JPS5882248A - 自動整合装置 - 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】 本発明は、マスクとウェハーの様な２物体の相互位置の
自動整合装置に関するものである。

半導体焼付装置の様に２種以上のマスクを用いてウェハ
ーに順次焼付けていく装置において焼付時におけるマス
クをウェハーの整合精度は素子の微細化に伴ないζクロ
ンあるいはサブミクロンのオータンが要求されてきてい
る。従来こうした作業は熟練した作業者によ）行なわれ
ていたがそれにかかる時間及び疲労ははなはだしく自動
化が望まれ近年実用される様になった。

この様な事情によりマスクとウェハーの自動整合装置に
おける精度と効率の向上は重要なテーマである。

（こ この種の装置としては、特開昭４７−３６７６５−ｉ！
、、示された装置が知られている。そしてこの装置は走
査面上にアライメントマークを有する半導体焼付は用の
マスクとウェハーを重ねて配置し、これらのアライメン
トマークを走査し、アライメントマーク間の位置関係を
検出することによってマスクとウェハーの位置関係を検
出している。マスクのアライメントマークは平行な関係
に有る第１．第２のパーにやはり平行な関係にある第３
．第４のバーを９０度の角度で交差させた構成でオシ、
又ウェハーのアライメントマークは第５．第６のバーを
９０度の角度で交差させた構成である。

これらのアライメントマークの走査は拡大像位置に配さ
れた移動開口によりて行なわれている＠そして、この移
動開口は検出信号のレベルを大きくするためにスリット
状である。

移動開口をスリット状にしたため、交差したパーを検出
するためには２つの直交関係に有るスリブ）ｔＮ開口が
必要になる。そして、一方のスリットによっである方向
のマークの位置関係を検出し、他方のスリットによって
前記ある方向に対して直角方向のマーりの位置関係を検
出している。

この様に従来の光学装置は光電の問題を考慮しに場合複
数個のスリットを設けなければならなく又複数個のスリ
ットを設けることによって光学系を複雑にするという欠
点を有していた。

又、検出用照明光は、物体の被観察領域全体を照明し、
その一部からの光を順次光検出器で検知している為、照
明光のごく一部しか検出に寄与していないことになシ、
有効とはいえない。

又、＊の装置の例では、物体面をスポットで走査してい
るものがある。この場合には走査線上にゴミが存在した
場合又は、アライメントマークの欠落等による整合の失
疑もしくは精度の悪化という欠点を有していた。

本発明は先願の以上の欠点の改良、すなわち簡単な光学
系の提供と照明光の有効利用を図ると同時に高精度、高
効率（自動整合可能率）の位置決めを可能にした自動整
合装置を提供することを目的としている０ その為、本発明においては簡単な光学素子からなる照明
光のすべてを収束するスリットビーム発生手段とアライ
メントマークの走査にあたりスリットビームを所望な時
期に所望な傾斜に変更させる手段と制御系及びスリット
ビームを光軸に対し変位又は偏向させる手段を含む走査
装置によるアライメントマークのフライングスリットビ
ーム走査による信号検出とそれに基づくマスク、ウエノ
・−の相対ズレ量の算出によりマスク、ウェハーを相対
的に移動させて整合するＯ 尚、照明光はコヒーレント光源であるレーザーである。

宏 以上は、マスクとウェハーの精良整合について述べたが
、それ以外の対象物体の例えば印刷用の原板整合に適用
可能である〇 以下、実施例図を用いて説明する。

第１図は本発明の実施例である。図中、１はウェハー、
３はマスクである。ウェハー１上には第３図で付番３８
，３９で示す如き、走査線に対し４５＠傾むいて配設さ
れた線もしくはスリット状のアライメントマークが設け
られている。

又マスク３上には第３図で付番３４，３５゜３６．３７
で示す如き走査線に対し４５″′傾むいて配設された線
もしくはスリット状のアライメントマークが設けられて
いる。もちろんこれらは巨視的に線もしくはスリット状
であればよくドツトや小角片の集合で構成されていても
よい〇再び第１図の説明に戻って、２７はコヒーレント
光源つｔｂレーザーである。２４は回転軸３３を中心と
して回転する回転多面鏡、もちろん他の光学素子たとえ
ばガルバノミラ−、音響光学素子を用いることも可能で
ある。１１゜１９．２３は中間レンズである。５はテレ
七ントリック対物レンズである。中間レンズ１１，１９
゜２３は牛柵＝＝イ回転多面鏡２４からの偏向光の偏光
原点２５（すなわち振れ原点）を対物レンズ５の１位［
６の中の７に形成する。従ってレーザービームは回転多
面鏡の回転によシマスフウェハーを走査する。８は目視
観察系層照明）ミラー、２１はレンズで、５．１１．１
９　　と共働してマスク、ウェハー１．３の像を結像す
る０２２は接眼レンズｏ１２は光電検出系１３〜１７を
形成するハーフミラ−である０１３はミラー、１４はレ
ンズで１１と共働して振れ原点像７を丹結像する０１５
は空間フィルターであシ、振れ原点像と同程度の大きさ
の透光部を有している０従りて、このフィルター１５は
ノくターンのエツジの無い部分からの光は遮光し、パタ
ーンエツジからの散乱光は透過させる性質を持ってｉる
０１６はコンデンサーレンズ、１７は光検出器である０
２６はシリンドリカルレンズであり、レーザービームを
第３図の４０又は４１に示す如く細長いスリット状ビー
ムに形成する。

さ ビームの線巾、畏服はアライメントマークと同程度にす
ると良い結果が得られる。２８はシリンドリカルレンズ
ハウジング。２９．３０は歯車で２９は２８に固定、３
１は回転形のアクチェエータ−１たとえばステップモー
ターである０３２は３１０制御系である◇ 従って細長いスリット状ビームは光軸と直交する直向に
おいて制御系の指令によって任意の方向に回転可能であ
る。１ダツシエで示した付番は は対称に配置しであるもので説明略す。

△ 以下に第１図の整合装置の動作を説明する。

マスク３．ウェハー１上のアライメントマークが第３図
の如く配列されていたとする。４２は走査軸である０マ
スクのアライメントマーク３４゜３５及び３６．３７は
それぞれ平行でかつ走査軸４２に対しｑ傾斜している様
あらかじめ設定されていたとす葛０シリンドリカルレン
ズ２６は制御系３２の指令によシ歯車２９，３０を経由
しである量回転し走査ビーム４０に示す如くθ 走査軸に対しＱの傾斜をもつ。この状態で走査した時の
光検出器の出力は第４図に示す如くなる。すなわち、Ｐ
、〜Ｐ、はアライメントマーク３４．３８．３５にそれ
ぞれ対応した信号でろる０又、走査面上に微小表ゴ建が
あって屯スポット伏ビームの場合とは異なり、平均化さ
れ出力として、実用上検知されない。そして、傾斜の異
なる側つまり第３図に示す整合用マーク３６１３９．３
７の部分からの出力は実用上無視できる。・ この信号は第４図に示す如く、パルス間隔測定回路４３
に入力される０この回路はヒゲパルス発生器を有し、走
査パルス信号によってヒゲパルスをカウント開始し、次
の走査パルス信号によってヒゲパルスのカウントを停止
することによってパルスとパルスの間隔を測定している
０パルス間隔の測定値％９％は制御系３２の指令により
メモリー４４に送られ保持される。以上の測定データー
を１セツトして制御系３２によシ指令された算セットの
データを取込むまで繰り返す６ｎセツトのデーターが取
シ込まれると制御系３２は駆動源３１に指令しシリンド
リカルレンズをこの例においては９０′″回転させる。

するど走査ビームは第３図の４１に示す如く配置され、
走査を開始する。この場合の光検出器の出力は第５図に
示す如くなる。信号は同様にパルス間隔測定回路４３に
送られ測定器Ｗ、　、　Ｗ。

は制御系３２の指令によシメモリ−４５に送られ保持さ
れる。以下爲セットのデーターが同様に取り込まれる。

測定データーＷ、〜Ｗ４が所定セット数取シ込まれると
制御系３２はデーターを演算回路４６に送シマスクとウ
ェハーのアライメントマークのズレ量、すなわちマスク
とウェハーのズレ量を演算させる。　　′ マスクとウェハーのズレ量は で表わせる。

以上はマスク、ウェハー上に２軸あるうちの１軸につい
て説明したものであるが、他の軸についても同様の処理
が行なわれ、Ｘ−Ｙのズレθ 量が検出される。これからｑ方向のずれが左右のＹ方向
のズレの差分として検出される。

θ を相対的に移動させて、マスクとウェハーを整合する。

第１図において、マスク３、ウェハ−２はわかシ易くす
る為、離れて作図しであるが実際は近接している。又第
２図に示す如くマスク３、ウエハア２を離間し中間に投
影系付番６゜を配置しても何ら差し支え表い。投影系の
倍率比も問わない。

次に変形例について説明する。

第７図〜第１０図に示した例は第１の実施例である第１
図における付番２６〜３１で示した走査ビームを光軸に
直交する面内で所定の角度回転させる機構の変形例であ
る。他の部分紘第１実施例と同様である。

きることに対し、初期に設定された傾斜へ、（の範囲の
み可動で゛ちるが、□駆動方法がシンプルになることで
ある。

まず第７図において２４は回転多面鏡、２６゜２６′は
同仕様のシリンドリカルレンズである。

こむでシリンドリカルレンズ２６．２６’は走査る０４
７はホルダー、４８はシリンドリカルレンズ２６．２６
’を光軸に直交方向に直線運動させる公知の駆動源、た
とえばシリンダー、す４アモーシヲンソレノイド等であ
る。又、直線運動のストロークは不図示のストッパーに
ょシリンドリカルレンズが所定光軸上に合致する様制限
されている◇ もちろん駆動源４８は第１図に示す制御系３２の制御に
よって一作することは第１実施例と同様である。

従って、制御系３２の指令にょシ駆動源が動作し、シリ
ンドリカルレンズが切換わり第３図に示す様、走査ビー
ムは４０もしくは４１に設定される。

第８図の例は同仕様のシリンドリカルレンズ２６．２６
’が回転軸５７を持つホルダー５８の所定位置すなわち
回転軸５７の同心円周上で所定の角度関係に配置されて
いる。そして制御系３２の指令により不図示で公知の駆
動源たとえばロータリーソレノイド等と回転制限ストッ
パーの作用によりシリンドリカルレンズ２６．２６’は
第１図に示す光軸５９に合致する様回転され２０光軸５
９におけるシリンドリカルレンズ２６、．２６’は所定
の角度関係にあるので走査ビームは第３図に示す４０も
しくは４１に設定される。以下第１実施例と同様である
。

第９図の例にてシリンドリカルレンズ２６．２６’は光
軸に直交する面内にて所定の角度関係に配置されている
０５１，５２はミラー、４９．５０は偏光ビームスプリ
ッタ−で偏光方向にょシ反射又は透過する性質をもって
いる０５３はλ力板であシ偏光を変える性質をもってい
る０５４はホルダー、４８は第６図の例で述べた直線運
動駆動源、２７′はこの場合、偏光型レーザーである。

今、レーザー２７−は紙面内方向の偏光であるとする０
これをＰ偏光と呼ぶ。次にλ々力板３に入射するとＰ偏
光は紙面に垂直なＳ偏光に変わＬ偏光ビームスプリッタ
−５０の反射面５０’によシ全反射する・そしてミラー
５１を経由しシリンドリカルレンズ２６に入射し、スリ
ット形ビームに成型される。続いて偏光ビームスプリッ
タ−４９の反射面４９′により全反射され回転多面鏡２
４に向かう。次に駆動源４８に不図示の制御部３２よシ
指令が送られ、λ力板５３辱 が光路外に鶏避させられると、レーザービームはＰ偏光
のままビームスプリッタ−５０に入射し先はどとは逆に
全透過する。そしてミラー５２を経由しシリンドリカル
レンズ２６′によシスリット形ビームに成型され、先は
どと同様ビームスプリッタ−４９を全透過し、回転多面
鏡２４に向かう。

要するにλ／２板５３の切換えにより光量のロスなく光
路切換えが出来、結果としてスリット形ビームの光軸に
直交面内での回転方向を第３図の４０ｔ４１に示す如く
所定の方向に変えられるということである０ この例において、λ力板を他の光学素子、たとえば電気
光学素子に置き換えることも可能であり、その場合には
直線駆動源４８は不要でより簡単な構造となる。

第１０図の例は第９図の例とほぼ同様であるが、光ｉ長
補正ガ２ス５４が入っていることと、２光路を経由した
ビームは偏光方向力丈同−になる様い板５３がもう一つ
入りていること力（異なっている０従って光路長の補正
及びビームの偏光方向を一定にする必要のある場合には
有効である０ 以上述べた様に本発明は先願の欠点である複雑表光学系
であること、照明光を有効に利用していない、又他装置
の例に見られるスポットビーム走査であることに起因す
る欠点、すなわち走査線上にゴミが存在した場合又はア
ライメント！−りの欠落等による整合の失敗もしくは精
度の悪化という点の改良について簡単な光学素子からな
るスリットビーム発生手段とアライメントマークの走査
にあたシスリットビームを所望な時期に所望な傾斜に変
更させる手段と制御系及びビームを光軸に対し変位又は
偏向させる手段を含む走査装置によるフライングスリッ
トと一人物体面走査を導入することによシ解決し九〇 以上により、簡単な光学系及び照明光の有効利用及び整
合精度、整合可能率の向上を実現したつまシ走査ビーム
がスリット状でアライメントマークと平行であることに
よりゴミ及びアライメントマークの欠落等の不完全部分
の占める割合が低下し、より完全な信号が得られること
によりＩＥ合精度、至合可能率の向上が達成されたとい
うことである。

さらに言うならば照明光の有効利用を実現したというこ
とは、レーザー光源の採用と相まって自動整合可能率の
向上に非常に大きな効果がある０つまシ、他の条件を固
定すれば走査面からの信号の大きさは単位面積当たシの
供給光量に比例するという関係からスリットビームに全
照明光束を収束させるということはウェハーの様に信号
の得られにくい物体からも自動整合用として十分大きな
信号が供せられ、自動整合の成功率が高まるということ
である。逆に言えば一定の信号出力を得るに、よシ小さ
な光源でよいことになり使用電力の軽減・装置サイズの
小型化が図れるという、効果がある。

又、整合精度という観点から見た時、走査装置の安定性
すなわち走査速度の安定性が大きな問題になシ、安定性
の誤差は即整合精度の低下につながる。この点について
本発明においては、回転多面鏡あるいはガルバノミラ−
１音譬光学素子等を走査物体としているので構造上走査
速度の安定性が保ちやすく、結果として整合精度の向上
が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の自動整合装置の光学配置を示す図、第
２図は第１図光学配置の一部変形例を示す図、第３図は
アライメントマークを示す図、第４図及び第５図は第３
図のアライメントマークの読み取）信号を示す図、第６
図は本発明の自動整合装置の信号処理回路のブロック図
、第７図から第１０図はそれぞれ第１図の線像形成部の
変形例を示す図である。 図中１はウェハー、３はマスク、５は対物レンズ、１３
〜１７は光電検出系、２０〜２２は目視観察系、２４は
回転多面鏡、２６はシリンドリカルレンズ、２フはレー
ザー、３４〜３７はマスクのアライメントマーク、３８
〜３９はウェハーのアライメントマーク、４３はパルス
間隔測定回路、４４〜４５はメモリー、４６は演算回路
、３２は制御系である。 出願人　キャノン株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）半導体マスクとウェハーの如き２物体の所定位置
   にそれぞれ形成された線状若しくはスリット状のアライ
   メントマーク上を該マークに対して所定角度の走査線に
   沿って、この走査線に対して所定角度を有する線状若し
   くはスリット状の走査ビームで走査し、両アライメント
   マークの相互位置関係を読み取シ、少なくとも一方の物
   体を他方に対して移動させ両物体を所定位置関係に整合
   することを特徴とする自動整合装置。 （２）半導体マスクとウェハーの如き２物体にそれぞれ
   形成された傾き方向が異なる少なくとも２本の線状若し
   くはスリット状の７２イメントマークを傾き方向がそれ
   ぞれ異なる線状若しくはスリット状の走査ビームで走査
   し、両アライメントマークの相互位置関係を読み取シ、
   少なくとも１方の物体を他方に対して移動させ両物体を
   所定位置関係に整合する゛ことを特徴とする自動整合装
   置。 （８）半導体マスクとウェハーの如き２物体にそれぞれ
   形成され傾き方向が異なる少なくとも２本の線状若しく
   はスリット状のアライメントマークの全体を傾き方向の
   異なる線状若しくはスリット状の走査ビームで少なくと
   も２回走査し１両アライメントマークの相互位置関係を
   読み取シ、少なくとも１方の物体を他方に対して移動さ
   せ両物体を所定位置関係に整合することを特徴とする自
   動整合装置。