JPS6315739B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、投影式マスク・アライメント装置に
関するものである。

投影式露光装置は、一般に第１図に示すよう
に、マスク１とウエハ３とを離間させて配置する
と共に、その間に投影レンズ２を、マスク１上に
コンデンサレンズ４をそれぞれ配置したもので、
露光光源（図示せず）からの露光光をコンデンサ
レンズ４を介してマスク１に照射し、該マスク１
上の回路パターン５を投影レンズ２を介してウエ
ハ３のペレツト８上にウエハパターン２５として
投影露光転写する。なお、このときマスク１をウ
エハ駆動用ステツプ・アンド・リピートＸ−Ｙテ
ーブル（図示せず）の走行方向と一致して配置す
るため、アライメントパターン６と鏡筒（図示せ
ず）上のこれと対応したアライメントパターン
（図示せず）を用いる。

そして、前述の投影式露光装置において、マス
ク１とウエハ３とを位置合わせする従来の投影式
マスク・アライメント装置は、第１図及び第２図
に示すように、マスク１の周辺にクローム７ａを
蒸着させて約400μｍ角の透明部よりなるマス
ク・アライメント・パターン７を設け、一方ウエ
ハ３に約5μｍ幅の十字状段差で、表面にホト・
レジストを塗布したウエハ・アライメント・パタ
ーン９を設け、それから水銀灯１３、及び干渉フ
イルタ１４、から構成されたアライメントパター
ン照明用光源と、コンデンサレンズ１５，１６、
絞り１７、ハーフミラー１２、及びマスク１０か
ら構成され、上記光源から照射された光をマスク
１上のアライメントパターン領域だけにスポツト
照射して上記投影レンズ２を介してウエハ３上の
アライメントパターン領域へ照射すべく設けられ
た照射用の集光光学系と、投影レンズ２の入射瞳
αの中心Ａとマスク１上の周辺に設けられたアラ
イメントパターン７の中心とを結ぶ直線の延長線
上に中心を一致させ、且つマスク１に対して傾斜
させて配置した小形の反射鏡（ミラー）１１と、
ハーフミラー１９，２０、像回転プリズム２１、
ミラー２２、スリツト２３およびＸ、Ｙ用受光素
子２４ａ，２４ｂから構成され、マスク１上のア
ライメントパターン７とウエハ３上のアライメン
トパターン９との相対的位置ずれ量を検知する検
知器と、上記小形の反射鏡１１によつて反射され
たマスク１上のアライメントパターン７の像、及
びウエハ３上のアライメントパターン９から上記
投影レンズ２を介して逆投影される像を上記検知
器に結像させるべく、上記延長線を上記小形の反
射鏡１１によつて方向転換した線上に光軸を一致
させた結像レンズ１８とを装着したものである。
以下、その位置合わせ操作について述べると、水
銀灯１３からの光が干渉フイルタ１４、コンデン
サレンズ１５，１６、絞り１７、ハーフミラー１
２、ミラー１１およびマスク１０を経てマスク１
のマスク・アライメント・パターン７の近傍を照
射し、その光が入射光ａとして投影レンズ２の入
射瞳αの中心Ａ点に向い、該投影レンズ２を通過
の後射出瞳βの中心Ｂ点よりあたかも射出するよ
うな角度をもつてウエハ３のウエハ・アライメン
ト・パターン９上にマスク・アライメント・パタ
ーン７を結像７′する。すると、その結像７′とウ
エハ・アライメント・パターン９がウエハ面で反
射して戻り光ｂとして投影レンズ２に逆に入射
し、再びマスク面１で両パターン７，９が形成さ
れてマスク・アライメント・パターン７の透明部
を通過した光は小形の反射鏡（ミラー）１１、ハ
ーフミラー１９，２０、結像レンズ１８、ハーフ
ミラー１９，２０、像回転プリズム２１、ミラー
２２を経てスリツト２３面上に結像し、スリツト
走査により受光素子２４ａ，２４ｂがパターン
７，９の相対位置ずれ量△ｘ、△ｙを検知し、こ
の量だけ逆にウエハ３（またはマスク１）を移動
させて位置を合わせ、位置合わせを完了した後前
述の露光光を照射する。なお、前記のパターン
７，９の相対位置ずれ量△ｘ、△ｙの検知は、第
３図ａ，ｂ，ｃに示すように、マスク・アライメ
ント・パターン７の透明部の周辺では光が逃げて
しまうので黒レベルとなり、またウエハ３からの
戻り光ｂは明るさのレベルＶを持つので、この立
上りによりマスク・アライメント・パターン７の
透明部の位置が求まり、その位置とウエハ・アラ
イメント・パターン９の中心の位置よりｘ、ｙ方
向の位置ずれ量が求まる。

しかしながら、前記の投影式マスク・アライメ
ント装置においては、一般にマスク・アライメン
ト・パターン７がマスク１の周辺に位置している
ため、戻り光ｂと投影レンズ２の光軸（中心線）
とは角度θを持つ。また、ウエハ３上のアライメ
ントパターン９からの投影レンズ２を介して得ら
れる微弱な光像を歪みのない状態で検知器に結像
させるために、第２図ａに示すように、戻り光ｂ
の中心が結像レンズ１８の光軸を通過させる必要
があり、投影レンズ２の入射瞳αの中心Ａとマス
ク１上の周辺に設けられたアライメントパターン
７の中心とを結ぶ直線の延長線上に中心を一致さ
せ、且つマスク１に対して傾斜させて配置した小
形の反射鏡１１を設け、更に上記延長線を上記小
形の反射鏡１１によつて方向転換した線上に結像
レンズ１８の光軸を一致させて配置した。これに
より結像レンズ１８が小形になり、容易に設置す
ることができる。このような構成にしたことによ
つてマスク・アライメント・パターン７を照射し
た入射光ａはクローム蒸着部で一θ方向に反射さ
れて検出系に戻ることができない。このため、ウ
エハ３からの戻り光ｂが暗く、受光素子２４ａ，
２４ｂの検知信号の立ち上りが少ない場合には、
マスク・アライメント・パターン７の透明部の境
界位置の検出が困難であり、検知信号の立ち上り
がノイズ等に埋れ易く検出精度の低下を招く虞れ
がある。

そこで、第４図ａに示すように、結像レンズ１
８の径を大きくしてマスク・アライメント・パタ
ーン７のクロム蒸着部での反射光をも検出系に導
びくようにすれば、検知出力が第４図ｂに示すＣ
信号となり、マスク・アライメント・パターン７
の透明部の位置が正確に精度良く求まる。ところ
が、上記方法では対物レンズ１８の径を大きくし
ミラー１１を大きくするので、マスク１とコンデ
ンサレンズ４との距離を広く取る必要があり、ま
た結像レンズ１８の非光軸上を用いることにな
り、微弱な光像が歪むことになり、高精度のアラ
イメントができないという問題点が生じ、逆に角
度θが大きくなると像が歪まない結像レンズ１８
の設計が困難となり、第２図ａに示す構成をとる
必要がある。すると前記したようにマスク・アラ
イメント・パターン７の透明部の境界位置の検出
が困難となる問題が生じる。

本発明は、上記の諸点に鑑み、コントラストの
良い検知信号が得られる投影式マスク・アライメ
ント装置を提供せんとするものである。

本発明は、上記目的を達成するために、マスク
上に形成された回路パターンをウエハ上に転写焼
付する投影レンズと、該投影レンズの入射瞳の中
心とマスク上の周辺に設けられたアライメントパ
ターンの中心とを結ぶ直線の延長線上に中心を一
致させ、且つマスクに対して傾斜させて配置した
小形の反射鏡を設け、アライメントパターン照明
用光源を設け、該光源から照射された光をマスク
上のアライメントパターン領域だけにスポツト照
射して上記投影レンズを介してウエハ上のアライ
メントパターン領域へ照射する照射用の集光光学
系を設け、上記マスク上のアライメントパターン
とウエハ上のアライメントパターンとの相対的位
置ずれ量を検知する検知器を設け、上記小形の反
射鏡によつて反射されたマスク上のアライメント
パターンの像、及びウエハ上のアライメントパタ
ーンから上記投影レンズを介して逆投影される像
を上記検知器に結像させるべく、上記延長線を上
記小形の反射鏡によつて方向転換した線上に光軸
を一致させた結像レンズを設け、上記検知器で検
知される相対的位置ずれ量に基いてマスクとウエ
ハとをアライメントする投影式マスクアライメン
ト装置において、上記マスクのアライメントパタ
ーンの中心を通る垂直軸に対して上記延長線と対
称にして小形の反射鏡の内側からマスク上のアラ
イメントパターン領域を照射し、このマスクのア
ライメントパターンで反射された光像が上記小形
の反射鏡へ入射させるべく構成配置したマスクア
ライメントパターン照明用の集光光学系を設けた
ことを特徴とする投影式マスク・アライメント装
置である。以下本発明の投影式マスク・アライメ
ント装置の一実施例を第５図および第６図につい
て説明する。

図中、第１図乃至第４図と同符号は同一のもの
を示す。

しかして、本発明の投影式マスク・アライメン
ト装置は、マスク・アライメント・パターンを照
射する光学系とは別に、水銀灯４０、絞り４１お
よびレンズ４２を配設する。これら絞り４１およ
びレンズ４２がマスクアライメントパターン照明
用の集光光学系である。

本発明の投影式マスク・アライメント装置は上
記の如き構成よりなるから、水銀灯４０からの光
が絞り４１、レンズ４２およびコンデンサレンズ
４４を通過してマスク・アライメント・パターン
７を照射し、その反射光がミラー１１対物レンズ
１８の中心を通つて検出系に入る。そして、検出
系において第６図ａ，ｂ，ｃに示すような検知信
号が得られる。

上述のように構成すれば、ミラー１１より内側
に光学部品がないので、マスク１の回路パターン
５がマスク・アライメント・パターン７に接近し
て大きくとれる利点がある。また、露光用水銀灯
（図示せず）のアーク像４３による回路パターン
５の露光（露光光４４による）面積が大きくとれ
る利点がある。

なお、水銀灯４０の代わりに露光用水銀灯（ま
たはウエハ・アライメント・パターン照射用水銀
灯１３）から光フアイバーで導いても良い。

第７図ａ，ｂ，ｃは、本発明の投影式マスク・
アライメント装置の変形例を示した説明図であ
る。ａのものは、フアイバ２７の両端にランプ３
０、コンデンサレンズ２６とレンズ２８を配設し
たもので、ランプ３０からの光をコンデンサレン
ズ２６でフアイバ２７の一端に集光し該フアイバ
２７およびレンズ２８を介してマスク・アライメ
ント・パターン７に照射する。

ｂのものは、ミラー３１を配設したもので、逃
げた光を再び検出係に戻す。

ｃのものは、ランプ３０、コンデンサレンズ２
６、フアイバ２７、レンズ２８およびミラー３１
を用いたもので前述イのものとは異なり、フアイ
バ２７及びレンズ２８を結像レンズ１８側にもう
けたものである。このようにフアイバ２７及レン
ズ２８、またはミラー３１がマスクアライメント
パターン照明用の集光光学系である。

前記のものは何れも第６図ａ，ｂ，ｃに示すよ
うな検知信号が得られる。

このように、本発明においてはウエハ・アライ
メント・パターン照射用の光学系とは異なるマス
ク・アライメント・パターン照射用の光学系を配
設したものであるから、コントラストの良い検知
信号が得られ、従つてマスクとウエハとを精度良
く、かつ正確に位置合わせを行うことができ、し
かも構造が簡単であるなどの効果がある。以上説
明したように本発明によれば、結像レンズの中心
部を使用して光像の歪みをない小形の結像レンズ
の設置を可能にし、しかもマスクのアライメント
パターンからの反射光像も高感度で検出でき、結
果的にマスクとウエハとを精度良く、且つ正確に
アライメントができるようにした作用効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは従来の投影式マスク・アライメント
装置の原理図、第１図ｂおよびｃは、マスク・ア
ライメント・パターンおよびウエハ・アライメン
ト・パターンの拡大図、第２図ａは従来の投影式
マスク・アライメント装置の説明図、第２図ｂは
ウエハのウエハ・アライメント・パターンの拡大
斜視図、第３図ａ，ｂ，ｃは従来の投影式マス
ク・アライメント装置による検知信号を示した
図、第４図ａおよびｂは他の従来例を示した説明
図およびその装置による検知信号を示した図、第
５図は本発明の投影式マスク・アライメント装置
の一実施例を示した説明図、第６図ａ，ｂ，ｃは
本発明の装置による検知信号を示した図、第７図
ａ，ｂ，ｃは本発明の投影式マスク・アライメン
ト装置の変形例を示した説明図である。 １……マスク、２……投影レンズ、３……ウエ
ハ、４……コンデンサレンズ、７……マスク・ア
ライメント・パターン、９……ウエハ・アライメ
ント・パターン、１１……小形の反射鏡、１３…
…水銀灯、１８……結像レンズ、２７……フアイ
バ、３０……ランプ、３１……ミラー、４０……
水銀灯。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ マスク上に形成された回路パターンをウエハ
   上に転写焼付する投影レンズと、該投影レンズの
   入射瞳の中心とマスク上の周辺に設けられたアラ
   イメントパターンの中心とを結ぶ直線の延長線上
   に中心を一致させ、且つマスクに対して傾斜させ
   て配置した小形の反射鏡を設け、アライメントパ
   ターン照明用光源を設け、該光源から照射された
   光をマスク上のアライメントパターン領域だけに
   スポツト照射して上記投影レンズを介してウエハ
   上のアライメントパターン領域へ照射する照射用
   の集光光学系を設け、上記マスク上のアライメン
   トパターンとウエハ上のアライメントパターンと
   の相対的位置ずれ量を検知する検知器を設け、上
   記小形の反射鏡によつて反射されたマスク上のア
   ライメントパターンの像、及びウエハ上のアライ
   メントパターンから上記投影レンズを介して逆投
   影される像を上記検知器に結像させるべく、上記
   延長線を上記小形の反射鏡によつて方向転換した
   線上に光軸を一致させた結像レンズを設け、上記
   検知器で検知される相対的位置ずれ量に基いてマ
   スクとウエハとをアライメントする投影式マスク
   アライメント装置において、上記マスクのアライ
   メントパターンの中心を通る垂直軸に対して上記
   延長線と対称にして小形の反射鏡の内側からマス
   ク上のアライメントパターン領域を照射し、この
   マスクのアライメントパターンで反射された光像
   が上記小形の反射鏡へ入射させるべく構成配置し
   たマスクアライメントパターン照明用の集光光学
   系を設けたことを特徴とする投影式マスク・アラ
   イメント装置。 ２ 上記マスクアライメントパターン照明用の集
   光光学系として小形の反射鏡を有することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の投影式マス
   ク・アライメント装置。