JPS6258627A

JPS6258627A - パタ−ン転写方法

Info

Publication number: JPS6258627A
Application number: JP60198934A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Tabata; 田端　光雄; Toru Tojo; 東条　徹
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-09-09
Filing date: 1985-09-09
Publication date: 1987-03-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、マスク或いはレチクルのパターンをウェハ上
に転写するパターン転写方法に係わり、特にマスクアラ
イメント（マスクとウェハとの位置合わせ）の改良をは
かったパターン転写方法に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

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。

マスクアライメントを行う方法としては、投影光学系と
異なる他の光学系（ｏＨ−ａｘｉ’ｓ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Ｔ　Ｔ　Ｌ　（ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　１ｅｎ
ｓ）方式とがある。

ｏｔｆ−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、スルーブツ
ト（処理速度）が大きいと云う利点を持つ。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方式の従来のアライメント方法としては、第５図
に示す方法がある。この方法では、マスク２に設けられ
たマーク２２を露光用照明光と略同じ波長の７ライメン
ト用の光６１で照射し、その像を投影光学系３を通して
ウェハ４に設けられたマーク２１上に結像させる。その
反射光を検出光学系５０で検出し、マクス２とウェハ４
との相対位置関係を像の位置として検出する。なお、検
出光学系５０は、アライメント用照明系５１、ミラー５
２，５６、ハーフミラ−５３，５５、拡大光学系５４及
びＩＴＶカメラ５７、更には光電検出器５８、スリット
５９及び走査機構６０等から構成される。また、ウェハ
４とマスク２のマーク２１．２２としては、例えば第６
図（ａ）（ｂ）！、：示すようなライン状のパターンと
窓型状のパターンとが用いられる。このときのウェハ上
或いはマスク上での２つのマーク像が重なった様子は、
第６図（Ｃ）に示す如くなる。検出光学系５０としては
、この象を拡大光学系５４とＩＴＶカメラ５７によりテ
レビ画像として捕え、画像処理を行い位置検出する方法
がある。また、走査機構６０を用いて光電検出器５８に
より直接光電検出する方法もある。

第７図゛は光電検出器５８の手前に設けたスリット５９
を走査機構６０で走査したときの、スリット移動量に対
する検出器出力の変化を示すものである。マスクマーク
２２の中心位置は２ヨ／２で表わされ、ウェハマーク２
１の中心位置は（λ１＋ｕ２）／２で表わされる。従っ
て、この２つの量が一致するように位置補正を行うこと
によって、位置合わせが可能となる。また、画像処理を
行う方法では、同様にして２つのマーク２１．２２の像
の中心を求める演算処理を行い、その中心を一致させる
ように位置補正すればよい。

しかしながら、この種のアライメント方法にあっては次
のような問題があった。即ち、アライメントを行う際に
同時にレジストが感光してしまい、一度使用したウェハ
マークは次の工程の転写の際には使用できない。これを
防ぐためアライメント光の強度を弱くしてレジストが感
光しないようにする方法も提案されているが、この場合
であっても以下のような欠点がある。つまり、ウェハマ
ーク部の断面構造は第８図（ａ＞に示すようにウェハ基
板８１　（４）上にマーク段差部８２（２１）があり、
その上に被エツチング層８３及びレジスト８４が積層さ
れている。このような構造のマークを用いて前記第５図
に示す光学系によりアライメントを行い、その後パター
ン転写を行うと、ウェハマーク部上にはマスクマークの
パターンが転写され、第８図（ｂ）に示す如くウェハマ
ーク上層部８５が露光用照明光８６により感光してしま
う。そのため、現像、エツチング処理を行うと、ウェハ
マーク部は第８図（Ｃ）に示すような断面構造となる。

従って、同じマークで次の工程のアライメントを行うと
、断面構造は第８図（ｄ）に示す如くなり、検出信号に
は被エツチング層８３の段差部Ｂ−Ｂ’部において誤信
号を発生する。

このため、検出器の出力は、第９図に示すようになり、
ウェハマークの中心位置を検出することが困難になる。

また、このような現象を避けるため、アライメントを行
った後に、マスクマーク部を遮蔽して転写する方法があ
る。この場合には、第１０図に示す如く後に続く工程で
の堆積層８７ａ、〜、８７Ｃが何層にも重なってしまい
、同じウェハマークを用いてアライメントを行うと十分
な信号のコントラントが得られないと云う問題が生じる
。従って、１つのウェハマークの大きさを小さくして数
多くのマークが形成できるようにし、１回の転写を行う
度にマークを使い捨てて、次の転写の際には別の新しい
マークを用いる方法をとらざるを得ない。しかしながら
この方法では、マークの大きさをあまり大きくできない
ため、検出信号が微弱なものとなってしまい、高い精度
で位置検出ができない。また、毎回具なるマークを基準
にアライメントをするため、各層間でのアライメント精
度に対する誤差要因が増える等の問題があった。

〔発明の目的〕

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、複数回の転写に際しても同一のウェハ
マークを使用してマスクアライメントを行うことができ
、アライメント精度の向上をはかり得、且つ各層間での
アライメント精度の低下を未然に防止し得るパターン転
写方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の骨子は、アライメントを行う際に、アライメン
ト光として露光波長とは十分に異なる波長の光を用い、
マスクとウェハに予め設けられたマークを用いてアライ
メントを行うことと、アライメント終了後、所望のマス
クパターンをウェハ上に転写すると同時にウェハマーク
領域も露光されて、結果的にウェハマークが保存される
ようにマスクの所定の位置にウェハマークを保存するた
めの窓状パターンを設けることにある。

即ち本発明は、ウェハ上に転写すべきパターンを有する
マスクを露光用照明光学系により照明し、マスクのパタ
ーンを投影光学系によりウェハ上に投影露光して該パタ
ーンをウェハ上に転写するパターン転写方法において、
予め前記ウェハ上に位置合わせ用ウェハマークを設ける
と共に、前記マスク上の上記ウェハマークが前記投影光
学系に対して共役な関係になる位置に該ウェハマークよ
り大きい窓状パターンを設け、且つ前記マスク上の上記
ウェハマークが前記投影光学系に対して共役な関係にな
らない位置に上記窓状パターンより小さい位置合わせ用
マスクマークを設けておき、次いで露光用照明光の波長
とは５０　［ｎｍ］以上離れた波長の光を用い、前記投
影光学系及び光路長を変える光学系を用いて、上記マス
クマークとウェハマークとの相対位置を検出してマスク
アライメントを行い、次いで前記露光用照明光学系及び
投影光学系を用いて、マスクのパターンをウェハ上に転
写すると共に上記窓状パターンを上記ウェハマークの形
成領域及びその周辺領域に転写するようにした方法であ
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、マスクアライメントを行った後のマス
クパターン転写の際にウェハマーク領域も同時に露光さ
れて、最終的にはマークパターンとして保存される。こ
のため、後に続く工程の転写のマスクアライメントにお
いても、同じウェハマークを使用することが可能となる
。従って、ウェハマークは数多く設ける必要がなく、そ
の分１個当りのマーク領域を大きくとることができ、ア
ライメント信号のＳＮ比が向上する。その結果、アライ
メント精度が向上する。また、複数回の転写を含む工程
の中で毎回同じマークを基準にアライメントをすること
ができるため、各層間での７ライメント精度が低下しな
いと云う利点もある。

さらに、アライメントの際には露光用照明光の波長と５
０　［ｎｍ］以上離れた波長の光を用いるので、アライ
メントの際にレジストが感光する等の不都合を未然に防
止することができる。

〔発明の実施例〕

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。図中１は露光用照明光学
系、２はマスク　（或いはレチク′ル）、３は縮小投影
レンズ（投影光学系）、４はウェハ、５は移動テーブル
である。１０はアライメント信号検出系であり、アライ
メント用照明系１１、ハーフミラ−１２、折返しミラー
１３ａ。

１３ｂ、ミラー１４、光電検出器１５、信号処理回路１
６、スリット１７及び走査機構１８等から構成される。

ウェハ４上には、位置合わせ用ウェハマーク２１が設け
られている。また、ウェハマーク２１の投影光学系３に
対して共役な関係となるマスク２上の位置にはマーク保
存パターン２３が設けられ、さらにその近傍のマスク２
上の位置には位置合わせ用マスクマーク２２が設けられ
ている。これらのパターン形状は、第２図に示す如き関
係になっている。即ち、ウェハマーク２１は第２図（ａ
）に示す如くライン状のパターンで、マスクマーク２２
及びマーク保存パターン２３は同図（ｂ）（Ｃ）に示す
如く窓状のパターンである。なお、マスク保存パターン
２３の方がマスクマーク２２よりも大きなパターンとな
っている。

一方、アライメント光の光路は次のようになっている。

アライメント用照明系１１から出た光はハーフミラ−１
２及び投影レンズ３を経てウェハマーク２１を照明する
。その反射光は、再び投影レンズ３及びハーフミラ−１
２を通り、折返しミラー１３ａ、１３ｂを経てマスクマ
ーク２２上に達し、そこでウェハマーク２１の像を結ぶ
。なお、この際のアライメント光の波長は露光用照明光
の波長に比べて十分に長いものとし、その波長の違いに
より生じる結像位置のずれ（色収差）は、折返しミラー
１３ａ、１３ｂで光路長を延長することにより補正され
、正確にマスク面上のマスクマーク２２の位置にウェハ
マーク２１の像が結ばれるようになっている。また、折
返しミラー１３ａ。

１３ｂ及びハーフミラ−１２の光学系は、図中破線矢印
方向に移動可能とし、露光の際には露光領域の外側に移
動されるものとなっている。

次に、上記構成された投影露光装置を用いたアライメン
ト方法及びパターン転写方法について説明する。

まず、アライメントを行う際には、アライメント光でウ
ェハマーク２１を照明し、その像をマスクマーク２・２
上に結ばせる。マスクマーク２２を通過した光は、走査
スリット１７を経て光電検出器１５により検出される。

そのときのアライメントの方法は、従来の方法と同様に
、前記第７図に示す波形からウェハマーク２１及びマス
クマーク２２の中心位置を検出し、これらを一致させる
ようにマスク２或いはウェハ４の位置を補正して行われ
る。

また、アライメント終了後転写を行う際には、折返しミ
ラー１３ａ、１３ｔ）及びハーフミラ−１２等の光学系
は露光領域外に移動されるため、マスク転写パターンが
ウェハ４上に転写されると同時にマーク保存パターン２
３がウェハマーク２１上に転写される。ここで、マーク
保存パターン２３はウェハマーク２１に比べて十分大き
いものであるから、ウェハマーク２１の形成領域及びそ
の周辺領域が露光される。その結果、ウェハマーク２１
は後の工程で保存されることになる。

第３図はウェハマーク２１が保存される様子を模式的に
示す工程断面図である。ウェハマーク部の断面構造は第
３図（ａ）に示す如くウェハ基板３１　（４）上にマー
ク段差部３２（２１）があり、その上に被エツチング層
３３及びレジスト３４が積層されている。ウェハマーク
２１の領域にはマーク保存パターン２３が転写されるた
め、その部分３５のレジスト３４が露光用照明光３６に
より感光する。ここで、マーク保存パターン２３はウェ
ハマーク２１及びマスクマーク２２等に比べて十分に大
きいものであるから、ウェハマーク２１の周辺部も比較
的広い範囲で感光される。従って、後の現像・エツチン
グの工程を行うと、第３図（ｂ）に示す如くなる。なお
、ウェハマーク２１は被エツチング層３３に比べ耐エツ
チング性が十分に高いものとする。

以上の結果、同じウェハマークを次の転写の際のアライ
メントに使用すると、そのマーク断面形状は第３図（Ｃ
）に示すようになり、アライメント光３７が照射される
領域に比べてマーク保存パターンが十分に大きいため、
被エツチング層３３の段差部Ａ−Ａ’　をアライメント
光３７が照射することはな・い。従って、その段差部で
アライメントの誤信号を生じることがなくなり、前回の
アライメント同様の信号検出が可能となる。さらに、こ
の一連の工程は繰返し同様に行うことが可能であり、度
量なる転写のアライメントが可能となる。

このように本実施例方法によれば、多重の転写を行う際
に、アライメントマーク（ウェハマーク２１）が露光に
よって破壊されることなく保存される。このため、各転
写の際のマスクアライメントにおいても同じウェハマー
ク２１を使用することができ、マークの数を増やす必要
がなくなり、１個当りのマーク領域を大きくすることが
できる。

従って、アライメント検出信号のＳＮ比が向上し、さら
に各層間でのアライメント精度の低下を防ぐことができ
、総合的なアライメント精度を向上させることができる
。また、アライメント光として露光用照明光よりも十分
波長の長い光を用いているので、アライメントの際にレ
ジストが感光する等の不都合を未然に防止することも可
能である。

なお、本発明は上述した実施例方法に限定されるもので
はない。例えば、前記信号検出部の走査機構としてスリ
ット走査の代りに光束を直接走査することも可能である
。これは、例えばスキャンニングミラー、ポリゴンミラ
ー等を用いて容易に実現できる。さらに、マスク或いは
ウェハを別の検出系でモニタしながら一定速度で移動さ
せてアライメント検出を行うことも可能である。また、
前記光路長を変える光学系としては折返しミラーに限定
されるものではなく、プリズム或いはレンズ等を用いる
ことができる。ざらに、前記アライメントの際に用いる
光の波長は、アライメント時にレジストが感光されない
ように露光用照明光の波長と十分離れている必要がある
が、本発明者等の実験によれば、５０［ｎｍ］以上離れ
ていればよいことが確認されている。この条件から、例
えば露光用照明光の波長を３６５　　［ｎｍ］　、　４
３６［ｎｍ］　、アライメント光の波長を例えば４８８
［ｎｍコ、　５１４．５　　［ｎｍ］　、　６３２．８
　　［ｎｍ］のレーザ光とすればよい。

また、実施例ではマスク・ウェハのアライメントマーク
は・それぞれ窓状パターン、ライン状パターンとしたが
、この形状に何等限定されるものではなく、例えば第４
図に示づようなグレーティング形状のパターンであって
もよい。さらに、アライメントの光学的な配置等につい
ても同様であり、その池水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。

【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縮小投影露光
装置を示す概略構成図、第２図は位置合わせマークとし
て用いるウェハマーク、マスクマーク及びマーク保存パ
ターンを示す平面図、第３図はウェハマークが保存され
る様子を示す工程断面図、第４図は変形例を説明するた
めの平面図、第５図乃至第１０図はそれぞれ従来方法を
説明するためのもので第５図は投影露光装置を示す概略
構成図、第６図はマスクマーク及びウェハマークのパタ
ーンを示す平面図、第７図は光電検出器の出力を示す信
号波形図、第８図は転写及び転写後のウェハマーク部の
形状変化を示す工程断面図、第９図は光電検出器の出力
を示す信号波形図、第１０図はウェハマークの上部に多
数の層が堆積した状態を示す断面図である。１・・・露光用照明光学系、　２・・・マスク（レチク
ル）、３・・・縮小投影レンズ（投影光学系）、４．３
１・・・ウェハ、５・・・移動テーブル、１０・・・ア
ライメント信号検出系、１１・・・アライメント用照明
系、１３ａ、１３ｂ・・・折返しミラー、１５・・・光
電検出器、１６・・・信号処理回路、１７・・・スリッ
ト、１８・・・走査礪構、２１．３２・・・ウェハマー
ク、２２・・・マスクマーク、２３・・・マーク保存パ
ターン、３３．３３’　・・・被エツチング層、３４・
・・レジスト、３６・・・アライメント光、３７・・・
露光用照明光。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第６図Ｕ）明少

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ウェハ上に転写すべきパターンを有するマスクを
露光用照明光学系により照明し、マスクのパターンを投
影光学系によりウェハ上に投影露光して該パターンをウ
ェハ上に転写するパターン転写方法において、予め前記
ウェハ上に位置合わせ用ウェハマークを設けると共に、
前記マスク上の上記ウェハマークが前記投影光学系に対
して共役な関係になる位置に該ウェハマークより大きい
窓状パターンを設け、且つ前記マスク上の上記ウェハマ
ークが前記投影光学系に対して共役な関係にならない位
置に上記窓状パターンより小さい位置合わせ用マスクマ
ークを設けておき、次いで露光用照明光の波長とは５０
［ｎｍ］以上離れた波長の光を用い、前記投影光学系及
び光路長を変える光学系を用いて、上記マスクマークと
ウェハマークとの相対位置を検出してマスクアライメン
トを行い、次いで前記露光用照明光学系及び投影光学系
を用いて、マスクのパターンをウェハ上に転写すると共
に上記窓状パターンを上記ウェハマークの形成領域及び
その周辺領域に転写することを特徴とするパターン転写
方法。
（２）前記マスクアライメントを行う手段として、前記
露光用照明光とは５０［ｎｍ］以上離れた波長の光を前
記ウェハマークに照射し、前記投影光学系及び光路長を
変える光学系により該ウェハマークの像を前記マスクマ
ーク上に結像し、ウェハマークの像とマスクマークとの
位置ずれを検出することを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載のパターン転写方法。
（３）前記投影光学系は、縮小投影光学系であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載のパターン転写方
法。
（４）前記光路長を変える光学系は、反射ミラー、プリ
ズム或いはレンズで構成されることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載のパターン転写方法。
（５）前記マスクマーク及びウェハマークは、グレーテ
ィング状マークで形成されることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載のパターン転写方法。
（６）前記アライメントを行うときに用いる光の波長は
、露光用照明光の波長に比べて長いことを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載のパターン転写方法。