JPS6066819A - 位置合わせ方法 - 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、４１］′度の高い位置合わせ装置、特に高・
、贋度な半導体装置（以下ＬＳＩとよぶ）の位置合わせ
装置ＶＣ４用できる位置合わせ方法に関する。

従来例の１１１成とその問題点 第１図（ｒよ、従来からの位置合わせ方法の説明図であ
る。／：ＦＳ１図（ａ）には、フォトマスク士の位置合
わせ用パターンの一例を示しまた０この１夕１」てし」
放”１４状の、親巾一定のパターンを用いて、ウェハｌ
ｘ：　ｊ（：吊−置合わせ用パターンの転写パターン１
を形成する４、第１図Φ）は、ウェハＪ：　（／Ｃ形成
された位１”乙゛合わせパターン１の上に再度同一パタ
ーンを用いでＩｆｆ　ｉｍｉ″台わせするときの図であ
る。ウェハ」二にはバター７１が形成されており、）Ａ
上マスク上に形成さＩした位置合わせマークの陰影２と
ウェハ上のパターン１との相対的な位置合わせを行なう
。このときの位置合わせ精度は±０．３μｍ程度であり
、ゲート長か１ミクロン以下のＬＳＩの位置合わ仕方〃
、としては不十分である。０．６ミクロンルーシイ４゛
度のＬＳＩにおいては、合わせ精度は。、　０６　ｌ１
ｍ　４’ｉ″度でなければならず、従来の方法でｄ、１
寺ｊ６゛合イ）仕ノ゛ることかできない。

発明の目的 本発明はこのようなｒ菫来の問題点に鑑み、レチクル等
のマスクパターンとウェハ舌の試ｔ１との間の位置合わ
せを高精度に行なう方法を提供Ｊ゛ることを目的とする
。

発ＱＦ４の構成 本発明−１位置合わせすべき二枚の基板（すなわちたと
えばレチクルおよびウエノ・）のレチクル上にコヒーレ
ントな第１の光束を入射し、第１の光束ＶＣ対してレチ
クル上に回折格子が設けられて、１′−＝す、このレチ
クルの回折格子によって回折した第２の光束をさらにウ
ェハ上に入射し、また、同時に第２の光束と可干渉な第
３の光束をウエノ・上に入射し、ウェハ上に設けた回折
格子によって反射又は透過した光の強度を測定するとい
う構成にＪ：す、ウェハ上に入射した三光束の干渉縞と
ウニ・・上に形成した格子との相対位置を高精度に合わ
ぜることを実現する。

′８ｋ、本発明は、位置合わせすべき二枚の基板のム′
５１の基板十てコヒーレントな第１の光束を入４！ナシ
、前記第１の光束が入射する前記Ｍ１の基板面１−に第
１の回折格子が設けられており、前記第１の１四所格子
によ・〕で回υテした第２の光束を第２の基板面上に入
射させ、前記回折した第２の光束と用干渉の参照用筆３
の光束を同時に第２の基板面上に入射させ、前記第２の
基板面上に設けらＪ’した第２の回折格子によって前記
第２．第３の光束の反射又は透過した第４の光束を光検
知手段に”！Ｉびき、この手段によって光強度を測定す
ること（、・こより、前記第２の基板面上に入射した前
記第２１・・よび第３の光束の干渉縞と前記第２の基板
面上の第２の回折格子との相対位置を５険知し、前記第
１の基板と第２の基板との相対位置を合わせを行うもの
である。

実施例の説明 第２図に本発明の一実施例による位置合わぜ方法を実施
する縮小投影露光装置の原理おまひ本発明によるレチク
ルとウエノ・間の位１６合わけ−の構成図を示した。

まず通常の縮小投影露光の場合の配置６に９いて説明す
る。光源、レチクルＲ，レンズ糸り、甲導体ウェハＷと
いう順に並んでおり、光州から出た平行光１１はレチク
ルＲ上のノククーンで光を〃ユられ、この濃淡パターン
を持つ光束がレンズ系りによって集光されてウエノ・」
二に１／チク／ｌ／の投影［象ｉｔ−’を形成する。

位置合わせに用いる構成はレーザ等のコヒーレントな光
をビームスプリッタ等に入射させ、はぼ同一強度の三光
束１２．’１３に振幅分割する。三光束１２．１３を各
々レチクルＲ上に設けた回折格子１４．１５Ｐご入射さ
せ、レチクルＨの置かれている配置を入射光と回折光の
位相や角度ψ１゜ψ２によって表わす。レチクルＲから
出た回折光１６．１γ−レンズ系りをＪ７ｆ１過し、ウ
ェハｗ土で三光束１６．１７が干渉するようにＦｌ、Ｌ
、Ｗを配置する。ウェハＷ上の一部には第３図に示すご
とく回折格子Ｇが形成さ汎ており、この格子Ｇ上（１（
二二光束１６．１７の干渉縞Ｆが形成される。そして、
格子Ｇによって回折し／こ反射光１８が光検知ｚＨ，＞
　Ｄに４７ひがれる。ウェハ上の格子Ｇは第４図（／ζ
−例を示すようＶζ、ウェハの所定領域に規則的１／（
二形成し／こくり返しパターンを用いるとよい。

レーザの波長をλ、レチクルの格子１４．１５がろの回
折）’に　１６　、１７が干渉して作る干渉縞Ｆ・・）
ピッチを、１とすると、 Δ＝λ／２ｓｉｎ　Ｏ と表わせる。

第３図に示したように、三光束干渉によ一部で生じた干
渉縞Ｆは、上式に示されるように等間１ｉ’＊の入射角
θに応じたピッチΔで得らｔ′１．る。

この干渉縞のピッチΔとほぼ等しいピッチ、Ｌ、　Ｊ、
１つ格子Ｇから一２２光束１６．１７の干渉し／こ１．
！！１．１／丁光が得られ、２光束の干渉縞Ｆと格子Ｇ
との間の相対位置関係を示す光強度情報がｍら扛る。光
検知器り上で観測される光強度Ｉ　（ｒＪ、米　木 ■−Ｕ２＋Ｕ２→Ｕ　−’Ｕ　＋Ｕ　−’Ｕ　・・（１
）Ａ　Ｂ　Ａ　ＢＡＢ ただし、ＵＡ　、　ＵＢは各々光束１６．１７の振りξ
′１゛１づｉ＋Ｈ度、Ｕ、、＊、ＵＢ＊は共役複素振幅
である。１／こ、５ｉｎ（ｌハ／２”８１ｎＯｆｉ／ま たｆｔｆｌ（、、八、Ｂは定数、Ｎ：格子の数、６Ａｌ
δＢは關７接した２格子によって回折した光の間の光路
差、Ｘは光束１６と１７による干渉縞と格子との間の相
対位置、θへ、ＯＢは光束１６．１７とウェハの垂ｉＩ
ガ（の４：ず角である。

と示される。実際に観測した光強電工は第５図に７Ｊ＜
ずような角度依存性を示し、４つのピークがあ１：）わ
れ、−６１１，ｅｌのピークには、入射光１６゜１７の
０次の回折光が重なる。−０２，０２のピークｆ（１入
射光１６．１７の１次回折光が含まれ、その各々の回折
光に光束１６．１７の作る干渉縞とつ」−・・土の格子
Ｇとの間の位置情報が含まれている。

第６図に、光検出器の位置を第６図のピークを・」・−
４′泣置Ｖ（口１〕・１うｊｌ　Ｌ、光束１６．１７の
作る干渉縞ＦとウェハＷにの格子Ｇとの間の相対位置Ｘ
を変ｆＬさぜ／こときの光強電工の変化を示した。相対
位ｊｌ”ｊ　Ｘの変化は、格子のピッチを毎に光強度を
周期的１（二変ｆヒさぜ、光強度を観測することによっ
て干渉縞Ｆと格子Ｇとの間の相対位置を示すことがてき
る。たとえばレーザ光の波長を０．４／１ｍ　とし−干
渉縞Ｆとしてピッチ１μｍのものを作成し、ウェハに形
成した格子Ｇのピッチを１７ｙｍとすると、位置合わせ
精度は１００人の精度が達成できる１）次に、レチクル
ＬとウェハＷの相同的な［＞７　ｉｆ＋″介わぜの手順
について第７図を用いて説明する。

レチクルＨに入射した三光束１２．１３をレチクルＨに
垂直に入射するようにし、かつ、三光束１２．１３がレ
チクル上の格子１４．１６に入射するように配置する。

格子１４　、１１ＪＪ二九束を透過し、回折光１６．１
７を射出する。格子１４゜１６に入射する三光束１２．
１３の位相（ｌ」四しくなるように光学系を配置してい
るので格子に２［・・て回折した光の波面も第７図に示
すように光束１６と１７で−、対称となる。この位相の
そろン／にニ、）１１゜束１６．１７がウニ／％Ｗ面」
二で交叉角２０て父わると濃淡の干渉縞（第３図Ｆ）が
生じ、干渉縞Ｆの位置は波面が交わった位置で定−チる
。この（ｉ＞、’　ｉｌ・髪に対してウエノ・Ｗ上に形
成された回折格子（第３、／ＪＧ）を合わせる。

ウニ・・Ｗ上の格子Ｇと三光束の干渉縞Ｆとのウェハ面
内ての回転（アジマス）ψはウェハ上の格子と干渉縞と
の間で生じるモアレ縞の回転によって検知でき、モアレ
縞の本数か少なくなるようにたとえばウェハを微少移動
して調整する〇寸／こ、ウェハ上の格子と三光束の干渉
縞の該光束の入射面内での回転（ティルト）ψは、干渉
縞のピッチがウェハ上の格子と比較すると相対的にＪ〈
＜　ｆｔ−１／こｊ易合と同様ｒ（な９、前述のアジマ
ス調゛１占と同じくモアレ状編の本数が少なくなるよう
にしてティルト調整ができる０丑た光路が対称であｒＬ
ｌ−（１’、ウェハ上の回折格子Ｇによって反射したＯ
次光が光蝕にもどるのて、ウェハの移動によるこの反射
光の位置の変化を恢知することによってもウニハシＶの
ティルト調整もできる。

以上のようｅζしてアジマスとティルト調整を行なっ／
Ｃ後ｌ′Ｃ第１．２．３弐で示された原理にもとづきレ
チクルとウコーハ中のパターン位置合ゎせをｒＪ４うこ
とがてきる。

第２の実施例として、第４図に示したよう（ｌこ、ウェ
ハＷＪ：に形成する格子Ｇのパターンを、スト２イグ状
の格子パターンと格子パターンの除去された部分からな
る従来からの位置合わせマークＭ（十字形）を組み合わ
せたものとするこＬζこよ一ノてより短時間に位置合わ
せを行なうことができる。

第８図（−）に示すように、第４図のウェハＷ十の格子
パターンからの回折光は四辺形の明パターンの中に十字
の暗パターンが組み合わさったものである。一方の入射
光１２の回折光はパターンｄ１のｓｈなり、他方の入射
光１３の回折光はパターンｄ２のＩＮＫ対応する。光検
知手段側から１′Ｍ祭した場合、位置合わせが不十分で
あると十字のｌ１ｇ、パターンが二重に見える状態とな
る。この十字のパターンに合わせて光検知手段を設ける
と、十字のパターンが重なるようにウェハとレチクルの
１立置合せを行うと、従来と同様のパターン位置合わせ
を行なうことができる。すなわち、とのＪ：９な方法に
よって従来の位置合わせ方法における０、３ミクロン程
度概略の位置合わせを行うことができる。

この位置合わせが終わると、第８図（ｂ）に示したよう
に、四辺形の明パターンの中にモアレ状縞が観６１すさ
れるようになり、この縞を用いて本発明の位置合わせ方
法を用いて短時間に高精度の位置合わせを行なうことが
できる。

第９図は本発明にｊ：る第３の実施例でめり、この実施
例と第２の実施例との差異は、レチクルＲ」二の格子パ
ターン１９　、２０中に格子の周期とは５゛４なるたと
えば線状図形を形成していることであり、この図形によ
りウェハＷ上の格子１９　、２０によって回折した光１
８は、位置合わせが十分に合っていないときには、ｇ１
ｏ図（ａ）のように回折した光１８に位置ずれが生じ、
従来と同様の０．３μｍ　Ｑ、度の・販路の位置合わせ
が可能となる０この場合は第８図の場合と同様に位置合
わせできるが、レチクルＨ上の格子１９　、２０に図形
が形成され−Ｃいるため、ウェハＷを固定した状態でレ
チクルＲｆ：ウエハＷに合わせる操作かり能となる。こ
のｕ；を略の位置合せを終了し／このち、第８図（ｂ）
と同様に第１０図（ｂ）のととくモアレ状縞を用いて本
発明の微細な位置合せを行えばよい。

捷た、第１１図は本発明に上るさ］つにｆ１ハの実η也
例の位置合せ方法を示すものである。第２図１７４’；
７図に示した例との相異点は、第２図や第７図ではレチ
クル上に回折格子が二つ設けらノ１て、ＩＬ・す、この
谷々の回折格子にコヒーレントな光を入射させ、レチク
ルの位置情報を回折角度で表現していたが、本実施例で
はレチクルＨ上には回折格子２１は一つだけ設けられて
おシ、コヒーレント光２２を回折格子２１に入射しレチ
クルの位ｆｉｔ＾作τ回折角度で表現し、ウニ・・Ｗ」
二に回折光２６を入射させる。捷た、ウニ／％１Ｍには
光束２２とｉｉＪ’十渉である参照光束２３をミラー２
４で反射して、回］Ｊ１光２６と干渉させ位置情報を三
光束の干渉縞しこりえてウェハＷからの反射光２６を光
恢知器に人別させている。よって、ウエノ・Ｗからの反
則光２６を受ける光検知器りの位置で幻１、参照光２３
のみを格子に入射してウエノｓ’／ｌを単独に粗＜　（
ｊ、　Ｉｉ′を合わせすることができ、その後にレチク
ル上の回イＪ１格子で回折した光２６をウエノ・上に入
射することにより、第２図、第７図で示したと同様の高
精度の位置合わぜを実りＬすることができる。

第１２図に本発明による他の実施例を示す。この実施例
と第３図のＩ場合との相異点は、ウニ／Ｓ上の格子のピ
ッチを干渉縞のピッチの整数倍としており、従来露光法
で得られた位置合わせマークによっても高ＡＩＩｊ度の
位置合わせができることである０レチクルＲ上には、例
えばスクライブライン上に形成さη、／こ回折格子３Ｑ
と例えば回路素子であるＭＯＳ＋−ランジスタのゲート
ノくターン３１が精度よく配置形成されている。この回
折格子３０にはさらに例えば第１３図（ａ）に示したよ
うな十字の位置合わせマーク（第１２図では図示せず）
か形成されている。第１２図の３２はウエノ・上に形成
される干渉縞を示したものである。第９図の場合と同様
格子３０にレーザビーム１２．１３が入射肱レチクル上
の位置合わせノぐターンが合うように位置合わ仕される
０このノくターン（格子３０投影ｆ象）　Ｊｄ、図中３
３に示すものである。このノくターフ３３にλ、コシて
、ウエノ′−Ｗ上の格子３４が十字マ一りの位置合わせ
パターンとして重ね合わさ／’Ｌる。

この格子３４は、ウェハＷ上に従来の光ル゛δ光ｂＣま
り形成されているので、本発明に」：るレーザホログラ
フィによる干渉縞露光の干渉縞の練「１」はと濶１いパ
ターンが得られない。よってウエノ・Ｗ」二の（６子３
４のピッチが干渉縞のピッチの整数倍のパターンである
と、第１３図（ｂ）に示すように光検知手段りの位置で
十字及びウニ・・上の位装置合わせ・ぐターフ３４との
重なり合ったパターンの回折ｒ象がｆ（Ｊられ、この回
折像のモアレ縞から精密なＧン、’　ｉｍ合わせを行な
うことができる。

また、位置合わせ中のレーザ光の波長（はウニ・・Ｗ上
に形成されるレジスｉ・を感光しない波長であることが
望ましく、位置合わせには、たとえ（〆」、赤い光を用
い、位置合わぜした後には、従来の紫外光による露光を
行なうと位置合わぜ及び面光かｍ′ｊ単に行なえる。

発明の効果 以上本発明によ不位置合わせ方法によってレチクル上に
形成された格子から出た回折光全ウニ・・上に設けた格
子上に照射し、ウエノ・上の格子から回折された光の強
度を観察して、ウエノ・上のパター７をレチクルに対し
て高精度に位置合わせすることができる。さらに、レチ
クルやウエノ蔦上に設けた図形を用いて短時間のうちに
位置合わせすることができる。址だ、位置合わせの精度
はウエノ・土の格子ピッチが１μｍのとき数１Ｑｏへの
位置合わせ精度が可能である。また、実施例では第１の
基板をレチクル、第２の基板をウエノ・とじたが、レチ
クル以外の通常のフォトマスクあるいはその他の一般的
な二つの物体間の位置合わせが可能である。廿／ｃ１実
施例ではレチクルに入射した光は肴）で透過光の場合を
示したが、レチクルからの反射光でも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）ｉ”Ｊ従来のフォトマスク上の合わせマー
クの５１４而図、同（ｂ）は従来のウエノ・上の位置合
わせの状態の平［１１１図、第２図は本発明の一実施例
のウェハとレチクルとの間の６’Ｌ置合わせの構成図、
第３図（は本発明による格子と二光束干渉縞との相対位
置の説明図、第４図は本発明によるウエノ・上の格子の
一例の平面図、第６図は本発明による１分間合わせに用
いるウェハ上の回折格子からの回１１ｒ　＞ｔの強度の
観察角度依存性を示す図、第６図は本発明による位置合
わせ時に起きる回折光強度の変ｆＩ′Ｌ依存性を示す図
、第７図は本発明による位１６合わせ時の各構成要素及
び操作説明図、第８図（ａ）　、　（ｂ）は本発明によ
る位置合わせ方法の説明図、第９図は本発明による位置
合わせ方法の他の一実施例の構成図、第１０図（ａ）　
、　（ｂ）は第９図に示した位置合わせ方法の説明図、
第１１図は本発明による（５′／′、ｌＩ′１′合せ方
法のさらに他の実施例の概略構成図、第１２図はレチク
ル上のパターン平面図、第１３図（ａ）　汀本発明によ
るさらに他の位置合せ方法の説ＩＪＪ図、第１３図（ｂ
）は回折像の平面図である。 １１・・・・・・平行光、１２，１３，１６，１７゜１
８．２３，２５．２６・・・・・・光束、１４，１５゜
１９．２０．２ｊ　、３０・・・・・・回折格子、１８
・・・・・・・反射光、２３・・・・・・参照光束、Ｒ
・・・・レチクル、Ｗ・・・・・・半導体ウェハ、Ｄ・
・・・・光検知器、Ｇ・・・格子。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はが１名第１
図 （０−） ！ （’ｔ）） 第２図 １ Ｅ３　５　Ｈり 一％　−θ？　−θ、０　θ、　θ２Ｌ／ｚ第　６Ｉ７
１ Ｏ１々　ρ　３躬　２１、 第　８　図 （１）（ｂ） 個も 隼　１　２　ｒｅａｌ 第１３Ｎ　（す

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）位１１′”亡合わせすべき二枚の基板の第１の基
   板上の光束が入射する前記第１の基板面上に第１の回折
   格子が二個設けられており、谷々の回折格子にＪニー・
   て回ＡＪ？　した１）ＩＩ記第２光束及び第３の光束を
   第２のノー、１反曲上に入射させ、前記第２の基板面上
   に設けら！■だ第２の回折格子によって反射又は透過し
   ／Ｃ第４の九東金光検知手段に導ひき、この手段（・（
   Ｊ：　−、て光強度をｄｉｌｌ　：ボすることにより、
   前記第２の〕、（板ｉ１Ｕ　Ｊ−：　ｌ’ｊ入射した三
   光束の干渉縞と前記第２のツ）（敗聞上の第２の回ｊ斤
   格子との相対位置を検知１−１＋ｉｉＪ　ｒｉｇ第１の
   基板と第２の基板の相対位置を合イ）−直ることを′持
   σｙとする位置合わせ方法。
2. （２）・′、Ａ’、５２のう告１プ」二に設けた規−恭
   な第２の回折格Ｊ−の一部分ｔ（この格子の）ｃ’＝ｉ
   　Ｊυノとにｒ異なる図形が形・Ｊ′ｖ、さｆ）てｂ・
   す、この図形により概略の位置合わせを行なうことを特
   徴とする特許請求の・１１１１囲第１項記載の位置合わ
   仕方法。
3. （３）第１の基板上に設けた二つの規則的な第１の回折
   格子の一部分にこの格子の周期とにｌｋＸなる図形が前
   記二つの格子に対称（Ｃ形成さｔｌており、６々の前記
   第１の回折格子によ一〕て回折し八−二尤東を第２の基
   板」二の第２の回折格子（Ｃ入射し、前、１１シＭ２の
   回折格子によって回折した尤に含よ１１−る前記図形に
   より概略の位置合わせを行なうことを！Ｒ＋徴とする特
   許請求の範囲第１項記＋１市の位１〆ｆ含わ（（方法。
4. （４）位置合わせすべき二枚の基板の第１のノ＋’ｒ１
   ｋ　ｌ：にコヒーレントな第１の光束を入射（−１前記
   第１の光束が入射する前記第１の基板面上に第１の回折
   格子が設けられており、［）ＩＪ記第１の回尉格ｒ−に
   よって回折した第２の光束金弟２の基板面＋−：Ｖ（二
   入射させ、前記回折した第２の光束とｏＪ＋渉の参１！
   （需用第３の光束を同時に第２の早ζ板面上に入射さ一
   １ｔ、前記第２の基板面Ｊ：に設けら７ｎ、／ζ第２の
   回ｊ１白ｉ’ｉ　Ｊ−によって前記第２．第３の光束の
   反射又＆；ｊ　、４１１．′４　（。 た第４の光束を光検知手段に導びき、この手段によって
   光強ｌＷを測定することにより、前記第２の７ｉ！、板
   面上に入射した前記第２および第３の光束の干渉縞と前
   記第２の基板面上の第２の回折格子との山ス・」位ＩＩ
   ｉを、険知し、前記第１の基板と第２の基板との４１」
   対位置を合わせることを特徴とする位置合せ方法。
5. （５）第２の基板」二に設けた規則的な第２の回折格子
   の一部分にこの第２の回折格子とは異なる図形が形成さ
   れ、この図形により概略の位置合わせを行うことを特徴
   とする特許請求の軛囲第４項記載の位置合わせ方法。