JPS63180801A - アライメント装置 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、集積回路製造の露光装置等に利用されてい
るアライメント装置の改良に関するものである。

［従来の技術］ 従来のこの種の装置としては、例えは第６図に示すよう
なものがある。これは、スルーザレンズ方式によるアラ
イメント装置であり、ウェハ３０上のウェハマーク３２
（回折格子）をレーザ光で検出し、１０〜２０．４０〜
４６によって構成されているレーザステップアライメン
ト系（以下、ｒＬＳＡ系」という）によって、ウェハ３
０の装置本体、特に投影光学系に対するアライメントを
行なうものである。

詳述すると、この装置においては、ＬＳＡ系により、ア
ライメント用のウェハマーク３２の位置が、レチクル２
６を介することなく検出され、このような動作によって
得られた位置情報により、ウェハ３０の装置本体に対す
るアライメントが行なわれるようになっている。

図において、まずレーザ光源１０からコヒーレントなレ
ーザ光束が放射され、このレーザ光束は、ビームエクス
パンダとしてのレンズ１２゜１４及びシリンドリカルレ
ンズ１６を各々透過して、ハーフミラ−１８に入射する
ようになりでいる。このレーザ光束は、露光光と異なる
波長の光、すなわちウェハ３０上の感光剤（フォトレジ
スト）を感光させない波長の光である。

次に、ハーフミラ−１８に入射したレーザ光束のうち、
ここで反射されたレーザ光束は、対物レンズ２０を透過
し、ミラー２２及び２４において各々反射され、これら
のミラーの作用により、投影レンズ２８を介してウェハ
３０に入射するようになっており、これによってウェハ
３０上には帯状の照明スポット光が形成されるようにな
っている。この照明スポット光は、投影レンズ２８の視
野内の所定位置に静止している。

上述した投影レンズ２８は、レチクル２６側では非テレ
セントリックな光学系であり、ウェハ３０側ではテレセ
ントリックな光学系として構成されている。

次に、ウェハ３０が載置されるとともに、干渉計３６に
よって位置をモニターされているステージ３４は、駆動
装置３８によってレーザ光源１０による上記照明スポッ
トをウェハ３０上でスキャンするように構成されている
。

ウェハ３０上には、ウェハマーク３２が設けられており
、このウェハマーク３２は、例えば前記照明スポットの
長手方向に一列に複数配列された微小な短形のマーク要
素によって形成された回折格子である。

次に、照明スポットをウェハ３０上で相対的にスキャン
することによって、ウェハマーク３２のエツジ部分で生
じた回折光は、照射光と同じ経路を戻って再びハーフミ
ラ−１８に入射するようになっている。

この回折光は、ハーフミラ−１８により分割され、レン
ズ４０を透過した後、投影レンズ２８の瞳と共役なフー
リエ面上にある空間フィルタ４２に入射するようになっ
ている。入射した回折光のうち、０次回折光（正反射光
）はフィルタ４２で遮断され、他の高次回折光はフィル
タ４２を透過する。

このようなＯ次回折光の遮断は、光量変化を明瞭に検出
するためになされるものである。詳述すると、０次回折
光は、回折格子等により生じる回折光のうち、回折格子
がない部分からも発生し、光量変化を検出する過程にお
いて、光量変化を不明瞭にする。このため、空間フィル
タ４２によって遮断されるようになっている。

次に、０次回折光以外の回折光は、ディテクター４４に
入射し、ここで光量変化を波形信号に変換して、アライ
メント用の信号波形を検出できるようになっている。

次に、ディテクター４４の出力側は、波形処理装置４６
の入力端に接続されており、波形処理装置４６の出力側
は、制御装置４８に接続されている。

この制御装置４８には、上述したステージ３４の位置を
検出するための干渉計３６と、ステージ３４を駆動させ
る駆動装置３８とが各々接続されている。

制御装置４８は、上述したように、照明スポットに対し
てステージ３４をスキャンさせるとともに、干渉計３６
及び波形処理装置４６からの各々人力された情報に基い
て、駆動装置３８に駆動指令を送り、ウェハ３０のアラ
イメントを行なう機能を有している。

上記のように構成された従来技術においては、まず、レ
ーザ光源１０から放射されたレーザ光束が、ウェハ３０
を照明するとともに、ステージ３４が駆動され、照明ス
ポットがウェハ３０上でスキャンされることとなる。

次に、照明スポットがスキャンされると、この照明スポ
ットはウェハマーク３２と重なり、ウェハマーク３２の
各マーク要素の配列ピッチとレーザ光束の波長との関係
より、０次回折光及び１次回折光等の高次回折光が生じ
る。

次に、これらの回折光は、空間フィルター４２において
０次回折光が遮断された後、ディテクター４４に入射し
、ここで光量変化が電気信号に変換され、アラ、イメン
ト用の信号波形が得られる。

ここで、ディテクター４４に入射する光信号には、スペ
ックルパターンなどのノイズ成分が含まれている。詳述
すると、この装置においては、照明スポットがコヒーレ
ントな光であるため、ウェハ３０上の不規則な散乱光が
、互いにまちまちの位相ずれを生じ、干渉しまが不規則
に重ね合い、その結果スペックルパターンが生じること
となる。

次に、上記のように得られたアライメント用の波形信号
に基いて、アライメント終了時の位置が求められること
となる。そして、制御装置４８に制御されている駆動装
置によって、ウェハ３０を求められた位置に駆動させる
ことにより、アライメントが完了する。

以上のように構成された従来装置においては、照明光に
対して、１組のウェハマーク３２を、ステージ３４によ
って１回スキャンさせることにより、１つのアライメン
ト用の波形信号を検出して、アライメントを行なうよう
になっている。

しかし、マーク３２がウェハ３０に対する複数工程の処
理によって、エツジ部分がたれてきた場合には、アライ
メント用の検出信号を良好に得ることができず、その精
度か低下することとなる。

このため、従来は複数のマーク（マルチマーク）をスキ
ャンさせることによって、アライメント精度の向上を図
るか、もしくは１つのマークを複数回スキャンさせるこ
とによって、その精度の向上を図ってきた。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、以上のように、アライメント精度を向上させる
ために、複数のマーク（マルチマーク）をスキャンさせ
ると、スキャン幅が長くなってしまい、アライメント時
間が長くなるという問題点があった。

また、１つのマークを複数回スキャンさせる場合には、
スキャン幅は短いものの回数の増大により、同様な問題
点が生じた。

更に、上記いずれの場合にも共通していることは、スペ
ックルパターンなどのノイズ成分、またはウェハ上のフ
ォトレジストの薄膜による干渉現象等によって、信号の
成分とノイズ成分との比、すなわちＳ／Ｎ比が低下して
しまい、出力波形像か不鮮明となって、アライメント精
度が低下するという木質的な問題点があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、短時
間で精度の高いアライメントを行なうことができるアラ
イメント装置を提供することを、その目的とするもので
ある。

［問題点を解決するための手段］ この発明にかかるアライメント装置は、ウェハ上のマー
クに対して、互いにインコヒーレントな関係の複数のレ
ーザ光束を異フた方向より同時に照射する照射手段を備
えたことを技術的要点とするものである。

［作用］ この発明では、レーザ光源から放射される複数のレーザ
光束は、互いにインコヒーレントな関係であるとともに
、１つのマークに対して、複数のレーザ光束を異なった
角度から同時に照射しているので、各方向からのスペッ
クルパターンなどのノイズ成分が、最終的に同じ受光系
の位置で受光されることによる、平均化効果により、ノ
イズ成分による出力像の（回折光、散乱光）Ｓ／Ｎ比の
低下が防止されて、鮮明な出力像を得られることとなる
。

［実施例コ 以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

なお、上述した従来技術と同様の部分には、同一の符号
を用いることとする。

第１図には、本発明の第一実施例か示されている。この
実施例は、従来技術と同様に、ＬＳＡ系によってウェハ
と装置本体とのアライメントを行なうものである。

図において、レーザ光源１０ａ、１０ｂ。

１０ｃは別々のものであり、各々のレーザ光源から放射
出力されるレーザ光束は、互いにインコヒーレントな光
である。

まず、レーザ光源１０ａ、１０ｂ、１０ｃから同一波長
のレーザ光束が各々放射され、それぞれに対応して配置
されている拡散レンズ１２ａ。

１２ｂ、１２ｃに入射して、拡散されるようになってい
る。

次に、拡散されたレーザ光束の各々は、ともにレンズ１
４．１６、ハーフミラ−１８、対物レンズ２０、ミラー
２２．２４及び投影レンズ２８の各光学素子を各々透過
し、これらの素子の各作用によって、ウェハ３０上の同
一点を照射するようになっている。

ここて、投影レンズ２８は、レチクル２６側では非テレ
セントリックな光学系であり、ウェハ３０側ではテレセ
ントリックな光学系となっている。もちろん両側テレセ
ントリック系としてもよい。

また、各方向からの照明スポットは、投影レンズ２８の
光軸ＡＸに対して、メリディオナル方向（Ｍ方向）にそ
れぞれ異なった角度から、ウェハ３０上の同一部分を同
時に照射するようになっている。このように複数のレー
ザ光束をウェハ３０に対して異なる角度で入射させるた
めには、投影レンズ２８の瞳面てのレーザ光束の各中心
を互いに異ならせればよい。

次に、ステージ３４は、ウェハ３０上において照明スポ
ットをスキャンするように構成されており、ウェハマー
ク３２から出た回折光は、照射光と同じ経路を戻って再
びハーフミラ−１８に入射するようになっている。

そして、この回折光は、ハーフミラ−１８により分割さ
れ、レンズ４０を透過した後、投影レンズ２８の瞳と共
役な空間フィルター４２を介してディテクター４４に入
射し、ここで光量変化を波形信号に変換して、アライメ
ント信号波形を検出できるようになっている。

次に、ディテクター４４．波形処理装置４６゜制御装置
４８．干渉計３６及び駆動装置３８についても、従来技
術と同様な構成で各々接続され、これらの構成要素から
各々人力される情報に基いて、ウェハ３０のアライメン
トが行なわれるようになっている。

ところで、以上のようにウェハマーク３２に対する照明
用のレーザ光束が異なる方向から同時に入射すると、レ
ーザ光束のウェハ３０からの正反射光は投影レンズ２８
の瞳面及びこれと共役な空間フィルター４２の面におい
て異なる領域を通過する。そこで空間フィルター４２と
して例えば第２図に示すようなものを使うとよい。

第２図は空間フィルター４２の形状を示す平面図であり
、ウェハマーク３２からの回折光を透過するための複数
の開口部４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄが形成されて
いる。

３方向からウェハマーク３２に入射したレーザ光束の各
々のうちウェハ３０に垂直に入射したレーザ光束の正反
射光ＬＯは瞳面の中心位置に戻ってくるが、その他の２
つのレーザ光束の正反射光Ｌｌ、Ｌ２は瞳の中心から離
れた位置に戻ってくる。従って開口部４２ａ〜４２ｄは
それら正反射光ＬＯ，Ｌｌ、Ｌ２をさけ、かつ所望の次
数の回折光を抽出できるように配置される。

このような空間フィルター４２を使う場合、正反射光Ｌ
Ｏ，Ｌｌ、Ｌ２の遮光のみについて着目すると、ウェハ
３０に垂直に入射するレーザ光束は瞳面では必ず中心を
通り、その正反射光ＬＯもテレセントリック系の特徴か
ら瞳の中心に戻る。

しかし、ウェハ３０に対して傾いて入射したレーザ光束
は瞳中心に対して点対称な位置に戻ってくる。そこで正
反射光Ｌ１を発生するレーザ光束と正反射光Ｌ２を発生
するレーザ光束とのウェハ３０に対する入射角を、ウェ
ハ３０の表面と垂直な線に対して対称的な角度にしてお
くと、換言すると投影レンズ２８に入射した３つのレー
ザ光束の瞳面での通過位置が瞳中心と、この中心に対し
て点対称な２ケ所とになるように定めておくと、空間フ
ィルター４２の開口部４２ａ〜４２ｃの配置は、ウェハ
マーク３０の長手方向（回折光の発生方向）と直交して
空間フィルター４２の中心（ｌｌｌｉｌ中心）を通る線
に関して対称的になる。

このことは空間フィルター４２の作成を容易にすること
も意味する。

次に第３図及び第４図を参照しながら、上記実施例の動
作について説明する。

第３図（Ａ）には、ウェハマーク３２がビームパターン
５０に対して、相対的に移動した時の位置関係が示され
ている。ビームパターン５０は、レーザ光源１０ａ、１
０ｂ及び１０ｃから、ウェハ３０に照射されたレーザ光
束によってウェハ３０上に形成されるものである。

同図（Ｂ）には、同図（Ａ）におけるウェハマーク３２
の断面が示されている。

また、第４図には、ステージ３４の移動位置、すなわち
ウェハ３０のウェハマーク３２の位置と、これに対応す
るディテクター４４による受光光量との関係が示されて
いる。

ディテクター４４によって受光される光の光量は、前述
したように、ウェハマーク３２における照明光の回折に
よって得られた回折光のうち、フーリエ面上のフィルタ
ー４２において、Ｏ次回折光が遮断されたものである。

まず、レーザ光源１０ａ、１０ｂ及び１０ｃから各々放
射されたレーザ光束は、拡散レンズ１２ａ、１２ｂ及び
１２ｃによってそれぞれ拡散され、レンズ１４．１６を
透過してハーフミラ−１８に入射する。このレーザ光束
は、ハーフミラ−１８で分割され、そこで反射されたレ
ーザ光束は、ミラー２２．２４で再び反射された後、投
影レンズ２８を介してビームパターン５０のような照明
スポットでウェハ３０を照明する。

照明スポットがウェハ３０を照明すると、ステージ３４
が駆動され、照明スポットによるウェハマーク３２のス
キャンが行われることとなる。

図においては、ウェハマーク３２が、矢印ＦＡで示すよ
うに、左方に相対的に移動することになる。

次に、照明スポットによるスキャンが行われると、照明
スポットすなわちビームパターン５０がウェハマーク３
２と重なり、ウェハマーク３２の各マーク要素の配列ピ
ッチとレーザ光束の波長との関係より、０次回折光及び
１次回折光等の高次回折光が生じる。

次に、これらの回折光は、照明スポットと同じ経路を戻
り、ハーフミラ−１８に入射する。ハーフミラ−１８で
分割された回折光のうち、ハーフミラ−１８を透過する
光は、レンズ４０を透過し、空間フィルター４２におい
て０次回折光が遮断された後、ディテクター４４に入射
する。

そして、ここで光量変化が光電信号に変換され、第４図
に示すようなアライメント信号波形が得られる。

次に、上記のように得られたアライメント信号波形の、
スロープの急な位置ＳＬ及びＳＲを求め、更にその中点
となる（ｓｂ＋ｓＲ）／２を算出することによって、ア
ライメント終了時の位置が求められることとなる。この
ような位置情報が、波形処理装置４６で求められて、制
御装置４８に人力されることとなる。

次に、制御装置４８では、波形処理装置４６からのアラ
イメント終了時の上記位置情報と、干渉計３６からのス
テージ３４の実際の位置情報とにより、ステージ３４の
移動量及び移動方向が各々求められる。

そして、これらの情報に基いて、駆動装置３８の制御が
行われ、ステージ３４を才多動させることにより、ステ
ージ３４上に載置されたウェハ３０の装置全体に対する
アライメントが行なわれる。

以上のような第一実施例においては、互いにコヒーレン
トな光束を異った３方自から同時にウェハ３０を照射し
ているため、１回のステージスキャンによって、ウェハ
マーク３２から３種類のわずかに異なった情報を一度に
得ることがてきる。

これら情報は、ディテクター４４の受光面で重畳されて
いるため、互いに分離して認識することはできない。従
って、処理速度を低下させることなく、アライメント精
度の向上を図ることができるという効果がある。

また、異なる方向から入射した各レーザ光束は、互いに
インコヒーレントな光線であるため、上記ディテクター
４４の受光面上での重畳による平均化効果により、スペ
ックルパターンなどのノイズ成分による出力信号波形の
Ｓ／Ｎ比の低下を防止することができる。

次に、第５図を参照しながら、本発明の第二実施例につ
いて説明する。この実施例は、ウエノ＼を照射する照明
スポットすなわち、レーザ光束の分割の構成は異なるも
のの、基本的な作用及び動作については、前記第一実施
例と同様である。

図において、レーザ光源１０から放射されたレーザ光束
は、まず偏光板１１によって、Ｓ偏光成分と、該Ｓ偏光
成分と直交するＰ偏光成分とに分割されるようになって
いる。

次に、分割されたレーザ光束は、ミラー１３゜ミラー１
５及び偏光板１７のそれぞれの作用によって、入射角度
をメリディオナル方向、すなわちマーク検出方向と直交
する方向に関して異ならされてウェハ３０に入射するよ
うになっている。

これらのレーザ光束は、第一実施例と同様な構成の各光
学素子によって、異った２方自からウェハマーク３２を
各々照射する構成になっている。

この場合も２つのレーザ光束は、投影レンズ２８の瞳面
上の中心に対して点対称の部分を通るように設定される
。

次に、上述したようにして、ウェハマーク３２を照射す
る照明スポットをスキャンし、第一実施例と同様の構成
及びその作用によって、ウェハ３０の装置本体に対する
アライメントが行なわれる。

この実施例においては、レーザ光源を１つしか用いず、
偏光板１１及び１７によって、レーザ光束を互いにイン
コヒーレントな光線に分割しているため、処理速度を低
下させずにアライメント精度の向上を図れるとともに、
出力像のＳ／Ｎ比の低下を防ぐという、第一実施例にお
いて得られる効果の他に、コストの低減を図れるという
効果もある。

なお、この発明は上記実施例に限定されるものではなく
、第−実施例及び第二実施例に示したような、回折光に
よるアライメントのみでなく、単純なバーマークのエツ
ジで生じた散乱光を使ったアライメント等にも利用でき
るものである。この場合、バーマークのエツジが伸びる
方向と平行にシート上のビームスポットが整列され、そ
の平行状態を保って、スポットとバーマークとの相対走
査が行われる。このときも、先の実施例と同様に、各ビ
ームスポットの長手方向についてはビームの開口数が極
めて小さく（はぼ平行光線）、幅方向については比較的
大きな開口数をもつことが望ましい。

また、ウェハ３０に対して、メリディオナル方向に異な
った角度の照明スポットを照射したが、スポットの方向
をサジタル方向にしても同様な効果を期待できる。

更に、この発明において、光路の途中に光を振動させる
光学素子を挿入することにより、アライメントマークを
固定した状態で、レーザ光束のスポットを振動させて、
マーク位置を検出することも可能である。この場合、レ
ーザ光束（複数）の振動原点は、投影レンズ２８の瞳面
と共役な位置にするのが望ましい。またレチクル２６の
上方よリレーザ光束を入射してレチクルのアライメント
マークとウェハマークとを同時検出する方法においても
同様に実施し得る。

［発明の効果コ 以上のように、本発明によれば、照明スポットをウェハ
上の同一点に対して、異った複数方向から照射するため
、１回のステージスキャンによって、処理速度を低下さ
せずに良好にアライメントを行なうことができ、その精
度の向上を図ることがで診るという効果がある。

また、容具なる方向からウェハに入射したレーザ光束は
、互いにインコヒーレントな光線であるため、平均化効
果により、スペックルパターンなどのノイズ成分による
、出力像のＳ／Ｎ比の低下を防ぐ効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一実施例を示す構成図、第２図は空
間フィルター４２の形状を示す平面図、第３図および第
４図は第一実施例の作用を示す説明図、第５図は本発明
の第二実施例を示す構成図、第６図は従来の装置の一例
を示す構成図である。 ［主要部分の符号の説明］

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ウェハ上のマークに対してレーザ光束を照射し、このレ
   ーザ光束と上記マークを相対的に移動させた時に生じる
   該マークからの検出光を利用して、前記ウェハのアライ
   メントを行うアライメント装置において、 前記ウェハ上のマークに対して、互いにインコヒーレン
   トな関係の複数のレーザ光束を、異った方向より同時に
   照射する照射手段を備えたことを特徴とするアライメン
   ト装置。