JPH0799731B2 - 位置合わせ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 １）発明の属する分野 本発明は、半導体ウェーハに微細パターンを焼付ける装
置に於いて、ウェーハ上に既に焼付けられているパター
ンと、新たに焼付けるパターンの相互位置を正確に合わ
せる装置に関する。

２）従来技術の説明 IC,LSI等の半導体は、シリコンウェーハ上に極めて微細
なパターンを何回も重ねて焼付けることによって完成す
る。このような微細パターンを何回も重ねて焼付ける
時、２回目以降の焼付けに於いては、前回焼付けられた
パターンに合わせて、次回の焼付けを行なわなければな
らないため、これらパターン間の位置合わせが非常に重
要な問題となっている。

このような位置合わせを行なう手段の一例として、従
来、第１図，第２図，第３図に示す方式が考えられてい
る。即ち、前回のパターン焼付け時に、次回のパターン
を位置合わせするためのターゲットをウェーハ上の空き
地（例えば、切断線となる部分の上等）にあらかじめ同
時に焼込んでおき、次回のパターン焼付けに於いては、
前回焼込んだターゲットの位置に丁度合った次回パター
ンのターゲット（これは通常はマスク上に次回パターン
と同時に作られる）を合わせることによって行なう。第
１図はこのようなパターンの一例で、３がウェーハ上に
前回のパターンと同時に焼込まれたウェーハ上のターゲ
ットであり、１が次回パターンと同時にマスク上に作ら
れた、マスク上のターゲットである。また２はマスクの
一部、４はウェーハの一部を示す。５はマスク上のター
ゲットとウェーハ上のターゲット相互の位置を観察する
ための光学系の光軸である。（第１図では、観察用の光
学系は図示せず、光軸のみを示した）第２図は、観察系
を通してマスク上のターゲットとウェーハ上のターゲッ
トを同時に観察した例を示すもので、６がマスク上のタ
ーゲット、７がウェーハ上のターゲットである。ここで
ウェーハ上のターゲットがマスク上のターゲットの丁度
中心に合った時、前回のウェーハ上のパターンと、次回
のマスク上のパターンが合うように各々のターゲットは
作られている。第３図は、このようなターゲット観察用
の光学系及びICパターンを焼付ける光学系の一部を示し
たものである。18は次回焼付けるためのICパターンで、
縮小投影レンズ14を通して前回のICパターン13の上に焼
付けられる。17はパターン18を保持する透明部材で、通
常は17,18を合わせてマスクと呼ばれている。11はICを
作る材料であるシリコンウェーハで、パターンは全てこ
の上に焼付けられている。32はシリコンウェーハ11を極
めて高精度に移動するための通称XYステージと言われる
もので、この場合には、焼付け光軸15に垂直な面内でウ
ェーハの位置決めを行なう他、矢印33に示す方向にも移
動可能になっている。矢印33の方向に移動する目的は、
マスク上のパターン18の像をウェーハ11の表面に焦点合
わせするために必要な機構である。ICパターン18の焼付
けは位置合わせ機構によって、前回のパターンと次回の
パターンを合わせ、図示していないが、別に存在する焦
点合わせ機構によって焦点を合わせた後、34で示す方向
から焼付け用の強力な光を照射し、マスク上のパターン
18を縮小投影レンズ14を通して、ウェーハ上の所定の位
置に投影することによって行なう。次に、位置下わせ機
構の説明を行なう。（この場合、位置合わせ用のターゲ
ットは第１図で示したものを想定している）ターゲット
照明用のランプ25を発した光は、光軸30に沿って進み、
レンズ26で集められ、フィルタ27を通して必要な波長成
分だけが取り出される。その後半透プリズム23で反射さ
れ、光軸31,プリズム22,光軸28,観察用光学レンズ21,ミ
ラー20,光軸16,縮小投影レンズ14を経て、ウェーハ上の
ターゲット12を照射する。ターゲット12で反射した光
は、今の経路を逆にたどり、半透プリズム23を通って、
光軸29を経てテレビカメラ24に至る。また、ウェーハ上
のターゲットを照射する光の一部は（周辺部）マスク上
のターゲットの周辺部で反射され、同様にテレビカメラ
24に戻って来る。ここで、テレビカメラ24で、マスク上
のターゲット19とウェーハ上のターゲット12を同時に観
察するためには、ウェーハ上のターゲット12の像が投影
レンズ14によってマスク上のターゲット19の位置に逆投
影された時の焦点位置が、マスク上のターゲットと同一
の平面内に存在しなければならない。

３）従来技術の持つ問題点 従来技術の項で説明した如く、マスクパターンとウェー
ハパターンの正確な位置合わせを行なうためには、マス
ク上のターゲットとウェーハ上のターゲットの双方の像
がテレビカメラ上で焦点を結ばなければならない。パタ
ーンを焼付ける光と位置合わせターゲットを観察する光
に同じ波長のものを使用すれば、パターンの焦点が合っ
た時、ターゲットの焦点も合っているので、第３図に示
す装置を使えば、マスク上のターゲットとウェーハ上の
ターゲットを同時にテレビカメラで観察することができ
る。しかしこの場合には、焼付けに先立って行なわなけ
ればならない位置合わせターゲットの観察に於いて、タ
ーゲット照明光がウェーハ上の感光剤を感光してしま
う。このためテレビカメラに超高感度のものを用い、照
明光を弱くする等の対策がとられているが完全ではな
い。また、焼付け光と同じ波長の光を使った時、更に重
要な問題が存在する。一般的に、パターン形成用の感光
剤は焼付け光の波長に於いて、良好な感度を有するよう
に作られている。ウェーハ上にはこの感光剤が全面に渡
って塗布されており、当然ながら、ウェーハ上のターゲ
ットの上にも塗布されている。即ち、ウェーハ上のター
ゲットはこの感光剤を通して観察されるわけであるが、
感光剤の感度が良好な波長の光で観察した場合照射光の
大部分が吸収されてしまい、ウェーハ上のターゲットま
で到着し反射して返って来る光は極めて少なくなってし
まう。このように焼付け光と同じ光でウェーハ上のター
ゲットを観察とようとすると、ターゲット本体はほとん
ど見ることができず、ターゲットによって感光剤の表面
に生じている凹凸だけが観察されることになり、これは
位置合わせに重要な悪影響を及ぼすものである。

次にウェーハ上のターゲットを照射する光と焼付け用の
光の波長を異なったものにする方式も実用化されてい
る。この場合には、ターゲットを照射する光に対して感
光剤の感度はほとんどないため、感光剤の膜を通してウ
ェーハ上のターゲットを観察することが可能である。ま
た、充分に強い光を照射してもターゲットの部分を感光
させることはない。しかし縮小投影レンズは、レンズ技
術の極限を追求した高度なレンズであるため、一般的に
は焼付け用の光の波長に対してだけ各種の誤差が補正さ
れている。このようなレンズを通してウェーハ上のター
ゲットを観察する時、焼付け用の光とは異なった波長の
光で観察すると、通常は焼付け光の焦点位置とターゲッ
ト観察光の焦点位置が異なる。このような現象を補正す
る手段として、第３図の矢印33で示す方向にXYステージ
を若干動かし、位置合わせの時と焼付けの時でそれぞれ
焦点を合わせる方法がとられている。このような手段
は、位置差わせの時と焼付けの時との間で機械的な移動
を伴うため、多くの誤差が入り込む原因となる。また、
焼付け光と観察光で焦点位置が同じになるように縮小投
影レンズを設計製作することも行なわれているが、この
ような手段は縮小投影レンズ自体の性能に悪影響を及ぼ
す。

４）発明の目的 本発明の目的は、マスク上のターゲットとウェーハ上の
ターゲットの位置の読み取り精度を向上させ、ターゲッ
ト間の位置合わせをより正確に行うことができる位置合
わせ装置を提供することにある。

５）発明の特徴 本発明は、位置合せ用の基準となるターゲットに対して
ウエハ上に設けられたターゲットを位置合せする装置に
おいて、ウエハ上の予め定められた位置に設けられた第
１のターゲットと、この第１のターゲットに予め定めら
れた狭帯域の波長の光を照射する第１の光源と、上記第
１のターゲットが設けられた上記ウエハの面と所定の間
隔で上記第１の光源側に配置された第２のターゲット
と、この第２のターゲットに上記第１の光源とは異なる
予め定められた狭帯域の波長の光を照射する第２の光源
と、上記第１のターゲットと上記第２のターゲットを共
に観察するとともに上記異なる波長の光で照射された上
記第１のターゲットと上記第２のターゲットに対応する
焦点位置が一致するように設けられた観察レンズと、上
記第１の光源と上記第２の光源の前にそれぞれ設けられ
たシャッタと、上記共通の焦点位置に形成される像を上
記シャッタを互いに異なる時間に個別に開閉して観察す
るように設けられた観察手段と、この観察手段のデータ
を記憶する手段とから構成されたことを特徴としてい
る。

６）実施例 第４図は本発明の一実施例を示す。基本的な構造は第３
図に示す従来技術に似ているが、ターゲットの照射に関
する部分と、ターゲットを観察するレンズ系が全く異な
っている。図に於いて、47,48は次回に焼付けを行なう
マスクとICパターンであり、49はマスク側のターゲット
である。なおターゲットは第１図及び第２図に示すもの
と同一のものを考える。44は縮小投影レンズ,43はウェ
ーハ上のICパターン,42はウェーハ側のターゲットであ
る。マスク47上のICパターンは、第３図の場合と同じく
マスクの上方から照射される強力な焼付け光によってウ
ェーハ上に縮小投影され、ウェーハ上に塗布されている
感光剤を感光させる。次に位置合わせの方法についての
説明を行なう。縮合投影レンズが焼付け光の波長に対し
て焦点が合った状態にある場合、ウェーハ上のターゲッ
ト42を焼付け光の波長とは異なった波長の光で照射した
時、縮小投影レンズ44によってマスク47の方に逆投影さ
れたウェーハ上のターゲットの実像は52で示す位置にで
きる。そして一般的には縮小投影レンズは焼付け光に於
いてだけ各種誤差が取り除かれた設計になっているた
め、焼付け光で焦点が合う位置に於いては、マスク側に
できるウェーハ上のターゲットの実像は52で示すように
マスク上の1Cパターン48またはマスク上のターゲット49
とは異なった平面にできる。従って、これを通常のレン
ズを通して観察してもマスク上ターゲット49の像と52の
位置にできるウェーハ上のターゲットの実像は、観察レ
ンズ53を通して同時にテレビカメラ55上に焦点を合わせ
ることはできない。このように焦点位置の異なる像を同
時に観察する手段として、特別な結晶の複屈折を利用し
た二重焦点レンズというものがある。しかしこのような
方式の二重焦点レンズは設計上非常に制約が多く、望み
の二つの焦点位置を有する観察用レンズを作るのは非常
に難しい。

本発明は通常のレンズの色消し技術及びターゲットの照
射光を工夫することによって異なった焦点位置にあるウ
ェーハ上のターゲットの像とマスク上のターゲットの像
を同時にテレビカメラ上に合わせようとするものであ
る。

ここで再び第４図に戻って説明を続ける。図中65,66,67
はウェーハ上のターゲットを照明するための光の投光部
で、例えば500nm近辺の光をウェーハ上のターゲットに
向かって照射する。また、68,69,70はマスク上のターゲ
ットを照射する光の投光部で、例えば600nm近辺の光を
マスク上のターゲットに向かって照射する。これら二種
の光は半透プリズム64で合成され、同時に双方のターゲ
ットを照射するが特に差し支えはない。次に観察用レン
ス53は、ウェーハ上のターゲットを照射する光（前例で
は500nmの光）に対しては、テレビカメラ上及び図中52
で示す位置で焦点が合い、マスクを照射する光（前例で
は600nmの光）に対してはテレビカメラ上と図中51で示
す位置で焦点が合う如く設計する。このように、波長の
異なる光に対して焦点位置が異なるレンズを設計製作す
ることは現在比較的容易であり、しかも光の波長と焦点
位置さえ与えればレンズは自由に設計することが可能で
ある。本発明による方式に従って位置合わせ装置を作製
する時の手順は次のようになる。

ｉ）縮小投影レンズを焼付け光の波長（例えば250nm）
だけに着目して、最高の技術で設計製作する。

ii）前記設計の結果得られた縮小投影レンズに、ウェー
ハターゲット照明光（例えば500nm）を通した時の焦点
位置を知る。

iii）マスク上のターゲットを照射する光の波長を決め
る。（例えば600nm） iv）縮小投影レンズに焼付け光を通す時の焦点位置とウ
ェーハ上のターゲットを照射する光を通す時の焦点位置
の差をとするとき、観察用レンズは、ウェーハ上のタ
ーゲットを照射する光の焦点位置とマスク上のターゲッ
トを照射する光の焦点位置の差が同じになる如く設計
する。

７）発明のその他の応用例 本発明の主旨は、ウェーハ上のターゲットとマスク上の
ターゲットをそれぞれ波長の異なる光で照射することに
よって、縮小投影レンズによって生じた焼付けパターン
と位置合わせ用のターゲットの焦点位置のずれを補正す
ることであり、種々の応用例が考えられる。第４図の実
施例では、双方のターゲットを照射する２種類の波長を
持った光を合成して照射したが、ウェーハ上のターゲッ
トを照射する光は縮小投影レンズを通すことなく直接ウ
ェーハ上に照射し、ターゲットからの反射光のみを縮小
投影レンズを通してテレビカメラに返すことも可能であ
る。また、マスク上のターゲットを照射する光も、マス
クと縮小投影レンズの間からのマスク上のターゲットを
照射し、マスク上のターゲットの像だけを極だたせるこ
ともできる。更に、ターゲットを照射する光源にそれぞ
れシャッターを設け、最初にマスク上のターゲットだけ
を照射して、マスク上のターゲットの画像データのみを
制御装置が記憶し、続けて、ウェーハ上のターゲットだ
けを照射することにより、ウェーハ上のターゲットの位
置を読み取ることもできる。また位置合わせと露光の間
にXYステージを動かす必要がないため、露光を数回に分
けて行い（焼付け光がパルスレーザーから得られるよう
な場合はこうなる）露光の途中で何回か位置合わせを確
認することもできる。またこれまでの説明では、マスク
とウェーハの間に縮小投影レンズが存在したが、焼付け
光がＸ線になった時このようなレンズはなくなり、マス
クとウェーハは数ミクロンから数十ミクロンの間隔を置
いて配置される。しかし、このような場合に於いても、
本発明の構成を適用すればウェーハ上のターゲットとマ
スク上のターゲットをテレビカメラで同時に観察するこ
とが可能である。

８）発明の効果 本発明によれば、位置合わせ光学系の機械的な移動を伴
うことなく、例えばウェーハ上のターゲットとマスク上
のターゲットを同時に観察することができ、同時に露光
も行なうことができる。近年、半導体回路パターンの微
細化が進み、位置合わせに関しては、0.01ミクロンのず
れが論議されている。このような微小な位置合わせと焼
付けを実現しようとする時、位置合わせのための測定位
置と、焼付け位置との間に機械的なオフセットが存在す
ると、例えこのオフセットをレーザー側長器で補正する
にしても、誤差が生じてくる。レーザー測長器で0.01ミ
クロンのずれを測長する場合、測定光が走っている光路
中のわずかの空気のゆらぎによってこの程度の誤差は簡
単に生じてしまう。従って0.01ミクロンの位置決めを論
議する場合には、焼付けを行なう場所そのもので位置合
わせを行なうことが大切で、更に位置合わせ後、露光が
行なわれている間、XYステージの静止サーボは、空気の
ゆらぎによる悪影響を考えるとレーザー測長器を使用し
ないほうが望ましい。本発明による位置合わせ方式によ
れば、上述の焼付けを行なう場所そのもので位置合わせ
を行なうと、レーザー測長器を使用せず、例えば、ガラ
ススケール等の使用でXYステージの静止サーボを働かせ
ることの何れもが可能になり、微細なICパターンを重ね
焼きする技術に多大な進歩をもたらすものである。

さらに、本発明では第１及び第２のターゲットに互いに
異なる波長の光を照射する第１及び第２の光源の前方に
それぞれシャッターを設けたことにより、まず第１のタ
ーゲット、例えばマスク上のターゲットだけを第１の光
源からの光によって照射し、マスク上のターゲットの画
像データのみをデータを記憶する手段としての例えば制
御装置に記憶し、その後、第２のターゲット、例えばウ
ェーハ上のターゲットだけに第２の光源からの光を照射
することにより、ウェーハ上のターゲットの画像データ
を読み取ることができる。従って、第１のターゲットと
第２のターゲットの位置の読み取り精度を向上させ、タ
ーゲット間の位置合わせをより正確に行うことができ
る。特に、第１のターゲットと第２のターゲットを同時
に観察する時、誤検出の恐れがあるような観察しずらい
ターゲットの位置合せには有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明および従来技術に用いられる位置合わせ
用のターゲットの一例を示す図、第２図は前記ターゲッ
トを観察装置を通して見た図、第３図は従来技術の一例
を示す図、第４図は本発明に係わる位置合わせ装置の実
施例を示す図である。 なお、図に於いて、１……マスク上に設けられた位置合
わせ用ターゲット、２……マスク部材の一部、３……ウ
ェーハ上に設けられた位置合わせ用のターゲット、４…
…ウェーハの一部、５……双方のターゲットを観察する
光学系の光軸、６……マスク上のターゲット、７……ウ
ェーハ上のターゲット、11……ウェーハ、12……ウェー
ハ上のターゲット、13……ウェーハ上のICパターン、14
……縮小投影レンズ、15……焼付け光学系の光軸、16…
…位置合わせ光学系の光軸、17……マスク板、18……マ
スクに描かれたICパターン、19……ICパターンと同時に
作製された位置合わせ用のターゲット、20……反射プリ
ズム、21……ターゲットを観察する拡大レンズ、22……
反射プリズム、23……半透プリズム、24……テレビカメ
ラ、25……照明用ランプ、26……照明光学系を構成する
レンズ、27……波長選択フィルター、28……ターゲット
観察系の光軸、29……ターゲット観察系の光軸、30……
ターゲット照明系の光軸、31……ターゲット観察系の光
軸、32……ウェーハを移動するXYステージ、34……焼付
け光、41……ウェーハ、42……ウェーハ上のターゲット
（第２のターゲット）、43……ウェーハ上のICパター
ン、44……縮小投影レンズ、45……焼付け光学系の光
軸、46……位置合わせ光学系の光軸、47……マスク板、
48……マスクに描かれたICパターン、49……マスクに描
かれた位置合わせ用ターゲット（第１のターゲット）、
50……縮小投影レンズの焼付け光での焦点位置、51……
ターゲット観察レンズのマスク上のターゲットを照明す
る光に於ける焦点位置、52……ターゲット観察レンズの
ウェーハ上のターゲットを照明する光に於ける焦点位
置、及び縮小投影レンズのウェーハ上のターゲットを照
明する光での焦点位置、53……光の波長で焦点位置が変
わるターゲット観察レンズ、54……半透プリズム、55…
…テレビカメラ、56……焼付け光、57……ウェーハ上の
ターゲットからの反射光、58……ウェーハ上のターゲッ
トからの反射光、59……マスク上のターゲットからの反
射光、60……マスク上のターゲット照明光に対する観察
レンズの焦点位置、61……焼付け光に対する縮小投影レ
ンズの焦点位置、62……ウェーハ上のターゲット照明光
に対する観察レンズの焦点位置、63……ウェーハ上のタ
ーゲット照明光に対する縮小投影レンズの焦点位置、64
……半透プリズム、65……波長選択フィルタ、66……照
明系のレンズ、67……照明ランプ（第２の光源）、68…
…波長選択フィルタ、69……照明系のレンズ、70……照
明ランプ（第１の光源）である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】位置合せ用の基準となるターゲットに対し
   てウエハ上に設けられたターゲットを位置合せする装置
   において、 ウエハ上の予め定められた位置に設けられた第１のター
   ゲットと、この第１のターゲットに予め定められた狭帯
   域の波長の光を照射する第１の光源と、上記第１のター
   ゲットが設けられた上記ウエハの面と所定の間隔で上記
   第１の光源側に配置された第２のターゲットと、この第
   ２のターゲットに上記第１の光源とは異なる予め定めら
   れた狭帯域の波長の光を照射する第２の光源と、上記第
   １のターゲットと上記第２のターゲットを共に観察する
   とともに上記異なる波長の光で照射された上記第１のタ
   ーゲットと上記第２のターゲットに対応する焦点位置が
   一致するように設けられた観察レンズと、上記第１の光
   源と上記第２の光源の前にそれぞれ設けられたシャッタ
   と、上記共通の焦点位置に形成される像を上記シャッタ
   を互いに異なる時間に個別に開閉して観察するように設
   けられた観察手段と、この観察手段のデータを記憶する
   手段とから構成されたことを特徴とする位置合せ装置。