JPH0774082A - 露光装置及びそれを用いた半導体チップの製造方法 - Google Patents

露光装置及びそれを用いた半導体チップの製造方法

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JPH0774082A
JPH0774082A JP5238720A JP23872093A JPH0774082A JP H0774082 A JPH0774082 A JP H0774082A JP 5238720 A JP5238720 A JP 5238720A JP 23872093 A JP23872093 A JP 23872093A JP H0774082 A JPH0774082 A JP H0774082A
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レチクル面上のパターンをウエハ面上に投影
レンズで投影露光する際、露光光と異なった波長の光を
用いてレチクルとウエハとの位置合わせを行った露光装
置及びそれを用いた半導体チップの製造方法を得るこ
と。 【構成】 露光光で第１物体のパターンを第２物体上に
投影する投影レンズ系と、該露光光とは波長が異なる検
出光で第２物体を照明し、該第２物体上のマークをＣＣ
Ｄカメラの撮像手段面上に結像させ、該撮像手段の１画
素に相当する範囲内の複数の異なる位置で該マークの位
置情報を検出し、該マークの位置情報の検出結果に基づ
いて該第１物体と第２物体との相対的位置合わせを行う
検出手段とを有していること。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は露光装置及びそれを用い
た半導体チップの製造方法に関し、特にレチクル（マス
ク）面上に形成されているＩＣ，ＬＳＩ等の微細な電子
回路パターンを投影レンズ系（投影光学系）によりウエ
ハ面上に投影し露光すると共に、この露光の為の光とは
波長が異なる光でウエハ面上のアライメントマークの状
態をＣＣＤカメラで観察する機能を有する露光装置及び
それを用いた半導体チップの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造用の微少投影型の露光装置で
は、第１物体としてのレチクルの回路パターンを投影レ
ンズ系により第２物体としてのウエハ上に投影し露光す
るが、この投影露光に先立って観察装置（検出手段）を
用いてウエハ面を観察することによりウエハ上のアライ
メントマーク（ＡＡマーク）を検出し、この検出結果に
基づいてレチクルとウエハとの位置整合、所謂アライメ
ントを行っている。
【０００３】このときのアライメント精度は観察装置の
光学性能に大きく依存している。この為、観察装置の性
能は露光装置において重要な要素となっている。
【０００４】従来より、露光装置においてウエハ面に形
成したアライメントマーク（ＡＡマーク）を観察顕微鏡
系によって観察し、ＣＣＤカメラの撮像手段面上に投影
された画像信号を用いてアライメントマークの位置を検
出し、ウエハの位置情報を得ることがよく行われてい
る。
【０００５】特に近年、主に次の２つの理由から非露光
光で比較的波長幅の広い光が観察用照明光として用いら
れるようになってきた。
【０００６】第１の理由は、ウエハ面に形成したアライ
メントマークを観察する際、多くの場合、ウエハ面上に
は電子回路パターンを転写される感光材（レジスト）が
塗布されている。レジストは通常、露光波長で吸収が多
いため、露光波長ではウエハ上のアライメントマークを
レジスト膜を通して検出することが困難になってきた
り、更に露光光でアライメントマークを観察しようとす
ると、露光光によりレジストが感光してアライメントマ
ークの検出が不安定になったり、検出できなくなったり
するという問題点があり、非露光光による検出方式が望
まれている。
【０００７】第２の理由は、非露光光の観察用の照明光
として、例えばハロゲンランプによる比較的波長幅の広
い光を用いると、Ｈｅ−Ｎｅレーザーのような単色光源
を用いてウエハ上のＡＡマークを観察したときに発生し
がちなレジスト膜や半導体プロセスに用いる種々の機能
膜の膜厚ムラによる干渉縞を低減することができ、より
良好なアライメントが行えるというものである。
【０００８】このような理由からアライメントマークの
観察顕微鏡系としては非露光光で比較的波長幅の広い観
察用照明光により良好なアライメントマークの検出が行
えるようにしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】最近の半導体製造用の
露光装置では、ウエハ面上のアライメントマークをＣＣ
Ｄカメラの撮像手段面上に形成し、該撮像手段で得られ
るＡＡマークの位置情報を求めてウエハの位置を検出す
る方法が行われている。
【００１０】ところが、このようにＣＣＤカメラによる
検出信号を用いてアライメントマークの位置を検出する
と、ＣＣＤカメラの画素の影響により計測誤差（以下、
「計測リニアリティ誤差」という。）が発生し、アライ
メント精度を劣化させる場合がある。
【００１１】図２は計測リニアリティ誤差の発生を示す
説明図である。同図はウエハ面に形成したアライメント
マークをステージにより移動させたときのステージの位
置と、ＣＣＤカメラで撮像して光電変換した検出信号を
用いてアライメントマークの位置を検出した計測値の関
係を示している。このようにＣＣＤカメラの画素に対応
した周期を持つ正弦波状カーブの誤差を持っている。
【００１２】又、計測誤差の最大値は観察顕微鏡系によ
って投影されたアライメントマーク像の像質によって異
なるが、ＣＣＤカメラの画素の１／２に相当する量に及
ぶことがあり、計測精度を劣化させる大きな原因となる
場合があった。
【００１３】本発明は露光光と波長が異なる検出光（ア
ライメント光）を用いて、ウエハ面上のアライメントマ
ーク（以下、単に「マーク」ともいう。）をＣＣＤカメ
ラの撮像面上に形成し、該マークの検出を行う場合にマ
ーク像の位置情報を高精度に検出することが可能な、改
良されたマーク検出機能を有する露光装置及びそれを用
いた半導体チップの製造方法の提供を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明はＣＣＤカメラの
撮像手段（以下、単に「ＣＣＤカメラ」ともいう。）の
画素の影響により計測誤差が発生しアライメント精度を
劣化させるという課題を解決するために、ウエハ上のア
ライメントマークを観察する観察顕微鏡系によって投影
された画像をＣＣＤカメラで撮像して光電変換し、この
検出信号を用いてアライメントマークの位置を検出する
際、ＣＣＤカメラの１画素に相当する範囲内の複数の異
なる位置で検出した複数の位置情報に基づいてアライメ
ントマークの位置を決定するようにしている。
【００１５】例えば、ＣＣＤカメラの画素の略１／２相
当量異なる位置で検出した２つの位置情報に基づいてア
ライメントマークの位置を決定するようにして、これに
よりＣＣＤカメラの画素の影響による計測誤差の影響を
軽減し、アライメント精度を向上させている。
【００１６】次に、具体的に本発明の露光装置及びそれ
を用いた半導体チップの製造方法について説明する。
【００１７】まず本発明の露光装置は、 （１−１）露光光で第１物体のパターンを第２物体上に
投影する投影レンズ系と、該露光光とは波長が異なる検
出光で第２物体を照明し、該第２物体上のマークをＣＣ
Ｄカメラの撮像手段面上に結像させ、該撮像手段の１画
素に相当する範囲内の複数の異なる位置で該マークの位
置情報を検出し、該マークの位置情報の検出結果に基づ
いて該第１物体と第２物体との相対的位置合わせを行う
検出手段とを有していることを特徴としている。
【００１８】（１−２）露光光で第１物体のパターンを
第２物体上に投影する投影レンズ系と、該露光光とは波
長が異なる検出光で第２物体を照明し、該第２物体上の
マークをＣＣＤカメラの撮像手段面上に結像させ、該撮
像手段の画素の略１／２相当量の異なる位置で該マーク
の位置情報を検出し、該マークの位置情報の検出結果に
基づいて該第１物体と第２物体との相対的位置合わせを
行う検出手段とを有していることを特徴としている。
【００１９】（１−３）露光光で第１物体のパターンを
第２物体上に投影する投影レンズ系と、該露光光とは波
長が異なる検出光で第２物体を照明し、該第２物体上の
マークをＣＣＤカメラの撮像手段面上に結像させる際、
光路中に設けた可動の光学部材を微小変位させて該撮像
手段面上の複数の位置に結像させ、該複数の位置での該
マークの位置情報の検出結果に基づいて該第１物体と第
２物体との相対的位置合わせを行う検出手段とを有して
いることを特徴としている。
【００２０】特に、前記光学部材を光軸に対して傾動可
能な平行平面板より構成したことや、前記光学部材を光
軸に対して回動可能な楔部材より構成したこと等を特徴
としている。
【００２１】（１−４）露光光で第１物体のパターンを
第２物体上に投影する投影レンズ系と、該露光光とは波
長が異なる検出光で第２物体を照明し、該第２物体上の
マークをＣＣＤカメラの撮像手段面上に結像させる際、
該撮像手段面を光軸と直交する平面内で微小変位させ
て、該撮像手段面上の複数の位置に結像させ、該複数の
位置での該マークの位置情報の検出結果に基づいて該第
１物体と第２物体との相対的位置合わせを行う検出手段
とを有していることを特徴としている。
【００２２】特に、前記撮像手段面上の複数の位置は該
撮像手段の画素の略１／２相当量、異なる２つの位置で
あることを特徴としている。
【００２３】又、本発明の半導体チップの製造方法とし
ては、 （２−１）ウエハを感光させない検出光を用い該ウエハ
上の位置合わせ用のマークを検出手段で検出し、該検出
に基づき得られるマーク像の位置情報により該ウエハの
位置合わせを行ない、該ウエハを感光させる露光光でマ
スクの回路パターンを照明することにより投影レンズ系
を介して該回路パターンの像を該ウエハ上に投影して転
写し半導体チップを製造する際、該検出手段は該ウエハ
面上のマークをＣＣＤカメラの撮像手段面上に結像さ
せ、該撮像手段の１画素に相当する範囲内の複数の異な
る位置で該マークの位置情報を検出し、該マークの位置
情報の検出結果に基づいて該マスクとウエハとの相対的
位置合わせを行っていることを特徴としている。
【００２４】（２−２）ウエハを感光させない検出光を
用い該ウエハ上の位置合わせ用のマークを検出手段で検
出し、該検出に基づき得られるマーク像の位置情報によ
り該ウエハの位置合わせを行ない、該ウエハを感光させ
る露光光でマスクの回路パターンを照明することにより
投影レンズ系を介して該回路パターンの像を該ウエハ上
に投影して転写し半導体チップを製造する際、該検出手
段は該ウエハ面上のマークをＣＣＤカメラの撮像手段面
上に結像させ、該撮像手段の画素の略１／２相当量の異
なる位置で該マークの位置情報を検出し、該マークの位
置情報の検出結果に基づいて該マスクとウエハとの相対
的位置合わせを行っていることを特徴としている。
【００２５】（２−３）ウエハを感光させない検出光を
用い該ウエハ上の位置合わせ用のマークを検出手段で検
出し、該検出に基づき得られるマーク像の位置情報によ
り該ウエハの位置合わせを行ない、該ウエハを感光させ
る露光光でマスクの回路パターンを照明することにより
投影レンズ系を介して該回路パターンの像を該ウエハ上
に投影して転写し半導体チップを製造する際、該検出手
段は該ウエハ上のマークを光路中に設けた可動の光学部
材を微小変位させて、ＣＣＤカメラの撮像手段面上の複
数の位置に結像させ、該複数の位置での該マークの位置
情報の検出結果に基づいて該マスクとウエハとの相対的
位置合わせを行っていることを特徴としている。
【００２６】特に、前記撮像手段面上の複数の位置は該
撮像手段の画素の略１／２相当量の異なる位置であるこ
とを特徴としている。
【００２７】（２−４）ウエハを感光させない検出光を
用い該ウエハ上の位置合わせ用のマークを検出手段で検
出し、該検出に基づき得られるマーク像の位置情報によ
り該ウエハの位置合わせを行ない、該ウエハを感光させ
る露光光でマスクの回路パターンを照明することにより
投影レンズ系を介して該回路パターンの像を該ウエハ上
に投影して転写し半導体チップを製造する際、該検出手
段は該ウエハ面上のマークを光軸と直交する面内で変位
可能な撮像手段面上の複数の位置に形成し、該マークの
位置情報の検出結果に基づいて該マスクとウエハとの相
対的位置合わせを行っていることを特徴としている。
【００２８】
【実施例】図１は本発明を半導体素子製造用の露光装置
に適用したときの実施例１の光学系の要部概略図であ
る。
【００２９】同図において８は第１物体としてのレチク
ル（マスクともいう。）でレチクルステージ１０に載置
されている。３は第２物体としてのウエハであり、その
面上にはアライメント用のマーク（ＡＡマーク又はマー
クともいう。）４が設けられている。５は投影光学系で
投影レンズ系よりなり、レチクル（マスク）８面上の回
路パターン等をウエハ３面上に投影している。投影レン
ズ系５はレチクル８側とウエハ３側で共にテレセントリ
ック系となっている。
【００３０】９は照明系であり、露光光でレチクル８を
照明している。２はθ，Ｚステージでウエハ３を載置し
ており、ウエハ３のθ回転及びフォーカス調整、即ちＺ
方向の調整を行っている。θ，Ｚステージ２はステップ
動作を高精度に行う為のＸＹステージ１上に載置されて
いる。ＸＹステージ１にはステージ位置計測の基準とな
る光学スクウェアー（バーミラー）６が置かれており、
この光学スクウェアー６をレーザー干渉計７でモニター
している。
【００３１】本実施例におけるレチクル８とウエハ３と
の位置合わせ（アライメント）は予め位置関係が求めら
れている後述する基準マーク１７に対して各々位置合わ
せを行うことにより間接的に行なっている。又は実際レ
ジスト像パターン等をアライメントを行なって露光を行
ない、その誤差（オフセット）を測定し、それ以後のそ
の値を考慮してオフセット処理している。
【００３２】次にウエハ３面のマーク４の位置検出を行
なう検出手段１０１の各要素について説明する。
【００３３】１１は観察顕微鏡であり、非露光光でウエ
ハ３面上のＡＡマーク４を観察している。本実施例で
は、投影レンズ５を介さないでアライメントを行うオフ
アクシス方式を用いている。
【００３４】１４はＡＡマーク４の検出用の光源で、露
光光の波長とは異なる波長の光束（非露光光）を発する
ハロゲンランプから成っている。１５はレンズであり、
光源１４からの光束（検出光）を集光して照明用のビー
ムスプリッター１６に入射させている。１２は対物レン
ズである。
【００３５】ビームスプリッター１６で反射したレンズ
１５からの検出光はミラーＭ1 で反射させ、対物レンズ
１２を介してウエハ３面上のＡＡマーク４に導光して照
明している。
【００３６】１９は基準マーク１７の照明用の光源でＬ
ＥＤ等から成っている。１８はレンズである。光源１９
からの光束はレンズ１８で集光し、基準マーク１７に導
光し、照明している。２０は基準マーク用のビームスプ
リッターであり、基準マーク１７からの光束を反射させ
てミラーＭ2 を介してエレクターレンズ２１に入射して
いる。エレクターレンズ２１は基準マーク１７及びウエ
ハ３面上のＡＡマーク４を各々ＣＣＤカメラ１３の撮像
手段面（以下「ＣＣＤカメラ」ともいう。）に結像して
いる。本実施例における検出手段１０１は以上の各要素
を有している。
【００３７】本実施例において光源１４から出射した非
露光光（検出光）は順にレンズ１５、ビームスプリッタ
ー１６、ミラーＭ1 、対物レンズ１２を経て、ウエハ３
上のＡＡマーク４を照明する。ウエハ３上のＡＡマーク
４の観察像情報は、順に対物レンズ１２、ミラーＭ1 、
ビームスプリッター１６、ビームスプリッター２０、ミ
ラーＭ2 、エレクターレンズ２１を経てＣＣＤカメラ１
３上に結像する。
【００３８】このとき本実施例においては、ＣＣＤカメ
ラ１３の撮像手段の画素（以下「ＣＣＤカメラの画素」
という。）の１／２相当量のステージが異なる２つの位
置でＣＣＤカメラ１３からの検出信号に基づいた位置情
報をそれぞれ検出している。そして検出した２つのマー
クの位置情報に基づいてアライメントマーク４の位置を
決定することで、ＣＣＤカメラ１３の画素の影響による
計測誤差を減少させている。
【００３９】図２，図３は、この時のＣＣＤカメラ１３
の画素の影響による計測誤差を減少させることができる
ことを示す説明図である。
【００４０】図２はＣＣＤカメラ１３の画素の影響で計
測リニアリティ誤差が発生している様子を示している。
図２において、横軸はステージの位置の計測値、縦軸は
計測リニアリティ誤差を示している。
【００４１】ＣＣＤカメラの画素の１／２に相当するス
テージ移動量をΔＳとしたとき、ステージの位置がＳ0
なる位置にあるときの計測リニアリティ誤差をΔＣ1 、
ステージの位置がＳ0 ＋ΔＳなる位置にあるときの計測
リニアリティ誤差をΔＣ2 とすると、ＣＣＤカメラの画
素の１／２相当量の異なる位置の計測値が符合が異なり
絶対値が同じになっていることがわかる。
【００４２】一方、ステージの位置Ｓ0 ，Ｓ0 ＋ΔＳに
対応し、計測リニアリティ誤差を含んだＣＣＤカメラの
検出信号に基づく計測値をＣ1 ，Ｃ2 とすると、 Ｃ1 ＝Ｓ0 ＋ΔＣ1 Ｃ2 ＝Ｓ0 ＋ΔＳ＋ΔＣ2 で表わすことができる。
【００４３】ステージの位置がＳ0 にあるとき、ＣＣＤ
カメラの検出信号に基づく位置情報Ｃ0 をＣ1 ，Ｃ2 を
用いて次の式 Ｃ0 ＝（Ｃ1 ＋Ｃ2 ）／２−ΔＳ で求めると計測リニアリティ誤差をキャンセルさせるこ
とができる。
【００４４】図３はＣＣＤカメラの画素の１／２に相当
する量だけステージを移動させたときにＣＣＤカメラ１
３上に投影されたＡＡマーク４の投影像がＣＣＤカメラ
１３の画素の１／２移動した様子を示したものである。
【００４５】一方、基準マーク１７は基準マーク照明用
のＬＥＤより成る光源１９から出射した光をレンズ１８
により集光して照明され、ビームスプリッター２０、ミ
ラーＭ2 を介しエレクターレンズ２１を経てＣＣＤカメ
ラ１３上に結像する。
【００４６】このＣＣＤカメラ１３上に結像したウエハ
３上のＡＡマーク４の観察像のＣＣＤカメラ１３上の位
置を不図示の信号処理装置で計測し、同じく信号処理装
置で計測したＣＣＤカメラ１３上に結像し、常に固定さ
れている基準マーク１７の投影像の位置とを比較するこ
とによって正確なＸＹステージ１の位置情報を得て、こ
れにより高精度のアライメントを行っている。
【００４７】図４は本発明を半導体素子製造用の露光装
置に適用したときの実施例２の光学系の要部概略図であ
る。図４において図１で示した部材と同じ部材には同一
符番を付している。
【００４８】本実施例は図１の実施例１に比べて、ウエ
ハ３上のＡＡマーク４を投影レンズ５を介した光を用い
て観察している点が異なっており、即ちＴＴＬ方式でア
ライメントを行っている点が異なっており、その他の構
成は略同じである。
【００４９】本実施例においてハロゲンランプ１４ａか
ら出射した非露光光は順にレンズ１５、ビームスプリッ
タ１６、対物レンズ１２、ミラーＭ1 、投影レンズ系５
を経てウエハ３上のＡＡマーク４を照明する。
【００５０】ウエハ３上のＡＡマーク４の観察像情報は
順に投影レンズ５、ミラーＭ1 、対物レンズ１２、ビー
ムスプリッター１６、ビームスプリッター２０、エレク
ターレンズ２１を経てＣＣＤカメラ１３上に結像する。
【００５１】一方、基準マーク１７は基準マーク照明用
のＬＥＤ光源１９から出射した光をレンズ１８により集
光して照明され、ビームスプリッター２０、対物エレク
ターレンズ２１を経てＣＣＤカメラ１３上に結像する。
【００５２】このＣＣＤカメラ１３上に結像したウエハ
３上のＡＡマーク４の観察像のＣＣＤカメラ１３上の位
置を不図示の信号処理装置で計測し、同じく信号処理装
置で計測したＣＣＤカメラ１３上に結像し、常に固定さ
れている基準マーク１７の投影像の位置とを比較するこ
とによって正確なステージの位置情報を得て、これによ
り高精度のアライメントを行っている。
【００５３】尚、実施例１，２において、ＸＹ２方向に
関して同時に位置合わせを適用するためには、ステージ
をＸＹ方向に対して４５°方向に駆動すれば良い。
【００５４】図５は本発明を半導体素子製造用の露光装
置に適用したときの実施例３の光学系の要部概略図であ
る。
【００５５】同図において８は第１物体としてのレチク
ルでレチクルステージ１０に載置されている。３は第２
物体としてのウエハであり、その面上にはアライメント
用のマーク（ＡＡマーク）４が設けられている。５は投
影光学系で投影レンズ系よりなり、レチクル（マスク）
８面上の回路パターン等をウエハ３面上に投影してい
る。投影レンズ系５はレチクル８側とウエハ３側で共に
テレセントリック系となっている。
【００５６】９は照明系であり、露光光でレチクル８を
照明している。２はθ，Ｚステージでウエハ３を載置し
ており、ウエハ３のθ回転及びフォーカス調整、即ちＺ
方向の調整を行っている。θ，Ｚステージ２はステップ
動作を高精度に行う為のＸＹステージ１上に載置されて
いる。ＸＹステージ１にはステージ位置計測の基準とな
る光学スクウェアー（バーミラー）６が置かれており、
この光学スクウェアー６をレーザー干渉計７でモニター
している。
【００５７】本実施例におけるレチクル８とウエハ３と
の位置合わせ（アライメント）は予め位置関係が求めら
れている後述する基準マーク１７に対して各々位置合わ
せを行うことにより間接的に行なっている。又は実際レ
ジスト像パターン等をアライメントを行なって露光を行
ない、その誤差（オフセット）を測定し、それ以後のそ
の値を考慮してオフセット処理している。
【００５８】次にウエハ３面のマーク４の位置検出を行
なう検出手段１０１の各要素について説明する。
【００５９】１１は観察顕微鏡であり、非露光光でウエ
ハ３面上のＡＡマーク４を観察している。本実施例で
は、投影レンズ５を介さないでアライメントを行うオフ
アクシス方式を用いている。
【００６０】１４はＡＡマーク４の検出用の光源で、露
光光の波長とは異なる波長の光束（非露光光）を発する
ハロゲンランプから成っている。１５はレンズであり、
光源１４からの光束（検出光）を集光して照明用のビー
ムスプリッター１６に入射させている。１２は対物レン
ズである。
【００６１】ビームスプリッター１６で反射したレンズ
１５からの検出光はミラーＭ1 で反射させ、対物レンズ
１２を介してウエハ３面上のＡＡマーク４に導光して照
明している。
【００６２】１９は基準マーク１７の照明用の光源でＬ
ＥＤ等から成っている。１８はレンズである。光源１９
からの光束はレンズ１８で集光し、基準マーク１７に導
光し、照明している。２０は基準マーク用のビームスプ
リッターであり、基準マーク１７からの光束を反射させ
てミラーＭ2 を介してエレクターレンズ２１に入射して
いる。
【００６３】２２ａは平行平面板であり、ＡＡマーク４
のＣＣＤカメラ１３の撮像手段面上での結像位置を微小
に変化させている。２２ｂは圧電素子であり、平行平面
板２２ａの傾きを変化させている。
【００６４】エレクターレンズ２１は基準マーク１７及
びウエハ３面上のＡＡマーク４を各々ＣＣＤカメラ１３
の撮像手段面（以下「ＣＣＤカメラ」ともいう。）に結
像している。本実施例における検出手段１０１は以上の
各要素を有している。
【００６５】本実施例において光源１４から出射した非
露光光（検出光）は順にレンズ１５、ビームスプリッタ
ー１６、ミラーＭ1 、対物レンズ１２を経て、ウエハ３
上のＡＡマーク４を照明する。ウエハ３上のＡＡマーク
４の観察像情報は、順に対物レンズ１２、ミラーＭ1 、
ビームスプリッター１６、ビームスプリッター２０、ミ
ラーＭ2 、エレクターレンズ２１、平行平面板２２ａを
経てＣＣＤカメラ１３上に結像する。
【００６６】本実施例においては、ＡＡマーク４の結像
位置を微小に変化させるための平行平面板２２ａを、平
行平面板２２ａの傾きを変化させるための圧電素子２２
ｂを駆動させることで動作させ、ＣＣＤカメラ１３の画
素の１／２相当異なる位置で検出した２つの位置情報に
基づいてアライメントマーク４の位置を決定するように
することで、ＣＣＤカメラ１３の画素の影響による計測
誤差を減少させている。
【００６７】次に図２，図６を用いて、この時のＣＣＤ
カメラ１３の画素の影響による計測誤差を減少させるこ
とができることを説明する。
【００６８】図２はＣＣＤカメラの画素の影響で計測リ
ニアリティ誤差が発生している様子を示している。図２
において、横軸はステージの位置の計測値、縦軸は計測
リニアリティ誤差を示している。
【００６９】ＣＣＤカメラの画素の１／２に相当するス
テージ移動量をΔＳとしたとき、ステージの位置がＳ0
なる位置にあるときの計測リニアリティ誤差をΔＣ1 、
ステージの位置がＳ0 ＋ΔＳなる位置にあるときの計測
リニアリティ誤差をΔＣ2 とすると、ＣＣＤカメラの画
素の１／２相当量の異なる位置の計測リニアリティ誤差
ΔＣ1 ，ΔＣ2 が、符合が異なり絶対値が同じになって
いることがわかる。
【００７０】一方、ステージの位置Ｓ0 ，Ｓ0 ＋ΔＳに
対応し、計測リニアリティ誤差を含んだＣＣＤカメラの
検出信号に基づく計測値をＣ1 ，Ｃ2 とすると、 Ｃ1 ＝Ｓ0 ＋ΔＣ1 Ｃ2 ＝Ｓ0 ＋ΔＳ＋ΔＣ2 で表わすことができる。
【００７１】ステージの位置をＣＣＤカメラの画素の１
／２に相当する量移動させることとＣＣＤカメラ上に結
像するＡＡマークの投影像をＣＣＤカメラの画素の１／
２に相当する量変位させることは等価であるから、ステ
ージの位置がＳ0 にあるとき、ＣＣＤカメラの検出信号
に基づく位置情報Ｃ0 をＣ1 ，Ｃ2 を用いて次の式 Ｃ0 ＝（Ｃ1 ＋Ｃ2 ）／２−ΔＳ で求めると計測リニアリティ誤差をキャンセルさせるこ
とができる。
【００７２】図６は圧電素子２２ｂを駆動させて平行平
面板２２ａの傾きを変化させたときに、ＣＣＤカメラ１
３上のＡＡマーク４の結像位置が変化した様子を示した
ものである。
【００７３】一方、基準マーク１７は基準マーク照明用
のＬＥＤより成る光源１９から出射した光をレンズ１８
により集光して照明され、ビームスプリッター２０、ミ
ラーＭ2 を介しエレクターレンズ２１、平行平面板２２
ａを経てＣＣＤカメラ１３上に結像する。
【００７４】このＣＣＤカメラ１３上に結像したウエハ
３上のＡＡマーク４の観察像のＣＣＤカメラ１３上の位
置を不図示の信号処理装置で計測し、同じく信号処理装
置で計測したＣＣＤカメラ１３上に結像し、常に固定さ
れている基準マーク１７の投影像の位置とを比較するこ
とによって正確なＸＹステージ１の位置情報を得て、こ
れにより高精度のアライメントを行っている。
【００７５】図７，図８は本発明の実施例４，５の一部
分の要部該略図である。
【００７６】図７の実施例４は図１の実施例１に比べ
て、平行平面板２２ａを楔板２２ｃに変え、平行平面板
２２ａの傾きを変化させるための圧電素子２２ｂを楔板
２２ｃを光軸を中心に回転させるためのモータ２２ｄに
変えている。そしてモータ２２ｄを回転させることでＣ
ＣＤカメラ１３上のＡＡマーク４の結像位置を変化させ
るようにしている点が異なり、その他は実施例１と同じ
である。
【００７７】図７はモータ２２ｄを回転させることで、
楔板２２ｃを光軸中心に回転させたときに、ＣＣＤカメ
ラ１３上のＡＡマーク４の結像位置が変化した様子を示
している。
【００７８】図８の実施例５は図１の実施例１に比べ
て、圧電素子２２ｅをＣＣＤカメラ１３のホルダに取付
け、ＣＣＤカメラ１３自体をＡＡマーク４の結像面に対
して平行な方向に、即ち光軸と直交する面内で変位させ
ることでＣＣＤカメラ１３上のＡＡマーク４の結像位置
を相対的に変化させるようにした点が実施例１と異な
り、その他は実施例１と同じである。図８は圧電素子２
２ｅを駆動させることでＣＣＤカメラ１３の位置を変位
させた様子を示している。
【００７９】尚、実施例３〜５において、ＡＡマークの
結像位置を変化させるための駆動部材の動作を振動又は
回転の連続動作としても良い。このとき連続的に変化さ
せるアライメントマークの位置の変化量をＣＣＤカメラ
の略１画素相当の連続的変化とするのが良い。
【００８０】これは図９に斜線で示したように、リニア
リティ誤差の位相と無関係に位置情報が積分（ＣＣＤ素
子に蓄積）され、計測誤差が軽減されるからである。
【００８１】実施例３〜５の各駆動部材の動作を連続動
作とするのは、実施例３においては平行平面板２２ａを
圧電素子２２ｂを連続的に駆動させることで振動させる
ようにし、実施例４においては楔板２２ｃをモータ２２
ｄを連続的に回転させることで回転させるようにし、実
施例５においては圧電素子２２ｅを連続的に駆動させる
ことでＣＣＤカメラ１３自体を振動させるようにすれば
良い。
【００８２】図１０は本発明を半導体素子製造用の露光
装置に適用したときの実施例６の光学系の要部概略図で
ある。図１０において図５で示した部材と同じ部材には
同一符番を付している。
【００８３】本実施例は図５の実施例３に比べて、ウエ
ハ３上のＡＡマーク４を投影レンズ５を介した光を用い
て観察している点が異なっており、即ちＴＴＬ方式でア
ライメントを行っている点が異なっており、その他の構
成は略同じである。
【００８４】本実施例においてハロゲンランプ１４から
出射した非露光光は順にレンズ１５、ビームスプリッタ
１６、対物レンズ１２、ミラーＭ1 、投影レンズ系５を
経てウエハ３上のＡＡマーク４を照明する。
【００８５】ウエハ３上のＡＡマーク４の観察像情報は
順に投影レンズ５、ミラーＭ1 、対物レンズ１２、ビー
ムスプリッター１６、ビームスプリッター２０、エレク
ターレンズ２１、平行平面板２２ａを経てＣＣＤカメラ
１３上に結像する。
【００８６】一方、基準マーク１７は基準マーク照明用
のＬＥＤ光源１９から出射した光をレンズ１８により集
光して照明され、ビームスプリッター２０、対物エレク
ターレンズ２１、平行平面板２２ａを経てＣＣＤカメラ
１３上に結像する。
【００８７】このＣＣＤカメラ１３上に結像したウエハ
３上のＡＡマーク４の観察像のＣＣＤカメラ１３上の位
置を不図示の信号処理装置で計測し、同じく信号処理装
置で計測したＣＣＤカメラ１３上に結像し、常に固定さ
れている基準マーク１７の投影像の位置とを比較するこ
とによって正確なステージの位置情報を得て、これによ
り高精度のアライメントを行っている。
【００８８】又、ＸＹ２方向に関して同時に適用するた
めには、平行平面板の場合にはＸＹ方向に対して４５°
方向に傾ければ良く、楔板を回転させる場合にはＸＹ方
向に対する動作が９０°ごとに現われるのでそのまま適
用でき、ＣＣＤカメラ自体を変位させる場合にはＸＹ方
向に対して４５°方向に駆動すれば容易に実現できる。
【００８９】
【発明の効果】本発明によれば以上のように各要素を設
定することにより、露光光と波長が異なる検出光（アラ
イメント光）を用いてウエハ面上のアライメントマーク
をＣＣＤカメラの撮像面上に形成し、該マークの検出を
行なう場合にマーク像の位置情報を高精度に検出するこ
とが可能な、改良されたマーク検出機能を有する露光装
置及びそれを用いた半導体チップの製造方法を達成する
ことができる。
【００９０】特に本発明によれば、ウエハ上のアライメ
ントマークを観察する観察顕微鏡系によって投影された
画像をＣＣＤカメラで撮像して光電変換し、この検出信
号を用いてアライメントマークの位置を検出するアライ
メント方法において、ＣＣＤカメラの１画素に相当する
範囲内の複数の異なる位置で検出した複数の位置情報に
基づいてアライメントマークの位置を決定するようにし
たこと、特に顕著な例としては、ＣＣＤカメラの画素の
略１／２相当異なる位置で検出した２つの位置情報に基
づいてアライメントマークの位置を決定するようにする
ことにより、ＣＣＤカメラの画素の影響による計測誤差
の影響を軽減して、アライメント精度を向上させている
ことを特長としている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１の要部概略図
【図２】 本発明に係る計測リニアリティ誤差の説明図
【図３】 図１の一部分の説明図
【図４】 本発明の実施例２の要部概略図
【図５】 本発明の実施例３の要部概略図
【図６】 図５の一部分の説明図
【図７】 本発明の実施例４の一部分の要部概略図
【図８】 本発明の実施例５の一部分の要部概略図
【図９】 本発明に係る計測リニアリティ誤差の説明図
【図１０】 本発明の実施例６の要部概略図
【符号の説明】
１ ＸＹステージ ２ θステージ ３ ウエハ ４ ウエハ上にあるアライメントマーク（ＡＡマー
ク） ５ 投影レンズ ６ バーミラー ７ ＸＹステージの位置を計測するレーザー干渉計 ８ レチクル ９ 露光用照明系 １０ レチクルのステージ １１ 観察顕微鏡 １２ 対物レンズ １３ ＣＣＤカメラ １４ 照明用のハロゲンランプ光源 １５ 照明用レンズ １６ 照明用のビームスプリッタ １７ 基準マーク １８ 基準マーク照明用のレンズ １９ 基準マーク照明用のＬＥＤ光源 ２０ 基準マーク用のビームスプリッタ ２１ エレクターレンズ ２２ａ 平行平面板 ２２ｂ，２２ｅ 圧電素子 ２２ｃ 楔板 ２２ｄ モータ

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 露光光で第１物体のパターンを第２物体
    上に投影する投影レンズ系と、該露光光とは波長が異な
    る検出光で第２物体を照明し、該第２物体上のマークを
    ＣＣＤカメラの撮像手段面上に結像させ、該撮像手段の
    １画素に相当する範囲内の複数の異なる位置で該マーク
    の位置情報を検出し、該マークの位置情報の検出結果に
    基づいて該第１物体と第２物体との相対的位置合わせを
    行う検出手段とを有していることを特徴とする露光装
    置。
  2. 【請求項２】 露光光で第１物体のパターンを第２物体
    上に投影する投影レンズ系と、該露光光とは波長が異な
    る検出光で第２物体を照明し、該第２物体上のマークを
    ＣＣＤカメラの撮像手段面上に結像させ、該撮像手段の
    画素の略１／２相当量の異なる位置で該マークの位置情
    報を検出し、該マークの位置情報の検出結果に基づいて
    該第１物体と第２物体との相対的位置合わせを行う検出
    手段とを有していることを特徴とする露光装置。
  3. 【請求項３】 ウエハを感光させない検出光を用い該ウ
    エハ上の位置合わせ用のマークを検出手段で検出し、該
    検出に基づき得られるマーク像の位置情報により該ウエ
    ハの位置合わせを行ない、該ウエハを感光させる露光光
    でマスクの回路パターンを照明することにより投影レン
    ズ系を介して該回路パターンの像を該ウエハ上に投影し
    て転写し半導体チップを製造する際、該検出手段は該ウ
    エハ面上のマークをＣＣＤカメラの撮像手段面上に結像
    させ、該撮像手段の１画素に相当する範囲内の複数の異
    なる位置で該マークの位置情報を検出し、該マークの位
    置情報の検出結果に基づいて該マスクとウエハとの相対
    的位置合わせを行っていることを特徴とする半導体チッ
    プの製造方法。
  4. 【請求項４】 ウエハを感光させない検出光を用い該ウ
    エハ上の位置合わせ用のマークを検出手段で検出し、該
    検出に基づき得られるマーク像の位置情報により該ウエ
    ハの位置合わせを行ない、該ウエハを感光させる露光光
    でマスクの回路パターンを照明することにより投影レン
    ズ系を介して該回路パターンの像を該ウエハ上に投影し
    て転写し半導体チップを製造する際、該検出手段は該ウ
    エハ面上のマークをＣＣＤカメラの撮像手段面上に結像
    させ、該撮像手段の画素の略１／２相当量の異なる位置
    で該マークの位置情報を検出し、該マークの位置情報の
    検出結果に基づいて該マスクとウエハとの相対的位置合
    わせを行っていることを特徴とする半導体チップの製造
    方法。
  5. 【請求項５】 露光光で第１物体のパターンを第２物体
    上に投影する投影レンズ系と、該露光光とは波長が異な
    る検出光で第２物体を照明し、該第２物体上のマークを
    ＣＣＤカメラの撮像手段面上に結像させる際、光路中に
    設けた可動の光学部材を微小変位させて該撮像手段面上
    の複数の位置に結像させ、該複数の位置での該マークの
    位置情報の検出結果に基づいて該第１物体と第２物体と
    の相対的位置合わせを行う検出手段とを有していること
    を特徴とする露光装置。
  6. 【請求項６】 前記光学部材を光軸に対して傾動可能な
    平行平面板より構成したことを特徴とする請求項５の露
    光装置。
  7. 【請求項７】 前記光学部材を光軸に対して回動可能な
    楔部材より構成したことを特徴とする請求項５の露光装
    置。
  8. 【請求項８】 露光光で第１物体のパターンを第２物体
    上に投影する投影レンズ系と、該露光光とは波長が異な
    る検出光で第２物体を照明し、該第２物体上のマークを
    ＣＣＤカメラの撮像手段面上に結像させる際、該撮像手
    段面を光軸と直交する平面内で微小変位させて、該撮像
    手段面上の複数の位置に結像させ、該複数の位置での該
    マークの位置情報の検出結果に基づいて該第１物体と第
    ２物体との相対的位置合わせを行う検出手段とを有して
    いることを特徴とする露光装置。
  9. 【請求項９】 前記撮像手段面上の複数の位置は該撮像
    手段の画素の略１／２相当量、異なる２つの位置である
    ことを特徴とする請求項８の露光装置。
  10. 【請求項１０】 ウエハを感光させない検出光を用い該
    ウエハ上の位置合わせ用のマークを検出手段で検出し、
    該検出に基づき得られるマーク像の位置情報により該ウ
    エハの位置合わせを行ない、該ウエハを感光させる露光
    光でマスクの回路パターンを照明することにより投影レ
    ンズ系を介して該回路パターンの像を該ウエハ上に投影
    して転写し半導体チップを製造する際、該検出手段は該
    ウエハ上のマークを光路中に設けた可動の光学部材を微
    小変位させて、ＣＣＤカメラの撮像手段面上の複数の位
    置に結像させ、該複数の位置での該マークの位置情報の
    検出結果に基づいて該マスクとウエハとの相対的位置合
    わせを行っていることを特徴とする半導体チップの製造
    方法。
  11. 【請求項１１】 前記撮像手段面上の複数の位置は該撮
    像手段の画素の略１／２相当量の異なる位置であること
    を特徴とする請求項１０の半導体チップの製造方法。
  12. 【請求項１２】 ウエハを感光させない検出光を用い該
    ウエハ上の位置合わせ用のマークを検出手段で検出し、
    該検出に基づき得られるマーク像の位置情報により該ウ
    エハの位置合わせを行ない、該ウエハを感光させる露光
    光でマスクの回路パターンを照明することにより投影レ
    ンズ系を介して該回路パターンの像を該ウエハ上に投影
    して転写し半導体チップを製造する際、該検出手段は該
    ウエハ面上のマークを光軸と直交する面内で変位可能な
    撮像手段面上の複数の位置に形成し、該マークの位置情
    報の検出結果に基づいて該マスクとウエハとの相対的位
    置合わせを行っていることを特徴とする半導体チップの
    製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2012158025A3 (en) * 2011-05-13 2013-05-16 Mapper Lithography Ip B.V. Lithographic apparatus
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