JPH0429214B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、レチクル及びこれを用いた投影露光
方法、特に半導体素子製造用のウエハをシヨツト
ごとにアライメントしながら各シヨツトにレチク
ルに形成されているパターンを焼付けるためのア
ライメント方法に関するものである。

複数個の物体を自動的に整合させるために使用
される整合装置の代表的な例としてIC、LSI等の
半導体素子の製造装置であるアライナーが挙げら
れる。IC、LSIは複雑な回路パターンを何層にも
重ね合わせることにより製作される。半導体素子
の高速化、高密度化に伴ない、回路パターンの線
幅は微細化の一途をたどり、それにつれて重ね合
わせ精度もサブミクロンオーダーの高度なものが
要求されている。

この様な高精度化、微細化に対応するアライナ
ーとして、例えばステツパーと呼ばれるステツプ
アンドリピート方式のアライナーが挙げられる。
ステツパーでは縮小又は等倍でレチクル上にある
パターンをウエハ上に投影転写する。この際、投
影転写を行う光学系の制約から露光面積が制限さ
れる。ウエハの全面に亘つて露光するためには、
パターンの焼き付けを行なつてはステツプしてウ
エハを動かし、又ウエハ上に新たな区域にパター
ンの焼き付けを行なうという動作を繰り返すので
ある。ウエハの大型化が進んで来るにつれ、必要
とされるステツプ数は増加し、処理時間が増大す
る。一方、ステツパーで順次パターンの焼き付け
行なう為には焼き付けに先立つてレチクルとウエ
ハ上の所定区分との相対的な位置合わせがなされ
ていなければならない。その為、どの様な方式で
位置合わせを行なうかが非常に重要なパラメータ
ーとなる。

レチクルとウエハーの所定区分との位置合わせ
の式としては、まず、オフアクシス方式といつ
て、焼き付けを行なう位置から離れた所で予め位
置決めをし、その後はレーザー干渉計の精度を頼
りにして焼き付けを行なつていくやり方がある。
但し、この方式は、高速である反面、焼き付けを
行なう位置で直接位置合わせ状態を確認できない
事、工程を経て行くに従つてウエハーに生ずる非
線型な物理的歪、すなわち、局所的に伸縮に対処
できない事、ステージの動きのモニターの精度が
誤差要因になる事といつた欠点がある。

一方、これに対して実際に焼き付けを行なう位
置、又はその近傍で投影光学系を通してウエハを
観察し、レチクルとウエハーとのアライメントを
行なうTTL方式がある。TTL方式を用いると前
述のウエハの歪、ステージ精度の影響を免れる事
ができるので、レクチルとウエハーとのアライメ
ント精度の向上が期待できる。

TTL方式に関してはレーザービームの走査を
用いる方法が従来公知技術として知られている。
本件出願人による特開昭54−53562号公報はその
一例である。この方式の実施例を簡単に示す第１
図では一つのレーザー光源１からの光を左右２本
の対物レンズ１１に対して分割し、２ケ所でレチ
クル１２とウエハ１３の位置ずれを検出する。２
ケ所でずれ量を検知する事により平行移動（ｘ，
ｙ）と回転（θ）という２種類の位置ずれを、レ
チクル又はウエハーの一方を他方に対して移動さ
せることによつて補正することができる。図中１
はレーザー、２はレーザー系のピント出しを行な
う集光レンズ、３は回転多面鏡、４はｆ−θレン
ズ、５はビームスプリツターである。１のレーザ
ーを出光が回転多面鏡３の回転に従つて走査を行
い、ビームスプリツター５以下の光学系に入つて
いく。６はフイールドレンズ、２５は視野分割プ
リズムであり、プリズム２５は走査レーザー光を
２つの光路に分割する。この点においてプリズム
２５は視野および空間分割プリズムということが
できる。７は偏光ビームスプリツター、８はリレ
ーレンズ、９はビームスプリツターで、これらの
素子を反射又は通過した光が対物レンズ１１に入
り物体面上で結像し、走査を行なう。瞳結像レン
ズ１４からデイテクター１８に至る系は光電検出
系である。１５は色フイルイター、１６は空間周
波数フイルターで、正反射光を遮断し、光電検出
用の散乱光をとり出す役目をする。１７はコンデ
ンサーレンズである。光源１９、コンデンサーレ
ンズ２０、色フイルター２１は照明光学系を構成
し、エレクター２２、接眼レンズ２３は観察光学
系を構成する。この光学系の作用については特開
昭54−53562号公報に詳しいのでここでは省略す
る。

この例では光量を有効に用いる為、走査レーザ
ー光が、レチクルおよびウエハの共役面に置かれ
た視野分割プリズム２５によつてその光路を左右
に分割されている。走査線は視野分割プリズムの
稜線と直交している。

アライスメントを行なう為の顕微鏡系、即ちア
ライメントスコープの光電検出以外のもう一つの
重要な機能は観察機能である。特にレチクルとウ
エハの合致状態のモニター、或いはレチクルの初
期設定の確認当、観察機能はアライメントスコー
プに対して欠く事のできない要素であると言え
る。観察光学系としてアライメントスコープが望
まれるのは観察できる像が自然に見易い形で見え
るという事である。

第１図の実施形態をとつた場合に接眼レンズ２
３で観察される像視野の関係を第２図に示す。図
中３１が視野の分割線となる視野分割プリズム２
５の稜線、３２はレーザービームの走査線、３３
は右側の対物レンズに対応する視野、３４は左側
の対物レンズに対応する視野である。実際に走査
レーザー光はレチクル及びウエハのアライメント
マークが設置された位置において、物体面上を横
方向に走査する。

アライメントマークは半導体素子を製造する過
程では役に立つが、半導体の実素子として実際の
回路機能を果すわけでは無い。ウエハの処理が終
つた時点ではアライメントマークの部分はデツト
スペースになる。従つてアライメントマークの占
有エリアは実素子の収率を高める意味で成るべく
小さい事が望ましい。第３図に示した様なレチク
ル１２（又はマスク）がある時、アライメントマ
ークを各チツプ１０１の間のスクライプ線１０３
の中に収納すると、アライメントマーク自体によ
るデツトスペースはなくなりこの問題は解決され
る。この場合、アライメントスコープによる走査
が横方向なので、アライメントマークはレチクル
の中心線に近接した横方向のスクライプ線１０３
の中に収納される様にすれば良い。

しかしながら、特に縮小型のステツパーの様な
場合、レチクル全体が１個のチツプに対応し、ス
クライプ線が周辺部にしか存在しない場合が起
る。第４図にレチクル１２上に１チツプ１０１し
か存在しない場合の例を示す。図中斜線を引いて
示したのがアライメントマーク１０２の部分であ
る。第４図から容易に理解できるとおり対をなす
アライメントマーク１０２は、レチクル１２の中
心線から大きく離れた位置に同一線に並んでおか
れるためアライメントマーク１０２から遠く離れ
たレチクル及びウエハーの区域はアライメントマ
ークの設置された近傍区域と比べてアライメント
の精度が悪くなる。

この様にレチクル１２の中心線から離れた同一
スクライブ線１０３上アライメントマーク１０２
が並置されることに起因したアライメント精度の
悪化は、レチクル１２上のチツプ１０１の数が上
述のとおり１個のときに顕著である。また、偶数
個の場合に比べると奇数個の場合の方が起りやす
い。中心部にスクライブ線が無いからである。

更に又アライメントマークが、レチクルのパタ
ーン区域の対向する周囲において同一の位置に設
けられている場合およびウエハ上へ１シヨツトで
焼き付けられたパターン区域の対向する周囲にお
いて同一の位置に設けられている場合には、焼き
付けを終了してステツプした後の次のシヨツトで
のアライメントに際し、直前のシヨツトで使用さ
れたアライメントマークが今回のシヨツトで使用
するアライメントマークと重なり合つてしまい、
次のシヨツトでのアライメントマークとして実際
に機能しないという事態が生じてしまう。

それ故本発明の目的は、アライメントマークの
位置に起因したアライメント精度の不均一性を除
去し、アライメント精度の向上を計ることができ
る改良されたアライメントマーク…ウエハ等の薄
板状物体を提供することにある。

ところで、レチクル上のパターンをウエハ上へ
焼き付ける時、レチクル上のアライメントマーク
も同様にウエハ上へ転写されてしまう。このまま
の状態で焼き付けを終了したウエハに現像、拡散
等の処理を施すと、ウエハ上に転写されたレチク
ルのアライメントマークによつてウエハ上に痕跡
が残る可能性がある（USP、3844655を参照）。
このようなウエハ上の痕跡は、同一のウエハ上に
新たなパターンを焼き付けるために、ウエハのア
ライメントマークをレチクルのアライメントマー
クと位置合わせするとき障害となつてしまう。

それ故本発明の目的は、ウエハ上へ転写された
レチクルのアライメントマークによりウエハに痕
跡が残るのを防止することができるレチクルを提
供することにある。

更に、本発明の他の目的は、ウエハ上へ転写さ
れたレチクルのアライメントマークによりウエハ
に痕跡が残るのを防止することを可能とるステツ
プアンドリピート方式のアライメント方法を提供
することにある。

以下本発明の実施例を図面とともに説明する。

第５図を参照すると本発明に従うて構成された
レチクルが使用される本発明に従う整合装置の好
ましい一実施例が示されている。第５図の系は第
１図の系の変形であり、同一の部材は同一の参照
番号を付してある。即ちレーザー１を出た光が回
転多面鏡３の回転に従い対物レンズ１１を通して
レチクル面１２上を走査する事に何ら変化は無
い。第５図に示された光学系の配置が第１図に示
された光学系の配置と異つているは、レーザーか
ら光の出た順番で追えば視野分割プリズム２５を
経て光学系が左右に分割された後からである。即
ち、左右の光学系が非対称に構成され、マスク１
２上のビーム走査位置及び観察位置が互い違いに
なつている事である。即ち第５図の系で観察して
いる位置は第６図の２７と２８の位置に示されて
いる箇所である。またレーザー光で走査している
領域は、図中で斜線を施してあるアライメントマ
ークｘ，ｗの部分である。即ちスクライブ線１０
６内にマークを納める事ができる。この方式は観
察箇所を結ぶスパンが長いので回転成分の誤差を
最もよく抑える事ができるという特徴がある。こ
のように第５図に示された本発明に従う整合装置
に光学系の互い違い構成は第１図に示された従来
の光学系を変形することによつて本発明に従つて
構成されたレチクルを使用できることを示してい
る。第６図に示された本発明に従つて構成された
レチクルには、ベースプレート１０４とパターン
形成部１０５を有している。このパターン形成部
１０５に形成された回路パターンは投影光学系に
よつてウエハー上へ列および行に沿つて順次焼き
付けられる。アライメントマークｘ，ｗはパター
ン形成部１０５をはさむように配置され、前述し
た列又は、行の方向に沿つて一直線上に並ばない
ように互い違いの関係に位置決めされている。

第７図及び第８図はウエハ上のスクライブ線１
０９にアライメント用のマークが配置されている
例である。第７図、第８図ともレチクル１２が１
チツプで構成され、それがステツプアンドリピー
ト方式でウエハ１３上へ焼き付けられている。ア
ライメントマークは個々の実素子の境界であるス
クライプ線１０７内にあるが、配置の方式が第７
図と第８図では異つてちる。第６図の例から明ら
かな様に本実施例で用いているレチクルのアライ
メントマークは右上と左下に配置された対をなす
アライメントマークＸ，Ｗである。第７図に示さ
れたウエハ１３では隣り合うチツプ同志スクライ
ブ線１０７を共用している。即ち３０といチツプ
の周りに３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄという
４つのマークに着目した時、チツプ３０の焼き付
け時のアライメントに対して使うマークは３０Ｂ
（Ｘ）と３０Ｃ（Ｗ）である。３０Ａは上方のチツ
プ２９焼き付け時のアライメントの為のマーク、
３０Ｄな下方のチツプ３１焼き付け時のアライメ
ントの為のマークとなつている。

これに対し、第８図の方はスクライブ線１０７
の中を更に二分し、アライメントマークはあく
迄、対応する個々のチツプに隣接させようという
実施例である。このようにスクライブ線を二分割
して片側のスクライブ線領域を使用すれば、新た
にアライメントを行なうとき分割された反対側の
スクライブ線領域を使用することができるため都
合が良い。但し、第７図の方式の方がスクライブ
線１０７の幅が細くて良いという利点がある事も
事実である。近年スクライブ線の幅はますます狭
くなる傾向があり、その場合には第７図の方式の
方が有利であると言える。

さて、以上、アライメントマークが横方向のス
クライブ線内に配置されている場合を示したが、
マークが縦方向のスクライブ線内に存在している
場合にもマークの互い違い配置は効果を発揮す
る。

第９図にその例を示す。第９図ａは第９図ｂの
用に４つのチツプＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄが形成されてい
るエチクル１２をステツプアンドリピート方式で
ウエハへ焼き付けた場合を示す。レチクル１２に
は対をなすアライメントマークＰ，Ｑが形成され
ておりＰ，Ｑはレチクルのチツプ区域の対向する
側において互い違いの関係に配置されている。

レチクル１２のアライメントマークは第６図で
説明した如く、レチクルの左下部P′及び右上部
Q′に設けても良いが、ここではレチクルの中心
に近接したP′，Q′の位置に設けた場合を説明す
る。

レチクル１２のアライメントマークＰ，Ｑがス
テツプアンドリピート方式でウエハ１３上に焼き
付けられた状態は第９図ａに示す通りである。ま
たこの第９図ａはウエハ１３上のアライメントマ
ークの位置を示している。即ち、シヨツト４０に
おいてチツプ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄが
焼き付けらえるとき、レチクルに形成された一対
のアライメントマークＰ，Ｑに対応するウエハの
アライメントマークは４０Ｐ，４０Ｑであり、次
のシヨツト４１におけるレチクルのアライメント
マークＰ，Ｑに対応するウエハのアライメントマ
ークは４１Ｐ，４１Ｑ、となる。ここではウエハ
のアライメントマーク４０Ｑ，４１Ｐ、は、同一
位置に無いため、あるシヨツトでウエハのアライ
メントマークがレチクルのアライメントマーク像
と重なつて、次のシヨツトでのアライメントマー
クとして機能しえないという事態を回避できる。
なお第９図中で同一の番号を付されたチツプは同
一のシヨツトで焼き付けたことを示している。

第１０図は縦方向にレーザー光を走査する型式
の本発明に従う整合装置の実施例であ。ここで縦
方向にレーザーを走査する用にミラー９と９ａの
組合せが用いられている。第５図に示された実施
例と同様左右の走査光学系が非対称に構成されて
いるため左右の対物レンズ１１は第９図のアライ
メントマークの位置に対応して互い違いに位置決
めされている。ステツプアンドリピート方式は各
シヨツト毎に投影光学系を使用して焼き付けを行
つては次のシヨツトにステツプする動作を繰り返
すので、各シヨツト間のつなぎが大きな問題とな
る。

第１０図に示された整合装置においては、ウエ
ハ１３はウエハキヤリアー１１０によつて支持さ
れた状態でウエハー上にチツプの例および行を形
成しべくＸステツプ装置およびＹステツプ装置に
よつてＸおよびＹ方向へ位置をステツプされる。
なお各ステツプ（シヨツト）におけるレチクル１
２とウエハ１３とのアライメントは、レチクルを
保持するためのレチクルホルダー１１１を移動さ
せるためのＸ，Ｙ，θ駆動装置においておこなわ
れる。

前述の如く第９図でＰとＱを互い違いにした事
はステツプして次のシヨツトに行つた時、ＰとＱ
の焼き付け像が次のシヨツトのウエハのアライメ
ントマークに重ならない事を確実にしている。

一層効率的にマークを配置する為には第９図ａ
の様な状態を考えた時、Ｐ，Ｑの焼き付け像が次
のシヨツトのウエハのアライメントマークに重な
らない様に予め相互の位置関係を定めておく必要
がある。

第６図および第９図ｂに示されたレチクルの場
合にはアライメントマークはレチクル上のパター
ン区域の対抗する周囲に接して配置されている
が、チツプの数が多くなり縦方向又は横方向に数
本のスクライブ線が存在する場合にはスクライブ
線上の異なる位置に配置してもよい。

さて、上述のアライントマークの形状として
は、例えば従来公知のマークすなわち第１１図に
示す様な例があげられる。図中５１はレチクル上
のマーク、点線で示した５２はウエハ上のマーク
であり、５３は走査線である。TTL方式なので
レチクルを通してレチクル上のマークとウエハ上
のマークを同時に検知し、その信号に基づいて不
図示の駆動系で両者のアライメントを行なつてい
る。ところで第９図の様にマークを配置した場
合、ＰとＱが同一形状のマークであるとレチクル
又はウエハの回転の誤差によりずれが生じた時Ｐ
とＱの位置を混同する可能性も考えられる。その
場合にはＰとＱを例えば逆向きのマークとするこ
とにより一の混同を回避できる。第１２図はその
様な手法をレチクルに応用した場合でＰとＱは互
いにマークの向きが逆転している。これに対応す
るウエハ上の同一スクライブ線上のアライメント
マークは第１３図の様に構成される。すなわちＰ
とＱの向きが異なるので、両者を混同する事はあ
り得ない。

以上述べてきた様に本発明に従うアライメント
マーク配置に依ればレチクル又はマスクとウエハ
とのアライメント精度を確実に向上させることが
できる。

更に各ステツプにおけるアライメントの際にア
ライメントマークの重複を防止することができる
ようにした点においても意義を有している。又、
本発明に従う整合装置は走査光学系が非対称に構
成されているため、改良されたアライメントマー
ク配置に充分対処することができる。

ところで、レチクル上のパターンをウエハ上へ
焼き付けるときレチクル上のアライメントマーク
も同時にウエハ上へ転写されてしまう。この状態
ではレチクル上のアライメントマークの形状に対
応した未露光の部分がウエハのアライメントマー
クの区域内に残つているわけである。それ故この
ままの状態で焼き付けを終了したウエハに現像、
拡散等の処理を施すと、ウエハ上に転写されたレ
チクルのアライメントマークに相当する未露光部
分の影響でウエハ上に痕跡が残つてしまう。この
様なウヘア上の痕跡は同一のウエハ上に新たなパ
ターンを焼き付ける際にウエハ上のアライメント
マークの機能を損なわせ、レチクルとウエハーと
の位置合わせを不可能にしてしまう。

本発明の好ましい態様に依れば上述の問題点は
都合良く解決される。第１２図に示された本発明
に従うレチクルには、パターン形成部１１３をは
さんで図示右上下方向に互い違いに配置されたア
ライメントマークＰ，Ｑに隣接して光透過部分
Ｒ，Ｓが形成されている。この光透過部分Ｒ，Ｓ
の配置に依れば、即ち、第１２図に示す如く、ア
ライメントマークＰの上方に光透過部分Ｒを配置
し、アライメントマークＱの下方に光透過部Ｓを
配置すれば、シヨツト４０でウエハー上のアライ
メントマークＱ上へ転写されたレチクルのアライ
メントマークＱによる未露光部分は、シヨツト４
１において露光するとき光透過部分Ｒを透過した
光によつて同時に露光されるわけである（第９図
参照）。

従つて、レチクルのアライメントマークに相当
する未露光部分の影響でウエハー上に痕跡が残る
という事態の発生は防止できる。

第１４図に示された本発明に従うレチクルに
は、第８図のアライメントマーク配置に相当した
位置に光透過部分Ｙ，Ｚが形成されている。この
光透過部分Ｙ，Ｚの配置に依ればシヨツト１０９
でウエハー上のアライメントマーク１０９Ｇ上へ
転写されたレクチルのアライメントマークＷによ
る未露光部分は、シヨツト１０８において露光す
るとき光透過部分Ｚを透過した光によつて露光さ
れる。

上述した様に本発明に依れば各シヨツトにおけ
る露光時に隣のシヨツトで使用したアライメント
マーク領域も露光できるため別途特別な露光工程
を設けずにアライメントマークの保護を達成でき
る。

特にアライメント精度が厳しく要求されるステ
ツパーにおいては常に同一のアライメントマーク
を使用することにより基準が一つになるため誤差
が入りにくいこと、アライメントマークを複数対
設ける必要がなくなる等、数多く利点が得られ
る。更に、本発明に依れば、シヨツト毎にアライ
メントマークを複数設ける場合にも、各シヨツト
毎のアライメントマークのそれぞれを確実に保護
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の整合装置の光学系の説明図、第
２図は走査ビームと視野の関係を示す図、第３図
は複数のチツプが面上に形成されているマスク又
はレチクルを示す図、第４図は１チツプ−１レチ
クルの場合の従来のアライメントマークの配置を
示す図、第５図は本発明に従つて構成されたレチ
クルが使用される整合装置の光学系配置図、第６
図は本発明に従つてアライメントマークが配置さ
れたレチクルを示した図、第７図および第８図お
よびそれぞれ第６図のレチクルを用いた場合のウ
エハ上のアライメントマークを示す図、第９図ａ
及びｂはそれぞれウエハー及びレチクルの縦方向
のスクライブ線領域に従つてアライメントマーク
を配置した場合の図、第１０図は第９図のアライ
メントマークを用いた整合装置の光学系配置図、
第１１図はレチクル及びウエハ上のアライメント
マークと走査線との関係を示す図、第１２図はレ
チクル上のアライメントマーク及び光透過部分を
示した図、第１３図はウエハのスクライブ線上の
アライメントマークを示した図、第１４図は、第
８図に示したアライメントマーク配置に相応した
光透過部分を有するレチクルを示した図である。 符号の説明、アライメントマーク：Ｐ，Ｑ，
Ｘ，Ｙ、光透過部分；Ｒ，Ｓ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ スクライブ領域内に各シヨツト領域毎の複数
   のシヨツト側アライメントマークを配置している
   ウエハの各シヨツト領域に、ステツプアンドリピ
   ート露光によつて、パターンを順に焼付けるため
   に使用されるレチクルであつて、前記パターンが
   形成されているパターン形成部と、前記ウエハの
   各シヨツト領域の露光位置でのアライメントのた
   めに、各シヨツト領域毎のシヨツト側アライメン
   トマークと共に利用されるレチクル側アライメン
   トマークがそれぞれ形成されている複数のマーク
   形成部と、前記露光位置に位置するシヨツト領域
   の両側のスクライブ領域のそれぞれに露光光を導
   くための複数の光透過部を有し、前記マーク形成
   部を前記パターン形成部の両側に所定方向に関し
   て段違いとなるように配置し、前記マーク形成部
   と前記光透過部を前記パターン形成部のそれぞれ
   の側で前記所定方向における並び方の順序が逆と
   なるように配置していることを特徴とするレチク
   ル。 ２ スクライブ領域内に各シヨツト領域毎の複数
   のシヨツト側アライメントマークを配置している
   ウエハの各シヨツト領域に、ステツプアンドリピ
   ート露光によつて、パターンを順に焼付けるため
   のアライメント方法であつて、前記パターンが形
   成されているパターン形成部と、前記ウエハの各
   シヨツト領域の露光位置でのアライメントのため
   に、各シヨツト領域毎のシヨツト側アライメント
   マークと共に利用されるレチクル側アライメント
   マークがそれぞれ形成されている複数のマーク形
   成部と、前記露光位置に位置するシヨツト領域の
   両側のスクライブ領域のそれぞれに露光光を導く
   ための複数の光透過部を有し、前記マーク形成部
   を前記パターン形成部の両側に所定方向に関して
   段違いとなるように配置し、前記マーク形成部と
   前記光透過部を前記パターン形成部のそれぞれの
   側で前記所定方向における並び方の順序が逆とな
   るように配置しているレチクルに対して、前記ウ
   エハの各シヨツト領域を前記レチクルのレチクル
   側アライメントマークと前記ウエハのシヨツト側
   アライメントマークを利用して順にアライメント
   することを特徴とするアライメント方法。