JPS6329204A - 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〕 本発明は縮小露光装置において、ウエノ・上に刻印され
たアライメントパターンの位置を検出するアライメント
装置に関するもので、特にこの位置検出情報に基づきマ
スクとウエノ・の相対位置を合わせ、ｊ１光することに
よシ、回路パターンの各層間の接続を高精度に行うアラ
イメント装置に関する。

〔従来の技術〕

第６図はパーシャリ−・コヒーレント（部分的コヒーレ
ント）照明による光学系において、ウェハ上に刻印され
たアライメントパターンにレジストを塗布した状態で検
出した像の強度分布波屓検出器の検出波形）を示したも
のである。第６図（ａ）に示すようにＡは光学系内に特
定の遮光板（空間フィルタ）を設けないで検出した波形
を示したもので、第６図（ｃ）に示すようＫＢは光学系
内の瞳位置（フーリエ変換面）Ｋ帯状（斜線部分が光の
透過する部分）の遮光板（空間フィルタ）（第６図（ｂ
）に示す０）を設けた場合の検出波形を示したものであ
る。第６図（θ）に示すようにＣは本発明による方形形
状をした透過幅可変出来る液晶遮光板（空間フィルタ）
（第６図（、ｉ）に示す。）を瞳位置（７一リエ変換面
）に設けた場合の検出波形を示したものである。第６図
（ｇ）に示すようにＤはＣの液晶遮光板（空間フィルタ
）の透過幅を狭めた（第６図（ｆ）に示す０）検出波形
を示したものでおる。

従来例に示す特公昭５９−３７９１号公報の物体の像認
識方法」に示す正射光と非正反射光の一方を選択する遮
光板（空間フィルタ）や特開昭５６−１２７２７〜９号
公報に示すＩＣ投影霧光装置におけるアライメント装置
に示されている帯状の遮光板（空間フィルタ）ではＡ（
示されるような検出波形となシレジストａ布むらの影響
を受は検出波形の形状が劣下してしまう。この検出波形
からアライメントパターンの位置を認識することは非常
に困難であった。

このため、特開昭５６−１２７２７〜９号公報に示すＩ
Ｃ投影露光装置におけるアライメント装置では検出器を
光学系の瞳位置（フーリエ変換面）に設け、照明光をス
リットでアライメントマークと同じ輪郭に形成し、この
スリットを照明光が７ライメントマークを横切るように
Ｘ−Ｙ面内で移動させることでアライメントマークの位
置を受光素子の出力変動として観察する等の方法を取っ
ていた。

したがって、この方法では光学系内のスリットとアライ
メントマークの相対位置を動かさないと位置検出が出来
ないと言う欠点があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術では、検出するウニ・・表面の微小な凹凸
、アライメントパターンに塗布されているレジスト塗布
むらによって検出波形形が劣下することが考慮されてお
らず、このため位置検出器を瞳位置（フーリエ変換面）
に設け、前述した光学系内のスリット移動等の方法によ
シアライメンドパターンの位置検出を行なっていた。こ
のため振動等によう検出精度が低下すると言う問題があ
った０ 本発明の目的は、光学系内の遮光板の形状を工夫するこ
とによりレジストの塗布むらウェハ表面の微小な凹凸に
よって生じる信号を取シ除き、良好なアライメントパタ
ーンの検出波形が得らｎる様にすることによ）機械的動
作を全く必要としないでアライメントパターンの位置を
検出するアライメント装置を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、ウェハ上に設けた所定形状のアライメント
パターンを投影レンズを介して照射し、その反射光を検
出するＩＣ投影露光装置のアライメント装置において、
その検出系の瞳位置（フーリエ変換面）に前記したアラ
イメントパターンからの非正反射光が主に透過する方形
の窓をもつ遮光板（空間フィルタ）を設けることによシ
、アライメントパターン信号とその他の信号を空間的に
分離することで達成される。

〔作用〕

本発明のアライメント装置は１幅と制御する遮光板（空
間フィルタ）は第２図に示すように機械的な動作を必要
としない液晶板１と偏光板２を組合せ、液晶板１に電極
３には電極４が付いておシ、周波数ＩＫｆ（ｚ・５ｖ程
度の電源５をスイッチ６によシ液晶電極６に印加するこ
とが出来、たとえばＰ偏光にＮ線傷光された光７が液晶
板６に入射すると、電圧が印加された液晶電極５（斜線
部）では偏光方向が９０°回転しＳ偏光８になシ、電圧
の印加されていない液晶電極３と液晶電極３のない部分
はＰ偏光がそのまま通過し、液晶電極６の後側にＳ偏光
８の４が通過する偏光板２を置くことによシ、電圧の印
加されていない部分のＰ偏光光９を迩断することができ
るので、スイッチ６の操作によ）機械的な動作を必要と
することなく遮光幅を制御することができる。

〔実施例〕

ＬＳＩ（集積回路）の製造にはマスクに描かれ九回路パ
ターンをウェハ上に転写する露光工程が士数回必要で、
これらの各工程には回路パターンの段差が大きな工程や
また逆に段差が非常に小さな工程等種々の回路パターン
が混在している。アライメントパターンもこれらの回路
パターンと同時に製作されるため、アライメントパター
ンの段差及びその周辺のウェハ表面も微小な凹凸がある
もの等種々雑多な状態を呈している。また、レジスト塗
布もウェハを高速で回転させこのウェハ上にレジストを
点滴し、遠心力によってウェハ表面全体に薄く塗布する
ため、段差の大きなアライメントパターンのウェハでは
遠心力の大きな周辺部分のアライメントパターンの段差
部で特に大きな塗布むらを生じる。逆に段差が小さなア
ライメントパターンのウェハではレジスト塗布むらはほ
とんど生じない。

また、このアライメントパターンを検出するパーシャリ
−コヒーレント（部分的コヒーレント）照明による検出
光学系はフーリエ変換の光学系であることが知られてい
る。その説明を第１図によって行う。ウェハ１０面は所
定寸法のアライメントパターンと微小な凹凸等から構成
されており、と上面にはレジスト１３が塗布されており
、アライメントパターンの段差部には塗布むら１４が生
じている。このウェハ面に対しパーシャリ−コヒーレン
ト（部分的コヒーレント）照明を行なうと、ウェハの表
面形状、レジストの塗布厚さ、ウェハ表面とレジスト表
面の回折光の干渉等から光学系１４の検出焦点面にはあ
る位相と振幅（位相と振幅をまとめて複系振幅と言う）
の回折光が生じる。この回折光を光学系１４によりフー
リエ変換するとフーリエ変換面である遮光板１′（詳細
は後述）の表面には検出焦点面の複系振幅の周期分布が
表わされる。検出焦点面の複系振幅は上記したようにウ
ェハ表面の形状とレジスト厚さによって決定されるため
ウェハ上に所定寸法のアライメントパターンからの回折
光１５はフーリエ変換面の中心点と特定の信号位置１６
に分布する。アライメントパターン１１に比べ寸法の小
さなウェハ表面の微小な凹凸やレジストの塗布むらから
の回折光１７はフーリエ変換面の中心点とアライメント
パターンによる信号位置１６よりも外側の位置に分布す
る。したがって遮光板１′の透過部分を適当に定めるこ
とによりアライメントパターン信号とその他の信号と分
離することができる。

上記したことから、レジストの塗布むらが大きく、ウェ
ハ表面の微小な凹凸が多いウェハのアライメントパター
ンの検出には遮光板１′の透過部分を出来るだけ狭めて
、レジスト塗布むら、ウエノ・表面の微小な凹凸から信
じる信号を取シ除くことによって高いコントラストの検
出信号が得られる。

また、逆に段差が小さいウェハは一般に検出信号が弱い
が、塗布むらが少なくウェハ表面の微小な凹凸も少ない
。このため遮光板の透過部分の幅を大きめに設定し、信
号強度の増幅を図る。このように遮光板の形状をアライ
メントパターンやウェハの表面状態によシ細かく制御す
ることによシ。

全ての露光工程において艮好なコントラストの検出波形
が得られるようになった口 以下本発明の実施例を第６図〜第５図によって説明する
。第４図は第６図（ａ）の光学系部分を拡大したもので
ある。

第３図、第４図は本発明を投影式縮小露光装置に適用し
た場合の全体図を示したものである。筐た、ウェハのア
ライメントパターンの位置検出はＸ軸方向、Ｙ軸方向お
よび回転位置の検出が必要なため、位置検出光学系はＹ
１軸、Ｙ２軸Ｘ軸の同構成の光学系３組から構成されて
いるが、同構成のため１軸分のみについて説明する。照
明光源であるにレーザ発振器１８からのＳ偏光に直線偏
光された照明光は照明光学系１９、偏光ビームスリッタ
２０をへて１／４λ波長板で円偏光となりフーリエ変換
レンズ２２、ミラー２６、レチクル２６上のミラー２４
に反射して縮小レンズ２５を介してウェハ１０面に設け
たアライメントパターン３２上を、照明する。ウェハ１
０面から回折した検出光は照明光とは逆に再び縮小レン
ズ２５を通りレチクル２６に設けたミラー２４゜ミラー
２６に反射してフーリエに換レンズ２５を通り、１／４
λ波長板により円偏光からＰ偏光に直線偏光される０こ
れによシ偏光ビームスプリッタを直進し、前述した液晶
板１と偏光板２を組合せた遮光板によシアライメンドパ
ターン３２（第Ｓ図Ｃｂ）に拡大して示す。）の検出信
号を抽出する。尚液晶板１によシ検出波形はＳ偏光とな
る。この検出信号は７−リエ変換レンズ２７、リレーレ
ンズ２７、シリンドリカルレンズ２８．シリンドトリカ
ルレンズ２９ヲへて位置検出センサ３０に到達する。ウ
ェハ１０のアライメントパターン３２の位置検出値から
レチクル２６との相対位置ずれ量を求め、ウェハを移動
してレチクル２６との相対位置を合せ、露光を行なうこ
とによりレチクル２６上の回路パターンをウェハ上に転
写する。ウニ・・を次の露光位置まで移動させ同じ動作
を繰返すことによシウエハ全面にレチクルの回路パター
ンを転写する。

第５図（ａ）　、　（ｂ）は本実施例による光学系の光
路図を示したものである。同図（ａ）は第３図のＢ視図
で集光方向を示している。同図（ｂ）は第３区のＡ視図
で位置検出方向を示している。先ず集光方向の図から説
明する。この方向はアライメントパターン５２の位置検
出を行なう必要はなく信号の集光を行なえば良いため、
ある回折角θで回折した光が集光する縮小レンズの瞳位
ｔ（フーリエ変換面）Ｂｌが７−リエ変換レンズ２２の
フーリエ変換面Ｂ２に結像し、さらに検出センサ６０上
に結像する。右図に示す位置検出方向はウェハ１０面Ａ
１点が位置検出センサ上Ａ４点に結像するためウェハ上
のアライメントパターン位置を位置検出センサ３０で位
置検出することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ウェハ上に設けたアライメントパター
ンをコントラストの高い信号で検出することができ、ま
た機械的動作もまったく必要ないので振動等による精度
低下も防止できるため、高い位置検出精度を得る仁とが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃第５図はいずれも本発明の一実施例を示すもの
で、第１図は光学系によるフーリエ変換の原理図、第２
図は液晶板を使用した遮光板の構成図、第３図、第４図
はよう具体的な装置構成図、第５図は第６図、第４図の
光路図、第６図は遮光板の形状が種々の場合の検出波形
図を示す◇１・・・液晶板、２・・・偏光板、Ｓ・・・
液晶電極、１０・・・ウェハ、２２・・・フーリエ変換
レンズ、２７・・・フーリエ逆変換レンズ。 篤　１　図 第　と図 第　４区 第　５図 （α）（ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ウェハ上に設けた所定形状のアライメントパターン
   を投影レンズを介して照明し、その反射光を検出するＩ
   Ｃ投影露光装置のアライメント装置において、その検出
   系の瞳位置（フーリエ変換面）に前記したアライメント
   パターンからの非正反射光が主に透過する方形の窓をも
   つ遮光板（空間フィルタ）を設けることにより、アライ
   メントパターン信号とその他の信号を空間的に分離する
   ことを特徴とするアライメント装置。 ２、窓の形状を可変自在な遮光板（空間フィルタ）を瞳
   位置（フーリエ変換面）に設けることを特徴とする特許
   請求範囲第１項記載のアライメント装置。 ３、多数の液晶電極を並べて配置した液晶板とその後面
   に配置した偏光板を遮光板として用い、夫々の液晶電極
   に対する電圧の印加状態により、窓の形状を自在に可変
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項および第２
   項記載のアライメント装置。