JPH03290945A - 位置合せ用光学装置 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、超ＬＳＩ等の半導体素子を製造するときなど
において用いられる縮小投影露光装置に組込むのに適し
た位置合せ用光学装置に関する。

（従来の技術） 周知のように、超ＬＳＩの製造工程では、縮小投影露光
装置が多用されている。この縮小投影露光装置は、第５
図に示すように、たとえばＸ軸、ｙ軸方向ならびにＺ軸
回りに可動自在に設けられたウェハチャックテーブル１
上に感光基板であるウェハ２を固定するとともに、その
上方に投影レンズ３およびレチクル４を配置している。

そして、レチクル４の上方から露光光を照射することに
よってレチクル４に描かれているＬＳＩパターンをウェ
ハ２上に転写する構成となっている。なお、レチクル４
は、Ｘ軸、ｙ軸方向ならびにＺ軸回りにに可動自在に設
けられたレチクルテーブル５上に固定されている。

この装置では、レチクルテーブル５とウェハチャックテ
ーブル１とのＸ軸、ｙ軸方向の相対位置を調整すること
によってウニへ２上の所望の場所にパターンを転写でき
るようになっている。

ところで、このような転写を能率的に、かつ位置精度よ
く行なうためには、転写に先立ってウェハチャクチ−プ
ル１とレチクル４との相対位置関係を投影レンズ３を介
し、かつ露光光もしく露光光の同一波長の光を用いて校
正しておく必要がある。そのために、従来の縮小投影露
光装置では次のようにしている。すなわち、レチクル４
にレチクルアライメントマーク（以後、ＲＭと略称する
。

）１１を設けるとともにウェハチャックテーブル１にフ
ィシシュアルアライメントマーク（以後、ＦＭと略称す
る。）１２を設けている。ＲＭＩＩは、透明部と、クロ
ムメツキ等を十字状に施して形成された反射ミラー構成
のマーク部とで構成されている。一方、１Ｍ１２は、ク
ロムメツキ等を施して形成された反射ミラ一部と、十字
状の透明部によって形成されたマーク部とで構成されて
いる。そして、これらＲＭｌｌおよび１Ｍ１２をレチク
ルアライメント光学系２１に設定された基準位置にアラ
イメントするようにしている。

レチクルアライメント光学系２１は、照明光学系２２と
、検出光学系２３とを備えたものとなっている。照明光
学系２２は、光源３１から放射された露光光と同じ波長
の照明光３２をレンズ３３、ハーフミラ−３４、反射ミ
ラー３５、レンズ３６、レチクル４を介して入射＠３７
の中心に向けて斜めに入射させる。この入射した照明光
３２は投影レンズ３を透過して１Ｍ１２に至る。そして
、１Ｍ１２で反射した光は投影レンズ３、レチクル４、
レンズ３６、反射ミラー３５を介して検出光学系２３に
導かれる。

検出光学系２３は、導かれた光をハーフミラ−３４、レ
ンズ３８、位置合せの基準位置となるカーソル３９、レ
ンズ４０を介して撮像素子４１に入射させる。そして、
撮像素子４１で得られた像を表示装置４２に表示させる
。

上述したＲＭｌｌ、１Ｍ１２、レチクルアライメント光
学系２１を用い、次のようにしてレチクル４とウェハチ
ャックテーブル１との相対位置関係の校正を行うように
している。すなわち、この装置ではレチクルアライメン
ト光学系２１のカーソル３９の位置を基準位置とし、こ
の基準位置にＲＭｌｌのマーク部および１Ｍ１２のマー
ク部を順次アライメントするようにしている。したがっ
て、ここではＲＭＩＩのアライメントについてだけ説明
する。

まず、レチクルアライメント光学系２１の光源３１から
放射された照明光３２をレチクル４に設けられたＲＭＩ
Ｉに向けて斜めに照射する。このとき、ＲＭＩＩを透過
した光が投影レンズ３を透過し、１Ｍ１２の反射面部分
において反射されるようにウェハチャックテーブル１を
移動させる。

ＲＭＩＩを照明、透過した光は、投影レンズ３を通って
１Ｍ１２に至り、この１Ｍ１２の反射面において反射さ
れる。反射された光は再び投影レンズ３を通り、ＲＭＩ
Ｉを背面から照明する。背面照明によって得られたＲＭ
Ｉ　１の像はレンズ３６、ミラー３５、ハーフミラ−３
４、レンズ３８を介してカーソル３９上に一旦結像し、
その後、撮像素子４１上に結像する。したがって、表示
装置４２の画面４３にはＲＭＩＩのマーク部の像１１ａ
とカーソル３９のカーソル像３９ａとが写し出される。

前述の如く、カーソル３９の位置を基準位置としている
ので、画面４３を観察しながら、ＲＭｌｌのマーク部の
像１１ａをカーソル像３９ａに合致させるようにレチク
ルテーブル５を移動させる。

そして、一致したときのレチクルテーブル５の位置を図
示しないレーザ干渉計等で計測し、この値をレチクルテ
ーブル５の座標の原点とする。

ウェハチャックテーブル１の１Ｍ１２についても同様な
手法でアライメントする。ただし、この場合には、ＲＭ
ＩＩの透明部を照明光の全部が通過するようにレチクル
テーブル５の位置を調整した状態で行う。レチクルアラ
イメント光学系２１は、実際にはＸ軸方向、ｙ軸方向、
ｚ軸回りの３系統あり、これらの方向についても同様の
手法で校正を行なう。

しかしながら、上記のように構成されたレチクルアライ
メント光学系２１は次のような欠点を備えている。すな
わち、光源３１から放射される照明光３２の強度は、通
常、第６図に示すような分布をなし、均一ではない。照
明光３２の強度分布が不均一であると、撮像素子４１上
にも同様の強度分布を持ったマーク部の像１１ａおよび
カーソル像３９ａが結像する。このため、表示装置４２
の画面４３上には、第７図に示すように、明暗を持ち、
輪郭の不鮮明なマーク部の像１１ａおよびカーソル像３
９ｇが写し出される。したがって、これらの像を観察し
ながらアライメント作業を行うことは極めて困難で、か
つ長時間を要し、その結果、アライメント精度が低下す
る問題があった。

また、最近では撮像素子４１の出力を電子的に画像解析
してカーソル像３９ａに対するマーク部の像１１ａの位
置ずれ量を求め、この結果を位置制御系にフィードバッ
クして自動アライメントを行うことが考えられているが
、上記のように不鮮明な像しか得られない場合には解析
誤差が大きくなり、自動アライメントの特徴を発揮させ
ることができない。

（発明が解決しようとする課題） 上述の如く、従来のレチクルアライメント光学系、つま
り位置合せ用光学装置にあっては、コントラストの良い
鮮明なマーク像やカーソル像を得ることが困難で、これ
が原因して精度の高い位置合せが行えない欠点があった
。

そこで本発明は、構成の複雑化を招くことなく、上述し
た不具合を解消できる位置合せ用光学装置を提供するこ
とを目的としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は、被位置合せ物に
設けられた位置合せ用のマークに照明光を照射する照明
光学系と、照明光の照射によって得られたマーク像およ
び上記照明光で照明される基準位置形成用カーソルの像
を検出する系とを備えた位置合せ用光学装置において、
前記照明光学系の光路に前記照明光の強度分布を均一化
させる光学素子を介挿させたことを特徴としている。

（作　用） 光源から出た照明光は、光学素子を通って均一な強度分
布の光に変換された後に実際の照明に供される。したが
って、検出面にはコントラストの良いマーク像およびカ
ーソル像が結像されることになり、これらの像を観察し
ながら行うアライメント作業は極めて容易となる。また
、検出面上に結像した２つの像を電子的に画像解析する
場合であっても、各像のコントラストが良いので、解析
誤差を少なくてき、結局、精度の高い位置合せが可能と
なる。

（実施例） 以下、図面を参照しながら実施例を説明する。

第１図には本発明に係る位置合せ用光学装置を縮小投影
露光装置のアライメント光学系２１ａに適用した例が示
されている。そして、この図では第５図と同一部分が同
一符号で示されている。したがって、重複する部分の詳
しい説明は省略する。

この実施例に係るアライメント光学系２１ａが従来のも
のと異なる点は、光源３１とハーフミラ−３４との間に
照明光３２の強度分布を均一化させる光学素子、たとえ
ば位相板あるいは拡散板５１を介在させたことにある。

このような構成であると、拡散板５１を通った照明光の
強度分布は、第２図に示すように均一になる。したがっ
て、この均一な強度分布の照明光がＲＭＩＩに向けて斜
めに照射されることになる。

今、ＲＭＩＩをアライメントする場合を例にとると、Ｒ
ＭＩＩを照明、透過した光は、投影レンズ３を通ってＦ
ＭＩ２に至り、このＦＭＩ　２の反射面において反射さ
れる。ＲＭＩＩを透過した光の強度分布は均一である。

したがって、ＦＭＩ２において反射された光の強度分布
も均一である。

反射された光は再び投影レンズ３を通り、ＲＭｌｌを背
面から照明する。背面照明によって得られたＲＭＩＩの
像はレンズ３６、ミラー３５、ハーフミラ−３４、レン
ズ３８を介してカーソル３９上に一旦結像し、その後、
撮像素子４１上に結像する。結像したマーク部の像１１
ａとカーソル３９の像３９ａの強度分布は、単純な矩形
波状である。したがって、表示装置４２の画面４３には
第３図に示すようにＲＭＩＩのマーク部の像１１ａとカ
ーソル３９のカーソル像３９ａとがコントラスト良く鮮
明に写し出される。

したがって、これらの像を観察しながらのアライメント
作業は極めて容易となる。この結果、精度の高いアライ
メントを実現できる。また、撮像面上に結像した２つの
像を電子的に画像解析する場合であっても、各機のコン
トラストが良いので、解析誤差を少なくでき、結局、こ
の場合も精度の高いアライメントを実現できることにな
る。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。すなわち、上記実施例では、折り返しの光路を使っ
ているが、第４図に示すように一方通行の光路を使って
アライメントできるようにしてもよい。

この例では、ウェハチャックテーブル１内に孔６１を設
けている。この孔６１は上端部が１Ｍ１２の下面に通じ
、下端側が２軸に沿って下方に延びた後、ｙ軸に沿って
横方向に延びてウェハチャックテーブル１の側面に通じ
ている。そして、上記孔６１を使って１Ｍ１２の下面に
向けて照明光を照射する照明光学系２２ｂを設けている
。この照明光学系２２ｂは、光源６２から放射された照
明光６３を拡散板６４、レンズ６５．６６、ミラー６７
を介してＦＭＩ　２の下面に垂直に照射するようにして
いる。なお、照明光学系２２ｂは、ウェハチャックテー
ブル１とは機械的に分離されている。したがって、ウェ
ハチャックテーブル１を照明光学系２２ｂとは無関係に
動かすことができる。また、この図では、検出光学系が
省略されているが、検出光学系は第１図に示した例と同
様にレチクル４より上方に設けられている。

このようにレチクルアライメント光学系を構成しても前
記実施例と同様の効果を得ることができる。

また、上述した６例は、本発明を縮小投影露光装置のレ
チクルアライメント光学系に適用した例であるが、本発
明はこれに限定されるものではなく、マーク像とカーソ
ル像とを使って位置合せを行うようにした位置合せ用光
学装置全般に適用できる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、マーク像とカー
ソル像とをコントラスト良く検出できるので、位置合わ
せ作業の容易化を図れるばかりか、位置合せ精度の向上
も図ることができる。また、検出された２つの像を画像
処理し、その結果に基いて位置合せを自動化する場合に
問題となる画像処理上の誤差を少なくできるので、位置
合せの自動化にも寄与できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を縮小投影露光装置のレチクルアライメ
ント光学系に適用した例の要部概略構成図、第２図は同
光学系における照明光の強度分布を示す図、第３図は第
１図に示される表示画面のＢ−Ｂ線上における像強度分
布を示す図、第４図は本発明を縮小投影露光装置のレチ
クルアライメント光学系に適用した別の例の要部概略構
成図、第５図は縮小投影露光装置に組み込まれた従来の
レチクルアライメント光学系の概略構成図、第６図は同
光学系における照明光の強度分布を示す図、第７図は第
５図に示される表示画面のＡ−Ａ線上における像強度分
布を示す図である。 １・・・ウェハチャックテーブル、２・・・ウェハ、３
・・・投影レンズ、４・・・レチクル、５・・・レチク
ルテーブル、１１・・・レチクルアライメントマーク（
ＲＭ）、ｌ１ｇ・・・ＲＭのマーク部の像、１２・・・
フィシシュアルアライメントマーク（ＦＭ）、２１ａ・
・・レチクルアライメント光学系、２２ａ１２２ｂ・・
・照明光学系、２３・・・検出光学系、３１゜６２・・
・光源、３２．６３・・・照明光、３つ・・・カーソル
、３９ａ・・・カーソル像、４１・・・撮像素子、４２
・・・表示装置、５１．６３・・・拡散板。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）被位置合せ物に設けられた位置合せ用のマークに
   向けて照明光を照射する照明光学系と、照明光の照射に
   よって得られたマーク像および上記照明光で照明される
   基準位置形成用カーソルの像を検出する系とを備えた位
   置合せ用光学装置において、前記照明光学系の光路に前
   記照明光の強度分布を均一化させる光学素子が介挿され
   てなることを特徴とする位置合せ用光学装置。
2. （２）前記光学素子は、拡散板または位相板であること
   を特徴とする請求項１に記載の位置合せ用光学装置。
3. （３）前記位相板は、回転するように設けられているこ
   とを特徴とする請求項２に記載の位置合せ用光学装置。
4. （４）前記照明光学系の照明光は、レーザ光であること
   を特徴とする請求項１に記載の位置合せ用光学装置。