JPH08191045A - Alignment device and manufacturing method of semiconductor device using the same - Google Patents
Alignment device and manufacturing method of semiconductor device using the sameInfo
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- JPH08191045A JPH08191045A JP7018638A JP1863895A JPH08191045A JP H08191045 A JPH08191045 A JP H08191045A JP 7018638 A JP7018638 A JP 7018638A JP 1863895 A JP1863895 A JP 1863895A JP H08191045 A JPH08191045 A JP H08191045A
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光学的に被測定物の位
置を高精度で測定し、該被測定物を所定位置に位置合わ
せすることができる位置合わせ装置及びそれを用いた半
導体デバイスの製造方法に関し、特に半導体素子の製造
装置において、投影レンズ系によりレチクル面上の回路
パターンの像をウエハ上の各パターン領域に順次投影露
光して該ウエハの各パターン領域に該回路パターンを転
写して複数個の半導体デバイスを製造するために使用す
る、所謂ステッパと呼ばれる半導体素子製造用の投影露
光装置に好適なものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an alignment apparatus capable of optically measuring the position of an object to be measured with high accuracy and aligning the object to be measured with a predetermined position, and a semiconductor device using the same. In particular, in a semiconductor device manufacturing apparatus, a projection lens system sequentially projects and exposes an image of a circuit pattern on a reticle surface onto each pattern area on a wafer to transfer the circuit pattern to each pattern area on the wafer. Thus, the present invention is suitable for a projection exposure apparatus for manufacturing a semiconductor element, which is a so-called stepper, which is used for manufacturing a plurality of semiconductor devices.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来よりステッパと呼ばれる半導体素子
製造用の投影露光装置においては、縮小型の投影光学系
によってレチクル上の回路パターンをウエハ上の各パタ
ーン領域に順次縮小投影し、該ウエハ上の各パターン領
域に該回路パターンの像を転写している。このためにス
テッパにおいてはウエハ上の各パターン領域をレチクル
に対して正確に位置合わせをして投影露光する必要があ
る。2. Description of the Related Art Conventionally, in a projection exposure apparatus for manufacturing a semiconductor element, which is called a stepper, a circuit pattern on a reticle is successively reduced and projected onto each pattern area on a wafer by a reduction type projection optical system, and then, on the wafer. An image of the circuit pattern is transferred to each pattern area. Therefore, in the stepper, it is necessary to accurately align each pattern area on the wafer with the reticle and perform projection exposure.
【０００３】このために、ステッパでウエハ上に形成し
た複数の位置合わせ用マーク（アライメントマーク）の
位置情報を得るために該複数の位置合わせマークを検出
するアライメント顕微鏡を備えている。そして、このア
ライメント顕微鏡を介して得た各位置合わせマークの位
置情報に基づいてレチクルに対するウエハの位置を精度
よく検知し、これによりレチクルに対するウエハの各パ
ターン領域を正確に位置合わせするように構成してい
る。To this end, an alignment microscope is provided for detecting the plurality of alignment marks in order to obtain position information of the plurality of alignment marks (alignment marks) formed on the wafer by the stepper. Then, the position of the wafer with respect to the reticle is accurately detected based on the position information of each alignment mark obtained through this alignment microscope, and thus each pattern area of the wafer with respect to the reticle is accurately aligned. ing.
【０００４】従来よりこの種のアライメント顕微鏡を用
いたアライメント方法として、ＴＴＬアライメント方法
（ＴＴＬ方法）と、オフアクシスアライメント方法が知
られている。ＴＴＬアライメント方法では、顕微鏡を用
いてＴＴＬ方式により露光光とは異なるウエハのレジス
トに非感光の波長の照明光でウエハ表面の位置合わせマ
ークを観察し位置合わせを行っている。オフアクシスア
ライメント方法ではＴＴＬ方式によらず、ウエハの露光
位置とは別の位置に配置した顕微鏡（オフアクシス顕微
鏡）で位置合わせ情報を検出しウエハを露光位置へ送り
込んで位置合わせを行っている。Conventionally, as an alignment method using this kind of alignment microscope, a TTL alignment method (TTL method) and an off-axis alignment method have been known. In the TTL alignment method, alignment is performed by observing the alignment mark on the wafer surface with illumination light having a non-photosensitive wavelength on the resist of the wafer different from the exposure light by using a microscope with the TTL method. In the off-axis alignment method, the alignment information is detected by a microscope (off-axis microscope) arranged at a position different from the exposure position of the wafer, and the wafer is sent to the exposure position for alignment, regardless of the TTL method.
【０００５】本出願人は特開平２−１３０９０８号公報
や特開平５−１３３０４号公報等でＴＴＬアライメント
方法を用いた位置合わせ装置を提案している。また特開
昭６４−８９３２７号公報でオフアクシス方法を用いた
位置合わせ装置を提案している。The applicant of the present invention has proposed a positioning device using the TTL alignment method in Japanese Patent Laid-Open Nos. 2-130908 and 5-13304. Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-89327 proposes a positioning device using an off-axis method.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】アライメント方法のう
ちＴＴＬ方式による位置合わせは、計測照明光のＮＡや
波長帯域、計測光の取り込み方法等の設定が投影レンズ
により制約を受ける場合が多い。その中で測定分解能と
計測精度を保つため、種々の照明方法、計測方法が考え
られている。しかしながら何れも任意のウエハ表面状態
に対して常に真値からのだまされ量を小さくすることが
困難で、製造プロセスの影響を受けて計測値が変化する
という問題が存在している。Among the alignment methods, the alignment by the TTL method is often restricted by the projection lens in the settings of the NA and wavelength band of the measurement illumination light, the method of taking in the measurement light, and the like. Among them, various illumination methods and measurement methods have been considered in order to maintain measurement resolution and measurement accuracy. However, it is difficult to reduce the amount of deception from the true value for any wafer surface state, and there is a problem in that the measured value changes due to the influence of the manufacturing process.
【０００７】一方、オフアクシス方法による計測では、
照明光のＮＡや波長帯域はＴＴＬ方式に比較して自由に
選択でき、真値からのだまされ量も比較的小さいものが
得られる。しかしながら露光位置での測定が物理的制約
から困難であり、露光位置とは別の位置で位置合わせ測
定を行い露光位置に送り込むため、その送り込む際に誤
差が積み重なり、重ね合わせ精度が悪化する等の問題が
存在している。On the other hand, in the measurement by the off-axis method,
The NA of the illumination light and the wavelength band can be freely selected as compared with the TTL system, and the amount deceived from the true value can be relatively small. However, measurement at the exposure position is difficult due to physical restrictions, and because alignment measurement is performed at a position different from the exposure position and the measurement is sent to the exposure position, errors accumulate at the time of sending and the overlay accuracy deteriorates. The problem exists.
【０００８】本発明はＴＴＬ方法とオフアクシス方法の
双方で用いる各顕微鏡及び双方の方法を適切に用いるこ
とにより、真値からのだまされ量を少なくし、レチクル
とウエハとの相対的な位置合わせを高精度に行うことの
できる位置合わせ装置及びそれを用いた半導体デバイス
の製造方法の提供を目的とする。The present invention appropriately reduces the amount of deception from the true value by properly using each microscope used in both the TTL method and the off-axis method and both methods, and makes the relative alignment between the reticle and the wafer. It is an object of the present invention to provide a position aligning apparatus capable of performing high precision and a semiconductor device manufacturing method using the same.
【０００９】[0009]
（１−１）本発明の位置合わせ装置は、被測定物の位置
情報を光学的に読み取る第１計測手段と、該第１計測手
段とは異なる位置で該被測定物位置情報を読み取る第２
計測手段とを有し、該第２計測手段は光学的特性の異な
る少なくとも２つの計測方法を有し、該２つの計測方法
で得られた計測結果を利用して、該第１計測手段で得ら
れた計測値を補正して、該被測定物と該第１計測手段と
の位置合わせを行っていることを特徴としている。(1-1) The alignment device of the present invention comprises: a first measuring unit that optically reads the position information of the measured object; and a second measuring unit that reads the measured object position information at a position different from the first measuring unit.
Measuring means, the second measuring means has at least two measuring methods having different optical characteristics, and the first measuring means obtains the measurement results obtained by the two measuring methods. It is characterized in that the measured value thus obtained is corrected to align the object to be measured with the first measuring means.
【００１０】また、前記被測定物を載置し、移動可能な
駆動手段を有していることを特徴としている。Further, it is characterized in that it has drive means for placing and moving the object to be measured.
【００１１】（１−２）本発明の投影露光装置は、第１
物体面上のパターンを投影光学系を介して第２物体面上
に投影露光する際、該第２物体の位置情報を該投影光学
系を介して光学的に読み取る第１計測手段と、該第１計
測手段とは異なる位置で該第２物体の位置情報を読み取
る第２計測手段とを有し、該第２計測手段は光学的特性
の異なる少なくとも２つの計測方法を有し、該２つの計
測方法で得られた計測結果を利用して、該第１計測手段
で得られた計測値を補正して、該第２物体と該第１計測
手段、又は該第１物体との位置合わせを行っていること
を特徴としている。(1-2) The projection exposure apparatus of the present invention is the first
A first measuring means for optically reading position information of the second object through the projection optical system when the pattern on the object surface is projected and exposed on the second object surface through the projection optical system; 1 measuring means and a second measuring means for reading the position information of the second object at a different position, the second measuring means having at least two measuring methods having different optical characteristics, and the two measuring means. The measurement value obtained by the method is used to correct the measurement value obtained by the first measuring means, and the second object is aligned with the first measuring means or the first object. It is characterized by
【００１２】また、前記第２物体を載置し、前記投影光
学系の光軸と直交する平面内に移動可能な駆動手段を有
していることを特徴としている。Further, it is characterized in that the second object is mounted, and the driving means is movable in a plane orthogonal to the optical axis of the projection optical system.
【００１３】（１−３）本発明の半導体デバイスの製造
方法は、照明系からの光束でレチクル面上の微細パター
ンを照明し、該微細パターンを投影光学系によりウエハ
面上に投影し、露光した後に、該ウエハを現像処理工程
を介して半導体デバイスを製造する際、該ウエハの位置
情報を該投影光学系を介して光学的に読み取る第１計測
手段と、該第１計測手段とは異なる位置で該ウエハの位
置情報を読み取る第２計測手段とを有し、該第２計測手
段は光学的特性の異なる少なくとも２つの計測方法を有
し、該２つの計測方法で得られた計測結果を利用して、
該第１計測手段で得られた計測値を補正して、該ウエハ
と該第１計測手段、又は該レチクルとの位置合わせを行
っていることを特徴としている。(1-3) In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a light beam from an illumination system illuminates a fine pattern on a reticle surface, the fine pattern is projected onto a wafer surface by a projection optical system, and exposure is performed. After that, when manufacturing a semiconductor device through the development processing step of the wafer, the first measuring means that optically reads the position information of the wafer through the projection optical system is different from the first measuring means. Second measurement means for reading the position information of the wafer at a position, the second measurement means having at least two measurement methods having different optical characteristics, and measuring results obtained by the two measurement methods. Use
It is characterized in that the measurement value obtained by the first measuring means is corrected to align the wafer with the first measuring means or the reticle.
【００１４】[0014]
【実施例】図１は本発明の実施例１の要部概略図であ
る。本実施例は所謂ステッパと言われる投影露光装置に
本発明の位置合わせ装置を適用した場合を示している。Embodiment 1 FIG. 1 is a schematic view of the essential portions of Embodiment 1 of the present invention. This embodiment shows a case where the alignment apparatus of the present invention is applied to a projection exposure apparatus called a stepper.
【００１５】同図において、照明系１を発した光源１ａ
からの光は第１の物体としてのレチクル２を照射する。
レチクル２面上のパターンは投影光学系３によって第２
の物体としてのウエハ４上に投影転写されている。ウエ
ハ４は定盤１０上に配置された可動ステージ（駆動手
段）５の上に固定されている。レチクル２はレチクルス
テージ２ａに保持されており、レチクルステージ２ａは
レチクル駆動手段（不図示）によりＸ，Ｙ，Ｚ，θ方向
に移動される。In FIG. 1, a light source 1a emitting an illumination system 1
Illuminates the reticle 2 as the first object.
The pattern on the surface of the reticle 2 is secondly projected by the projection optical system 3.
It is projected and transferred onto the wafer 4 as the object. The wafer 4 is fixed on a movable stage (driving means) 5 arranged on a surface plate 10. The reticle 2 is held by the reticle stage 2a, and the reticle stage 2a is moved in the X, Y, Z, and θ directions by the reticle driving means (not shown).
【００１６】可動ステージ５は駆動系（不図示）によっ
てＸＹ面内（投影光学系３の光軸と垂直面内）に移動で
きるようになっており、その移動量はそれぞれＸ及びＹ
方向用のレーザ測長器でモニターしている。また、この
可動ステージ５はＺ方向（投影光学系３の光軸方向）に
も移動可能であり、可動ステージ５のＺ方向の位置も不
図示のＺ方向用位置検知手段によりモニターしている。The movable stage 5 can be moved in an XY plane (in a plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system 3) by a drive system (not shown), and the movement amounts thereof are X and Y, respectively.
It is monitored by a laser length measuring device for directions. The movable stage 5 is also movable in the Z direction (the optical axis direction of the projection optical system 3), and the position of the movable stage 5 in the Z direction is also monitored by a Z direction position detection means (not shown).
【００１７】ウエハ４上には、前工程までに形成された
回路パターンと、この回路パターンとある定まった位置
関係に配置された複数のウエハ位置合わせマーク（アラ
イメントマーク）４ａが形成されている。６は第１計測
手段としてのＴＴＬ−ＮＯＮＡＸＩＳ用のアライメント
顕微鏡（以下ＴＴＬ顕微鏡と略す）である。ＴＴＬ顕微
鏡６は投影レンズ３を通してウエハ４上の位置合わせマ
ーク４ａを読み取る顕微鏡であり、レチクル２と投影レ
ンズ３との間に配置したミラー６ｄを介してウエハ４面
上の照明及びアライメントマーク４ａの位置計測を行っ
ている。６ａはHeNeレーザによる照明光源、６ｂはＣＣ
Ｄカメラである。照明光源６ａから出た照明光はアライ
メント光学系６ｃ、及びレチクル２と投影レンズ３との
間に設けられたミラー６ｄを介し、投影レンズ３を透過
してウエハ４上のアライメントマーク領域を照明する。On the wafer 4, a circuit pattern formed up to the previous step and a plurality of wafer alignment marks (alignment marks) 4a arranged in a predetermined positional relationship with the circuit pattern are formed. Reference numeral 6 denotes an alignment microscope for TTL-NONAXIS (hereinafter abbreviated as TTL microscope) as a first measuring means. The TTL microscope 6 is a microscope that reads the alignment mark 4a on the wafer 4 through the projection lens 3, and the illumination and alignment mark 4a on the surface of the wafer 4 via the mirror 6d arranged between the reticle 2 and the projection lens 3. Position measurement is performed. 6a is an illumination light source by HeNe laser, 6b is CC
It is a D camera. The illumination light emitted from the illumination light source 6a is transmitted through the projection lens 3 and illuminates the alignment mark area on the wafer 4 via the alignment optical system 6c and the mirror 6d provided between the reticle 2 and the projection lens 3. .
【００１８】そしてウエハ１上で反射ないしは散乱した
アライメントマーク４ａに基づく光は再び投影レンズ３
を透過し、ミラー６ｄ及びアライメント光学系６ｃを介
し、ＣＣＤカメラ６ｂに結像している。ＣＣＤカメラ６
ｂではアライメントマーク４ａの像を処理しウエハ４の
位置情報得ている。顕微鏡６内の規準マークやＣＣＤカ
メラ６ｂ内の基準位置は装置本体に固定されており、ま
た経時変化に対してレチクル２との位置関係を補正する
ことができるため、その位置はレチクル２との位置関係
が保たれている。The light based on the alignment mark 4a reflected or scattered on the wafer 1 is again projected onto the projection lens 3.
Through the mirror 6d and the alignment optical system 6c to form an image on the CCD camera 6b. CCD camera 6
In b, the image of the alignment mark 4a is processed to obtain the position information of the wafer 4. The reference mark in the microscope 6 and the reference position in the CCD camera 6b are fixed to the main body of the apparatus, and the positional relationship with the reticle 2 can be corrected with respect to changes over time, so that the position of the reference mark with that of the reticle 2 The positional relationship is maintained.
【００１９】７は第２計測手段としてのオフアクシス顕
微鏡であり、２つの計測方法を有し、これらはＴＴＬ方
式にはよらず露光される位置とは別の位置に置かれ、露
光されるべき位置から定まった位置関係にある位置に対
するウエハ４の位置合わせマーク（アライメントマー
ク）４ｂの位置ズレ量を測定している。７ａは第１計測
方法で用いるHeNeレーザによる第１の照明光源、７ｂは
第２計測方法で用いるハロゲンランプによる波長帯域の
広い第２の照明光源、７ｃはＣＣＤカメラである。Reference numeral 7 is an off-axis microscope as a second measuring means, which has two measuring methods, and these should be exposed at a position different from the position to be exposed regardless of the TTL method. The amount of positional deviation of the alignment mark (alignment mark) 4b of the wafer 4 with respect to the position having a fixed positional relationship from the position is measured. Reference numeral 7a is a first illumination light source by a HeNe laser used in the first measurement method, 7b is a second illumination light source having a wide wavelength band by a halogen lamp used in the second measurement method, and 7c is a CCD camera.
【００２０】これら第１及び第２計測方法で用いる２つ
の光源７ａ，７ｂのどちらか１つを光源として選択し、
その光源からの照明光はアライメント光学系７ｄを介
し、ウエハ４上のアライメントマーク領域を照明してい
る。ウエハ表面で反射ないしは散乱したアライメントマ
ーク４ｂに基づく光は再びアライメント光学系７ｄを介
してＣＣＤカメラ７ｃに結像している。ＣＣＤカメラ７
ｃにより、その像を処理することによって位置情報を得
ている。One of the two light sources 7a and 7b used in the first and second measuring methods is selected as a light source,
The illumination light from the light source illuminates the alignment mark area on the wafer 4 via the alignment optical system 7d. Light based on the alignment mark 4b reflected or scattered on the wafer surface is imaged again on the CCD camera 7c via the alignment optical system 7d. CCD camera 7
The position information is obtained by processing the image with c.
【００２１】その位置計測の基準は、ＴＴＬ顕微鏡６と
同様にウエハ４が露光される位置からある定まった位置
に対応してアフアクシス顕微鏡７内あるいはＣＣＤカメ
ラ７ｃ内におかれ、基準となるべき位置も、ウエハ４が
露光されるべき位置からの位置関係の経時変化を補正す
ることが可能となっている。Similar to the TTL microscope 6, the position measurement reference is placed in the Affaxis microscope 7 or the CCD camera 7c corresponding to a certain position from the position where the wafer 4 is exposed, and the position to be the reference. Also, it is possible to correct a temporal change in the positional relationship from the position where the wafer 4 is to be exposed.
【００２２】図２は、本実施例において前の工程までに
形成された位置合わせマーク（アライメントマーク）９
を示し、ウエハ８上に位置合わせマーク９が回路パター
ン１０とは別の位置に回路パターン１０と同時に露光さ
れ、プロセスを経て形成されている様子を示している。FIG. 2 shows the alignment mark (alignment mark) 9 formed up to the previous step in this embodiment.
7A and 7B, the alignment mark 9 is formed on the wafer 8 simultaneously with the circuit pattern 10 at a position different from the circuit pattern 10 by the process.
【００２３】ウエハ８の位置を測定する際には、そのウ
エハ８の表面状態、即ちアライメントマーク９の物理的
形状、ウエハ８の反射率、フォトレジストの塗布状態等
の、所謂製造プロセスにより、照明光の反射、吸収、散
乱、回折、干渉等の条件が影響を受けることから、計測
に取り込む光の分布が一定ではなく、そのため計測値そ
のものもそうした製造プロセスの影響を受けることが多
い。計測値の真値からのだまされ量を製造プロセスによ
らず小さくするための１つの方法として、位置合わせマ
ークの像を精度よく結像させるのに十分なだけの開口と
ウエハ表面状態に影響を受けないだけの十分な波長帯域
を持った照明光、及びそれを精度よく結像させるべく収
差を補正された計測光学系を用いる方法がある。When the position of the wafer 8 is measured, the surface state of the wafer 8, that is, the physical shape of the alignment mark 9, the reflectance of the wafer 8, the coating state of the photoresist, etc. Since conditions such as light reflection, absorption, scattering, diffraction, and interference are affected, the distribution of light taken in the measurement is not constant, and therefore the measured value itself is often affected by such a manufacturing process. As one method for reducing the amount of deception from the true value of the measured value regardless of the manufacturing process, it is necessary to sufficiently affect the opening and the wafer surface state for accurately forming the image of the alignment mark. There is a method of using illumination light having a wavelength band sufficient not to be received and a measurement optical system whose aberration is corrected so as to form an image of the illumination light with high accuracy.
【００２４】これをＴＴＬ方式で行うためには、その照
明光及び必要な計測光学系の精度に合っただけのＮＡ、
波長帯域、収差補正等を投影レンズを透過しながら実現
する必要がある。In order to perform this by the TTL method, the NA which is suitable for the illumination light and the required accuracy of the measurement optical system,
It is necessary to realize the wavelength band, aberration correction, etc. while transmitting through the projection lens.
【００２５】投影レンズ３は露光光波長に対しては精度
よく収差を補正されている。これに対して非露光の計測
光波長に対しても十分なＮＡ、波長帯域、及び収差補正
を同時に達成することは一般に大変困難である。このた
めＴＴＬ顕微鏡６の絶対的測定の再現性は、ウエハの表
面状態、即ち製造プロセスの影響を免れない。この結
果、重ね合わせ精度が悪くなるか、これを補正するため
に一旦露光し、そのウエハを処理した後、別の顕微鏡で
その重ね合わせ状態を測定し、補正を加えるなどの方法
が必要になり非常に大きな手間を費やすことになる。The projection lens 3 has its aberration accurately corrected with respect to the exposure light wavelength. On the other hand, it is generally very difficult to simultaneously achieve sufficient NA, wavelength band, and aberration correction for the non-exposure measurement light wavelength. Therefore, the reproducibility of the absolute measurement of the TTL microscope 6 is inevitably affected by the surface condition of the wafer, that is, the manufacturing process. As a result, the overlay accuracy will deteriorate, or it will be necessary to use a method such as exposing once to correct it, processing the wafer, then measuring the overlay with another microscope, and making a correction. It takes a great deal of effort.
【００２６】そこで本実施例においては、まずＴＴＬ顕
微鏡６においては非感光光（非露光光）で所望の測定分
解能及び繰り返し再現性を実現するため、投影レンズ３
を通したときの透過率及び色収差が所望値になるように
HeNeレーザ光を使用している。また投影レンズ３のＮＡ
に合わせた適当なＮＡになるように設定された照明光で
ウエハ４を照明し、またウエハ４上で反射ないしは散乱
した光を投影レンズ３も含んだ収差が所望の値になるよ
うに適当に構成された光学系を介し、ＣＣＤカメラ６ｂ
に結像している。Therefore, in the present embodiment, first, in the TTL microscope 6, in order to realize desired measurement resolution and reproducibility with non-photosensitive light (non-exposure light), the projection lens 3 is used.
So that the transmittance and chromatic aberration when passing through will be the desired values.
HeNe laser light is used. Also, the NA of the projection lens 3
The wafer 4 is illuminated with illumination light set to have an appropriate NA according to the above, and the light reflected or scattered on the wafer 4 is appropriately adjusted so that the aberration including the projection lens 3 has a desired value. CCD camera 6b through the configured optical system
Image.
【００２７】ここで図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、位置
合わせマーク４ａの断面形状の摸式図を示し、横軸は計
測しようとする方向を表し、アライメント顕微鏡６によ
り上方から照明し、反射光を計測する場合を示してい
る。このアライメントマーク４ａに対して、レジスト４
ｃの塗布状態が均一なものを図３（Ａ）に、均一でない
ものを図３（Ｂ）に示している。図３（Ｃ），（Ｄ），
（Ｅ）はＴＴＬ顕微鏡６によりHeNeレーザ光を用いて計
測を行うときのそれぞれ反射光を集光しＣＣＤカメラ上
に結像させたときの光の強度分布であり、横軸は計測し
ようとする方向、縦軸は受光光量を表している。3 (A) and 3 (B) are schematic views of the sectional shape of the alignment mark 4a, where the horizontal axis represents the direction to be measured, and the alignment microscope 6 illuminates from above. However, the case where the reflected light is measured is shown. For this alignment mark 4a, the resist 4
FIG. 3A shows that the coating state of c is uniform, and FIG. 3B shows that that is not uniform. 3 (C), (D),
(E) is the intensity distribution of the light when the reflected light is condensed and imaged on the CCD camera when the HeNe laser light is used for measurement by the TTL microscope 6, and the horizontal axis is to be measured. The direction and the vertical axis represent the amount of received light.
【００２８】レジスト膜厚が均一であればその反射光を
結像するとその強度分布は図３（Ｃ）のようになり、こ
れを処理して位置合わせマークの位置を正しく計測する
ことができる。これに対してレジスト膜厚が均一でない
場合は、レジスト膜厚による干渉から反射光の強度分布
が一様にはならず、この反射光を集光させ、ＣＣＤカメ
ラ上に結像した際の強度分布は図３（Ｄ）のようにな
り、この信号を処理すると、位置合わせマークの位置は
図３（Ｂ）に破線で示したような結果になり、読取りに
誤差が生じる。When the resist film thickness is uniform, when the reflected light is imaged, the intensity distribution is as shown in FIG. 3C, and this can be processed to correctly measure the position of the alignment mark. On the other hand, when the resist film thickness is not uniform, the intensity distribution of the reflected light is not uniform due to the interference due to the resist film thickness, and the intensity when the reflected light is focused and imaged on the CCD camera. The distribution is as shown in FIG. 3D, and when this signal is processed, the position of the alignment mark becomes the result shown by the broken line in FIG. 3B, and an error occurs in reading.
【００２９】オフアクシス顕微鏡７は、HeNeレーザ７ａ
と、HeNeレーザ７ａからの光よりも波長帯域の広いハロ
ゲンランプによる光源７ｂも併せ持つ。HeNeレーザ７ａ
を光源として図３（Ａ），（Ｂ）の位置合わせマークを
計測すると、その反射光の分布は前記のＴＴＬアライメ
ントにおけるHeNeレーザ光を用いた計測の際の反射光の
分布とほぼ同じようになることが予想される。The off-axis microscope 7 is a HeNe laser 7a.
And a light source 7b by a halogen lamp having a wider wavelength band than the light from the HeNe laser 7a. HeNe laser 7a
3A and 3B with the light source as the light source, the distribution of the reflected light is almost the same as the distribution of the reflected light at the time of measurement using the HeNe laser light in the TTL alignment. Expected to become.
【００３０】この為、その計測結果も前記ＴＴＬアライ
メントの計測結果と同じような傾向を示し、図３（Ａ）
のレジスト膜厚が一様なものに関しては、その反射光を
ＣＣＤカメラ６ｂ上に結像させたときの強度分布は図３
（Ｃ）のようになる。また図３（Ｂ）のレジスト膜厚が
均一でないものに関しては、その反射光の分布は図３
（Ｄ）のようになり、これを処理すると位置合わせマー
クの位置は図３（Ｂ）の破線で示したような結果にな
る。Therefore, the measurement result shows the same tendency as the measurement result of the TTL alignment, as shown in FIG.
3 has a uniform resist film thickness, the intensity distribution when the reflected light is imaged on the CCD camera 6b is shown in FIG.
It becomes like (C). Further, in the case where the resist film thickness in FIG. 3B is not uniform, the distribution of the reflected light is shown in FIG.
As shown in FIG. 3D, if this is processed, the position of the alignment mark will result as shown by the broken line in FIG.
【００３１】これに対してハロゲンランプ７ｂを光源と
して、波長帯域が十分に広い（例えば半値幅が１００nm
以上）照明光を用いて前記図３（Ａ）及び図３（Ｂ）の
位置合わせマークを計測すると、レジスト膜厚による干
渉は、ある膜厚の部分でその膜厚にちょうど合った波長
の光が吸収されたとしても、照明光の波長帯域は十分に
広いため吸収される光はごく一部分であり、残りの波長
の光は吸収されず正常に反射する。また別の膜厚の部分
でも一部の波長の光だけが吸収され、残りの波長の光は
正常に反射し、吸収される光の割合もほぼ同じであるこ
とが予想される。On the other hand, using the halogen lamp 7b as a light source, the wavelength band is sufficiently wide (for example, the half width is 100 nm.
3) When the alignment marks of FIGS. 3A and 3B are measured using the illumination light, the interference due to the resist film thickness is caused by the light having a wavelength that exactly matches the film thickness at a certain film thickness portion. Even if is absorbed, since the wavelength band of the illumination light is sufficiently wide, the absorbed light is only a part, and the light of the remaining wavelengths is not absorbed and is reflected normally. Further, it is expected that light of a part of the wavelength is absorbed in the part of another film thickness, light of the remaining wavelength is normally reflected, and the ratio of the absorbed light is almost the same.
【００３２】従って波長帯域全体としてみると、レジス
ト膜厚によらずほぼ一定の反射率を示し、レジスト膜厚
の影響を受けなかったことと同じことになり、図３
（Ｂ）のようなレジストの膜厚が均一でない位置合わせ
マークについても、その反射光の分布は図３（Ｅ）のよ
うに一様になり、正しく位置合わせマークの位置情報を
得ることが可能となる。またHeNeレーザ７ａ及びハロゲ
ンランプ７ｂからのそれぞれの照明光ないしは計測系の
違いによる誤差、例えば色収差による計測値のオフセッ
ト等は、位置合わせマークの形状やレジストの塗布状態
が保証されたウエハ、或いはステージ上の位置合わせマ
ーク等を上記２種類の照明光で観察し計測することによ
って、即ち２つの計測方法で計測することによって、２
種類の照明光ないしは計測系の違い等に起因する計測値
の誤差を補正することを可能としている。Therefore, in the entire wavelength band, the reflectance is almost constant irrespective of the resist film thickness, which is the same as the fact that the resist film thickness is not affected.
Even in the case of the alignment mark in which the resist film thickness is not uniform as in (B), the distribution of the reflected light becomes uniform as shown in FIG. 3E, and the position information of the alignment mark can be obtained correctly. Becomes In addition, errors due to differences in illumination light from the HeNe laser 7a and the halogen lamp 7b or differences in measurement systems, such as offset of measurement values due to chromatic aberration, may occur in wafers or stages in which the alignment mark shape and resist coating state are guaranteed. By observing and measuring the above alignment marks and the like with the above two types of illumination light, that is, by measuring with two measuring methods,
It is possible to correct an error in a measurement value caused by a difference in kind of illumination light or a measurement system.
【００３３】次に本実施例におけるアライメントの手順
としてグローバルアライメントの例を示す。まず、オフ
アクシス顕微鏡７により、図２に示した位置合わせマー
ク９−１を、基準計測（第２計測方法）として波長帯域
の広いハロゲンランプ７ｂを光源として用いた計測を行
い、オフアクシス顕微鏡７内の基準位置からの位置ズレ
Ａ1 を求める。次にウエハの位置を動かさずにＴＴＬ顕
微鏡６で行おうとする照明光、即ちHeNeレーザ光７ａを
用いた照明光で同じ位置合わせマークの計測（第１計測
方法）を行い、同じようにオフアクシス顕微鏡７内の基
準位置からの位置ズレａ1 を求める。そして、この２回
の計測の結果から、基準計測に対するＴＴＬアライメン
トの計測誤差、ｅ1 ＝ａ1 −Ａ1 を予測する。Next, an example of global alignment will be shown as the alignment procedure in this embodiment. First, the off-axis microscope 7 measures the alignment mark 9-1 shown in FIG. 2 using a halogen lamp 7b having a wide wavelength band as a light source for reference measurement (second measurement method). The positional deviation A 1 from the reference position within is calculated. Next, the same alignment mark is measured (first measurement method) with the illumination light that the TTL microscope 6 intends to perform without moving the wafer position, that is, the illumination light using the HeNe laser light 7a, and the same off-axis measurement is performed. A positional deviation a 1 from the reference position in the microscope 7 is obtained. Then, a measurement error of TTL alignment with respect to the reference measurement, e 1 = a 1 −A 1 is predicted from the results of these two measurements.
【００３４】次に、他の２つの位置合わせマーク９−
２，９−３についてもそれぞれオフアクシス顕微鏡７の
計測可能な位置にステージを駆動させ、同じ２回ずつの
計測をそれぞれについて行い、同様に基準計測に対する
ＴＴＬアライメントの計測誤差ｅ2 ＝ａ2 −Ａ2 及びｅ
3 ＝ａ3 −Ａ3 を予測する。Next, the other two alignment marks 9-
Also for 2 and 9-3, the stage is driven to a measurable position of the off-axis microscope 7, the same measurement is performed twice each, and similarly, the measurement error e 2 = a 2 − of the TTL alignment with respect to the reference measurement. A 2 and e
3 = a 3 -A 3 to predict.
【００３５】オフアクシス顕微鏡７は、その基準位置が
ウエハを露光する際の所望の位置に対して定まった位置
になるように設定されており、オフアクシス顕微鏡７で
計測された後、この定まった量だけウエハを移動させ、
ＴＴＬ顕微鏡６によりHeNeレーザ光を光源として計測を
行う。ＴＴＬアライメントによるこれらの位置合わせマ
ーク９−１，９−２及び９−３の計測値、即ち所望の位
置との変位（位置ズレ）が、それぞれｂ1 ，ｂ2 及びｂ
3 であったならば、この位置において仮に前記オフアク
シス顕微鏡でハロゲンランプを光源として測定したとす
れば、これらの位置合わせマーク９−１，９−２及び９
−３の計測結果Ｂ1 ，Ｂ2 及びＢ3 は、それぞれＢ1 ＝
ｂ1 −ｅ1 ，Ｂ2 ＝ｂ2 −ｅ2 及びＢ3 ＝ｂ3 −ｅ3 で
あると予測することができる。The off-axis microscope 7 is set so that its reference position becomes a fixed position with respect to a desired position when exposing a wafer, and after the measurement by the off-axis microscope 7, this fixed position is set. Move the wafer by the amount,
The TTL microscope 6 measures with HeNe laser light as a light source. The measured values of these alignment marks 9-1, 9-2 and 9-3 by TTL alignment, that is, the displacements (positional deviations) from the desired positions are b 1 , b 2 and b, respectively.
If it is 3 , assuming that the halogen lamp is used as a light source in the off-axis microscope at this position, the alignment marks 9-1, 9-2 and 9 are obtained.
-3 measurement results B 1 , B 2 and B 3 are B 1 =
b 1 -e 1, B 2 = b 2 -e 2 and B 3 = b 3 can be expected to be -e 3.
【００３６】このため本実施例においては、上記のよう
に計測誤差の予測値をもって補正した上記値Ｂ1 ，Ｂ2
及びＢ3 をもって各位置合わせマーク９−１，９−２及
び９−３の位置情報とし、これを基にウエハ４にレチク
ル２上の回路パターンを投影転写する際の位置を決定す
る。これにより、これまでＴＴＬ顕微鏡６が実現してき
た重ね合わせ精度よりも高精度の重ね合わせ露光を可能
としている。Therefore, in the present embodiment, the above values B 1 and B 2 corrected with the predicted value of the measurement error as described above.
And B 3 are used as the position information of the alignment marks 9-1, 9-2 and 9-3, and the position at which the circuit pattern on the reticle 2 is projected and transferred onto the wafer 4 is determined based on this information. This makes it possible to perform overlay exposure with higher precision than the overlay precision achieved by the TTL microscope 6 up to now.
【００３７】次に上記説明した投影露光装置を利用した
半導体デバイスの製造方法の実施例を説明する。Next, an embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device using the projection exposure apparatus described above will be described.
【００３８】図４は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の
半導体チップ、或いは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造の
フローを示す。FIG. 4 shows a flow of manufacturing a semiconductor device (semiconductor chip such as IC or LSI, or liquid crystal panel, CCD or the like).
【００３９】ステップ１（回路設計）では半導体デバイ
スの回路設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では
設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。In step 1 (circuit design), a semiconductor device circuit is designed. In step 2 (mask manufacturing), a mask having the designed circuit pattern is manufactured.
【００４０】一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリ
コン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４
（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、前記用意したマ
スクとウエハを用いてリソグラフィ技術によってウエハ
上に実際の回路を形成する。On the other hand, in step 3 (wafer manufacturing), a wafer is manufactured using a material such as silicon. Step 4
The (wafer process) is called a pre-process, and an actual circuit is formed on the wafer by lithography using the prepared mask and wafer.
【００４１】次のステップ５（組立）は後工程と呼ば
れ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導
体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシ
ング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封
入）等の工程を含む。The next step 5 (assembly) is called a post-process, and is a process of forming a semiconductor chip by using the wafer manufactured in step 4, an assembly process (dicing, bonding), a packaging process (chip encapsulation). Etc. are included.
【００４２】ステップ６（検査）ではステップ５で作製
された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト
等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイス
が完成し、これが出荷（ステップ７）される。In step 6 (inspection), the semiconductor device manufactured in step 5 undergoes inspections such as an operation confirmation test and a durability test. Through these steps, the semiconductor device is completed and shipped (step 7).
【００４３】図５は上記ウエハプロセスの詳細なフロー
を示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化
させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁
膜を形成する。FIG. 5 shows a detailed flow of the wafer process. In step 11 (oxidation), the surface of the wafer is oxidized. In step 12 (CVD), an insulating film is formed on the wafer surface.
【００４４】ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に
電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打
込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では前記説明した露光装置によってマ
スクの回路パターンをウエハに焼付露光する。In step 13 (electrode formation), electrodes are formed on the wafer by vapor deposition. In step 14 (ion implantation), ions are implanted in the wafer. Step 15
In (resist processing), a photosensitive agent is applied to the wafer. In step 16 (exposure), the circuit pattern of the mask is printed and exposed on the wafer by the above-described exposure apparatus.
【００４５】ステップ１７（現像）では露光したウエハ
を現像する。ステップ１８（エッチング）では現像した
レジスト以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジス
ト剥離）ではエッチングがすんで不要となったレジスト
を取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことに
よってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。In step 17 (development), the exposed wafer is developed. In step 18 (etching), parts other than the developed resist are scraped off. In step 19 (resist peeling), the resist that has become unnecessary due to etching is removed. By repeating these steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer.
【００４６】本実施例の製造方法を用いれば、従来は製
造が難しかった高集積度の半導体デバイスを容易に製造
することができる。By using the manufacturing method of this embodiment, it is possible to easily manufacture a highly integrated semiconductor device which has been difficult to manufacture in the past.
【００４７】[0047]
【発明の効果】本発明によれば以上のように、ＴＴＬ方
法とオフアクシス方法の双方で用いる各顕微鏡及び双方
の方法を適切に用いることにより、真値からのだまされ
量を少なくし、レチクルとウエハとの相対的な位置合わ
せを高精度に行うことのできる位置合わせ装置及びそれ
を用いた半導体デバイスの製造方法を達成することがで
きる。As described above, according to the present invention, by properly using each microscope used in both the TTL method and the off-axis method and both methods, the amount of deception from the true value can be reduced and the reticle can be reduced. It is possible to achieve an alignment apparatus that can perform relative alignment between a wafer and a wafer with high accuracy and a semiconductor device manufacturing method using the same.
【図１】本発明の実施例１の要部概略図FIG. 1 is a schematic view of a main part of a first embodiment of the present invention.
【図２】図１の一部分の説明図FIG. 2 is an explanatory view of a part of FIG.
【図３】アライメントマークとレジスト及びそれからの
出力信号の説明図FIG. 3 is an explanatory diagram of an alignment mark, a resist, and an output signal from the resist.
【図４】本発明に係る半導体デバイスの製造方法のフロ
ーチャートFIG. 4 is a flowchart of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
【図５】本発明に係る半導体デバイスの製造方法のフロ
ーチャートFIG. 5 is a flowchart of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
１ 照明系 ２ レチクル（第１物体） ３ 投影光学系 ４ ウエハ（第２物体） ４ａ，４ｂ アライメントマーク ５ 可動ステージ ６ ＴＴＬ顕微鏡（第１計測手段） ７ オフアクシス顕微鏡（第２計測手段） 1 Illumination System 2 Reticle (First Object) 3 Projection Optical System 4 Wafer (Second Object) 4a, 4b Alignment Mark 5 Movable Stage 6 TTL Microscope (First Measuring Means) 7 Off-axis Microscope (Second Measuring Means)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５２５ Ｘ ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI technical display location H01L 21/30 525 X
Claims (5)
第１計測手段と、該第１計測手段とは異なる位置で該被
測定物位置情報を読み取る第２計測手段とを有し、該第
２計測手段は光学的特性の異なる少なくとも２つの計測
方法を有し、該２つの計測方法で得られた計測結果を利
用して、該第１計測手段で得られた計測値を補正して、
該被測定物と該第１計測手段との位置合わせを行ってい
ることを特徴とする位置合わせ装置。1. A first measuring means for optically reading position information of an object to be measured, and a second measuring means for reading position information of the object to be measured at a position different from the first measuring means. The second measuring means has at least two measuring methods having different optical characteristics, and uses the measurement results obtained by the two measuring methods to correct the measurement values obtained by the first measuring means. ,
A positioning device, characterized in that the object to be measured and the first measuring means are positioned.
手段を有していることを特徴とする請求項１の位置合わ
せ装置。2. The alignment device according to claim 1, further comprising a driving unit that mounts the object to be measured and is movable.
介して第２物体面上に投影露光する際、該第２物体の位
置情報を該投影光学系を介して光学的に読み取る第１計
測手段と、該第１計測手段とは異なる位置で該第２物体
の位置情報を読み取る第２計測手段とを有し、該第２計
測手段は光学的特性の異なる少なくとも２つの計測方法
を有し、該２つの計測方法で得られた計測結果を利用し
て、該第１計測手段で得られた計測値を補正して、該第
２物体と該第１計測手段、又は該第１物体との位置合わ
せを行っていることを特徴とする投影露光装置。3. When the pattern on the first object plane is projected and exposed on the second object plane through the projection optical system, the positional information of the second object is optically read through the projection optical system. One measuring means and a second measuring means for reading the position information of the second object at a position different from that of the first measuring means, and the second measuring means includes at least two measuring methods having different optical characteristics. And using the measurement results obtained by the two measurement methods to correct the measurement value obtained by the first measurement means to obtain the second object and the first measurement means, or the first measurement means. A projection exposure apparatus characterized by performing alignment with an object.
の光軸と直交する平面内に移動可能な駆動手段を有して
いることを特徴とする請求項３の投影露光装置。4. The projection exposure apparatus according to claim 3, further comprising a driving unit that mounts the second object and is movable in a plane orthogonal to the optical axis of the projection optical system.
パターンを照明し、該微細パターンを投影光学系により
ウエハ面上に投影し、露光した後に、該ウエハを現像処
理工程を介して半導体デバイスを製造する際、該ウエハ
の位置情報を該投影光学系を介して光学的に読み取る第
１計測手段と、該第１計測手段とは異なる位置で該ウエ
ハの位置情報を読み取る第２計測手段とを有し、該第２
計測手段は光学的特性の異なる少なくとも２つの計測方
法を有し、該２つの計測方法で得られた計測結果を利用
して、該第１計測手段で得られた計測値を補正して、該
ウエハと該第１計測手段、又は該レチクルとの位置合わ
せを行っていることを特徴とする半導体デバイスの製造
方法。5. A semiconductor device is illuminated through a developing process by illuminating a fine pattern on a reticle surface with a light beam from an illumination system, projecting the fine pattern on a wafer surface by a projection optical system, and exposing the wafer. When manufacturing a device, a first measuring unit that optically reads the position information of the wafer through the projection optical system, and a second measuring unit that reads the position information of the wafer at a position different from the first measuring unit. And has the second
The measuring means has at least two measuring methods having different optical characteristics, and using the measurement results obtained by the two measuring methods, corrects the measured value obtained by the first measuring means, A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a wafer is aligned with the first measuring means or the reticle.
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| JP7018638A JP3039305B2 (en) | 1995-01-11 | 1995-01-11 | Alignment apparatus and method for manufacturing semiconductor device using the same |
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| US6590634B1 (en) | 1996-11-28 | 2003-07-08 | Nikon Corporation | Exposure apparatus and method |
| US8859167B2 (en) | 2012-08-31 | 2014-10-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Pattern forming method, positional deviation measuring method and photomask |
-
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- 1995-01-11 JP JP7018638A patent/JP3039305B2/en not_active Expired - Fee Related
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