JPH0421331B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、マスクに対してウエハを高精度にア
ライメントし、マスク上の回路パターンを投影レ
ンズを通してウエハ上の表面に投影露光する投影
式露光方法及びその装置に関するものである。

〔発明の背景〕

従来、半導体にパターンを露光する場合、マス
クとウエハとの位置合せは、露光用結像レンズと
は別のアライメント光学系で行なう方法
（offaxisアライメント方式）と、露光用結像レン
ズを用いて行なう方法（TTLアライメント方式）
があつた。前者はウエハ上の周辺チツプ数箇所の
位置をアライメント光学系とレーザ測長器を用い
て測定し、他のチツプは正確に整列してゆくこと
を前提とし、かつ露光用結像レンズとアライメン
ト光学系の光軸間の相対位置が正確に分つている
ことを前提にして、ウエハ上のチツプ露光位置を
計算し、この計算された位置にウエハ上のチツプ
を移動し、順次ステツプアンドリピートで露光し
て行く。この方法はチツプの位置測定を数個所で
行えば足りるため、１枚のウエハ全体を露光する
のに要する時間の内チツプアライメントに要する
時間が短かく、高いスループツトが得られる反
面、各チツプのマスクとの位置合せ精度は良好に
ならない。このことは今後、露光パターンが益々
微細化し、高精度のアライメントが要求されて来
ると大きな問題となる。他方、露光用結像レンズ
を用いて、各チツプごとにアライメントを行なう
後者の従来方法としてはいくつかの方法がある。
第１図はその一例である。第１図の場合、マスク
１上露光回路パターン１１とアライメント用パタ
ーン１２，１２′はマスク面（レチクル面）上で
場所をずらし、アライメント光学系と露光光学系
がアライメント実行時および露光実行時に互に干
渉しあわない様している。このため第２図に示す
様にマスクとチツプのアライメントは第２図ａ，
ｂの順に、ウエハを２個所のアライメント位置ま
で移動停止を繰り返してチツプアライメントマー
ク２２′（および２２）とマスクのアライメント
像１２′（および１２）の位置合せを２度行い、
ｘ，ｙ方向の位置合せ時のウエハの位置をレーザ
測長器６（および６′）で読み取り、このデータ
を基に、更に第２図ｃに示す位置まで移動させて
停止させ、マスクの回路パターンの像１１をチツ
プ２１に露光する。この従来のTTLアライメン
ト法はoff axisアライメント方式に比べ、アライ
メント精度は向上するが、依然として吸光材が入
れられたレジストが塗布されたチツプアライメン
トマーク２２′（および２２）への照明光が露光
光であるため、チツプアライメントマーク２２′
（および２２）の像を検出することが困難であり、
しかも照明光及び検出光共にアライメント用パタ
ーン１２，１２′を通過するため、このアライメ
ント用パターン１２，１２′の影響を受け、高精
度にアライメントすることが難しいという課題を
有していた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上述の従来の問題点を解決
し、マスク上に形成されたマスクアライメントパ
ターンの形状やマスクの種類の変更に影響される
ことなく、露光光束と異なる波長を有する光を用
いてレジストが塗布されたウエハ上のスクライブ
エリアまたはボンデイングエリアに形成された一
次元の段差ウエハアライメントパターンに対して
正確に照明でき、更に該一次元の段差ウエハアラ
イメントパターンの反射光を、投影レンズを通し
て露光光束に遮られることなく、しかもマスク上
に形成されたマスクアライメントパターンの形状
やマスクの種類の変更に影響されることなく、像
歪のない状態で高コントラストで検出して高精度
に、且つ容易にアライメントして露光領域に限定
して投影露光できるようにした投影式露光方法及
びその装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

即ち、本発明は、上記目的を達成するために、
露光光束によりマスク上に設けられた回路パター
ンを投影レンズによりウエハ上に投影露光する投
影式露光方法において、上記露光光束と異なる波
長の光をウエハアライメント用光源から出射さ
せ、出射された露光光束と異なる波長の光を、上
記露光光束領域外から、上記マスクを通過させる
ことなく、直接又は上記投影レンズを通してウエ
ハ上のスクライブエリアまたはボンデイングエリ
アに形成されたＸ軸用及びＹ軸用の一次元の段差
ウエハアライメントパターンを照射し、該Ｘ軸用
及びＹ軸用の各一次元の段差ウエハアライメント
パターンで反射して上記投影レンズを通して得ら
れる各一次元の段差ウエハアライメントパターン
の反射光を、上記マスクを通過させることなく、
上記露光光束領域外に配置されたＸ軸用及びＹ軸
用の各反射手段で反射させて上記マスクと投影レ
ンズとの間から側方に各直線状のパターンの像を
結像させて出射させ、該側方に設置されたＸ軸用
及びＹ軸用の光電変換手段を有するＸ軸用及びＹ
軸用の検出光学系の各々で上記結像して出射され
た各直線状のパターンの像を受光して各一次元の
段差ウエハアライメントパターンの長手方向に対
して直角方向の位置を検出して各電気信号に変換
し、該各電気信号に基いて上記マスクに対してウ
エハをＸ軸用及びＹ軸方向にアライメントし、そ
の後マスク上に設けられた回路パターンを投影レ
ンズによりウエハ上に投影露光することを特徴と
する投影式露光方法である。

また本発明は、露光光束によりマスク上に設け
られた回路パターンを投影レンズによりウエハ上
に投影露光する投影式露光装置において、上記露
光光束と異なる波長の光を出射するウエハアライ
メント用光源と、該ウエハアライメント用光源か
ら出射された露光光束と異なる波長の光を、上記
露光光束領外から、上記マスクを通過させること
なく、直接又は上記投影レンズを通してウエハ上
のスクライブエリアまたはボンデイングエリアに
形成されたＸ軸用及びＹ軸用の一次元の段差ウエ
ハアライメントパターンを照射するＸ軸用及びＹ
軸用照明光学系と、上記露光光束領域外に配置さ
れ、且つ上記Ｘ軸用及びＹ軸用の各一次元の段差
ウエハアライメントパターンで反射して上記投影
レンズを通して得られる各一次元の段差ウエハア
ライメントパターンの反射光を、上記マスクを通
過させることなく、反射させて上記マスクと投影
レンズとの間から側方に各直線状のパターンの像
を結像させて出射させるＸ軸用及びＹ軸用の反射
手段を有し、更に該側方に設置され、且つ該各反
射手段により反射して結像して出射された各直線
状パターンの像を受光して各一次元の段差ウエハ
アライメントパターンの長手方向に対して直角方
向の位置を検出して電気信号に変換するＸ軸用及
びＹ軸用の光電変換手段を有するＸ軸用及びＹ軸
用の検出光学系と、該各検出光学系の光電変換手
段から得られる各電気信号に基いて上記マスクに
対してウエハをＸ軸及びＹ軸方向にアライメント
するアライメント手段とを備え、該アライメント
手段によりアライメントされた状態でマスク上に
設けられた回路パターンを投影レンズによりウエ
ハ上に投影露光するように構成したことを特徴と
する投影式露光装置である。

〔発明の実施例〕

以下本発明の内容を更に詳細に説明する。第３
図は半導体露光装置の結像レンズ３の露光波長に
於ける像形成とアライメント用波長に於ける像形
成との関係を示している。露光波長の光（仮にｇ
線とする）、即ち点線の光ではウエハが２′の位置
にある時、レチクル１のＡ点が鮮明にウエハ上に
形成される。しかしウエハアライメントのため斜
方よりアライメント用波長の光（仮にｅ線とす
る）を照射すると、ウエハが２′の位置にあると
結像レンズ３によりA′位置にウエハパターンが
形成され、ＡとA′はΔZ位置ずれする。従来この
問題を解決するため、例えばウエハの位置を２に
即ち２′からΔz下にさげ、ウエハ上のパターンを
マスク面上のＡ点近くに形成してアライメントを
行なう必要があつた、ΔzとΔZはレンズの位率Ｎ
を用いて大略ΔZ＝N²Δzの関係にあり、Δzは
200μm程度となり、ΔZはＮ＝10で20mmとなる。
200μmものウエハ上下動を露光の都度行なうこと
はウエハ全面を露光する時間を更に長くしてしま
う。

第４図を用いて本発明の説明を行なう。マスク
上の回路パターン１１に隣接し、即ちスクライブ
エリアや後に示す回路パターン周辺にあるボンデ
イングエリアに１２０，１２０′で示される結像
性パターンを設ける。このパターンは例えば第６
図に示される双曲線群、あるいは第７図に示され
る擬似双曲線群パターンから成る。これらのパタ
ーンは一本の双曲線又は擬似双曲線を一定ピツチ
でｘ方向（双曲線の２焦点を結ぶ方向）にシフト
した多数の双曲線又は擬似双曲線からできてお
り、黒い部分は例えばCr面、白い部分はCrのな
いガラス面である。この様なパターンに波長λの
単色光を垂直に入射させると、第８図に示すよう
に、反射回折光は１１２２の位置にスリツト状に
集光する。他方第４図でウエハ上のスクライブエ
リア又はチツプ内のボンデイングエリア内のアラ
イメントパターン２２（または２２′）をｅ線で
斜方照明し、散乱した光は、結像レンズを通り第
３図A′の位置に像が形成されるため、第８図の
結像性パターン１２０光路５０３を通り入射し、
結像性パターン１２０で正反射し（回折せずに）、
１１２２の位置に結像する。即ち第８図ｂに示す
ように１２０と１１２２はΔZだけ離れるように
結像性パターンが作られている。なお第８図ｃは
第８図ｂを紙面内の方向から見た図である。第９
図は１１２２近傍に形成される結像性パターン１
２０からの回折光によるスリツト状集光像（第９
図ｃ）と、チツプを斜方照明して結像レンズを通
り結像性パターンで正反射した像（第９図ｂ）と
を示している。チツプからの像は、直線状アライ
メントパターンのエツジ段差での散乱光により形
成されるため２つの山が発生し、この２つの山の
中間点がパターン中心となるため、第９図ｄに示
すようにΔyを求めれば、これがパターン位置ず
れ量を表わしていることになる。従つてこのずれ
量（ずれパターン）を第４図および第５図に示す
ミラー５３、拡大レンズ５４により第４図に示す
アライメント検出器上に結像し、検出することに
よりアライメント信号を得ることができる。この
アライメント信号を基に、ウエハ又はマスクを微
動することにより、完全にマスクとウエハとの位
置を一致させることができる。この一致が確認で
きた直後に照明系４から露光光（ｇ線）を出射す
れば、アライメントと露光とを時間を置かずに実
行できウエハ全体を短時間で露光することができ
る。

次に、本発明の実施例について更に具体的に説
明する。

第４は本発明の一実施例である。マスク（レチ
クル）１には第５図ｂに示すように回路パターン
１１が設けられ、かつこれに隣接して、ウエハ上
のスクライブエリアに相当する位置に結像性パタ
ーン１２０及び１２０′が設けられている。この
パターンは第６図、又は第７図に示すような双曲
線群又は擬似双曲線群から成る。その双曲線の配
置は第８図ａに示すように、双曲線の突出してい
る向きが回路パターン側になつている。結像性パ
ターン１２０及び１２０′は0.5〜１mm程度であ
り、He−Neレーザ光源５１より平行ビームが下
方から照射される（１２０′のＹ軸用の照明およ
び検出系は、Ｘ軸用の照明および検出系１２０と
全く同一であるため、図示していない）。結像性
パターンにより回折したHe−Neレーザ光は第５
図の１１２２に示す位置にスリツト状に集光され
る。他方のウエハステージ７上のウエハ２には露
光すべきチツプ２１が正確なウエハ位置から若干
はずれてレンズの下に来ている。このチツプのス
クライブエリアにはアライメントマークが既に形
成されており、このマークとマスクの結像性パタ
ーンの相対位置が一致すれば、正確にマスクのパ
ターンをチツプに重ね焼きできる。そこでウエハ
のスクライブエリア上のアライメントパターンに
Ne−Neレーザ光を四方より斜めから照射し、ア
ライメントパターンのエツジで散乱した光を結像
レンズ３を通し、マスク上の結像性パターン１２
０で正反射させ、１１２２上に像を結ばせる。１
１２２上に形成されたウエハからのパターンと、
マスクからの集光像をミラー５３、拡大結像レン
ズ５４によりアライメント検出器上の検出面（図
示せず）に拡大結像し、両パターンの一致度を求
める。この検出は固体撮像素子、あるいはスキヤ
ンニングスリツトとフオトマルとの組合せ等を用
いる。両パターンの不一致が検出されれば、ウエ
ハステージ又はマスクを移動し、完全に一致した
時、即座に露光を行なう。露光光４１はアライメ
ント光学系と完全に分離していて干渉しないた
め、アライメント終了後、その場で即座に露光が
終了する。

第１２図は本発明の他の実施例である。第４図
と同一番号は同一物を表わしている。第１２図で
はマスク１の回路パターン１１に隣接した領域の
結像性パターンは回路パターン外形の内部の例え
ばボンデイングエリア内の空いている場所に配置
されている。水銀ランプのｅ線照明光源５１″は
ハーフミラー５６を通り、第６図や第７図に示す
ようなパターンから成る結像性パターンを正反射
し、結像レンズを通過してチツプ２２のボンデイ
ングエリア内にあるアライメントパターンを落射
照明する。反射光は再び同一光路を戻り、結像性
パターンで再度正反射し、１１２２（第１３図）
の位置に結像する。マスクの位置は、He−Neレ
ーザ光源あるいは、Arレーザ光源、あるいはｅ
線光源５１′より出射した単色光５０２をミラー
５５を介し、結像性パターン１２０に入射させ、
そこからの回折光の１１２２でのスリツト状結像
より求めることができる。マスク及びウエハから
のパターンのアライメント検出及び制御は前述の
実施例と同じである。

第１４図は本発明の他の実施例を示したもので
あり、第４図と同一番号は同一物を表わしてい
る。半導体レーザ５１″から出射した光は、マス
ク上の結像性パターン１２０を若干斜め方向から
照射する。この光は波長が長ため、一次回折角が
大きく、丁度入射した方向に、一次回折光が戻つ
て来て、１１２２の位置でスリツト状の結像を行
なう。他方結像性パターン１２０で正反射する光
は、ウエハのスクライブエリアにあるアライメン
トマークの落射照明にも使用される。このような
落射照明とは別に、ウエハのアライメントマーク
は半導体レーザにより四方から斜方照明もされ、
ウエハのアライメントマーク段差部で生じる散乱
光又は落射照明による反射光は、前述の実施例同
様、結像性パターンで正反射し、１１２２に結像
する。このようにして得られたマスク及びウエハ
のアライメントパターンの信号の検出及びアライ
メント制御は前述の通りである。

第１６図は本発明の更に異なる実施例である。
第４図と同一番号は同一物を表わしている。マス
ク上の回路パターン部１１に隣接して設けられて
いる結像性パターン１２１は第１０図に示す一次
元フレネルパターンから成つている。本図の斜線
部はCr面、非斜線部はCrのない透明ガラス面で
ある。露光照明系４は露光光４１の外に、マスク
上の結像性パターン１２１を照明する単色光５０
５をマスクに若干斜め方向から照射する。一次元
フレネルパターンを透過した光は１１２２でスリ
ツ状の結像を行ない、前記の実施例同様、ウエハ
からのアライメントパターンとの間に位置合せを
行なう。

以上の実施例では結像性パターンに入射した光
は、ウエハのパターンもマスクのパターンもとも
に反射させて用いる（第４図、第１２図、第１４
図）場合と、第１６図のごとく、ウエハのパター
ンは反射、マスクのパターンは透過の場合の２通
りがある。マスクの設置は精密に機械加工された
マスクチヤツクに正確に行なわれるが、時にはマ
スクが解像には支障を来たさないが若干傾くこと
がある。このような場合透過形で用いる場合には
結像位置にほとんど影響を与えないが、反射形の
場合にはマスクの傾きΔθに対し像位置ずれΔxは
Δx＝Δθ・ΔZとなり、ΔZが20mm程度であるため
Δyを1μm以内に押えるには許容傾きは10秒以内
にする必要がある。従つて、ウエハ上の重ね合わ
せパターンの像の光がマスクに入射する側と同一
側より、結像性パターンを単色光で照明すること
が望ましい。

上記実施例でスクライブエリア又はチツプ内の
ボンデイングエリア内のアライメントマークに対
応する位置には露光時に照明されないことが望ま
しい。従つて前記実施例の図面には示さなかつた
が露光領域を限定するブレードをマスクの上方に
近接して配置することが望ましい。第４，１２，
１４，１６図の場合）。

〔発明の効果〕

マスク上に形成されたマスクアライメントパタ
ーンの形状やマスクの種類の変更に影響されるこ
となく、露光光束と異なる波長の光を用いて用い
てレジストが塗布されたウエハ上のスクライブエ
リアまたはボンデイングエリアに形成された一次
元の段差ウエハアライメントパターンに対して正
確に照明でき、更に該一次元の段差ウエハアライ
メントパターンの反射光を、投影レンズを通して
露光光束に遮られることなく、しかもマスク上に
形成されたマスクアライメントパターンの形状や
マスクの種類の変更に影響されることなく、像歪
のない状態で高コントラストで検出して高精度
に、且つ容易にアライメントして露光領域に限定
して投影露光できる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来のアライメント方法の
説明図、第３図は露光波長と異なるアライメント
光による結像関係の説明図、第４図及び第５図は
本発明方法及び本発明装置の１実施例の説明図、
第６図及び第７図は上記実施例における結像性ア
ライメントパターンの平面図、第８図は上記結像
性アライメントパターンによる集光、結像の説明
図、第９図は同じくアライメント信号の説明図、
第１０図は同じくマスク上の結像性アライメント
パターンの平面図、第１１図は上記結像性アライ
メントパターンの集光、結像状態の説明図、第１
２図及び第１３図は上記と異なる実施例の説明
図、第１４図及び第１５図、第１６図及び第１７
図はそれぞれ更に異なる実施例の説明図である。 １……マスク（レチクル）、１１……マスク上
の回路パターン、１２０，１２０′，１２１，１
２１′，１２２，１２２′……マスク上の結像性ア
ライメントパターン、２……ウエハ、２１……ウ
エハ上のチツプ、２２，２２′……チツプアライ
メントパターン、３……結像レンズ、４……露光
用照明系、４１……露光用照明光、５１，５１′，
５１″……マスク上の結像性アライメントパター
ン照明用光源、５２１，５２２，５２３，５２４
……ウエハアライメント用斜方照明光、５３，５
５……ミラー、５４……像拡大レンズ、５６……
ハーフミラー、５０４……検出光、５……アライ
メント検出器、５０５……結像性アライメントパ
ターン照明光、７……ウエハステージ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 露光光束によりマスク上に設けられた回路パ
   ターンを投影レンズによりウエハ上に投影露光す
   る投影式露光方法において、上記露光光束と異な
   る波長の光をウエハアライメント用光源から出射
   させ、出射された露光光束と異なる波長の光を、
   上記露光光束領域外から、上記マスクを通過させ
   ることなく、直接又は上記投影レンズを通してウ
   エハ上のスクライブエリアまたはボンデイングエ
   リアに形成されたＸ軸用及びＹ軸用の一次元の段
   差ウエハアライメントパターンを照射し、該Ｘ軸
   用及びＹ軸用の各一次元の段差ウエハアライメン
   トパターンで反射して上記投影レンズを通して得
   られる各一次元の段差ウエハアライメントパター
   ンの反射光を、上記マスクを通過させることな
   く、上記露光光束領域外に配置されたＸ軸用及び
   Ｙ軸用の各反射手段で反射させて上記マスクと投
   影レンズとの間から側方に各直線状のパターンの
   像を結像させて出射させ、該側方に設置されたＸ
   軸用及びＹ軸用の光電変換手段を有するＸ軸用及
   びＹ軸用の検出光学系の各々で、上記結像して出
   射された各直線状のパターンの像を受光して各一
   次元の段差ウエハアライメントパターンの長手方
   向に対して直角方向の位置を検出して各電気信号
   に変換し、該各電気信号に基いて上記マスクに対
   してウエハをＸ軸及びＹ軸方向にアライメント
   し、その後マスク上に設けられた回路パターンを
   投影レンズによりウエハ上に投影露光することを
   特徴とする投影式露光方法。 ２ 露光光束によりマスク上に設けられた回路パ
   ターンを投影レンズによりウエハ上に投影露光す
   る投影式露光装置において、上記露光光束と異な
   る波長の光を出射するウエハアライメント用光源
   と、該ウエハアライメント用光源から出射された
   露光光束と異なる波長の光を、上記露光光束領域
   外から、上記マスクを通過させることなく、直接
   又は上記投影レンズを通してウエハ上のスクライ
   ブエリアまたはボンデイングエリアに形成された
   Ｘ軸用及びＹ軸用の一次元の段差ウエハアライメ
   ントパターンを照射するＸ軸用及びＹ軸用照明光
   学系と、上記露光光束領域外に配置され、且つ上
   記Ｘ軸用及びＹ軸用の各一次元の段差ウエハアラ
   イメントパターンで反射して上記投影レンズを通
   して得られる各一次元の段差ウエハアライメント
   パターンの反射光を、上記マスクを通過させるこ
   となく、反射させて上記マスクと投影レンズとの
   間から側方に各直線状のパターンの像を結像させ
   て出射させるＸ軸用及びＹ軸用の反射手段を有
   し、更に該側方に設置され、且つ該各反射手段に
   より反射して結像して出射された各直線状パター
   ンの像を受光して各一次元の段差ウエハアライメ
   ントパターンの長手方向に対して直角方向の位置
   を検出して電気信号に変換するＸ軸用及びＹ軸用
   の光電変換手段を有するＸ軸用及びＹ軸用の検出
   光学系と、該各検出光学系の光電変換手段から得
   られる各電気信号に基いて上記マスクに対してウ
   エハをＸ軸及びＹ軸方向にアライメントするアラ
   イメント手段とを備え、該アライメント手段によ
   りアライメントされた状態でマスク上に設けられ
   た回路パターンを投影レンズによりウエハ上に投
   影露光するように構成したことを特徴とする投影
   式露光装置。 ３ 上記反射手段を、マスク上の下面に回路パタ
   ーンに隣接させて設けたことを特徴とする特許請
   求の範囲第２項記載の投影式露光装置。