JPH0642448B2 - 位置合わせ方法 - Google Patents
位置合わせ方法Info
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- JPH0642448B2 JPH0642448B2 JP62246202A JP24620287A JPH0642448B2 JP H0642448 B2 JPH0642448 B2 JP H0642448B2 JP 62246202 A JP62246202 A JP 62246202A JP 24620287 A JP24620287 A JP 24620287A JP H0642448 B2 JPH0642448 B2 JP H0642448B2
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- Japan
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- mark
- light
- alignment
- wafer
- marks
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
- G03F9/7049—Technique, e.g. interferometric
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、２つの物体の位置合わせ方法に係わり、特に
パターン転写に用いられるマスクとウェハとのアライメ
ント等に好適する位置合わせ方法に関する。
パターン転写に用いられるマスクとウェハとのアライメ
ント等に好適する位置合わせ方法に関する。
（従来の技術） 近年、ＬＳＩ等の半導体素子の回路パターンの微細化に
伴い、パターン転写手段として、高解像性能を有する光
学式投影露光装置が広く使用されるようになっている。
この装置を用いて転写を行う場合、露光に先立ってマス
クとウェハとを高精度で位置合わせ（マスクアライメン
ト）する必要がある。
伴い、パターン転写手段として、高解像性能を有する光
学式投影露光装置が広く使用されるようになっている。
この装置を用いて転写を行う場合、露光に先立ってマス
クとウェハとを高精度で位置合わせ（マスクアライメン
ト）する必要がある。
マスクアライメントを行う方法としては、投影光学系と
は異なる他の光学系（off-axis顕微鏡）を用い、ウェハ
上に予め形成したマークを検出してウェハを位置決め
し、その後ウェハを投影光学系の視野内の所定の位置に
高精度に移動させて予め正確に位置決めされたマスクと
の位置合わせを行うoff-axis方式と、マスクとウェハに
予め形成された位置合わせマークを投影光学系を通して
検出し、直接マスクとウェハとを位置合わせするＴＴＬ
(Through The lens)方式とがある。
は異なる他の光学系（off-axis顕微鏡）を用い、ウェハ
上に予め形成したマークを検出してウェハを位置決め
し、その後ウェハを投影光学系の視野内の所定の位置に
高精度に移動させて予め正確に位置決めされたマスクと
の位置合わせを行うoff-axis方式と、マスクとウェハに
予め形成された位置合わせマークを投影光学系を通して
検出し、直接マスクとウェハとを位置合わせするＴＴＬ
(Through The lens)方式とがある。
off-axis方式は、アライメントの回数が少ないため、ア
ライメントに要する時間が少なく、スループット（処理
速度）が大きいと言う利点を持つ。しかし、位置合わせ
されたウェハを転写すべき位置まで正確な距離だけ移動
させる必要があり、他に絶対測長系を設けなくてはなら
ず、誤差要因が増え、高い精度で位置合わせをすること
が難しい。そこで最近では、より高精度なアライメント
を行うために、ＴＴＬ方式のようにマスク及びウェハの
マークを投影光学系を通して検出し、直接アライメント
する方式が有力となっている。
ライメントに要する時間が少なく、スループット（処理
速度）が大きいと言う利点を持つ。しかし、位置合わせ
されたウェハを転写すべき位置まで正確な距離だけ移動
させる必要があり、他に絶対測長系を設けなくてはなら
ず、誤差要因が増え、高い精度で位置合わせをすること
が難しい。そこで最近では、より高精度なアライメント
を行うために、ＴＴＬ方式のようにマスク及びウェハの
マークを投影光学系を通して検出し、直接アライメント
する方式が有力となっている。
ＴＴＬ方式のアライメント方法の一つとして、２つのグ
レーティングマークを重ね合わせる方法（文献G.Dubroe
ucq,1980,ME,W.RTrutna.Jr.1984,SPIE等）がある。これ
は、第５図に示す如く、グレーティング状マーク５１
ａ，５３ａが形成され投影レンズ５２を挟んで対向配置
されたマスク５１とウェハ５３に対し、アライメント用
の光を入射させ２つのマーク５１ａ，５３ａで回折した
光を光電検出器５４により検出することによって、２つ
のグレーティングマーク５１ａ，５３ａの重なり状態、
つまり相対位置を検出する方法である。
レーティングマークを重ね合わせる方法（文献G.Dubroe
ucq,1980,ME,W.RTrutna.Jr.1984,SPIE等）がある。これ
は、第５図に示す如く、グレーティング状マーク５１
ａ，５３ａが形成され投影レンズ５２を挟んで対向配置
されたマスク５１とウェハ５３に対し、アライメント用
の光を入射させ２つのマーク５１ａ，５３ａで回折した
光を光電検出器５４により検出することによって、２つ
のグレーティングマーク５１ａ，５３ａの重なり状態、
つまり相対位置を検出する方法である。
この方法によれば、第６図に示す如く２つのグレーティ
ングマーク５１ａ，５３ａが重なり合った状態（或いは
半ピッチずれた状態）で、信号強度が最大（或いは最
小）となる。従って、最大値（或いは最小値）を精度良
く検出できる信号処理（例えば振動型同期検波処理等）
によって高精度なアライメントが可能となる。
ングマーク５１ａ，５３ａが重なり合った状態（或いは
半ピッチずれた状態）で、信号強度が最大（或いは最
小）となる。従って、最大値（或いは最小値）を精度良
く検出できる信号処理（例えば振動型同期検波処理等）
によって高精度なアライメントが可能となる。
ところで、このようなグレーティングマークを用いたＴ
ＴＬアライメント方式では、以下に示すような問題があ
った。つまり、通常の投影レンズは露光波長についての
み全ての収差が最小になるように設計されているが、そ
の他の波長に対しては色収差が存在する。一方、上記の
アライメント方式では、光源としてはコヒーレント性の
良いレーザが用いられるが露光用光源には水銀ランプを
用いるため、２つの光源の波長を全く同一とすることは
難しい。このため、アライメント光に対しては色収差が
無視できなくなり、結像位置関係、即ちフォーカス位置
で露光波長とは異なり、デフォーカスした状態で位置検
出をしなければならない。従来、このようにデフォーカ
ス状態で位置検出すると、十分な検出感度が得られず再
現性も悪かった。また、２つの波長の違いが大きくなる
と、光路長を補正する等の収差補正手段が必要となり、
装置が複雑化し誤差要因も増える。即ち、アライメント
用光の波長を露光波長と同一にすることができないこと
によって、投影レンズの収差の影響を受けることが大き
な問題となっていた。
ＴＬアライメント方式では、以下に示すような問題があ
った。つまり、通常の投影レンズは露光波長についての
み全ての収差が最小になるように設計されているが、そ
の他の波長に対しては色収差が存在する。一方、上記の
アライメント方式では、光源としてはコヒーレント性の
良いレーザが用いられるが露光用光源には水銀ランプを
用いるため、２つの光源の波長を全く同一とすることは
難しい。このため、アライメント光に対しては色収差が
無視できなくなり、結像位置関係、即ちフォーカス位置
で露光波長とは異なり、デフォーカスした状態で位置検
出をしなければならない。従来、このようにデフォーカ
ス状態で位置検出すると、十分な検出感度が得られず再
現性も悪かった。また、２つの波長の違いが大きくなる
と、光路長を補正する等の収差補正手段が必要となり、
装置が複雑化し誤差要因も増える。即ち、アライメント
用光の波長を露光波長と同一にすることができないこと
によって、投影レンズの収差の影響を受けることが大き
な問題となっていた。
特に、アライメント光はレジストを感光させないことが
必要との事からHe-Neレーザ（633nm）を用いることが多
く、また転写用露光波長（λ）は一般にＲ＝Ｋλ／ＮＡ
の関係から解像度Ｒを高めるために短かくする傾向にあ
る。現在はｇ線（436nm）が主流であるが将来ｉ線（365
nm）と変わり、さらにはエキシマレーザ（KrF248nm,ArF
193nm）へと変化することが予想される。
必要との事からHe-Neレーザ（633nm）を用いることが多
く、また転写用露光波長（λ）は一般にＲ＝Ｋλ／ＮＡ
の関係から解像度Ｒを高めるために短かくする傾向にあ
る。現在はｇ線（436nm）が主流であるが将来ｉ線（365
nm）と変わり、さらにはエキシマレーザ（KrF248nm,ArF
193nm）へと変化することが予想される。
このためにも上記問題は無視出来ないものである。従
来、この色収差の問題は第７図に示すように途中に折返
しミラー５５ａ，５５ｂを設け吸収していた。しかし、
波長の差が大きくなるに従って、上記折返しミラーやレ
ンズ系では構造が複雑になり実用的ではなくなってきて
いる。ここで、図中５６はアライメント用のHe-Neレー
ザ、５７はハーフミラー、５８は反射ミラーである。
来、この色収差の問題は第７図に示すように途中に折返
しミラー５５ａ，５５ｂを設け吸収していた。しかし、
波長の差が大きくなるに従って、上記折返しミラーやレ
ンズ系では構造が複雑になり実用的ではなくなってきて
いる。ここで、図中５６はアライメント用のHe-Neレー
ザ、５７はハーフミラー、５８は反射ミラーである。
（発明が解決しようとする問題点） このように従来、露光波長とアライメント波長との違い
による色収差の問題から、マスク・ウェハを高精度に位
置合わせすることは困難であった。また、色収差の解決
策として折返しミラーを用いたものは、露光波長とアラ
イメント波長とが大きく異なる場合、ミラー間隔を大き
く離す必要があり実用的でなかった。
による色収差の問題から、マスク・ウェハを高精度に位
置合わせすることは困難であった。また、色収差の解決
策として折返しミラーを用いたものは、露光波長とアラ
イメント波長とが大きく異なる場合、ミラー間隔を大き
く離す必要があり実用的でなかった。
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、位置合わせ用の光の波長が光学系に合
った波長と異なった場合でも、２つの物体の相対位置を
高精度に検出することができ、且つ折返しミラー等を用
いることなく簡易に実現することができ、位置合わせ方
法精度の向上をはかり得る位置合わせ方法を提供するこ
とにある。
とするところは、位置合わせ用の光の波長が光学系に合
った波長と異なった場合でも、２つの物体の相対位置を
高精度に検出することができ、且つ折返しミラー等を用
いることなく簡易に実現することができ、位置合わせ方
法精度の向上をはかり得る位置合わせ方法を提供するこ
とにある。
［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明の骨子は、位置合わせマークを用いたＴＴＬアラ
イメント方式において、アライメント光として光学系に
合った波長と異なる波長の光を用いても、光学系（投影
レンズ）の色収差の影響を無視できるように、マーク位
置構成及びアライメント光照明方法を改良したことにあ
る。
イメント方式において、アライメント光として光学系に
合った波長と異なる波長の光を用いても、光学系（投影
レンズ）の色収差の影響を無視できるように、マーク位
置構成及びアライメント光照明方法を改良したことにあ
る。
即ち本発明は、マスク上に形成されたパターンを投影レ
ンズを介してウェハ上に投影露光するに先立ち、位置合
わせ用のマークとしてマスク或いはウェハの一方に第１
のマーク、他方に第２のマークを設け、位置合わせ用光
を第１のマークに照射し、各マークの光学的な相対位置
ずれに応じてマスク・ウェハを位置合わせする位置合わ
せ方法において、位置合わせ用光として露光用波長とは
異なる波長の光を用い、第１のマークで回折した回折光
のうち、第１のマークの所定距離だけ離れた位置から生
じ該第１のマークの位置情報を含んだ複数本の所定回折
光が投影レンズを通して第２のマークに集光するような
方向から位置合わせ用光で第１のマークを照射し、第２
のマークに集光した所定回折光が第２のマーク上で干渉
して第１及び第２のマークの双方の位置情報を含んだ透
過或いは反射回折光を検出してマスク・ウェハの相対位
置ずれ情報を得ることを特徴とする。
ンズを介してウェハ上に投影露光するに先立ち、位置合
わせ用のマークとしてマスク或いはウェハの一方に第１
のマーク、他方に第２のマークを設け、位置合わせ用光
を第１のマークに照射し、各マークの光学的な相対位置
ずれに応じてマスク・ウェハを位置合わせする位置合わ
せ方法において、位置合わせ用光として露光用波長とは
異なる波長の光を用い、第１のマークで回折した回折光
のうち、第１のマークの所定距離だけ離れた位置から生
じ該第１のマークの位置情報を含んだ複数本の所定回折
光が投影レンズを通して第２のマークに集光するような
方向から位置合わせ用光で第１のマークを照射し、第２
のマークに集光した所定回折光が第２のマーク上で干渉
して第１及び第２のマークの双方の位置情報を含んだ透
過或いは反射回折光を検出してマスク・ウェハの相対位
置ずれ情報を得ることを特徴とする。
また、本発明は、マスク上に形成されたパターンを投影
レンズを介してウェハ上に投影露光するに先立ち、位置
合わせ用のマークとしてマスク或いはウェハの一方に第
１のマーク、他方に第２のマークを設け、位置合わせ用
光を第１のマークを通して第２のマークに照射し、第２
のマークで透過或いは反射した回折光を受光してマスク
・ウェハを位置合わせする位置合わせ方法において、位
置合わせ用光として露光波長とは異なる波長の光を用
い、第１のマークとして所定距離２ｒだけ離れて形成さ
れた位置から生じた２本の光速が投影レンズを介して第
２のマークに集光するような方向から第１のマークを照
射し、第２のマークに集光した光速が第２のマーク上で
干渉した透過或いは反射回折光を検出して、マスク・ウ
ェハの相対位置合わせを行うための方法であり、所定距
離２ｒを、２ｒ＝Ｄｔａｎβθに設定したことを特徴と
する。但し、βは投影レンズにおける位置合わせ用光の
波長に対する第２のマークの倍率、Ｄは投影レンズにお
ける露光波長に対する第２のマークの共役位置と位置合
わせ用光の波長に対する第２のマークの共役位置との
差、θは第２のマーク上で集光する２本の光速のなす角
度である。
レンズを介してウェハ上に投影露光するに先立ち、位置
合わせ用のマークとしてマスク或いはウェハの一方に第
１のマーク、他方に第２のマークを設け、位置合わせ用
光を第１のマークを通して第２のマークに照射し、第２
のマークで透過或いは反射した回折光を受光してマスク
・ウェハを位置合わせする位置合わせ方法において、位
置合わせ用光として露光波長とは異なる波長の光を用
い、第１のマークとして所定距離２ｒだけ離れて形成さ
れた位置から生じた２本の光速が投影レンズを介して第
２のマークに集光するような方向から第１のマークを照
射し、第２のマークに集光した光速が第２のマーク上で
干渉した透過或いは反射回折光を検出して、マスク・ウ
ェハの相対位置合わせを行うための方法であり、所定距
離２ｒを、２ｒ＝Ｄｔａｎβθに設定したことを特徴と
する。但し、βは投影レンズにおける位置合わせ用光の
波長に対する第２のマークの倍率、Ｄは投影レンズにお
ける露光波長に対する第２のマークの共役位置と位置合
わせ用光の波長に対する第２のマークの共役位置との
差、θは第２のマーク上で集光する２本の光速のなす角
度である。
（作用） 本発明によれば、第１のマークの所定距離だけ離れた場
所から生じた複数本の回折光を第２のマークに集光・干
渉させることにより、色収差による結像間隔の差の問題
を完全になくして位置合わせを行うことができる。従っ
て、従来色収差補正用に用いていた折返しミラー、レン
ズ等の中間物を設ける必要がなく、これらから生じる誤
差要因をなくすことができる。さらに、折返しミラー等
が不要となるため、構造が簡単であり光軸調整が容易に
なる。特に、現在エキシマレーザステッパーで問題とな
っている。ＴＴＬアライメントをこの方法によって実現
することが可能となる。
所から生じた複数本の回折光を第２のマークに集光・干
渉させることにより、色収差による結像間隔の差の問題
を完全になくして位置合わせを行うことができる。従っ
て、従来色収差補正用に用いていた折返しミラー、レン
ズ等の中間物を設ける必要がなく、これらから生じる誤
差要因をなくすことができる。さらに、折返しミラー等
が不要となるため、構造が簡単であり光軸調整が容易に
なる。特に、現在エキシマレーザステッパーで問題とな
っている。ＴＴＬアライメントをこの方法によって実現
することが可能となる。
（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。
第１図は本発明の一実施例方法に使用した縮小投影露光
装置を示す概略構成図である。通常、縮小投影露光装置
は、投影レンズ２０の両サイドにレチクル（マスク）１
０，ウェハ３０を設置する。投影レンズ２０は、露光波
長に対して結像関係が保たれるようにマスク１０，ウェ
ハ３０の物像間隔が設定され、そのように位置決めされ
る。この状態では、マスク１０のＣ点から出た光は投影
レンズ２０を通してウェハ３０上で結像する。しかし、
アライメント光として露光波長とは異なる波長、例えば
He-Neレーザ等を用いた場合、この結像関係はくずれ、
距離Ｄだけ離れた２点鎖線で示した仮想マスク１０′上
で結像することになる。即ち、距離Ｄは投影レンズにお
ける露光波長に対する第２のマークの共役位置と位置合
わせ用光の波長に対する第２のマークの共役位置との差
に相当している。通常この量が少ない場合、前記第７図
で示したように折返しミラー等によって補正が行われ
る。しかし、例えば248nmの露光波長と633nmのHe-Neレ
ーザ光（アライメント光）のように波長差が大きい場
合、この量は数ｍにもなり、折返しミラー等で補正する
のは現実的でない。
装置を示す概略構成図である。通常、縮小投影露光装置
は、投影レンズ２０の両サイドにレチクル（マスク）１
０，ウェハ３０を設置する。投影レンズ２０は、露光波
長に対して結像関係が保たれるようにマスク１０，ウェ
ハ３０の物像間隔が設定され、そのように位置決めされ
る。この状態では、マスク１０のＣ点から出た光は投影
レンズ２０を通してウェハ３０上で結像する。しかし、
アライメント光として露光波長とは異なる波長、例えば
He-Neレーザ等を用いた場合、この結像関係はくずれ、
距離Ｄだけ離れた２点鎖線で示した仮想マスク１０′上
で結像することになる。即ち、距離Ｄは投影レンズにお
ける露光波長に対する第２のマークの共役位置と位置合
わせ用光の波長に対する第２のマークの共役位置との差
に相当している。通常この量が少ない場合、前記第７図
で示したように折返しミラー等によって補正が行われ
る。しかし、例えば248nmの露光波長と633nmのHe-Neレ
ーザ光（アライメント光）のように波長差が大きい場
合、この量は数ｍにもなり、折返しミラー等で補正する
のは現実的でない。
そこで本実施例では、以下に説明する方法によってこの
問題を解決している。即ち、第１図においてウェハ３０
上からマスク１０′上のマークをみた時、２点鎖線で示
した光束でマーク情報がくることになる。従って、例え
ばマスク１０上Ａ，Ｂの２点にマーク１１，１２（第１
のマーク）を形成し、このマーク１１，１２にアライメ
ント光を照射しそこから出る光束があたかもマスク１
０′上からくるマーク位置情報を持つようにすれば、こ
の光束はウェハ３０上で集光することになる。つまり、
マスク１０上であたかもマスク１０′上からのマーク位
置情報が作られるようになる。
問題を解決している。即ち、第１図においてウェハ３０
上からマスク１０′上のマークをみた時、２点鎖線で示
した光束でマーク情報がくることになる。従って、例え
ばマスク１０上Ａ，Ｂの２点にマーク１１，１２（第１
のマーク）を形成し、このマーク１１，１２にアライメ
ント光を照射しそこから出る光束があたかもマスク１
０′上からくるマーク位置情報を持つようにすれば、こ
の光束はウェハ３０上で集光することになる。つまり、
マスク１０上であたかもマスク１０′上からのマーク位
置情報が作られるようになる。
具体的には、Ａ、Ｂのマーク１１，１２をそれぞれ格子
状マークとしておき、アライメント光を図のようにレン
ズの入射瞳で集光するように球面波として照射する。こ
の結果、マーク１１，１２からそれぞれから０次、±１
次の回折光が生じるが、０次はそのまま入射瞳に入る。
マーク１１からの−１次光、マーク１２からの＋１次光
は、それぞれの位置情報を持ち投影レンズ２０を通って
ウェハ３０上の１点に集光する。この点で、それぞれの
光束は干渉しモアレパターン（即ち角度θに依存した周
期的なパターン像）を形成する。
状マークとしておき、アライメント光を図のようにレン
ズの入射瞳で集光するように球面波として照射する。こ
の結果、マーク１１，１２からそれぞれから０次、±１
次の回折光が生じるが、０次はそのまま入射瞳に入る。
マーク１１からの−１次光、マーク１２からの＋１次光
は、それぞれの位置情報を持ち投影レンズ２０を通って
ウェハ３０上の１点に集光する。この点で、それぞれの
光束は干渉しモアレパターン（即ち角度θに依存した周
期的なパターン像）を形成する。
この場合、設計として投影レンズ２０のアライメント光
に対する仮想マスク位置のウェハに対する倍率β、つま
り投影レンズにおける位置合わせ用光の波長に対する倍
率が求まり、同様にして距離Ｄも求まる。従って、マス
ク１０上のマーク１１，１２の間隔２ｒは ２ｒ＝Ｄｔａｎβθ で求めることができる。ここで、θは、ウェハ３０上で
集光する光束のなす角度である。またマスク１０上に入
射させるアライメント光の入射角θｒも投影レンズ２０
のレンズ定数によって決まる。このとき、マスク１０上
のＡ，Ｂそれぞれのマーク１１，１２から出る回折光の
角度をあたかもマスク１０′からの光束のように合わせ
る必要がある。このマークピッチＰも ｓｉｎθｒ＋ｓｉｎβθ＝ｎλ／Ｐ で求めることができる。ここで、λはアライメント光の
波長であり、ｎは回折次数（図の場合は±１）である。
に対する仮想マスク位置のウェハに対する倍率β、つま
り投影レンズにおける位置合わせ用光の波長に対する倍
率が求まり、同様にして距離Ｄも求まる。従って、マス
ク１０上のマーク１１，１２の間隔２ｒは ２ｒ＝Ｄｔａｎβθ で求めることができる。ここで、θは、ウェハ３０上で
集光する光束のなす角度である。またマスク１０上に入
射させるアライメント光の入射角θｒも投影レンズ２０
のレンズ定数によって決まる。このとき、マスク１０上
のＡ，Ｂそれぞれのマーク１１，１２から出る回折光の
角度をあたかもマスク１０′からの光束のように合わせ
る必要がある。このマークピッチＰも ｓｉｎθｒ＋ｓｉｎβθ＝ｎλ／Ｐ で求めることができる。ここで、λはアライメント光の
波長であり、ｎは回折次数（図の場合は±１）である。
ウェハ３０上で、上記モアレパターンに対応した格子状
マーク３１（第２のマーク）を形成しておく。このウェ
ハマーク３１で再度回折した光、例えば図の場合は垂直
に戻る反射回折光を取り出し、ミラー４１等で導き、検
出器４２で検出する。検出器４２ではウェハ３０とマス
ク１０との横方向相対変位に対応した光強度が得られ
る。この光強度に関しては、２重回折格子法等で示され
ているようにウェハ３０上マーク３１の格子ピッチに対
応した光強度変化が得られる。この方式では、マスク１
０とウェハ３０との間に何ら構造物を置くことなしにそ
れぞれのマークを位置合わせすることが可能であると共
に、２光束の干渉によってウェハ３０上でモアレパター
ンを形成するため、ウェハ３０の上下方向のディフォー
カスによってこのモアレパターンの像が動くことがな
い。従って、ディフォーカス量が存在しても位置合わせ
精度に影響しない等の多くの特徴をもつ。
マーク３１（第２のマーク）を形成しておく。このウェ
ハマーク３１で再度回折した光、例えば図の場合は垂直
に戻る反射回折光を取り出し、ミラー４１等で導き、検
出器４２で検出する。検出器４２ではウェハ３０とマス
ク１０との横方向相対変位に対応した光強度が得られ
る。この光強度に関しては、２重回折格子法等で示され
ているようにウェハ３０上マーク３１の格子ピッチに対
応した光強度変化が得られる。この方式では、マスク１
０とウェハ３０との間に何ら構造物を置くことなしにそ
れぞれのマークを位置合わせすることが可能であると共
に、２光束の干渉によってウェハ３０上でモアレパター
ンを形成するため、ウェハ３０の上下方向のディフォー
カスによってこのモアレパターンの像が動くことがな
い。従って、ディフォーカス量が存在しても位置合わせ
精度に影響しない等の多くの特徴をもつ。
検出器４２からの出力を元に信号処理回路４３により信
号処理を行うことによって、位置検出信号を得ることが
できる。この時の信号処理として、例えばウェハ３０を
横方向に振動させる、マスク１０を横方向に振動させ
る、或いはアライメント光の一部を位相シフト機構４４
によって波長の位相を変えモアレパターン像を動かす等
の方法によって変調し、その周波数について同期検波を
することが考えられる。
号処理を行うことによって、位置検出信号を得ることが
できる。この時の信号処理として、例えばウェハ３０を
横方向に振動させる、マスク１０を横方向に振動させ
る、或いはアライメント光の一部を位相シフト機構４４
によって波長の位相を変えモアレパターン像を動かす等
の方法によって変調し、その周波数について同期検波を
することが考えられる。
第１図の具体例をさらに第２図にて示す。アライメント
光は例えばレンズ４５、コンデンサレンズ４６を通して
マスク１０上のマーク１１，１２に入射する。この光は
レンズ２０の入射瞳（破線で示す）の中心に入射するよ
うになっている。マーク１１，１２から生じた±１次光
は、入射瞳を通りウェハマーク３１上に２光束で集光す
る。ウェハマーク３１は、第３図(a)に示す１次元格
子、同図(b)に示す２次元格子、同図(c)に示す市松格子
のようなパターンとなっている。これらの選択は、転写
装置の使用条件によって最良な方法を行うと良い。例え
ば我々は、マスクパターンを転写中に、このアライメン
ト光を用いて位置合わせを行うようにするため、第３図
(b)(c)のいずれかを用いて、反射回折光を２次元的に回
折させ、ミラー４１は露光照明光を遮らないようにマス
クパターンより外側の方へずらす方法を選択している。
また、必要によってはマスク１０のマーク１１，１２を
２次元格子或いは市松格子とすることも可能である。
光は例えばレンズ４５、コンデンサレンズ４６を通して
マスク１０上のマーク１１，１２に入射する。この光は
レンズ２０の入射瞳（破線で示す）の中心に入射するよ
うになっている。マーク１１，１２から生じた±１次光
は、入射瞳を通りウェハマーク３１上に２光束で集光す
る。ウェハマーク３１は、第３図(a)に示す１次元格
子、同図(b)に示す２次元格子、同図(c)に示す市松格子
のようなパターンとなっている。これらの選択は、転写
装置の使用条件によって最良な方法を行うと良い。例え
ば我々は、マスクパターンを転写中に、このアライメン
ト光を用いて位置合わせを行うようにするため、第３図
(b)(c)のいずれかを用いて、反射回折光を２次元的に回
折させ、ミラー４１は露光照明光を遮らないようにマス
クパターンより外側の方へずらす方法を選択している。
また、必要によってはマスク１０のマーク１１，１２を
２次元格子或いは市松格子とすることも可能である。
さらに、アライメント光としてHe-Neレーザ光の波長を
用いているため、アライメント検出中にウェハ３０上の
レジストが感光するのを防ぐことができ、またレジスト
内で殆んど吸収されず信号の検出に十分な光量を得るこ
とができる。また、ウェハ３０上のマーク３１を露光光
によって照明し、レジストを剥離するか、照明せずレジ
ストを残存させるかは、ウェハ３０上のマーク３１のマ
スク１０上での共役位置Ｃをクロムを付けて露光光を遮
光するか、クロムのない窓とするかでユーザが自由に選
択できるという利点もある。
用いているため、アライメント検出中にウェハ３０上の
レジストが感光するのを防ぐことができ、またレジスト
内で殆んど吸収されず信号の検出に十分な光量を得るこ
とができる。また、ウェハ３０上のマーク３１を露光光
によって照明し、レジストを剥離するか、照明せずレジ
ストを残存させるかは、ウェハ３０上のマーク３１のマ
スク１０上での共役位置Ｃをクロムを付けて露光光を遮
光するか、クロムのない窓とするかでユーザが自由に選
択できるという利点もある。
かくして本実施例によれば、位置合わせマークを用いた
ＴＴＬアライメント法で従来、波長差が大きい場合に問
題となっていた投影レンズ２０の色収差に起因する諸問
題を容易に解決することができ、マスク１０とウェハ３
０との相対位置を極めて高精度で検出することができ、
高精度な位置合わせが可能となる。さらに、上述した如
く数多くの付加的な利点を有し、投影露光装置の性能を
大幅に向上させることができる。
ＴＴＬアライメント法で従来、波長差が大きい場合に問
題となっていた投影レンズ２０の色収差に起因する諸問
題を容易に解決することができ、マスク１０とウェハ３
０との相対位置を極めて高精度で検出することができ、
高精度な位置合わせが可能となる。さらに、上述した如
く数多くの付加的な利点を有し、投影露光装置の性能を
大幅に向上させることができる。
第１図ではアライメント信号の変調に位相シフト機構４
４を使用することを述べたが、第４図に示すようにマス
ク１０上でアライメント光を横方向にずらし、マーク１
１、１２のＡとＡ′を照射してウェハ３０上でマーク３
１のＡＡ′上にモアレパターンを形成する。同様に、マ
ーク１１，１２のＢとＢ′でマーク３１のＢＢ′、マー
ク１１，１２のＣとＣ′でマーク３１のＣＣ′、マーク
１１，１２のＤとＤ′でマーク３１のＤＤ′を対応させ
るようにし、ＡＡ′とＢＢ′のパターンを交互にアライ
メントし、ＡＡ′とＢＢ′のピッチを約半ピッチずらし
てレイアウトし、その差をとって位置合わせ信号とする
ことも可能である。
４を使用することを述べたが、第４図に示すようにマス
ク１０上でアライメント光を横方向にずらし、マーク１
１、１２のＡとＡ′を照射してウェハ３０上でマーク３
１のＡＡ′上にモアレパターンを形成する。同様に、マ
ーク１１，１２のＢとＢ′でマーク３１のＢＢ′、マー
ク１１，１２のＣとＣ′でマーク３１のＣＣ′、マーク
１１，１２のＤとＤ′でマーク３１のＤＤ′を対応させ
るようにし、ＡＡ′とＢＢ′のパターンを交互にアライ
メントし、ＡＡ′とＢＢ′のピッチを約半ピッチずらし
てレイアウトし、その差をとって位置合わせ信号とする
ことも可能である。
デバイスを製作する場合、第１層目のマークとしてＡ
Ａ′ＢＢ′を用い、第２層目のマークとしてＣＣ′Ｄ
Ｄ′を用いるというようにウェハ上のマークを多数用意
する必要がある。この場合、例えばＡＡ′，ＢＢ′を照
明するようにアライメント光を入射させた時、±１次光
は確かにＡＡ′，ＢＢ′上に集光するが０次光は投影レ
ンズを通ってＣＣ′，ＤＤ′を照明することも考えられ
るが、これを避ける必要がある。即ち、不必要に照射さ
れた光が反射し検出器に入るのを避けるためである。こ
れを避けるためには、ウェハ上でのθの角度を極力大き
くとってＡ，Ｂの間隔を広げることによって回避するこ
とができる。
Ａ′ＢＢ′を用い、第２層目のマークとしてＣＣ′Ｄ
Ｄ′を用いるというようにウェハ上のマークを多数用意
する必要がある。この場合、例えばＡＡ′，ＢＢ′を照
明するようにアライメント光を入射させた時、±１次光
は確かにＡＡ′，ＢＢ′上に集光するが０次光は投影レ
ンズを通ってＣＣ′，ＤＤ′を照明することも考えられ
るが、これを避ける必要がある。即ち、不必要に照射さ
れた光が反射し検出器に入るのを避けるためである。こ
れを避けるためには、ウェハ上でのθの角度を極力大き
くとってＡ，Ｂの間隔を広げることによって回避するこ
とができる。
また、アライメント照明光は第２図ではコンデンサレン
ズ４６の上から照射したがマスク１０の直上から照射す
るような構造にしても良い。検出器４２へはミラー４１
をマスク・ウェハ間に設置して導いたが、マスク１０の
上面から導くようにしてもよい。
ズ４６の上から照射したがマスク１０の直上から照射す
るような構造にしても良い。検出器４２へはミラー４１
をマスク・ウェハ間に設置して導いたが、マスク１０の
上面から導くようにしてもよい。
要するに本発明は、第２のマーク上に第１のマークから
の位置情報を重ね合わせ、位置合わせする場合、波長の
差によって他方のマーク位置が共役な位置に置かれてい
なくとも、あたかも共役の位置にあるマークからの光が
得られる様に第１のマークを設け、そこにアライメント
光を照射したことにある。従って、第１と第２のマーク
は逆転しても良いし、Ａ，Ｂのマークは必要とあらばあ
えて分離していなくても良い。その他、本発明の要旨を
逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができ
る。
の位置情報を重ね合わせ、位置合わせする場合、波長の
差によって他方のマーク位置が共役な位置に置かれてい
なくとも、あたかも共役の位置にあるマークからの光が
得られる様に第１のマークを設け、そこにアライメント
光を照射したことにある。従って、第１と第２のマーク
は逆転しても良いし、Ａ，Ｂのマークは必要とあらばあ
えて分離していなくても良い。その他、本発明の要旨を
逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができ
る。
［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、位置合わせ用の光
の波長が光学系に合った波長と異なった場合でも、２つ
の物体の相対位置を高精度に検出することができ、位置
合わせ精度の向上をはかることができる。しかも、折返
しミラー等を必要とすることなく、簡易に実現し得る等
の効果が得られる。
の波長が光学系に合った波長と異なった場合でも、２つ
の物体の相対位置を高精度に検出することができ、位置
合わせ精度の向上をはかることができる。しかも、折返
しミラー等を必要とすることなく、簡易に実現し得る等
の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例方法に使用した投影露光装置
を示す概略構成図、第２図は第１図をより具体化して示
す斜視図、第３図はウェハ或いはマスク上のマークの一
例を示す平面図、第４図はマークレイアウトの１例を示
す平面図、第５図乃至第７図はそれぞれ従来の問題点を
説明するための図である。 １０…マスク、１１，１２…第１のマーク、２０…投影
レンズ、３０…ウェハ、３１…第２のマーク、４１…反
射ミラー、４２…検出器、４３…信号処理回路、４４…
位相シフト機構、４５…レンズ、４６…コンデンサレン
ズ。
を示す概略構成図、第２図は第１図をより具体化して示
す斜視図、第３図はウェハ或いはマスク上のマークの一
例を示す平面図、第４図はマークレイアウトの１例を示
す平面図、第５図乃至第７図はそれぞれ従来の問題点を
説明するための図である。 １０…マスク、１１，１２…第１のマーク、２０…投影
レンズ、３０…ウェハ、３１…第２のマーク、４１…反
射ミラー、４２…検出器、４３…信号処理回路、４４…
位相シフト機構、４５…レンズ、４６…コンデンサレン
ズ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神谷 聖志 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝生産技術研究所内 (72)発明者 芳野 寿和 東京都板橋区蓮沼町75番１ 東京光学機械 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−62041（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−112330（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−58626（ＪＰ，Ａ)
Claims (15)
- 【請求項１】マスク上に形成されたパターンを投影レン
ズを介してウェハ上に投影露光するに先立ち、位置合わ
せ用のマークとしてマスク或いはウェハの一方に第１の
マーク、他方に第２のマークを設け、位置合わせ用光を
前記第１のマークに照射し、各マークの光学的な相対位
置ずれに応じてマスク・ウェハを位置合わせする位置合
わせ方法において、 前記位置合わせ用光として露光用波長とは異なる波長の
光を用い、前記第１のマークで回折した回折光のうち、
前記第１のマークの所定距離だけ離れた位置から生じ該
第１のマークの位置情報を含んだ複数本の所定回折光が
前記投影レンズを通して前記第２のマークに集光するよ
うな方向から前記位置合わせ用光で前記第１のマークを
照射し、前記第２のマークに集光した前記所定回折光が
前記第２のマーク上で干渉して前記第１及び第２のマー
クの双方の位置情報を含んだ透過或いは反射回折光を検
出してマスク・ウェハの相対位置ずれ情報を得ることを
特徴とする位置合わせ方法。 - 【請求項２】前記第１のマークの所定距離だけ離れた位
置から複数本の所定回折光を得る方法として、第１のマ
ークとして２個のマークを定められた位置に設けてお
き、第１のマークが形成されたマスク或いはウェハ上で
一様に広い範囲に亙って位置合わせ用光を照射すること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の位置合わせ方
法。 - 【請求項３】前記第１のマークの所定距離だけ離れた位
置から複数本の所定回折光を得る方法として、第１のマ
ークとして２個のマークを定められた位置に設けてお
き、位置合わせ用光をマーク上の必要な複数点に選択的
に照射することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の位置合わせ方法。 - 【請求項４】前記第１のマークの所定距離だけ離れた位
置から複数本の所定回折光を得る方法として、第１のマ
ークとして２個１組のマークを複数組設け、且つそのマ
ーク上の必要な複数点に選択的に位置合わせ用光を照射
することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の位置
合わせ方法。 - 【請求項５】前記第１及び第２のマークとして、１次元
格子，２次元格子，市松格子状のパターン或いはこれら
の組合わせを用いたことを特徴とする特許請求の範囲第
１項乃至第４項のいずれかに記載の位置合わせ方法。 - 【請求項６】前記第１のマークは、パターンの外側のダ
イシングライン上に複数個設けられ、且つ前記第２のマ
ークの露光光に対する共役位置に対して対称に配置され
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第５項の
いずれかに記載の位置合わせ方法。 - 【請求項７】位置合わせの変調方法として、前記第１の
マークに選択的に照射する位置合わせ用光の一部を第１
のマークに照射する以前に位相を変化させて変調するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項，第３項又は第４
項記載の位置合わせ方法。 - 【請求項８】前記第１のマークを照射する位置合わせ用
光は、前記投影レンズの入射瞳に入射する球面波である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項，第２項，第３
項，第４項又は第７項記載の位置合わせ方法。 - 【請求項９】前記第１のマークはマスク上に設けられ、
前記第２のマークはウェハ上に設けられたことを特徴と
する特許請求の範囲第１項乃至第８項のいずれかに記載
の位置合わせ方法。 - 【請求項１０】前記投影レンズにおける前記位置合わせ
用光の波長に対する前記第２のマークの倍率をβ、前記
投影レンズにおける露光波長に対する前記第２のマーク
の共役位置と前記位置合わせ用光の波長に対する前記第
２のマークの共役位置との差をＤとすると、前記第１の
マークを選択的に照射する間隔２ｒは、 ２ｒ＝Ｄtanβθ で表わされることを特徴とする特許請求の範囲第１項，
第３項又は第９項に記載の位置合わせ方法。 但し、θは前記第２のマーク上で集光する２本の位置合
わせ用光のなす角度である。 - 【請求項１１】前記第１のマークを照射する位置合わせ
用光は前記投影レンズの入射瞳に入射する球面波であ
り、第１のマークから生じる回折光の１次光を位置合わ
せ用光として用いることを特徴とする特許請求の範囲第
１項乃至第10項のいずれかに記載の位置合わせ方法。 - 【請求項１２】前記第１のマークの格子ピッチＰは、位
置合わせ用光の入射角をθｒとすると ｓｉｎθｒ＋ｓｉｎβθ＝ｎλ／Ｐ であることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第11
項のいずれかに記載の位置合わせ方法。 - 【請求項１３】前記第１のマークを照射する位置合わせ
用光の０次光は投影レンズを通過した後、第２のマーク
として用意した第２のマーク群のいずれかをも照射しな
いように前記θの値を選択し、２ｒの値を決定したこと
を特徴とする特許請求の範囲第１０項記載の位置合わせ
方法。 - 【請求項１４】前記第２のマークからの１次回折光を取
って位置合わせを行うことを特徴とする特許請求の範囲
第１項乃至第13項のいずれかに記載の位置合わせ方法。 - 【請求項１５】マスク上に形成されたパターンを投影レ
ンズを介してウェハ上に投影露光するに先立ち、位置合
わせ用のマークとしてマスク或いはウェハの一方に第１
のマーク、他方に第２のマークを設け、位置合わせ用光
を第１のマークを通して第２のマークに照射し、第２の
マークで透過或いは反射した回折光を受光してマスク・
ウェハを位置合わせする位置合わせ方法において、 前記位置合わせ用光として露光波長とは異なる波長の光
を用い、前記第１のマークとして所定距離２ｒだけ離れ
て形成された位置から生じた２本の光速が投影レンズを
介して前記第２のマークに集光するような方向から前記
第１のマークを照射し、前記第２のマークに集光した前
記光速が前記第２のマーク上で干渉した透過或いは反射
回折光を検出して、マスク・ウェハの相対位置合わせを
行うための方法であり、前記所定距離２ｒを、 ２ｒ＝Ｄｔａｎβθ に設定したことを特徴とする位置合わせ方法。 但し、βは前記投影レンズにおける前記位置合わせ用光
の波長に対する前記第２のマークの倍率、Ｄは前記投影
レンズにおける露光波長に対する前記第２のマークの共
役位置と前記位置合わせ用光の波長に対する前記第２の
マークの共役位置との差、θは前記第２のマーク上で集
光する２本の光速のなす角度である。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62246202A JPH0642448B2 (ja) | 1987-09-30 | 1987-09-30 | 位置合わせ方法 |
| US07/251,842 US4902133A (en) | 1987-09-30 | 1988-09-30 | Method and an apparatus for aligning first and second objects with each other |
| US07/453,856 US4984890A (en) | 1987-09-30 | 1989-12-20 | Method and an apparatus for aligning first and second objects with each other |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62246202A JPH0642448B2 (ja) | 1987-09-30 | 1987-09-30 | 位置合わせ方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6489430A JPS6489430A (en) | 1989-04-03 |
| JPH0642448B2 true JPH0642448B2 (ja) | 1994-06-01 |
Family
ID=17145033
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62246202A Expired - Lifetime JPH0642448B2 (ja) | 1987-09-30 | 1987-09-30 | 位置合わせ方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US4902133A (ja) |
| JP (1) | JPH0642448B2 (ja) |
Families Citing this family (31)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0642448B2 (ja) * | 1987-09-30 | 1994-06-01 | 株式会社東芝 | 位置合わせ方法 |
| US5734478A (en) * | 1988-10-12 | 1998-03-31 | Nikon Corporation | Projection exposure apparatus |
| US5189494A (en) * | 1988-11-07 | 1993-02-23 | Masato Muraki | Position detecting method and apparatus |
| JPH02192114A (ja) * | 1989-01-20 | 1990-07-27 | Canon Inc | 位置合わせ装置 |
| US5151754A (en) * | 1989-10-06 | 1992-09-29 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method and an apparatus for measuring a displacement between two objects and a method and an apparatus for measuring a gap distance between two objects |
| US5124927A (en) * | 1990-03-02 | 1992-06-23 | International Business Machines Corp. | Latent-image control of lithography tools |
| DE69133626D1 (de) * | 1990-03-27 | 2010-03-11 | Canon Kk | Messverfahren und -vorrichtung |
| US5191465A (en) * | 1990-03-28 | 1993-03-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical apparatus for alignment of reticle and wafer in exposure apparatus |
| NL9001611A (nl) * | 1990-07-16 | 1992-02-17 | Asm Lithography Bv | Apparaat voor het afbeelden van een maskerpatroon op een substraat. |
| JP2619566B2 (ja) * | 1990-11-20 | 1997-06-11 | オ−クマ株式会社 | 光学式位置検出器 |
| JPH0513297A (ja) * | 1991-07-09 | 1993-01-22 | Nikon Corp | 位置合わせ装置 |
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| JPH08186069A (ja) * | 1994-12-28 | 1996-07-16 | Nikon Corp | 露光装置 |
| JPH08250391A (ja) | 1995-03-10 | 1996-09-27 | Nikon Corp | 位置検出用マーク及び位置検出方法 |
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| US20050097764A1 (en) * | 2003-11-10 | 2005-05-12 | Kim Su H. | Enhanced visibility of overlay measurement marks |
| WO2005081070A1 (en) * | 2004-02-25 | 2005-09-01 | Micronic Laser Systems Ab | Methods for exposing patterns and emulating masks in optical maskless lithography |
| US7433018B2 (en) * | 2005-12-27 | 2008-10-07 | Asml Netherlands B.V. | Pattern alignment method and lithographic apparatus |
| CN102084280B (zh) * | 2008-04-24 | 2015-07-15 | 麦克罗尼克迈达塔有限责任公司 | 具有结构化反射镜表面的空间光调制器 |
| CN104359410B (zh) * | 2014-12-01 | 2017-05-17 | 清华大学 | 一种利用可旋转光栅测量的位移测量系统 |
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|---|---|---|---|---|
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| JPS58112330A (ja) * | 1981-12-25 | 1983-07-04 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | 投影型露光装置 |
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| JPS62172203A (ja) * | 1986-01-27 | 1987-07-29 | Agency Of Ind Science & Technol | 相対変位測定方法 |
| JPH0642448B2 (ja) * | 1987-09-30 | 1994-06-01 | 株式会社東芝 | 位置合わせ方法 |
-
1987
- 1987-09-30 JP JP62246202A patent/JPH0642448B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1988
- 1988-09-30 US US07/251,842 patent/US4902133A/en not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-12-20 US US07/453,856 patent/US4984890A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6489430A (en) | 1989-04-03 |
| US4984890A (en) | 1991-01-15 |
| US4902133A (en) | 1990-02-20 |
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