・縮小投影レンズ、５・・・レチ
クル、６・・・ＸＹステージ、７・・・ウェハ、８・・
・アライメントパターン、ｌＯ・・・フォトレジスト膜
、１１・・・照明光源、１２・・・コンデンサレンズ、
１３・・・光軸移動部、１４・・・ハーフミラ−１１５
・・・リレーレンズ、１６・・・色収差補正レンズ群、
１７・・・反射鏡、１８・・・光ファイバ、２０・・・
バンドパスフィルタ、２１・・・ＴＶカメラ、２２・・
・照明絞り孔、２３・・・シャッタ、２４・・・ガイド
、２５・・・シャッタ支持部、２６・・・ステップモー
タ、３１・・・半導体基板、３１ａ・・・第１のパター
ン、３１ｂ・・・第２のパターン、３１Ｃ・・・第３の
パターン、３２ａ・・・第１の絶縁膜、３２ｂ・・・第
２の絶縁膜、３３・・・ダレ、４１ａ・・・第１の照明
光源、４１ｂ・・・第２の照明光源、１０１・・・ウェ
ハ、１０２・・・縮小投影レンズ、１０３・・・レチク
ル（原版）、１０４・・・ＴＶカメラ（認識部）、１０
５・・・水銀ランプ（照明光源）、１０６・・・反射鏡
、１０７・・・リレーレンズ、１０８・・・ハーフミラ
−１１１０・・・バンドパスフィルタ、１１１・・・コ
ンデンサレンズ、１１２・・・アライメントパターン、
１２０・・・レンズ。 代理人　弁理士　筒　井　大　和 第２図 Ｒ検出光 Ｌ検出光 ３図 第５図 第６図 Ｒ検出光 第７図 Ｒ検出光 垂直照明光Ｓ 第８図 Ｒ検出光 Ｘ 第９ （ａ） 図 （ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、段差状に形成された半導体素子上のパターンを光学
   的に検出する際に、上記段差に対する照明照射角度を上
   記半導体素子平面の垂直基準光軸に対して傾斜角を任意
   にかえて照射することを特徴とする半導体素子上のパタ
   ーン検出方法。 ２、段差に対する照明照射角度を半導体素子平面の垂直
   基準光軸に対して傾斜角を与えて照射することにより得
   られた第１の座標値と、垂直基準光軸と平行な垂直照明
   光の照射によって得られた第２の座標値とを比較するこ
   とによって垂直照明光の第２の座標値に対する補正量を
   算出し、以降のパターン検出においては垂直照明光の照
   射から得られた座標値に上記補正量を加えることによっ
   て真の座標値を算出することを特徴とする請求項１記載
   のパターン検出方法。 ３、半導体ウェハの表面に複数の特性層を積層形成する
   際に、ウェハ平面の垂直軸を中心に両端に第１および第
   ２のエッジを有する段差状のパターンを形成し、該パタ
   ーンに対して照明光を照射し、その反射光によって両エ
   ッジの座標位置を認識する際に、上記第１のエッジに照
   射する照明光と上記第２のエッジに照射する照明光とで
   はその光の照射角度を別にしたことを特徴とする半導体
   素子上のパターン検出方法。 ４、半導体ウェハの表面にマスクを用いて順次複数の特
   性層を積層形成する際に、ウェハ平面の垂直軸を中心に
   両端に第１および第２のエッジを有する断面非対称な段
   差状のパターンを形成し、第１のエッジ位置を検出する
   際には第２のエッジ方向から傾斜して入射される第１の
   照明光を用い、第２のエッジ位置を検出する際には第１
   のエッジ方向から傾斜して入射される第２の照明光を用
   い、上記第１の照明光の照射によって得られた第１のエ
   ッジ位置の座標と第２の照明光の照射によって得られた
   第２のエッジ位置の座標とより両エッジの中心座標を算
   出し、この上層に形成する特性層は、上記算出された中
   心座標を基準にしてマスクとの位置決めを行うことを特
   徴とする半導体装置の製造方法。 ５、露光工程において半導体ウェハに形成された段差状
   のパターンに対して照明光の照射を行いその反射光によ
   ってマスクとの位置決めを行う投影露光装置であって、
   半導体ウェハに対する照明光を異なる照射角度から照射
   可能な光路制御手段を備えていることを特徴とする投影
   露光装置。 ６、上記光路制御手段が、照明光源からの基準光軸を遮
   るようにして設けられ、その主面に絞り孔を備え上記基
   準光軸に対して直交方向に移動可能な照明絞りであるこ
   とを特徴とする請求項５記載の投影露光装置。 ７、上記照明光の照射光源が露光用光源とは独立したパ
   ターン検出専用光源であることを特徴とする請求項５記
   載の投影露光装置。