JPH0545895A - 位置合わせ方法及び装置並びにギヤツプ合わせ方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】プロキシミティ露光装置に適用される位置合わ
せ方法に関し、種々のギャップ間隔に簡単に対応でき、
また、ウエハとマスクの同時観察を行うことができ、か
つ、ウエハマークの形状の影響を受けにくくして、精度
の高い位置合わせを行う。 【構成】フレネルゾーンプレート１８を設けてなるマス
ク１９を試料１７の前方に配置してフレネルゾーンプレ
ート１８に垂直にコヒーレント光２０を照射し、試料１
７の表面に生じる輝点又は輝線２１の画像を顕微鏡対物
レンズ２８で結像して得ると共に、試料１７の表面にイ
ンコヒーレント光２２を照射して試料１７の表面の画像
を同じく顕微鏡対物レンズ２８で結像して得、輝点又は
輝線２１が試料１７の位置合わせ用マーク２３に対して
所定位置に位置するように試料１７又はマスク１９を移
動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＬＳＩの製造工程等に
おいて、試料にマスクパターンを射影する場合に使用さ
れる露光装置中、試料とマスクとの間に一定の間隔をお
いて露光を行うプロキシミティ露光装置において、試料
とマスクとの位置合わせに使用して好適な位置合わせ方
法及び装置、並びに、試料とマスクとのギャップ合わせ
に使用して好適なギャップ合わせ方法及び装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】プロキシミティ露光装置の位置合わせ方
法（装置）として、金属顕微鏡を用いた画像処理による
位置合わせ方法（装置）が従来から提案されている。こ
の方法（装置）は、照明光にインコヒーレント光が使用
できるため、コヒーレント光を照明光とする他の方法
（装置）に比較して、位置合わせ用マークの光学的形状
の影響を受けにくいという利点がある。

【０００３】しかし、金属顕微鏡の焦点深度は、ＬＳＩ
製造工程においてマスクとウエハとの間に要求されるギ
ャップに比べて一般に短いため、マスク及びウエハのマ
ーク画像を取り込むためには、マスク及びウエハのそれ
ぞれに金属顕微鏡の焦点を合わせなければならず、これ
を行うためには、顕微鏡筒をマスク及びウエハに対して
垂直方向に移動させなければならない。

【０００４】ここに、所定の位置合わせ精度を確保する
ためには、マスクに焦点を合わせた時点における金属顕
微鏡の水平方向の位置と、ウエハに焦点を合わせた時点
における金属顕微鏡の水平方向の位置との偏差を要求さ
れる位置合わせ精度内に抑える必要がある。

【０００５】このことは、金属顕微鏡を垂直方向に移動
させる機構の機械的精度に頼らざるを得ないが、近年、
半導体集積回路の微細化に伴い、機械的には達成が困難
な精度が必要となってきている。

【０００６】そこで、金属顕微鏡を使用して、しかも、
マスク及びウエハのそれぞれに金属顕微鏡の焦点を合わ
せることなく、マスク及びウエハを同時に観察ができる
ような位置合わせ方法が、種々、提案されている。図８
にその一例の概念図を示す。

【０００７】図中、１は試料であるウエハ、２は位置合
わせ用のウエハマーク、３はウエハ１に射影すべきパタ
ーンを形成してなるマスク、４は位置合わせ用のマスク
マーク、５は色消し処理されていない対物レンズ、即
ち、異なる波長の光に対して異なる焦点距離を有する対
物レンズである。

【０００８】この位置合わせ装置は、波長の異なる２つ
のコヒーレント光６、７を使用するものであり、コヒー
レント光６はウエハ１の表面に、コヒーレント光７はマ
スク３の表面に、それぞれ、焦点を結ぶようにウエハ１
とマスク３とのギャップを設定し、そして、図９に示す
ように、ウエハマーク２とマスクマーク４との重ね合わ
せ像を得て、即ち、ウエハマーク２とマスクマーク４と
を同時観察して、マスクマーク４がウエハマーク２のエ
ッジ８、９間の中心に位置するようにウエハ１を移動
し、位置合わせを行うというものである。

【０００９】また、従来、プロキシミティ露光装置に使
用されるギャップ合わせ装置として、図１０にその概念
図を示すようなものが提案されている。図中、１０はレ
ーザ光源、１１はレーザ光源１０から出力されたレーザ
光、１２は金属顕微鏡の対物レンズ、１３はＣＣＤ（ch
arge coupled device）であり、対物レンズ１２は、そ
の焦点がマスク３の表面に位置するように配置されてい
る。

【００１０】このギャップ合わせ装置は、レーザ光１１
をマスク３に対して斜めに照射し、マスク３の表面で反
射したレーザ光１４と、マスク３を通過してウエハ１の
表面で反射したレーザ光１５との干渉による干渉縞１６
をＣＣＤ１３で撮像し、この干渉縞１６の画像を信号処
理して、干渉縞１６のピッチＴを測定し、ウエハ１とマ
スク３との間のギャップ間隔Ｇを算出し、ギャップ間隔
Ｇが指定された間隔になるように、マスク３を上下方向
に移動するというものである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】図８に示す従来の位置
合わせ装置によれば、ウエハ１とマスク３の同時観察が
可能であるが、対物レンズ５によってギャップ間隔が決
まってしまい、このため、従来以上の解像度が要求され
て、マスク３をウエハ１に近づけなければならない場合
に、これを簡単に行うことができず、この場合には、コ
ヒーレント光６、７の波長を変えるか、対物レンズ５の
種類を変えなければならないという現実的でない方法が
必要であるという問題点があった。

【００１２】また、かかる従来の位置合わせ装置におい
ては、ウエハ１に照射する光としてコヒーレント光６を
使用しているので、ウエハマーク２の形状の影響を受け
やすく、回折現象等により、インコヒーレント光の場合
に比較して、ウエハマーク２の画像を得る場合の解像度
が低下し、精度の高い位置合わせを行うことができない
場合があるという問題点があった。

【００１３】また、図１０に示す従来のギャップ合わせ
装置は、これを、図８に示すような位置合わせ装置と共
に搭載する場合には、対物レンズ５が干渉光の光路を遮
ってしまうため、かかる位置合わせ装置と共存させるこ
とができないという問題点があった。

【００１４】本発明は、かかる点に鑑み、種々のギャッ
プ間隔に簡単に対応でき、また、ウエハとマスクの同時
観察を行うことができると共に、ウエハマークの形状の
影響を受けにくく、精度の高い位置合わせを行うことが
できる位置合わせ方法及び装置、並びに、種々のギャッ
プ間隔に簡単に対応でき、また、顕微鏡を用いてなる位
置合わせ装置と同一の系を使用して簡単にギャップ合わ
せを行うことができるギャップ合わせ方法及び装置を提
供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明による位
置合わせ方法の原理説明図であり、本発明による位置合
わせ方法は、試料１７に射影すべきパターンと共に、試
料１７との間にとるべきギャップ間隔として指定された
間隔を焦点距離とするフレネルゾーンプレート１８を設
けてなるマスク１９を試料１７の前方に配置して、フレ
ネルゾーンプレート１８に垂直にコヒーレント光２０を
照射し、この照射によって試料１７の表面に生じる輝点
又は輝線２１の画像を顕微鏡対物レンズ２８で結像して
得ると共に、試料１７の表面にインコヒーレント光２２
を照射して試料１７の表面の画像を顕微鏡対物レンズ２
８で結像して得、輝点又は輝線２１が試料１７の位置合
わせ用マーク２３に対して所定位置に位置するように試
料１７又はマスク１９を移動することにより、試料１７
とマスク１９との位置合わせを行うというものである。

【００１６】図２は、本発明による位置合わせ装置の原
理説明図であり、本発明による位置合わせ装置は、試料
１７に射影すべきパターンと共に、試料１７との間にと
るべきギャップ間隔として指定された間隔を焦点距離と
するフレネルゾーンプレート１８を設け、試料１７の前
方に配置されたマスク１９のフレネルゾーンプレート１
８に垂直にコヒーレント光２０を照射するコヒーレント
光照射手段２４と、試料１７の表面にインコヒーレント
光２２を照射するインコヒーレント光照射手段２５と、
フレネルゾーンプレート１８にコヒーレント光２０を垂
直に照射することによって試料１７の表面に生じる輝点
又は輝線２１及び試料１７の位置合わせ用マーク２３を
結像する顕微鏡対物レンズ２８と、輝点又は輝線２１の
位置合わせ用マーク２３に対する位置を測定する位置測
定手段２６と、この位置測定手段２６に制御されて輝点
又は輝線２１が試料１７の位置合わせ用マーク２３に対
して所定位置に位置するように試料１７又はマスク１９
を移動する移動手段２７とを含んで構成される。なお、
２９はコヒーレント光源、３０及び３１はハーフミラ
ー、３２はインコヒーレント光源、３３は撮像装置、３
４は画像処理装置である。

【００１７】図３は、本発明によるギャップ合わせ方法
の原理説明図であり、本発明によるギャップ合わせ方法
は、試料１７に射影すべきパターンと共に、試料１７と
の間にとるべきギャップ間隔として指定された間隔を焦
点距離とするフレネルゾーンプレート１８を設けてなる
マスク１９を試料１７の前方に配置してフレネルゾーン
プレート１８に垂直にコヒーレント光２０を照射し、こ
の照射によって試料１７の表面に生じる輝点又は輝線２
１を顕微鏡対物レンズ２８で結像し、その強度分布の最
大値が最高値となるように試料１７又はマスク１９を移
動することにより、試料１７とマスク１９とのギャップ
合わせを行うというものである。

【００１８】図４は、本発明によるギャップ合わせ装置
の原理説明図であり、本発明によるギャップ合わせ装置
は、試料１７に射影すべきパターンと共に、試料１７と
の間にとるべきギャップ間隔として指定された間隔を焦
点距離とするフレネルゾーンプレート１８を設け、試料
１７の前方に配置されたマスク１９のフレネルゾーンプ
レート１８に垂直にコヒーレント光２０を照射するコヒ
ーレント光照射手段２４と、フレネルゾーンプレート１
８にコヒーレント光２０を垂直に照射することによって
試料１７の表面に生じる輝点又は輝線２１を結像する顕
微鏡対物レンズ２８と、この顕微鏡対物レンズ２８によ
って結像された輝点又は輝線２１の強度分布を測定する
強度分布測定手段３７と、この強度分布測定手段３７に
制御されて輝点又は輝線２１の強度分布の最大値が最高
値となるように試料１７又はマスク１９を移動する移動
手段３８とを含んで構成される。

【００１９】

【作用】本発明による位置合わせ方法及び装置によれ
ば、試料１７とマスク１９の同時観察を行うことができ
る。また、試料１７の表面はインコヒーレント光による
観察を行うとしているので、試料１７の位置合わせ用マ
ーク２３の形状の影響を受けにくく、解像度の良い画像
が得られる。

【００２０】また、本発明によるギャップ合わせ方法及
び装置によれば、本発明による位置合わせ装置と同一の
系を使用してギャップ合わせを行うことができる。ま
た、位置合わせ用のフレネルゾーンプレート１８の焦点
距離を指定されたギャップ間隔と同一としているので、
位置合わせ用のフレネルゾーンプレートと、ギャップ合
わせ用のフレネルゾーンプレートとを別個独立に形成す
る必要がなく、ギャップ合わせを簡単に行うことができ
る。

【００２１】また、本発明による位置合わせ方法及び装
置、並びに、本発明によるギャップ合わせ方法及び装置
によれば、焦点距離の異なるフレネルゾーンプレートを
形成したマスクを用意しておくことで、所望のギャップ
間隔に簡単に対応することができる。

【００２２】

【実施例】以下、図５〜図７を参照して、本発明の一実
施例について説明する。

【００２３】図５は本発明の一実施例の要部を示す図で
あり、図中、３９はウエハ、４０は位置合わせ用のウエ
ハマーク、４１は水平方向に移動可能とされたウエハス
テージ、４２はマスク、４３はマスク４２に形成された
フレネルゾーンプレートである。

【００２４】このフレネルゾーンプレート４３は、図６
にその平面図を示すように形成されている。図中、４４
は透明なスリット、４５は不透明領域であり、このフレ
ネルゾーンプレート４３は、平行光を垂直に照射した場
合の焦点距離がウエハ３９とマスク４２との間に要求さ
れているギャップの間隔と等しくなるようにスリット間
隔が設定されている。

【００２５】また、図５において、４６は、マスク４２
を固定し、垂直方向に移動可能とされたマスクステー
ジ、４７はマスクステージ４６に固定された顕微鏡筒ス
テージ、４８は顕微鏡筒ステージ４７に固定された顕微
鏡筒である。

【００２６】また、４９は顕微鏡筒４８の光軸、５０、
５１は顕微鏡筒４８内に配置されたハーフミラー、５２
は同じく顕微鏡筒４８内に配置された全反射ミラー、５
３は顕微鏡筒４８の先端部分に配置された対物レンズで
ある。

【００２７】また、５４は可視光レーザであるＨeＮeレ
ーザ光、５５はＨeＮeレーザ光５４を出力するＨeＮeレ
ーザ光源、５６はＨeＮeレーザ光源５５から出力された
ＨeＮeレーザ光５４を顕微鏡筒４８に伝送する光ファイ
バである。

【００２８】また、５７はインコヒーレント光である白
色光、５８は白色光５７を出力するハロゲンランプ、５
９はハロゲンランプ５８から出力された白色光５７を顕
微鏡筒４８に伝送する光ファイバである。

【００２９】また、６０はＣＣＤであり、このＣＣＤ６
０は、その撮像面６１にウエハ３９の表面が結像する位
置に配置されている。また、６２はＣＣＤ６０によって
得られた画像を処理する画像処理装置である。

【００３０】また、６３は画像処理装置６２により制御
されてウエハステージ４１を水平方向に移動させるウエ
ハステージ・コントローラ、６４は同じく画像処理装置
６２により制御されてマスクステージ４６を垂直方向に
移動させるマスクステージ・コントローラである。

【００３１】このように構成された本実施例において
は、次のようにして、位置合わせが行われる。即ち、ま
ず、ハロゲンランプ５８がＯＮとされて、白色光５７が
光ファイバ５９、ハーフミラー５０、５１、全反射ミラ
ー５２、対物レンズ５３を介してウエハ３９の表面に照
射され、ウエハマーク４０の画像がＣＣＤ６０により撮
像されて、その画像信号が画像処理装置６２に伝送され
る。

【００３２】次に、ハロゲンランプ５８がＯＦＦ、Ｈe
Ｎeレーザ光源５５がＯＮとされて、ＨeＮeレーザ光５
４が光ファイバ５６、ハーフミラー５１、全反射ミラー
５２を介して対物レンズ５３に入射され、平行光とされ
て更にフレネルゾーンプレート４３に入射される。

【００３３】この結果、ウエハ３９の表面には図７に示
すような輝線６５が生じ、この輝線６５の画像がＣＣＤ
６０により撮像されて、その画像信号が画像処理装置６
２に伝送される。

【００３４】ここに、画像処理装置６２においては、ウ
エハマーク４０の画像信号と、輝線６５の画像信号とが
重ね合わせ処理され、ウエハマーク４０と輝線６５とが
同時観察され、輝線６５のウエハマーク４０に対する位
置が測定され、輝線６５がウエハマーク４０に対して所
定の位置に位置するように、ウエハステージ・コントロ
ーラ６３を介したウエハステージ４１の水平方向の移動
が行われる。このようにして、位置合わせが行われる。

【００３５】また、ギャップ合わせは、次のようにして
行われる。即ち、まず、ハロゲンランプ５８がＯＦＦ、
ＨeＮeレーザ光源５５がＯＮとされて、ＨeＮeレーザ光
５４が光ファイバ５６、ハーフミラー５１、全反射ミラ
ー５２を介して対物レンズ５３に入射され、平行光とさ
れて更にフレネルゾーンプレート４３に入射される。

【００３６】この結果、ウエハ３９の表面には、前述し
たように図７に示すような輝線６５が生じ、この輝線６
５の画像がＣＣＤ６０により撮像されて、その画像信号
が画像処理装置６２に伝送される。

【００３７】ここに、画像処理装置６２は、マスクステ
ージ・コントローラ６４を介してマスクステージ４６を
所定のピッチで垂直方向に移動させ、即ち、ギャップ間
隔を所定のピッチで変化させ、各ギャップ間隔における
輝線６５の画像信号におけるピーク値を測定し、このピ
ーク値が最高値となるように、即ち、輝線６５の照度が
最高値となるように、マスクステージ４６の垂直方向の
移動を行い、ギャップ合わせを完了させる。ここに、マ
スク４２とウエハ３９のギャップ間隔は、フレネルゾー
ンプレート４３の焦点距離、即ち、指定されたギャップ
間隔に設定される。

【００３８】かかる本実施例によれば、ウエハ３９とマ
スク４２の同時観察を行うことができ、また、ウエハ３
９の表面はインコヒーレント光である白色光５７による
観察を行うとしているので、ウエハマーク４０の形状の
影響を受けにくく、解像度の良い画像が得られるので、
精度の高い位置合わせを行うことができる。

【００３９】また、本実施例によれば、ギャップ合わせ
は、位置合わせを行う場合と同一の系を使用して簡単に
行うことができる。また、焦点距離の異なるフレネルゾ
ーンプレートを形成したマスクを用意しておくことで、
要求される種々のギャップ間隔に簡単に対応することが
できる。

【００４０】なお、上述の実施例においては、図６に示
すように、直線状のスリットを設けてなるフレネルゾー
ンプレートをマスクに形成した場合につき述べたが、こ
の代わりに、円形のスリットを設けてなるフレネルゾー
ンプレートを形成するようにしてもよい。

【００４１】

【発明の効果】本発明による位置合わせ方法及び装置に
よれば、試料とマスクの同時観察を行うことができ、ま
た、試料の表面はインコヒーレント光による観察を行う
としているので、試料の位置合わせ用マークの形状の影
響を受けにくく、解像度の良い画像が得られるので、精
度の高い位置合わせを行うことができる。

【００４２】また、本発明によるギャップ合わせ方法及
び装置によれば、本発明による位置合わせ装置と同一の
系を使用してギャップ合わせを行うことができ、また、
位置合わせ用のフレネルゾーンプレートの焦点距離を指
定されたギャップ間隔と同一としているので、位置合わ
せ用のフレネルゾーンプレートと、ギャップ合わせ用の
フレネルゾーンプレートとを別個独立に形成する必要が
なく、ギャップ合わせを簡単に行うことができる。

【００４３】また、本発明による位置合わせ方法及び装
置、並びに、本発明によるギャップ合わせ方法及び装置
によれば、焦点距離の異なるフレネルゾーンプレートを
形成したマスクを用意しておくことで、要求される種々
のギャップ間隔に簡単に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による位置合わせ方法の原理説明図であ
る。

【図２】本発明による位置合わせ装置の原理説明図であ
る。

【図３】本発明によるギャップ合わせ方法の原理説明図
である。

【図４】本発明によるギャップ合わせ装置の原理説明図
である。

【図５】本発明の一実施例の要部を示す図である。

【図６】フレネルゾーンプレートを示す平面図である。

【図７】フルネルゾーンプレートによって生じる輝線を
示す平面図である。

【図８】従来の位置合わせ装置を示す概念図である。

【図９】従来の位置合わせ装置によって得られるウエハ
マークとマスクマークの画像を示す図である。

【図１０】従来のギャップ合わせ装置を示す概念図であ
る。

【符号の説明】

１７ 試料 １８ フルネルゾーンプレート １９ マスク ２０ コヒーレント光 ２１ 輝点又は輝線 ２２ インコヒーレント光 ２３ 位置合わせ用のウエハマーク ２８ 顕微鏡対物レンズ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料（１７）に射影すべきパターンと共
   に、前記試料（１７）との間にとるべきギャップ間隔と
   して指定された間隔を焦点距離とするフレネルゾーンプ
   レート（１８）を設けてなるマスク（１９）を前記試料
   （１７）の前方に配置して、前記フレネルゾーンプレー
   ト（１８）に垂直にコヒーレント光（２０）を照射し、
   この照射によって前記試料（１７）の表面に生じる輝点
   又は輝線（２１）の画像を顕微鏡対物レンズ（２８）で
   結像して得ると共に、前記試料（１７）の表面にインコ
   ヒーレント光（２２）を照射して前記試料（１７）の表
   面の画像を前記顕微鏡対物レンズ（２８）で結像して
   得、前記輝点又は輝線（２１）が前記試料（１７）の位
   置合わせ用マーク（２３）に対して所定位置に位置する
   ように前記試料（１７）又は前記マスク（１９）を移動
   することにより、前記試料（１７）と前記マスク（１
   ９）との位置合わせを行うことを特徴とする位置合わせ
   方法。
2. 【請求項２】試料（１７）に射影すべきパターンと共
   に、前記試料（１７）との間にとるべきギャップ間隔と
   して指定された間隔を焦点距離とするフレネルゾーンプ
   レート（１８）を設け、前記試料（１７）の前方に配置
   されたマスク（１９）の前記フレネルゾーンプレート
   （１８）に垂直にコヒーレント光（２０）を照射するコ
   ヒーレント光照射手段（２４）と、前記試料（１７）の
   表面にインコヒーレント光（２２）を照射するインコヒ
   ーレント光照射手段（２５）と、前記フレネルゾーンプ
   レート（１８）に前記コヒーレント光（２０）を垂直に
   照射することによって前記試料（１７）の表面に生じる
   輝点又は輝線（２１）及び前記試料（１７）の位置合わ
   せ用マーク（２３）を結像する顕微鏡対物レンズ（２
   ８）と、前記輝点又は輝線（２１）の前記位置合わせ用
   マーク（２３）に対する位置を測定する位置測定手段
   （２６）と、該位置測定手段（２６）に制御されて前記
   輝点又は輝線（２１）が前記試料（１７）の位置合わせ
   用マーク（２３）に対して所定位置に位置するように前
   記試料（１７）又は前記マスク（１９）を移動する移動
   手段（２７）とを含んで構成されていることを特徴とす
   る位置合わせ装置。
3. 【請求項３】試料（１７）に射影すべきパターンと共
   に、前記試料（１７）との間にとるべきギャップ間隔と
   して指定された間隔を焦点距離とするフレネルゾーンプ
   レート（１８）を設けてなるマスク（１９）を前記試料
   （１７）の前方に配置して前記フレネルゾーンプレート
   （１８）に垂直にコヒーレント光（２０）を照射し、こ
   の照射によって前記試料（１７）の表面に生じる輝点又
   は輝線（２１）を顕微鏡対物レンズ（２８）で結像し、
   その強度分布の最大値が最高値となるように前記試料
   （１７）又は前記マスク（１９）を移動することによ
   り、前記試料（１７）と前記マスク（１９）とのギャッ
   プ合わせを行うことを特徴とするギャップ合わせ方法。
4. 【請求項４】試料（１７）に射影すべきパターンと共
   に、前記試料（１７）との間にとるべきギャップ間隔と
   して指定された間隔を焦点距離とするフレネルゾーンプ
   レート（１８）を設け、前記試料（１７）の前方に配置
   されたマスク（１９）の前記フレネルゾーンプレート
   （１８）に垂直にコヒーレント光（２０）を照射するコ
   ヒーレント光照射手段（２４）と、前記フレネルゾーン
   プレート（１８）に前記コヒーレント光（２０）を垂直
   に照射することによって前記試料（１７）の表面に生じ
   る輝点又は輝線（２１）を結像する顕微鏡対物レンズ
   （２８）と、該顕微鏡対物レンズ（２８）によって結像
   された前記輝点又は輝線（２１）の強度分布を測定する
   強度分布測定手段（３７）と、該強度分布測定手段（３
   ７）に制御されて前記輝点又は輝線（２１）の強度分布
   の最大値が最高値となるように前記試料（１７）又は前
   記マスク（１９）を移動する移動手段（３８）とを含ん
   で構成されていることを特徴とするギャップ合わせ装
   置。