JPH07183216A - 投影露光におけるウエーハの位置合せ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安定した位置合せを可能にすると共に、位置
合せ精度を向上させることのできる投影露光におけるウ
エーハの位置合せ方法を提供する。 【構成】 照明光として露光光とは異なる波長の光を使
用し、その照明光をマスク１１を介することなく、投影
レンズ系１６を介してウエーハ１２上に照射し、その反
射光をミラー１９で取り出し検出してウエーハ１２上の
位置合せを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、投影露光技術に関し、
特にマスク（レチクルを含む）の投影パターン、ウエー
ハ等の被露光体との相対位置決めを高精度に行なうアラ
イナ機構を備えた投影露光装置に用いて好適な投影露光
におけるウエーハの位置合せ方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程の一つであるホト
リソグラフィ技術ではマスクに形成したマスクパターン
を等倍あるいは縮小して半導体ウエーハ上に投影露光
し、ウエーハ上の薄膜のパターニングを行なう工程が必
要とされる。そして、この投影露光に際しては同一ウエ
ーハ上に順次投影するマスクのパターンは全てウエーハ
に対して同一位置に投影露光されなければならず、この
ため各マスクの投影露光時にはマスクとウエーハとの相
対位置決めが必ず行なわれる。

【０００３】従来、この種の位置決めは、ウエーハ上に
形成された前工程のパターンの一部に形成されたアライ
メントマークと、今工程のパターンの一部に形成された
アライメントマークとを一致させることにより行なって
いる。例えば、図１は従来の投影露光装置の一例（工業
調査会発行、電子材料１９８１年別冊１０３頁〜１０９
頁、発行日：昭和５６年１１月１０日）であり、移動ス
テージ２上に載置したウエーハ１が載置され、一方、こ
の移動ステージ２上に投影レンズ５を配置し、この投影
レンズ５上にマスク３を設置し、マスク３上方から照射
した光源４光（ｇ線）でマスクを照明する一方、投影レ
ンズ５でマスクパターンをウエーハ１上に投影結像して
いる。一方、マスク３の側上方にはｇ線光源６、ハーフ
ミラー７、レンズ８、ミラー９およびパターン検出ユニ
ット１０からなるアライナ部を設けており、ｇ線光源６
の光をマスク３を通してウエーハ１上に投影しかつこの
反射光をパターン検出ユニット１０で検出する。ｇ線は
マスク３の隅部を通した上でウエーハ１のアライメント
マーク形成部上に投射されており、これによりこのアラ
イメントマークを検出して相対位置つまりマスク３とウ
エーハ１との相対位置合せを行なうことができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来構成では、パターン検出に単色光のｇ線を使用してい
るため、ウエーハ１表面の薄膜において干渉が生じ、こ
の干渉が膜厚の変動により変化するためにパターン検出
ユニットにおける信号波形の変動を発生させ、位置合せ
精度が不安定なものになる。また、アライメントマーク
の検出に露光用の光と同じｇ線を使用しているため、ウ
エーハへの露光の影響のないウエーハ上のチップ周辺部
において位置合せを行なわなければならず、検出光がウ
エーハやマスクの中心軸に対して偏倚する等して位置合
せ精度が低下されるという問題もある。

【０００５】本発明の目的は、安定した位置合せを可能
にすると共に位置合せ精度を向上させることのできる投
影露光におけるウエーハへの位置合せ方法を提供するこ
とにある。

【０００６】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【０００８】すなわち、本発明による投影露光における
ウエーハの位置合せ方法は、露光光とは別の波長の照明
光をマスク、レチクル等を介することなく、投影レンズ
を介してウエーハ上に照射し、ウエーハからの反射光を
ミラーで取り出し検出してウエーハの位置合せを行なう
ものである。

【０００９】

【作用】上記した手段によれば、露光光とは別の波長の
照明光をマスク、レチクル等を介することなく、投影レ
ンズを介してウエーハ上に照射し、ウエーハからの反射
光をミラーで取り出し検出してウエーハの位置合せを行
なうことにより、光の干渉を防止する一方でチップ中央
部における位置合せを可能とし、これにより位置合せの
安定化および精度の向上を達成できる。

【００１０】

【実施例】

（実施例１）図２は本発明の方法を実施するための投影
露光装置の一実施例の構成図であり、図において１１は
ガラス基板に光不透過膜を所要のパターンに形成した投
影パターンとしてのマスク、１２はこのマスク１１のパ
ターンが投影露光される被露光体としてのウエーハであ
る。このウエーハ１２は前工程において所定のパターン
が表面に形成されており、そのパターン一部にアライメ
ントマークが形成されているが、本実施例では後述のよ
うにアライメントマークが必ずしも設けられていなくと
もよい。前記ウエーハ１２は移動ステージ１３上に載置
され、ステージ移動機構１４によってＸ，Ｙ，Ｚ，θ方
向に移動される。

【００１１】そして、前記マスク１１の上方位置には単
色光（ｇ線等）を射出する露光光源１５を設置してマス
ク１１を照射する構成とする一方、マスク１１の下方位
置には複数枚のレンズからなる投影レンズ系１６を設
け、前記マスク１１のパターンをウエーハ１２表面上に
所要の倍率（１／１０，１／５，１／１）で投影結像す
る。この投影レンズ系１６は、好ましくは前記露光光源
光に対して高ＮＡ（開口数），低光学歪，広域露光面積
の特性となるように設計される。これら、露光光源１５
と投影レンズ系１６とで投影露光光学系を構成してい
る。

【００１２】一方、前記投影露光光学系の光軸中心位置
にはプリズムあるいはハーフミラー等のビームスプリッ
タ１７を介装し、前記光軸に対して９０°方向のパター
ン検出系の光軸を形成している。このパターン検出系の
光軸上には、色収差補正レンズ系１８と、ハーフミラー
１９と、パターン検出用光源２０とを配設し、更にハー
フミラー１９に対向してパターン検出ユニット２１を設
けてパターン検出部を構成している。前記パターン検出
用光源２０は白色光のような連続スペクトル光を射出で
き、かつこの光はウエーハ１２上に設けたホトレジスト
（図示せず）を感光させないものとされる。一方、前記
色収差補正レンズ系１８は、白色光を使用することによ
り前記投影レンズ系１６において生ずる色収差を補正解
消させる構成とされる。更に、パターン検出ユニット２
１はウエーハ１２表面からの反射光（パターン検出用光
源２０からの光の反射光）を検出してウエーハ１２上に
前工程までに形成されたパターンやその一部のアライメ
ントマークのパターン検出信号を出力し、かつこれを電
気処理してパターン認識することができる。このパター
ン検出ユニット２１の出力は制御部２２に送出され、前
記ステージ移動機構１４や図外の種々の機構、回路をコ
ントロールする。

【００１３】以上の構成によれば、マスク１１の投影前
にパターン検出用光源２０の白色光をビームスプリッタ
１７を通してウエーハ１２のアライメントマーク上に投
射させ、かつその反射光をビームスプリッタ１７、ハー
フミラー１９で反射させてパターン検出ユニット２１に
入力させる。これにより、パターン検出ユニット２１で
は電気信号処理によりアライメントマークやその他のパ
ターンをパターン認識した上でウエーハ１２の絶対位置
を検出し、これを制御部２２においてマスク位置と比較
する。この結果、マスク１１とウエーハ１２との相対位
置ずれが検出でき、このずれに基づいてステージ移動機
構１４を制御すれば、ウエーハ１２を移動ステージ１３
により移動させ、マスク１１との位置合せを行なうこと
ができる。そしてこのとき、パターン検出には連続スペ
クトル光を使用しているので、ウエーハ１２表面上のホ
トレジスト薄膜における光干渉が生じることはなく、し
たがって従来のようにホトレジスト薄膜の膜厚の変動に
伴う反射光の変動等の現象が生じることはなく、安定し
た検出（電気）信号を得て安定したパターン検出ないし
位置合せを行なうことができる。白色光を使用すること
により投影レンズ系１６において生ずる色収差は色収差
補正レンズ系１８で補正でき、検出誤差の発生を防止す
る。また、白色光を使用することにより、位置合せ時に
おけるホトレジストへの感光を防止できるので、光軸
上、換言すればチップ中心部におけるパターン検出を行
なってウエーハ位置の検出も可能とされ、位置合せ精度
の向上を実現できる。この結果、位置合せの自動化も可
能とされ、スループットの向上を図ることもできる。

【００１４】なお、位置合せの後に露光光源１５の単色
光（ｇ線）を用いて投影レンズ系１６でマスク１１のパ
ターンをウエーハ１２上に投影結像し得ることは言うま
でもない。

【００１５】（実施例２）図３は本発明の他の実施例の
構成図であり、投影露光光学系とパターン検出部の構成
を前記実施例と相違させたものである。図中、図２と同
一ないし均等な部分には同一符号を付している。

【００１６】本実施例は、移動ステージ１３上に載置し
たウエーハ１２に対して投影レンズ系１６を配置すると
共に、その光軸上にビームスプリッタとしてのダイクロ
イックミラー１７Ａ、色収差補正レンズ系１８、ハーフ
ミラー１９およびパターン検出ユニット２１を配置す
る。そして、上側のハーフミラー１９に対向してパター
ン検出用光源２０を配置する一方、ダイクロイックミラ
ー１７Ａに対向してマスク１１および露光光源１５を配
置している。前記パターン検出用光源２０は連続スペク
トル光である白色光を使用し、色収差補正レンズ１８に
より色収差を補正解消できる。また、ダイクロイックミ
ラー１７Ａはｇ線のみを反射できるよう構成され、マス
ク１１を通した露光光源１５のｇ線光をウエーハ１２に
向けて反射することができる。

【００１７】以上の構成によれば、パターン検出用光源
２０の白色光はハーフミラー１９、ダイクロイックミラ
ー１７Ａ、投影レンズ系１６等を通してウエーハ１２表
面に投射され、逆の行程を経ながら色収差補正レンズ系
１８にて色収差が補正されてパターン検出ユニット２１
に入射され、ここでウエーハ１２上のパターンが認識さ
れる。パターンの認識により制御部２２ではマスク１１
との位置ずれを求め、ステージ移動機構１４を作動して
移動ステージ１３およびウエーハ１２を移動させ、マス
ク１１との位置合せを行なう。位置合せ後には、露光光
源１５光にてマスク１１を照明し、ダイクロイックミラ
ー１７Ａの反射を利用して投影レンズ系１６によりマス
ク１１パターンをウエーハ１２上に投影露光することに
なる。

【００１８】本実施例にあっても、ウエーハ１２の位置
合せのパターン検出に際して白色光を利用しているの
で、ウエーハ１２上のホトレジスト薄膜における干渉に
よる検出の不安定を防止して安定化を向上できる。ま
た、白色光を使用しているので、光軸中心、つまりチッ
プ中心のパターン検出を可能とし、位置合せ精度の向上
を図ることができる。更に本実施例では、投影レンズ系
１６と色収差補正レンズ系１８とを直線光軸上に配設で
きるので、パターン検出精度を一層向上できる。

【００１９】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、
ビームスリッタには一般的なハーフミラーを使用しても
よく、その配置位置も投影レンズ系との構成上から若干
相違させることができる。また、パターン検出用の光は
干渉を防止し得る波長域の連続スペクトル光であればよ
い。

【００２０】また、以上の説明では主として本発明者に
よってなされた発明をその背景となった利用分野である
半導体ウエーハ上へのマスクパターンの投影露光技術に
適用した場合について説明したが、それに限定されるも
のではなくレチクルまたはホトマスクの製造技術にも適
用できる。

【００２１】

【発明の効果】

(1).露光光とは別の波長の照明光をマスク、レチクル等
を介することなく、投影レンズを介してウエーハ上に照
射し、ウエーハの位置合せを行なうので、高精度のウエ
ーハの位置合せを行なうことができる。

【００２２】(2).被露光体の位置検出に際してのパター
ン検出に連続スペクトル光を使用しているので、被露光
体表面のホトレジスト等の薄膜による光干渉が防止で
き、薄膜の厚さの変動に伴う被露光体表面反射光の変動
を防止でき、安定したパターン検出を行なって、安定し
た被露光体とマスクの位置合せを行なうことができる。

【００２３】(3).投影露光光学系内にビームスプリッタ
を配置すると共に、このビームスプリッタに対向してパ
ターン検出系を設け、このパターン検出系におけるパタ
ーン検出用に連続スペクトルよりなるパターン検出光を
使用して被露光体上のパターン検出を行なうように構成
されているので、光軸中心である半導体チップの中心部
のパターン検出を可能とし、パターン検出精度を向上し
て位置合せ精度の向上を達成できる。

【００２４】(4).パターン検出系内に色収差補正レンズ
系を配設しているので、連続スペクトル光よりなるパタ
ーン検出光を使用したことにより、投影レンズ系におい
て生じた色収差を解消し、パターン検出を好適に行なう
ことができる。

【００２５】(5).前述のパターン検出の安定化に伴って
信号処理方式の単純化が図られ、位置合せの自動化を達
成すると共に時間の短縮化を図ってスループットの向上
を達成する。

【００２６】(6).パターン検出光としての連続スペクト
ル光に白色光を用いることにより、例えば半導体ウエー
ハへの投影露光を行なう際の位置合せ時におけるホトレ
ジストへの感光を防止できるので、光軸上、換言すれば
半導体チップの中心部におけるパターン検出を行なって
半導体ウエーハの位置を検出することも可能となり、位
置合せ精度の向上、ひいては位置合せの自動化やスルー
プットの向上も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来装置の概略構成図である。

【図２】本発明の方法を実施するための装置の一例の構
成図である。

【図３】本発明の方法を実施するための他の装置の構成
図である。

【符号の説明】

１１ マスク １２ ウエーハ １３ 移動ステージ １５ 露光光源 １６ 投影レンズ系 １７ ビームスプリッタ １７Ａ ダイクロイックミラー １８ 色収差補正レンズ系 ２０ パターン検出用光源 ２１ パターン検出ユニット ２２ 制御部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 露光光とは別の波長の照明光をマスク、
   レチクル等を介することなく、投影レンズを介してウエ
   ーハ上に照射し、ウエーハからの反射光をミラーで取り
   出し検出してウエーハの位置合せを行なうことを特徴と
   する投影露光におけるウエーハの位置合せ方法。