JPH01164032A - 半導体露光装置のアライメント装置 - 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、半導体デバイスを製造する際の写真蝕刻等に
用いられる半導体露光装置のアライメント（整合）′！
ｌｊＬ置に関する。

〔従来技術〕

従来、マスクに描かれた回路パターンを半導体基板上に
投影して転写する半導体露光装置においては、回路パタ
ーンが半導体基板上の正しい位置に投影されるようにす
るために両者の位置合わせを行うアライメント装置が設
けられている。かかるアライメント装置においては、マ
スクに措かれているアライメントマークと半導体基板上
のアライメントマークが投影レンズを通してマスク上に
結像しているアライメントマークとを同時に観察し、そ
の重なり具合から相対的位置関係の整合具合を判断し、
半導体基板の位置を！１１！！する方法が用いられてい
る。しかし、この方法では、以下に示すいくつかの問題
点があった。

（１１５板上のアライメントマークを感光材を通して観
察するために、感光材の塗布むらがあるとアライメント
精度に悪影響が出る。

（２）　　基板上のアライメントマークは投影レンズを
通して観察することになるが、この投影レンズには色収
差があるために、パターン転写に用いられる光の波長と
同じ波長の光を用いてアライメントマークを観察しない
とアライメントマークが明瞭に検知できなくなり精度に
悪影響が出る。

（３）　　上記（２）の問題を避けるために転写に用い
る光と同じ波長の光を用いてアライメントマークを観察
すると、基板に塗布される感光材のなかにはパターン転
写に用いられる波長の光に対して透過率の悪い材料があ
るので、アライメントマークを検知しようとしても検知
できないことがある。

特にレーザを光源としてパターン転写を行なう装置にお
いては、投影レンズの色収差を全く補正していないもの
があり、以上述べた問題はいっそう深刻となる。

そこで、これらの問題を解決するために、例えば特開昭
６２−１６０７２２号公軸に記載の方法がある。これは
基板裏面即ちパターンを転写する面とは反対側の面にア
ライメントマークを予め設けておき、基板裏面側に配置
されたアライメント光学系でこの裏面に設けられたアラ
イメントマークを検知してアライメントを行なうもので
ある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、上記方法は、アライメントマークを基板裏面
に設けるための工程と特殊な装置が必要となるので、安
価にパターン転写を行なう上での障害となる。さらに、
通常パターンは一枚の基板の上に何度も重ね書きを行な
い、その重ね書きを行なうパターンの粗さに応じてパタ
ーン転写を行なう装置を使い分けているが、一般の装置
のアライメントは、基板表面に設けられたアライメント
マークを利用してアライメントを行なうようになってい
るので、重ね書き時のパターンのずれを防止するために
基板裏面に設けるアライメントマークと基板表面に設け
るアライメントマークの相対的位置関係を極めて正確に
整合する必要があり、これが非常に難しいという１問題
がある。

本発明は、上記問題点に鑑み、基板に塗布された感光材
の種類やその塗布むら及び投影レンズの色収差の影響を
受けずに正確なアライメントが容易に行えるアライメン
ト装置の提供を目的とする。

ｃ問題点を解決するための手段及び作用〕本発明による
アライメント装置は、基板上に予め形成されたアライメ
ントマークの位置をアライメント光学系により観察し、
検出されたアライメントマークの位置とマスクの位置に
対応して定められた基準位置とが一致するように前記基
板とマスクの相対的位置を調整することにより該相対的
位置の整合を行うようにした半導体露光装置のアライメ
ント装置において、上記アライメントマークを基板表面
に設けると共に、上記アライメント光学系を基板裏面側
に配置し、基板及び感光材を透過する光を用いて上記ア
ライメントマークを検知するようにしたものである。

即ち、基板表面であるパターン転写面に設けられたアラ
イメントマークを、アライメント光学系により基板を透
過して基板裏面側から″観察する。

現在用いられている基板は、殆どがシリコン結晶であり
、これは１μｍ以上の波長の長い光例えば赤外光に対し
て高い透過率をもつので、基板背後からでもこのような
赤外光を用いれば基板表面のアライメントマークが検出
できる。さらにこの赤外光に感度を持つ感光材は殆ど使
われていないので、アライメント時に感光材が感光して
しまうような問題もない。又、アライメントマークは基
板表面に設けられているので、従来のアライメントマー
クと同じ工程で設けることができ、従来の転写装置との
マツチングも良い。

〔実施例〕

以下、図示した一実施例に基づき本発明の詳細な説明す
る。

第１図は第一実施例を示しており、１は転写用パターン
の他に第一のアライメントマークＡが設けられたマスク
、２は比較的短い波長（例えば４５０ｎｍ以下）の光を
発してマスク１を照明する露光用照明装置、３は感光材
を塗布せず表面に第一のアライメントマークＡ′と第二
のアライメントマークＢ′とが設けられたアライメント
用基板、４は表面に感光材が塗布され且つ第二のアライ
メントマークＢが設けられた半導体基板、５は基板３又
は基板３に代って位置せしめられた基板４上にマスク１
に描かれたパターン像を投影する投影レンズ、６は基板
３又は４を表面に保持し且つ少なくとも投影レンズ５の
光軸と垂直な面内（水平面内）で基板を動かすことがで
きる基板ステージ、７はマスク１の上方に配置されてい
て露光用照明装置が発する光と同じ波長（比較的短い波
長）の光を用いて観察を行う第一のアライメント検出装
置、８は基板ステージ６の下側に配置されていて比較的
波長の長い光を用いて観察を行う第二のアライメント検
出装置である。

そして、投影レンズ５は露光照明装置が発する光の波長
に対して収差が補正されているが、−他の波長の光に対
して収差が補正されている必要はない。又、基板３及び
４の素材は比較的波長の長い光に対して良い透過率を持
つ例えばシリコン結晶等が用いられている。又、基板４
に塗布された感光材は、露光用照明装置が発する比較的
波長の短い光には感光感度を持ち且つ比較的波長の長い
光に対しては感光感度を持たないものを用いている二叉
、基板ステージ６の基板載置部（斜線部）は少　゛なく
とも比較的波長の長い光に対して高い透過率を有する材
料例えば合成石英等から作られている。

第２図は基板ステージ６の一部とその上に乗った基板３
　（４）の一部及びアライメント検出装置８の内部構造
を示している。９はアライメント照明光学系、１０はビ
ームスプリフタ、１１は対物レンズ、１２はいわゆるイ
メージセンサ、半導体装置検出器（ＰＳＤ）等の二次元
光電変換素子である。アライメント照明光学系９は比較
的波長の長い（例えば１０１０００ｎ光を発し、その光
はビームスプリッタ１０で反射して対物レンズ１１に入
射し、そして対物レンズ１１により集光されて基板ステ
ージ６を通り基板３（４）の裏面より入射し表面を照明
する。照明された基板３（４）の表面に設けられた第二
のアライメントマークＢ′（、Ｂ）の像を対物レンズ１
，１が基板３　（４）と基板ステージ６を通して捕らえ
、ビームスプリンタ１０を通して二次元光電変換素子１
２の受光面に結像せしめる。この受光面上のアライメン
トマーク像の位置は、光電変換素子１２から出力される
電気信号を図示されていないコンピュータ等を用いて適
当に処理することにより記憶されるようになっている。

さて、多くの場合パターン転写（露光）は基板４上の同
一領域に幾度も異なるパターンを重ねて行なわれるので
、マスク１と基板４の相対的位置関係の整合（アライメ
ント）を露光に先立ち行っておく必要があるが、このア
ライメントは、大きく分けると二つのステップから成る
。

先ず第一ステップは、マスク１に設けられた第一のアラ
イメントマークＡを基にして第ニステップで用いられる
基準位置の決定のステップである。

そして第ニステップは第一ステップで決定された基準位
置に従って基板４の水平面内での位置（投影レンズの光
軸に垂直な面内での位置）を調整するステップである。

第ニステップは各露光に先立って毎回行なわれるが、第
一ステップは必要に応じて間欠的に行えば良い、即ち、
装置全体が比較的安定であり前記基準位置の経時的変化
が少ないようであれば第一ステップは頻繁に行う必要は
なく、またそうでなければそれに応じて頻繁に行なわな
ければならない、以下に第一と第二のステップについて
その内容を説明する。

第一ステップ 先ず、表面に感光材等の塗布していないアライメント用
基板３を基板ステージ６にローディングする。そして第
一のアライメント検出値Ｍ７を用い、投影レンズ５によ
りマスク２上に作られるアライメント用基板３に設けら
れた第一のアライメントマークＡ゛の像とマスク２上に
設けられた第一のアライメントマークＡを同時に観察し
、その両者が重なり合うように基板ステージ６を使って
アライメント用基板３の水平面内の位置調整を行う、上
記観察には、露光用照明装置２が発する光と同じ波長（
比較的短い波長）の光を用いるので、投影レンズ２の収
差は良好、な状態にあり、アライメント用基板３上の第
一のアライメントマークＡ′の像もマスク１上の第一の
アライメントマークＡと同様に鮮明に観察することがで
きる。これにより第一のアライメント検出装置７は従来
から良く用いられている方式のものを用いても高い精度
で基板の位置調整ができる０次にこのように水平面内の
位置が調整されたアライメント用基［３上の第二のアラ
イメントマークＢ′を今度は第二のアライメント検出装
置８で観察する。この観察には比較的波長の長い（例え
ば１０００ｎ＊）光を用いられ、アライメント用基板３
の裏面側から基板の表面に設けられた第二のアライメン
トマークＢ′の観察を行う、波長の長い光を用いている
ので基板３及び基板ステージ６での透過率が良く、基板
３の裏面側からの観察が可能となる。そして、こうして
観察された第二のアライメントマークＢ′の位置が二次
元光電変換素子１２の受光面上に光電的に捕らえられ、
基準位置としてコンピュータ等により記憶される０以上
が第一ステップである。

第ニステップ 先ず、表面に感光材等が塗布された実際にマスクのパタ
ーンを転写すべき基板４を基板ステージ６にローディン
グする。この基板４には上述したように基板３と同様に
第二のアライメントマークＢが基板表面に設けられてい
る。そしてこれを第一ステップと同じ様に第二のアライ
メント検出装置１１！８を使い、基板裏面側からこのマ
ークＢを検知する。そして二次元光電変換素子１２の受
光面上に出来たアライメントマーク像の位置を光電的に
捕らえるのである０次に第一ステップで求め記憶してい
る基準位置とここで捕らえたマーク像位置との比較を行
い、これが一致するように基板ステージ６を用いて基板
４の位置を調整する０以上が第ニステップである。

かくして、このような第一ステップと第ニステップを実
施することでマスクｌと基板４との相対的位置関係の調
整（アライメント）がされたことになるが、アライメン
トマークは基板表面に設けられているので、従来のアラ
イメントマークと同じ工程で設けることができ２、従来
の転写装置とのマツチングも良い、又、アライメントマ
ークを基板の裏側から観察しているので、感光材の種類
やその塗布むら及び投影レンズの色収差の影響を受けな
い、従って、正確なアライメントが容易に行える。

尚、この実施例では、第一のアライメント検出装置７及
び第二のアライメント検出装置８用にそれぞれ独立のア
ライメントマークＡ’、Ｂ’をアライメント用基板３に
設けており、これはこの方がそれぞれの検出装置の特性
にあったマークを用いることができる点で好ましいが、
これにこだわらなければ雨検出装置用マークを−、つに
してしまうこともできる。

第３図は第二実施例を示している。この実施例は第一実
施例と比較して構成的には第一のアライメント検出装置
７がないこと、アライメント用基板３がないこと、基板
ステージ６の基板載置部（斜線部）が比較的波長の長い
光だけでなく短い光にも高い透過率を有する材料で作ら
れていること、アライメント検出装置８の代わり゛に光
学系が色消光学系になっているアライメント検出装置１
３を用いている点で異なる。アライメントの手順は本実
施例の場合も二つのステップで行なわれ、それぞれのス
テップの役割も先の実施例と同じである。特に第ニステ
ップに関しては先の実施例で第二のアライメント検出装
置８が果たしていた働きをそっくりアライメント検出装
置１３が行っており、内容的にも先の実施例と同じであ
る。但し、第一ステップについては基準位置を決定する
という役割は同じであるが、その方法が異なるので、こ
れを以下に説明する。

先ず、マスク１に設けられた第一のアライメントマーク
Ａは露光用照明装置２により照明されて投影レンズ５に
より空中に鮮明なアライメントマークの像Ａ１を作る（
この時はまだ基板４がローディングされていない）。こ
の像をアライメント検出装置１３を用いて観察し、基準
位置を決定するのである。即ちアライメント検出装置１
３は第２図に示されたものと基本的には同一構成となっ
ているが、対物レンズ１１は前記比較的波長の短い光に
よって作られる空中像を観察する場合にも第ニステップ
の比較的波長の長い光を使い基板表面を観察する場合に
も収差が小さくなるように設計されていなければならな
い。このような対物しンズ１１の収差は、色収差が補正
されていることに加えて、一方では基板４を通し他方で
は基板４なしで観察するので基板４で生じる球回収差分
を一方では補正し他方では未補正になるようにしなけれ
ばならない、これが困難な時には、第一ステップの時の
み基板４で生じる球面収差と同等の球面収差が発生する
ような、比較的波長の短い光に対し十分透過率が良い材
料（例えば合成石英）で作った平行平面板を対物レンズ
１１と投影レンズ５との間に挿入するようにすれば良い
。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明による半導体露光装置のアライメン
ト装置は、基板に塗布された感光材の種類やその塗布む
ら及び投影レンズの色収差の影響を受けずに正確なアラ
イメントが容易に行えるという実用上重要な利点を有し
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるアライメント装置の第一実施例の
概略図、第２図は第一実施例の基板ステージの一部と基
板の一部及びアライメント検出装置の内部構造を示す図
、第３図は第二実施例の概略図である。 １・・・・マスク、２・・・・露光用照明装置、３・・
・・アライメント用基板、４・・・・半導体基板、５・
・・・投影レンズ、６・・・・基板ステージ、７・・・
・第一のアライメント検出装置、８・・・・第二のアラ
イメント検出装置、９・・・・アライメント照明光学系
、１０・・・・ビームスプリフタ、１１・・・・対物レ
ンズ、１２・・・・二次元光電変換素子、１３・・・・
アライメント検出装置。 第２図 ？３ ０〜１３ 図 ！４

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　基板上に予め形成されたアライメントマークの位置を
   アライメント光学系により観察し、アライメントマーク
   の位置とマスクの位置に対応して定められた基準位置と
   が一致するように前記基板とマスクの相対的位置を調整
   することにより該相対的位置の整合を行うようにした半
   導体露光装置のアライメント装置において、上記アライ
   メントマークを基板表面に設けると共に、上記アライメ
   ント光学系を基板裏面側に配置し、基板及び感光材を透
   過する光を用いて上記アライメントマークを検知するよ
   うにしたことを特徴とするアライメント装置。