JPS62183117A

JPS62183117A - 位置合せ装置

Info

Publication number: JPS62183117A
Application number: JP61024549A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Imahashi; 今橋　一成
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1986-02-06
Filing date: 1986-02-06
Publication date: 1987-08-11
Anticipated expiration: 2010-10-25
Also published as: JPH0799731B2

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】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ろ装
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
せろ装置に関する。

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ろことによって
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回目す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１ｌｌｌｆｉ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は時に、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
回填込んｔ！ツタ−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
と同時に作られろ）を合わせろ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
ゲフ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２ＴｙＪ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ｔ二側を示すもので、６がマスク
上のターゲット、７がつニーへ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１よ作ちれている。第３図は、このようなターゲッ
ト癲察用の光学系及び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（よ次回焼付けろための
ＩＣパターンで、縮小投影レンズ１４を通して前回のＩ
Ｃパターン１３の上に焼付けられる。１７はパターン１
８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
リコンウェー八で、パターンは全てこの上に焼付けられ
ろ。３２はシリコンウェー八１１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、焼付は光軸１５にＩ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；よ、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
方向から焼付は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
１３の位置に投影することによって行なう。次に、位置
合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ｔｅ！！Ｉ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２
フを通して必要な波長成分ｔ！けが取り出されろ。その
後半透プリズム２３で反射され、光軸３１、プリズム２
２．光軸２８．ｕ集用光学レンズ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
、今の経絡を逆にたどり、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１
２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
八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、焼付は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
焼付は光の波長に於いて、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ろわけであるが、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分
部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
。このように焼付は光と同じ光でウェーハ上のターゲッ
トをＩＩＩ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ろことになり、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は用の
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
せろことはない。しかし縮小投影レンズ（よ、レンズ技
術の極限を追求しｔこ高度なレンズであるため、一般的
には焼付は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ク
ーゲットを観察する時、焼付は用の光とは異なった波長
の光で観察すると、通常は焼付は光の焦点位置とターゲ
ラ）ＩＩ察光の焦点位置が異なる。このような現型を補
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、ンを若干動かし、位置合わせの時と焼付けの時
でそれぞれ焦点を合わせろ方法がとられている。このよ
うな手段は、位置合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、焼付は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、ウェーハ上のターゲットは焼付は光と
は異なる波長で照射して十分に観察可能にすると共に、
マスク上のターゲットとウェーハ上のターゲットは同時
に観察可能で、更にターゲットの観察と焼付けとの間に
は何等の機械的な動きもせず、縮小投影レンズも焼付は
先具外の波長の光に対する補正は同等必要としない位置
合わせ装置ｔｔ提供することにある。

５）発明の特徴本発明の特徴は、焼付は光とは異なった波長の光でウェ
ーハ上のターゲットを照射し、更にウェーハ上のターゲ
ット照射光の波長とも異なる第三の波長を持った光でマ
スク上のターゲットを照射することによって、縮小投影
レンズが焼付は光に於いて焦点が合った位置で同時にウ
ェーハ上のターゲットとマスク上ターゲットが観察可能
な位置合わせ装［こ関する。

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＋Ｃパターンであ咋、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ろ。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
焼付は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。縮小投影レンズが焼
付は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を焼付は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によつて
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１こできる。そして一般的には縮
小投影レンズは焼付は光に於いてｔ！け各種誤差が取も
除かれｔ二設計になっているため、焼付は光で焦点が合
う位置に於いては、マスク側にできろウェーハ上のター
ゲットの実像は５２で示すようにマスク上のＩＣパター
ン４８またはマスク上のターゲット４９とは異なっｔ二
平面にできろ。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ツト像４９と５２の位１こでき
るウェーハ上のターゲットの実；象は、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ｔコ
ニ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図に戻って説明を統ける。図中６５．６
６．６７＋よウェーハ上のターゲットを照明するｔ二め
の光の投光部で、例えばＳ　ＯＯｎｍ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、６８．６
９．７０はマスク上のターゲットを照射する光の投光部
で１例えば６００　ｎｍ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ｌま半透プリズ
ム６４で合成され、同時に双方のターゲットを照射する
が待ｉこ差し支えはない。次に観察用レンズ５３（よ、
ウェーハ上のターゲットを照射する光（前例では５０゜
ｎｍ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
６００　ｎｍの光）に対してはテレビカメラ上と図中５
１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ゆ、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は光の波長（例えば２５　Ｏ
ＩＴ＠）だけに着目して、最高の技術で設計製作する。

飢）前記設計の結果得られた縮小投影レンズに、ウェー
八ターゲット照明光（例えば５００　ｎ＋ｍ）を通した
時の焦点位置を知る。

置）マスク上のターゲットを照射する光の波長を決めろ
。（例えば６００　ｎ＠ＩＮ）縮小投影レンズに焼付は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
の差をくとするとき、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しくになる如く設計
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ξ
こよって、縮小投影レンズによって生じた焼付はパター
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ｔこが、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乙となくＭ
ａｔニーへ上に照射し、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ｔ！けを際だた
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ＩＩｉ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ステージを働かす必要がないため、露
光を数回に分けて行い・（焼付は光がパルスレーザ−か
ら得られろ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Ｌともできろ。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、焼付は光がＸ＠になっｔこ時このようなレンズ
はなくなり、マスクとつ工−ハはａミクロンから数十ミ
クロンの間隔を置いて配置されろ。

しかし、このような場合に於いても、本発明の主旨を使
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８１憾的な移動を
伴うことなく、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、０．０１２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、焼付は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測長習で補正する
にしても、誤差が生じてくる。レーザー潤長器で０．０
１ｊ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０，０１２クロノの位置
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恋影口を考えろとレーザー測長
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
測長冒を使用せず、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。

【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ろ位置合わせ
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図は本発明ニ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・・・つ工−ハ上ノターケッ）、１１　・・・ウ
ェーハ、１２・・・ウェーハ上のターゲット、１３・・
・つ工−ハ上のＩＣパターン、１４・・・ＩＩ　小投Ｉ
ｔレンズ、１５・・・焼付は光学系の光軸、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ｉｌＩ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Ｘ
Ｙステージ、３４・・・焼付ｌｊ光、４１・・・ウェー
ハ、４２・・・ウェーハ上のターゲット、４３・・・ウ
ェーハ上のＩＣパターン、４４・・・縮小投影レンズ、
４５・・・焼付は光学系の光軸、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、５０・・・縮小投影レンズの
焼付は光での焦点位１ｉ、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１ｉ、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Ｌ５３・・・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・・・焼付は光、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
は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、６８・・・波長選択フィ
ルタ、６９・・・照明系のレンズ、７０・・・照明ラン
プである。特許出願人　東京エレクトロン株式会社第１図第２図ｊ第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

ウェーハ上に存在する位置合わせ用のターゲットを照射
する光の波長と、マスク上に存在する位置合わせ用のタ
ーゲットを照射する光の波長が異なっている位置合わせ
装置。