JPH0516649B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、露光光によりレチクル上に形成され
た回路パターンを縮小投影レンズによりウエハ上
に縮小投影露光する縮小投影露光方式におけるレ
チクルとウエハとを、前記縮小投影レンズを通し
てアライメントを行なうアライメント方法に関す
るものである。

〔発明の背景〕

半導体集積回路の微細化が進行するのに伴なつ
て、縮小投影露光装置で露光するさいのレチクル
と、ウエハとアライメント精度はますます高精度
が要求されている。そのため、１チツプ毎にアラ
イメントが行なえるようにしてウエハ内のチツプ
の配列誤差に対応できる縮小投影レンズを介す
TTLアライメント方式が今後の高集積回路の製
造において主流になることは明らかである。

従来のTTLアライメント方式は、たとえば第
１１図に示す如く、レチクルアライメント光学系
５，５′によりレチクル初期設定用パターン１５，
１５′の位置を検出してレチクル１を初期位置に
セツトする。ついでウエハアライメント検出光学
系６，６′の光フアイバー１１，１１′より露光系
１２よりの露光光を同一波長の光をミラー７ｃ，
７c′、コンデンサレンズ７ｂ，７b′およびミラー
７ａ，７a′を通つて上記レチクル初期設定用パタ
ーン１５，１５′とは別に設けたレチクルアライ
メントパターン１３，１３′を照射し、縮小投影
レンズ２を通つてウエハライメントパターン１
４，１４′を照射したのち、再び縮小投影レンズ
２を介してレチクル１上のアライメントパターン
１３，１３′上に結像し、両パターン１３，１
３′，１４，１４′をウエハアライメント検出光学
系６，６′のミラー７ａ，７a′、コンデンサレン
ズ７ｂ，７b′、ミラー７ｃ，７c′、拡大レンズ
８，８′ミラー７ｄ，７d′、可動スリツト９，
９′を介して光電子増倍管１０，１０′に送つて位
置を検出し、もし両パターン１３，１３′，１４，
１４′の位置が一致していない場合にはウエハ３
を搭載するウエハステージ４をＸ方向およびＹ方
向に移動して両パターン１３，１３′，１４，１
４′の位置を一致させている。また、このように
してアライメントが終了すると、露光系１２より
の露光光がレチクル１の回路パターンを投影レン
ズ２を介してウエハ３上に１ないし数チツプ宛露
光している。なお、この種アライメント方式は特
開昭55−41739号が挙げられる。

然るに、上記のアライメント方式においては、
レチクルアライメント光学系５，５′が２組、ウ
エハアライメント検出光学系６，６′が２組合せ
て４組のアライメント光学系５，５′，６，６′が
レチクル１の周辺に設けられているため、全体の
構成が複雑かつ大形化する問題がある。また、通
常レチクル１の装着精度は±１〜２mmあつてレチ
クルアライメント光学系５，５′の検出視野を大
きくする必要があるため、検出分解能が低く、検
出精度の低下を招いている。さらに高集積回路の
製造には、レジスト内での多重干渉あるいはレジ
スト表面の凹凸によるデフオーカスの問題に対処
するため、吸光剤入りレジストあるいは多層レジ
ストの使用が検討されている。然るにこれらのレ
ジストは露光光の波長の光に対しては透過率が極
めて低いため、従来のように露光光と同一の波長
の光をウエハアライメントパターン用の照明光と
して使用することは不可能である。そこで、露光
光と、ウエハアライメントパターン用の光とを異
なる波長にする必要があるが、縮小投影レンズ２
は露光光に対してのみ色収差を補正しているた
め、ウエハアライメントパターン１４，１４′の
結像位置はもはやレチクル１上ではなく、色収差
分だけレチクル１から離れた位置になる。したが
つてレチクルアライメントパターン１３，１３′
と、ウエハアライメントパターン１４，１４′と
を別個に検出してなくてはならなくなり、検出光
学系がさらに複雑になる。これに加えてレチクル
１の装着からウエハアライメントの検出が終了す
るまでの間にレチクル１の位置検出を２回行なう
必要があるため、スループツトの低下を招いてい
る。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決
すべく、簡単な構成で、レチクルを粗位置状態か
らアライメント検出光学系の視野内の基準位置に
追い込むことを可能にして、レチクルとウエハと
を縮小投影レンズを通して前記アライメント検出
光学系を兼用して高精度にアライメントすること
を実現し、スループツトの向上が図れるようにし
た縮小投影露光方式におけるアライメント方法を
提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は上記目的を達成するために、露光光に
よりレチクル上に形成された回路パターンを縮小
投影レンズによりウエハ上に縮小投影露光する縮
小投影露光方式におけるレチクルとウエハとを、
前記縮小投影レンズを通してアライメントを行な
うアライメント方法において、上記レチクル上の
回路パターン領域の外側の各辺に対した複数個所
の各々に、基準回折パターンと該基準回折パター
ンと異なる複数個の回折パターンとを並設してレ
チクルアライメントパターンを形成し、該レチク
ルアライメントパターンの各々にレーザ光を下側
から照射して前記異なる回折パターンの内、いず
れの回折パターンからの反射回折光の結像である
か否かを、アライメント検出光学系を用いて光電
変換手段から出力される信号に基づいて判別して
レチクルの粗位置を検出し、該検出されたレチク
ルの粗位置情報に基づいて前記基準回折パターン
が、前記アライメント検出光学系の視野内に位置
するように、前記レチクルを微移動させてレチク
ルを基準位置に位置合わせをし、その後、前記ウ
エハ上に形成されたウエハアライメントパターン
に前記露光光と異なる波長の光を前記縮小投影レ
ンズを通して照明し、該照明されたウエハアライ
メントパターンからの反射光像を前記縮小投影レ
ンズを通して前記レチクルの下側に結像させ、該
結像した光像と前記基準回折パターンからの反射
回折光の結像された光像とを、前記アライメント
検出光学系で検出して光電変換手段から得られる
信号に基づいて、レチクルとウエハとの相対的位
置ずれを検出し、該検出された位置ずれに基づい
てレチクルとウエハとを相対的にアライメントす
ることを特徴とする縮小投影露光方式におけるア
ライメント方法である。

〔発明の実施例〕

以下本発明の実施例を示す第１図乃至第１０図
について説明する。

先づ、第１図は本発明の一実施例を示すアライ
メント検出光学系の概念図、第２図はそのレチク
ル上のアライメントパターン群を示す平面図、第
３図はそのレチクルアライメントパターン群を示
す拡大平面図、第４図は第３図に示すレチクルア
ライメントパターン群に１次元のフルネルゾーン
プレートを１〜５個組合せた場合を示す平面図で
ある。第１図において、１はレチクルにして、第
２図に示す如く、回路パターン１６の内側互いに
直角方向位置に２個のミラーパターン１７，１
７′を設け、該レチクル１の内側互いに直角方向
位置に、その端面にそうて細長く形成された２個
の長方形状をしたレチクルアライメントパターン
群１８，１８′を設けている。これら各レチクル
アライメントパターン群１８，１８′は第３図に
示す如く５個に分割し、これら分割アライメント
パターン１８ａ〜１８ｅには互いに異なる数のフ
ルネルゾーンプレート１９を１個〜５個１９ａ〜
１９ｅ組合せて形成されている。３８はアライメ
ント検出光学系にして、レーザ発信器２９からの
光ビームをシヤツタ２８を通つて平行ビームに
し、この平行ビームをリレーレンズ２７およびミ
ラー２６を介してレチクルアライメントパターン
群１８に照射し、上記１次元フルネルゾーンプレ
ート１９の回折効果により回折させ、上記ミラー
２６の４８で示す位置に直線状に集光した回折パ
ターンを形成し、この像をリレーレンズ２７、ハ
ーフミラ３４ａ，３４ｂ、拡大レンズ８、ミラー
７ｄを介して可動スリツト９に結像し、光電子増
倍管１０で検出するようにしている。またシヤツ
タ２８を閉じ、シヤツタ３２を開いて光フアイバ
１１よりウエハパターン照明光を照射し、シヤツ
タ３２、ハーフミラー７ｂ、リレーレンズ３１、
ミラー７ａを介してレチクル１上の上記ミラーパ
ターン１７に照射したとき、その反射光が縮小投
影レンズ２を介してウエハ３上のウエハアライメ
ントパターン１４を照射し、その反射光が再び同
一光路を戻つてハーフミラ３４ｂ、拡大レンズ
８、およびミラー７ｄを介して可動スリツト９に
結像し、光電子増倍管１０で検出するようにして
いる。

なお、上記光フアイバ１１よりのウエハパター
ン照明光は、吸光剤入りレジストや多層レジスト
に対応するため、露光系１２よりの露光光と異な
る波長をしている。また上記以外は従来と同一で
あるから、第１１図と同一符号をもつて示す。

上記の構成であるから、今レチクル１の位置
と、光電子増倍管１０の検出信号との関係を示す
第５図ａの如く、アライメント検出光学系３８の
検出視野が破線で示す位置即ち、レチクルアライ
メントパターン群１８のうち、３個の１次元フレ
ネルゾーンプレート１９ｃを有するアライメント
パターン１８ｃに位置する場合について述べる
と、この場合には、可動スリツト９に結像される
回折パターン３９ａは第５図a′に示す如く、３個
の直線状パターンとなり、可動スリツト９を矢印
方向に走査すると、光電子増倍管１０にて第５図
a″に示す如き検出信号４０ａが得られる。同様な
方法にて今アライメント検出光学系３８の検出視
野が第５図ｂに破線にて示す如く、レチクルアラ
イメントパターン群１８のうち、２個の１次元フ
レネルゾーンプレート１９ｂを有するアライメン
トパターン１８ｂに位置する場合について述べる
と、この場合には可動スリツト９に結像される回
折パターン３９ｂは第５図b′に示す如く、２個の
直線状パターンとなり、可動スリツト９を走査す
ると、光電子増倍管１０にて第５図b″に示す如き
検出信号４０ｂが得られる。またアライメント検
出光学系３８の検出視野が第５図ｃに破線にて示
す如く、レチクルアライメントパターン群１８の
うちミラーパターン１７同一位置の１個の１次元
フレネルゾーンプレート１９ａを有するアライメ
ントパターン１８ａに位置する場合、すなわち目
標設定位置にある場合には、可動スリツト９に結
像される回折パターン３９ｃは第５図c′に示す如
く１個の直線状パターンとなり、可動スリツト９
を走査すると、光電子増倍管１０にて第５図c″に
示す如き検出信号４０ｃが得られる。したがつ
て、あらかじめ、各アライメントパターン１８ａ
〜１８ｅの間隔量を光電子増倍管１０の検出視野
よりも稍小さく形成し、かつ、あらかじめ、２個
のアライメントパターンが同時に光電子増倍管１
０の検出視野内に入らないように設定しておくこ
とにより、各アライメントパターン１８ａ〜１８
ｅが互いに独立に光電子増倍管１０の視野内に存
在させることができ、これにより、あらかじめ、
各アライメントパターン１８ａ〜１８ｅの１次元
フレネルゾーンプレート１９の個数と、各アライ
メントパターン１８ａ〜１８ｅの中心位置および
レチクル１の基準位置即ちレチクルアライメント
パターン群１８の中心位置間の距離との関係を把
握しておけば、光電子増倍管１０にて検出した直
線状の回折パターンの個数により、レチクル１の
絶対位置を検出することができ、かつ検出したア
ライメントパターン１８ａ〜１８ｅの位置から、
レチクル１の目標設定位置までの移動距離を容易
に知ることができる。すなわち、一定間隔で配置
された複数個のレチクルアライメントパターン１
８ａ〜１８ｅに互いに異なる形状の回折パターン
を生成する１次元フレネルゾーンプレートを形成
し、この回折パターンを検出することによつて、
実効的にアライメント検出光学系３８の検出視野
をレチクルアライメントパターン群１８の幅全体
まで拡大したことになるので、たとえ従来と同一
の検出視野を有するレチクルアライメント光学系
を使用したとしても、従来に比較して高倍率、高
精度のパターン検出を行なうことができ、ウエハ
アライメントのさいのレチクル位置検出も上記の
レチクルアライメント光学系を使用することがで
きる。

つぎに第６図ａ〜ｄは本発明の実施例を示すレ
チクル装着時のレチクルアライメントの動作を示
す説明図である。同図に示す如く、レチクル１上
にはその中心位置を通るｙ方向両端部に２個、ｘ
方向端部に１個、合せて３個のレチクルアライメ
ントパター群１８，１８′，１８″を設け、これら
３個のレチクルアライメントパターン群１８，１
８′，１８″に対向する位置に３個のアライメント
検出光学系３８，３８′，３８″を設けている。第
６図ａはレチクル１が装着された初期状態を示し
ており、ｘ方向、ｙ方向のずれがあると同時に角
度θだけ傾斜している。この場合は、相対向する
２個のアライメント検出光学系３８，３８″によ
る２個のレチクルアライメントパターン群１８，
１８″の検出信号が相異するので、この検出信号
によりステージ回転量θを求め、上記レチクル１
を載置するレチクルステージ４（第１１図参照）
をθだけ回転させ、２個のアライメント検出光学
系３８，３８″の検出信号が互いに同一になるよ
うにする。第６図ｂはレチクル１の角度ずれの修
正が終了した状態を示す図である。

次に、同図において、レチクル１が設定目標位
置に対してｘ方向に位置ズレを生じているため、
相対向する２個のアライメント検出光学系３８，
３８″の検出信号が、目標設定位置に位置すると
きの２個のレチクルアライメントパターン群１
８，１８″の検出信号と異なる。そこで上記レチ
クルステージ４をｘ方向に微動させ２個のアライ
メント検出光学系３８，３８′による２個のレチ
クルアライメントパターン群１８，１８′の検出
信号が目標設定位置に位置するときの２個のアラ
イメントパターン群１８，１８′の検出信号と一
致したとき、レチクルステージ４のｘ方向の微動
を停止させることにより、第６図ｃに示す如くｘ
方向についてレチクル１を設定目標位置に位置決
めすることができる。さらに同図に示す如くレチ
クル１が設定目標位置に対してｙ方向に位置ズレ
を生じているときには、１個のアライメント検出
光学系３８′によるレチクルアライメントパター
ン群３８′の検出信号が、レチクル１の目標設定
位置に位置するときのレチクルアライメントパタ
ーン群３８′の検出信号と異なるので、これによ
りレチクルステージ４をｙ方向に微動させ、レチ
クルアライメントパターン群３８′の検出信号が、
目標設定位置に位置するときのレチクルアライメ
ントパターン群３８′の検出信号と同一になつた
とき、上記レチクルステージ４の微動を停止させ
ることにより、第６図ｂに示す如くレチクル１を
ｙ方向について設定目標位置に位置決めすること
ができる。以上のようにしてｘ方向、ｙ方向ずれ
及び角度ずれが生じているレチクル１を設定目標
位置に位置決めすることができる。

つぎにウエハアライメントの動作について述べ
る。先づ第１図に示すシヤツタ２８を閉じ、シヤ
ツタ３２を開き、ウエハパターン照明光を光フア
イバ１１より照射し、リレーレンズ３１を介して
レチクル１上のミラーパターン１７に照射して、
その反射光を縮小投影レンズ２を介してウエハ３
上のウエハアライメントパターン１４を照射す
る。ウエハアライメントパターン１４からの反射
光を再び同一光路を戻つてハーフミラ３４ｂ、拡
大レンズ８を介して可動スリツト９に結像して第
７図ａに示す如くミラーパターン１７上のウエハ
アライメントパターン１４が結像する。

然る後、可動スリツト９を矢印方向に走査する
と光電子増倍管１０が第７図ｂに示す如き検出信
号４１を得る。ついで、第７図ｃに示す如く、レ
チクルアライメント終了のさいに記憶したレチク
ルアライメントパターン群１８の検出信号４０ｃ
の中心位置４２と、ウエハアライメントパターン
１４の中心位置４３との差Δ1を求め、この差Δ1
に相当する量だけレチクル１またはウエハ３を移
動してウエハアライメントが完了する。

このように、本実施例においては、レチクル１
のアライメントおよびウエハ３のアライメントを
同一のレチクルアライメントパターン群１８およ
びアライメント光学系３８にて兼用されているの
で、レチクル１の周辺が簡素化されるだけでなく
全体の構成が簡略化される。

またミラーパターン１７およびレチクルアライ
メントパターン群１８が縮小投影レンズ２の入射
瞳２′よりも外側に位置するため、露出系１２よ
り縮小投影レンズ２に照射される露光光と、ミラ
ー７ａおよびミラー２６とが互いに干渉すること
がない。したがつて露光位置でのウエハアライメ
ント（図示せず）が可能となり、スループツトが
大幅に向上する。さらにレチクルアライメントパ
ターン群１８からの回折パターンの結像位置４８
と、ウエハアライメントメントパターン１４の結
像位置９１とが互いにレチクル１の面から等距離
にあるため、ウエハアライメントのさいにレチク
ル１が傾斜してもその影響を受けにくい。

つぎに本発明の他の１実施例を示す第８図につ
いて説明する。

第８図はレチクルアライメントパターン群の拡
大図である。同図に示す如く、レチクル１上の回
路パターン１６の内側位置にミラーパターン１７
を設け、上記レチクル１上にその端面にそうて細
長く形成されたレチクルアライメントパターン群
４４とを設けている。また上記レチクルアライメ
ントパター群４４は複数個４４ａ〜４４ｅに分割
され夫々には前記第３図および４図について述べ
たと同様の１次元のフレネルゾーンプレート１９
を２個ずつ互いにその間隔量を変えて５組１９ａ
〜１９ｅ配置している。なお、図示していない
が、上記レチクルアライメントパターン群５１を
検出するアライメント検出光学系では前記第１図
に示すアライメント検出光学系３８と同一であ
る。上記の構成であるから、第９図ａ，ｂ，ｃに
示すレチクル１の位置と、アライメント検出光学
系３８の光電子増倍管１０の検出信号との関係か
ら明らかな如く、アライメント検出光学系３８の
検出視野位置（破線にて示す位置）における可動
スリツト９には、第９図a′，b′，c′に示す如く回
折パターン４５ａ，４５ｂ，４５ｃが結像され、
上記可動スリツト９を走査すると、光電子増倍管
１０にて第９図a″，b″，c″に示す如く２個の間隔
量a₁，a₂，a₃が相異する２個の検出信号４６ａ，
４６ｂ，４６ｃが得られる。したがつて、前記第
４図に示す場合は直線状の回折パターンの個数に
よつてレチクル１の絶対位置を検出しているが、
本実施例においては、２個の直線状の回折パター
ンの間隔量によつてレチクル１の絶対位置を検出
している。

このようにしてレチクル１の絶対位置が検出さ
れると、第１０図ａに示す如くミラーパターン１
７上にウエハアライメントパターン１４が結像す
る。然る後、可動スリツト９を走査すると、光電
子増倍管１０より第１０図ｂに示す如き検出信号
４１を得る。ついで第１０図ｃに示す如く、レチ
クルアライメント終了のさいに記憶したレチクル
アライメントパターン群４４の検出信号４６ｃの
中心位置４７と、ウエハアライメントパターン１
４の中心位置４７との差Δ2を求め、この差Δ2に
相当する量だけレチクル１またはウエハ３を移動
してウエハアライメントが完了する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、簡単な構成で、レチクルを粗
位置状態からアライメント検出光学系の視野内の
基準位置に追い込むことを可能にして、レチクル
とウエハとを縮小投影レンズを通して前記アライ
メント検出光学系を兼用して高精度にアライメン
トすることを実現し、スループツトの向上を図る
ことができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すアライメント
検出光学系の概念図、第２図はそのレチクル上の
アライメントパターン群を示す平面図、第３図は
そのレチクルアライメントパターン群を示す拡大
平面図、第４図はそのレチクルアライメントパタ
ーン群上の１次元のフレネルゾーンプレートを示
す平面図、第５図はレチクルの位置と光電子増倍
管の検出信号との関係を示す説明図、第６図はレ
チクル装着時のレチクルアライメントの動作を示
す説明図、第７図ａはウエハアライメントパター
ンの像を示す平面図、ｂはその検出信号を示す
図、ｃはレチクルアライメントパターンの検出信
号を示す図、第８図は本発明の他の一実施例を示
すレチクルアライメントパターン群の拡大平面
図、第９図はレチクルの位置と光電子増倍管の検
出信号との関係を示す説明図、第１０図ａはウエ
ハアライメントパターンの像を示す平面図、ｂは
その検出信号を示す図、ｃはレチクルアライメン
トパターンの検出信号を示す図、第１１図は従来
のTTLアライメント方式の一例を示す斜視図で
ある。 １……レチクル、２……縮小投影レンズ、３…
…ウエハ、９……可動スリツト、１０……光電子
増倍管、１４，１４′……ウエハアライメントパ
ターン、１７，１７′……ミラーパターン、１８，
１８′……レチクルアライメントパターン群、１
９……１次元フレネルゾーンプレート、２９……
レーザ発振器、５１……レチクルアライメントパ
ターン群。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 露光光によりレチクル上に形成された回路パ
   ターンを縮小投影レンズによりウエハ上に縮小投
   影露光する縮小投影露光方式におけるレチクルと
   ウエハとを、前記縮小投影レンズを通してアライ
   メントを行なうアライメント方法において、上記
   レチクル上の回路パターン領域の外側の各辺に対
   した複数個所の各々に、基準回折パターンと該基
   準回折パターンと異なる複数個の回折パターンと
   を並設してレチクルアライメントパターンを形成
   し、該レチクルアライメントパターンの各々にレ
   ーザ光を下側から照射して前記異なる回折パター
   ンの内、いずれの回折パターンからの反射回折光
   の結像であるか否かを、アライメント検出光学系
   を用いて光電変換手段から出力される信号に基づ
   いて判別してレチクルの粗位置を検出し、該検出
   されたレチクルの粗位置情報に基づいて前記基準
   回折パターンが、前記アライメント検出光学系の
   視野内に位置するように、前記レチクルを微移動
   させてレチクルを基準位置に位置合わせをし、そ
   の後、前記ウエハ上に形成されたウエハアライメ
   ントパターンに前記露光光と異なる波長の光を前
   記縮小投影レンズを通して照明し、該照明された
   ウエハアライメントパターンからの反射光像を前
   記縮小投影レンズを通して前記レチクルの下側に
   結像させ、該結像した光像と前記基準回折パター
   ンからの反射回折光の結像された光像と、前記ア
   ライメント検出光学系で検出して光電変換手段か
   ら得られる信号に基づいて、レチクルとウエハと
   の相対的位置ずれを検出し、該検出された位置ず
   れに基づいてレチクルとウエハとを相対的にアラ
   イメントすることを特徴とする縮小投影露光方式
   におけるアライメント方法。