JP3368017B2 - 位置検出装置及びそれを用いた半導体素子の製造方法 - Google Patents
位置検出装置及びそれを用いた半導体素子の製造方法Info
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は位置検出装置及びそれを
用いた半導体素子の製造方法に関し、例えば半導体素子
製造用の露光装置において、マスクやレチクル（以下
「マスク」という。）等の第１物体面上に形成されてい
る微細な電子回路パターンをウエハ等の第２物体面上に
露光転写する際にマスクとウエハとの相対的な位置ずれ
量を求め、双方の位置決め（アライメント）を行う場合
に好適なものである。
用いた半導体素子の製造方法に関し、例えば半導体素子
製造用の露光装置において、マスクやレチクル（以下
「マスク」という。）等の第１物体面上に形成されてい
る微細な電子回路パターンをウエハ等の第２物体面上に
露光転写する際にマスクとウエハとの相対的な位置ずれ
量を求め、双方の位置決め（アライメント）を行う場合
に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より半導体製造用の露光装置におい
ては、マスクとウエハの相対的な位置合わせは性能向上
を図る為の重要な一要素となっている。特に最近の露光
装置における位置合わせにおいては、半導体素子の高集
積化の為に、例えばサブミクロン以下の位置合わせ精度
を有するものが要求されている。
ては、マスクとウエハの相対的な位置合わせは性能向上
を図る為の重要な一要素となっている。特に最近の露光
装置における位置合わせにおいては、半導体素子の高集
積化の為に、例えばサブミクロン以下の位置合わせ精度
を有するものが要求されている。
【０００３】多くの位置検出装置においては、マスク及
びウエハ面上に位置合わせ用の所謂アライメントマーク
を設け、それらより得られる位置情報を利用して双方の
アライメントを行っている。このときのアライメント方
法としては、例えば双方のアライメントマークのずれ量
を画像処理を行うことにより検出したり、又は米国特許
第４０３７９６９号や米国特許第４５１４８５８号や特
開昭５６−１５７０３３号公報で提案されているよう
に、アライメントマークとしてゾーンプレートを用い、
該ゾーンプレートに光束を照射し、このときゾーンプレ
ートから射出した光束の所定面上における集光点位置を
検出すること等により行っている。
びウエハ面上に位置合わせ用の所謂アライメントマーク
を設け、それらより得られる位置情報を利用して双方の
アライメントを行っている。このときのアライメント方
法としては、例えば双方のアライメントマークのずれ量
を画像処理を行うことにより検出したり、又は米国特許
第４０３７９６９号や米国特許第４５１４８５８号や特
開昭５６−１５７０３３号公報で提案されているよう
に、アライメントマークとしてゾーンプレートを用い、
該ゾーンプレートに光束を照射し、このときゾーンプレ
ートから射出した光束の所定面上における集光点位置を
検出すること等により行っている。
【０００４】一般にゾーンプレートを利用したアライメ
ント方法は、単なるアライメントマークを用いた方法に
比べてアライメントマークの欠損に影響されずに比較的
高精度のアライメントができる特長がある。
ント方法は、単なるアライメントマークを用いた方法に
比べてアライメントマークの欠損に影響されずに比較的
高精度のアライメントができる特長がある。
【０００５】図１０，図１１は本出願人が特開平２−１
５４１０２号公報で提案しているゾーンプレートを利用
した位置検出装置の要部概略図である。
５４１０２号公報で提案しているゾーンプレートを利用
した位置検出装置の要部概略図である。
【０００６】同図において、マスクＭはマスクフレーム
１２に取付けてあり、それをアライナー本体１４にマス
クチャック１３を介して支持している。本体１４上部に
アライメントヘッド１が配置されている。マスクＭとウ
エハＷの位置合わせを行う為にマスクアライメントマー
クＭＭ及びウエハアライメントマークＷＭがそれぞれマ
スクＭとウエハＷに焼き付けられている。
１２に取付けてあり、それをアライナー本体１４にマス
クチャック１３を介して支持している。本体１４上部に
アライメントヘッド１が配置されている。マスクＭとウ
エハＷの位置合わせを行う為にマスクアライメントマー
クＭＭ及びウエハアライメントマークＷＭがそれぞれマ
スクＭとウエハＷに焼き付けられている。
【０００７】光源２から出射された光束は投光レンズ系
３により平行光となり、ハーフミラー４を通り、マスク
アライメントマークＭＭへ入射する。マスクアライメン
トマークＭＭは透過型のゾーンプレートより成り、入射
した光束は回折され、その＋１次回折光は点Ｑへ集光す
る凸レンズ作用を受ける。
３により平行光となり、ハーフミラー４を通り、マスク
アライメントマークＭＭへ入射する。マスクアライメン
トマークＭＭは透過型のゾーンプレートより成り、入射
した光束は回折され、その＋１次回折光は点Ｑへ集光す
る凸レンズ作用を受ける。
【０００８】又、ウエハアライメントマークＷＭは反射
型のゾーンプレートより成り、点Ｑへ集光する光を反射
回折させ検出手段６の検出面５上へ結像する凸面鏡の作
用（発散作用）を持っている。
型のゾーンプレートより成り、点Ｑへ集光する光を反射
回折させ検出手段６の検出面５上へ結像する凸面鏡の作
用（発散作用）を持っている。
【０００９】このときウエハアライメントマークＷＭで
−１次で反射回折作用を受けた信号光束はマスクアライ
メントマークＭＭを通過する際、レンズ作用を受けずに
０次光として透過し、検出面５上に集光してくるもので
ある。
−１次で反射回折作用を受けた信号光束はマスクアライ
メントマークＭＭを通過する際、レンズ作用を受けずに
０次光として透過し、検出面５上に集光してくるもので
ある。
【００１０】同図の位置検出装置においては、マスクＭ
に対しウエハＷが相対的に所定量位置ずれしていると、
その位置ずれ量Δσｗに対して検出面５上に入射する光
束の入射位置（光量の重心位置）がずれてくる。このと
きの検出面５上のずれ量Δδｗと位置ずれ量Δσｗとは
一定の関係があり、このときの検出面５上のずれ量Δδ
ｗを検出することによりマスクＭとウエハＷとの相対的
な位置ずれ量Δσｗを検出している。
に対しウエハＷが相対的に所定量位置ずれしていると、
その位置ずれ量Δσｗに対して検出面５上に入射する光
束の入射位置（光量の重心位置）がずれてくる。このと
きの検出面５上のずれ量Δδｗと位置ずれ量Δσｗとは
一定の関係があり、このときの検出面５上のずれ量Δδ
ｗを検出することによりマスクＭとウエハＷとの相対的
な位置ずれ量Δσｗを検出している。
【００１１】又、同公報での位置検出装置では、図１１
に示すように、光源２からの光束をマスクＭ面上に斜入
射させる斜入射方式を採用している。これにより投受光
系である光ピックアップ（アライメントヘッド）１が露
光エリアＥを遮ることがないようにして、露光中でもリ
アルタイムでアライメントが行えるようにしている。
に示すように、光源２からの光束をマスクＭ面上に斜入
射させる斜入射方式を採用している。これにより投受光
系である光ピックアップ（アライメントヘッド）１が露
光エリアＥを遮ることがないようにして、露光中でもリ
アルタイムでアライメントが行えるようにしている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】図１０，図１１に示す
位置検出装置ではマスク面上のマスクアライメントマー
クとウエハ面上のウエハアライメントマークによって回
折される複数の光が存在するが、このうちマスクアライ
メントマークとウエハアライメントマークによって１回
ずつ回折された後、マスクを回折せず、透過した光（以
下、マスクアライメントマークで＋１次、ウエハアライ
メントマークで−１次、マスクアライメントマークで０
次の回折光を受けるという意味で（１１０）光と称す
る。）を用いてアライメントを行っている。
位置検出装置ではマスク面上のマスクアライメントマー
クとウエハ面上のウエハアライメントマークによって回
折される複数の光が存在するが、このうちマスクアライ
メントマークとウエハアライメントマークによって１回
ずつ回折された後、マスクを回折せず、透過した光（以
下、マスクアライメントマークで＋１次、ウエハアライ
メントマークで−１次、マスクアライメントマークで０
次の回折光を受けるという意味で（１１０）光と称す
る。）を用いてアライメントを行っている。
【００１３】しかしながら実際には、検出面５上には
（１１０）光と略同じ強度のアライメントに使わない回
折光、例えば（０１１）光も存在している。
（１１０）光と略同じ強度のアライメントに使わない回
折光、例えば（０１１）光も存在している。
【００１４】図５（Ａ），（Ｂ）は検出手段（センサ
ー）６の検出面５上における、このときの（１１０）光
と（０１１）光の入射位置とセンサー６から得られる出
力波形の説明図である。
ー）６の検出面５上における、このときの（１１０）光
と（０１１）光の入射位置とセンサー６から得られる出
力波形の説明図である。
【００１５】このときの（１１０）光と（０１１）光の
２つの光は一般に（特殊な解を除いて）倍率が異なるの
で、センサー６上の信号波形は、例えば図５（Ａ），
（Ｂ）に示したようなプロファイルになる。センサー上
の位置Ａにきた（１１０）光（点線）とセンサー上の位
置Ｂにきた（０１１）光（１点鎖線）の干渉がなければ
合成強度は２信号の和で表わされ、実線で示したような
プロファイルになる。
２つの光は一般に（特殊な解を除いて）倍率が異なるの
で、センサー６上の信号波形は、例えば図５（Ａ），
（Ｂ）に示したようなプロファイルになる。センサー上
の位置Ａにきた（１１０）光（点線）とセンサー上の位
置Ｂにきた（０１１）光（１点鎖線）の干渉がなければ
合成強度は２信号の和で表わされ、実線で示したような
プロファイルになる。
【００１６】ところで（１１０）光と（０１１）光はウ
エハへの入出射角度が異なる為、ウエハプロセスが変わ
ったり、レジスト厚が変わると回折効率が変化する。こ
の結果、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、（１１０）
光と（０１１）光の強度比が変化すると各々の信号の位
置が変わらなくても、合成したときの信号波形の重心位
置は見かけ上変化してしまう（Ｓａ，Ｓｂ）。この為、
センサー上の信号の重心位置よりマスク／ウエハの位置
情報を検出すると、プロセスの違いによる回折効率の変
動がアライメント誤差になってくるといった問題点が生
じてくる。
エハへの入出射角度が異なる為、ウエハプロセスが変わ
ったり、レジスト厚が変わると回折効率が変化する。こ
の結果、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、（１１０）
光と（０１１）光の強度比が変化すると各々の信号の位
置が変わらなくても、合成したときの信号波形の重心位
置は見かけ上変化してしまう（Ｓａ，Ｓｂ）。この為、
センサー上の信号の重心位置よりマスク／ウエハの位置
情報を検出すると、プロセスの違いによる回折効率の変
動がアライメント誤差になってくるといった問題点が生
じてくる。
【００１７】本発明は光源からの光束の第１物体（マス
ク）及び第２物体（ウエハ）面上のアライメントマーク
への投射位置を最適に調整することにより、プロセスの
違いによる回折効率の変動にも影響されることなく、第
１物体と第２物体との相対的な位置検出を高精度に行う
ことができ、高集積度の半導体素子が容易に製造するこ
とができる位置検出装置及びそれを用いた半導体素子の
製造方法の提供を目的とする。
ク）及び第２物体（ウエハ）面上のアライメントマーク
への投射位置を最適に調整することにより、プロセスの
違いによる回折効率の変動にも影響されることなく、第
１物体と第２物体との相対的な位置検出を高精度に行う
ことができ、高集積度の半導体素子が容易に製造するこ
とができる位置検出装置及びそれを用いた半導体素子の
製造方法の提供を目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明の位置検
出装置は物理光学素子より成るアライメントマークを各
々設けた第１物体と第２物体とを対向配置し、投射方向
が変位可能な投光手段からの光束を該第１物体と第２物
体に設けた各々のアライメントマークを介した後、所定
面上に導光し、該所定面上における該光束の入射位置情
報を検出手段により検出することにより、該第１物体と
第２物体との相対的な位置検出を行う位置検出装置であ
って、該物理光学素子から発生する異なる次数の複数の
光束のうちの１つの光束が該所定面上で選択的に抽出さ
れるように該投光手段からの光束の投射位置を調整して
該所定面上への光束の入射位置情報を検出していること
を特徴としている。
出装置は物理光学素子より成るアライメントマークを各
々設けた第１物体と第２物体とを対向配置し、投射方向
が変位可能な投光手段からの光束を該第１物体と第２物
体に設けた各々のアライメントマークを介した後、所定
面上に導光し、該所定面上における該光束の入射位置情
報を検出手段により検出することにより、該第１物体と
第２物体との相対的な位置検出を行う位置検出装置であ
って、該物理光学素子から発生する異なる次数の複数の
光束のうちの１つの光束が該所定面上で選択的に抽出さ
れるように該投光手段からの光束の投射位置を調整して
該所定面上への光束の入射位置情報を検出していること
を特徴としている。
【００１９】請求項２の発明は請求項１の発明において
前記投光手段からの光束の投射位置を調整する方向は、
前記第１物体と第２物体との位置合わせをする方向に対
し直交していることを特徴としている。請求項３の発明
は請求項１の発明において前記第１物体と第２物体との
相対的位置関係に基づいて、前記検出手段で得られるア
ライメント信号波形に対し所定の閾値を設定し、閾値以
下の成分を除去したアライメント信号波形から光束の入
射位置情報を得ていることを特徴としている。
前記投光手段からの光束の投射位置を調整する方向は、
前記第１物体と第２物体との位置合わせをする方向に対
し直交していることを特徴としている。請求項３の発明
は請求項１の発明において前記第１物体と第２物体との
相対的位置関係に基づいて、前記検出手段で得られるア
ライメント信号波形に対し所定の閾値を設定し、閾値以
下の成分を除去したアライメント信号波形から光束の入
射位置情報を得ていることを特徴としている。
【００２０】請求項４の発明の半導体素子の製造方法は
マスクとウエハとの相対的な位置検出を行った後に、マ
スク面上のパターンをウエハ面に転写し、該ウエハを現
像処理工程を介して半導体素子を製造する際、該マスク
とウエハには物理光学素子より成るアライメントマーク
が各々設けられており、投射方向が変位可能な投光手段
からの光束を該マスクとウエハに設けた各々のアライメ
ントマークを介した後、所定面上に導光すると共に、該
物理光学素子から発生する異なる次数の複数の光束のう
ちの１つの光束が該所定面上で選択的に抽出されるよう
に該投光手段からの光束の投射位置を調整して、該所定
面上における該光束の入射位置情報を検出手段により検
出することにより、該マスクとウエハとの相対的な位置
検出を行っていることを特徴としている。
マスクとウエハとの相対的な位置検出を行った後に、マ
スク面上のパターンをウエハ面に転写し、該ウエハを現
像処理工程を介して半導体素子を製造する際、該マスク
とウエハには物理光学素子より成るアライメントマーク
が各々設けられており、投射方向が変位可能な投光手段
からの光束を該マスクとウエハに設けた各々のアライメ
ントマークを介した後、所定面上に導光すると共に、該
物理光学素子から発生する異なる次数の複数の光束のう
ちの１つの光束が該所定面上で選択的に抽出されるよう
に該投光手段からの光束の投射位置を調整して、該所定
面上における該光束の入射位置情報を検出手段により検
出することにより、該マスクとウエハとの相対的な位置
検出を行っていることを特徴としている。
【００２１】
【実施例】図１は本発明の位置検出装置の実施例１にお
けるマスクＭとウエハＷとの位置関係を示す要部概略図
である。
けるマスクＭとウエハＷとの位置関係を示す要部概略図
である。
【００２２】本実施例の装置全体の構成は、図１０，図
１１に示す構成と略同様であるが、本実施例と図１０，
図１１の構成とは投光手段としての光源からの光束のマ
スクＭ面上への投射位置を調整することのできる移動手
段（不図示）をアライメントヘッドの一部に設けている
点が異なっており、その他は略同じである。即ち、マス
クアライメントマークＭＭとウエハアライメントマーク
ＷＭを介した光束のセンサー６面上における入射位置を
検出してマスクＭとウエハＷとの位置合わせを行う方法
については同じである。
１１に示す構成と略同様であるが、本実施例と図１０，
図１１の構成とは投光手段としての光源からの光束のマ
スクＭ面上への投射位置を調整することのできる移動手
段（不図示）をアライメントヘッドの一部に設けている
点が異なっており、その他は略同じである。即ち、マス
クアライメントマークＭＭとウエハアライメントマーク
ＷＭを介した光束のセンサー６面上における入射位置を
検出してマスクＭとウエハＷとの位置合わせを行う方法
については同じである。
【００２３】次に本実施例の特徴について各図を用いて
説明する。
説明する。
【００２４】図１において、２２はマスクメンブレンで
あり、その面上にはＩＣ回路パターン１８，２０が設け
られている。２３はウエハであり、その面上にはＩＣ回
路パターン１９，２１が既に焼き付けられている。ＭＭ
はマスク側のアライメントマーク、ＷＭはウエハ側のア
ライメントマーク、１５，１６，１７は投射する光束の
中心を示す光線である。図では光束を線で示している
が、実際は線上を最大強度とする図３に示すような強度
分布をしている。
あり、その面上にはＩＣ回路パターン１８，２０が設け
られている。２３はウエハであり、その面上にはＩＣ回
路パターン１９，２１が既に焼き付けられている。ＭＭ
はマスク側のアライメントマーク、ＷＭはウエハ側のア
ライメントマーク、１５，１６，１７は投射する光束の
中心を示す光線である。図では光束を線で示している
が、実際は線上を最大強度とする図３に示すような強度
分布をしている。
【００２５】本実施例では、図３に示す光強度分布を有
する光源２からの光束を移動手段により、図１に示す状
態でＹ軸方向に走査している。
する光源２からの光束を移動手段により、図１に示す状
態でＹ軸方向に走査している。
【００２６】図４（Ａ）はこのときの走査光束のうちマ
スクＭ面上のマスクアライメントマークＭＭで１次回折
し、ウエハＷ面上のウエハアライメントマークＷＭで−
１次回折し、次いでマスクＭを通過した（１１０）光を
示している。又、図４（Ｂ）はマスクＭを通過し、ウエ
ハＷ面上のウエハアライメントマークＷＭで−１次回折
し、マスクＭ面上のマスクアライメントマークＭＭで１
次回折した（０１１）光を示している。
スクＭ面上のマスクアライメントマークＭＭで１次回折
し、ウエハＷ面上のウエハアライメントマークＷＭで−
１次回折し、次いでマスクＭを通過した（１１０）光を
示している。又、図４（Ｂ）はマスクＭを通過し、ウエ
ハＷ面上のウエハアライメントマークＷＭで−１次回折
し、マスクＭ面上のマスクアライメントマークＭＭで１
次回折した（０１１）光を示している。
【００２７】図２はこのときの（１１０）光と（０１
１）光がセンサー６に入射し、そのときの検出面５上の
光強度分布を示している。
１）光がセンサー６に入射し、そのときの検出面５上の
光強度分布を示している。
【００２８】図２では（１１０）光と（０１１）光の強
度分布のピークを示す位置が距離ｑだけずれている。こ
れは図１に示すように、（１１０）光が最大となるには
光束の中心１６がマスクマークＭＭの中心Ｏに向かって
投射されれば良い。一方（０１１）光が最大となるのは
光束の中心が１７で示すようにウエハマークＷＭの中心
Ｏ´に向けて投射されたときである。
度分布のピークを示す位置が距離ｑだけずれている。こ
れは図１に示すように、（１１０）光が最大となるには
光束の中心１６がマスクマークＭＭの中心Ｏに向かって
投射されれば良い。一方（０１１）光が最大となるのは
光束の中心が１７で示すようにウエハマークＷＭの中心
Ｏ´に向けて投射されたときである。
【００２９】このとき各々の光束の最大強度を示す位置
座標はマスクＭ上でマスクＭとウエハＷの間隔がｇのと
き、 ＯＱ＝ｑ＝ｇ×sin θ ・・・・・・・・（１） だけずれる。
座標はマスクＭ上でマスクＭとウエハＷの間隔がｇのと
き、 ＯＱ＝ｑ＝ｇ×sin θ ・・・・・・・・（１） だけずれる。
【００３０】本実施例では、この事実を利用して（１１
０）光と（０１１）光の一方のみを選択的に抽出するよ
うにしている。即ち、本実施例ではビームの投射位置を
制御し、（１１０）光と（０１１）光を分離検出するこ
とによって、アライメント（ＡＡ）信号の回折効率依存
性をなくしている。
０）光と（０１１）光の一方のみを選択的に抽出するよ
うにしている。即ち、本実施例ではビームの投射位置を
制御し、（１１０）光と（０１１）光を分離検出するこ
とによって、アライメント（ＡＡ）信号の回折効率依存
性をなくしている。
【００３１】通常、（１１０）光に対して設計したマー
クに光を照射する時には、マスクマークＭＭの中心Ｏに
向けて投射する。しかしながら、このとき図２に示すよ
うに（０１１）光が強度Ｉｏ´で（１１０）光である信
号光に混入してくる。
クに光を照射する時には、マスクマークＭＭの中心Ｏに
向けて投射する。しかしながら、このとき図２に示すよ
うに（０１１）光が強度Ｉｏ´で（１１０）光である信
号光に混入してくる。
【００３２】このため先に述べたような回折効率依存性
が発生してしまう。ところがＹ軸マイナス方向に距離ｐ
だけシフトして照射すると（０１１）光の強度がほとん
ど無視できる座標Ｐが存在する。このためビームをこの
座標Ｐに向けて位置決めすれば、アライメント光は（１
１０）光だけになるため回折効率依存性がなくなり高精
度にアライメントを達成することができる。
が発生してしまう。ところがＹ軸マイナス方向に距離ｐ
だけシフトして照射すると（０１１）光の強度がほとん
ど無視できる座標Ｐが存在する。このためビームをこの
座標Ｐに向けて位置決めすれば、アライメント光は（１
１０）光だけになるため回折効率依存性がなくなり高精
度にアライメントを達成することができる。
【００３３】このときのビーム位置の補正量ｐは（１１
０）光の光強度分布の強度０から強度０までの幅をＲと
したとき、 ｐ＝Ｒ／２−ｑ ・・・・・・・・（２） と表わされる。
０）光の光強度分布の強度０から強度０までの幅をＲと
したとき、 ｐ＝Ｒ／２−ｑ ・・・・・・・・（２） と表わされる。
【００３４】（０１１）光を信号光としてマークを設計
した場合、Ｐ点はＱ点よりｐだけ（Ｙ軸）プラス側にシ
フトしたところになる。
した場合、Ｐ点はＱ点よりｐだけ（Ｙ軸）プラス側にシ
フトしたところになる。
【００３５】本実施例は以上のように、投射手段からの
光束の投射位置を調整して検出面５上への光束の入射位
置情報を検出することによりマスクとウエハとの相対的
な位置検出を行っている。
光束の投射位置を調整して検出面５上への光束の入射位
置情報を検出することによりマスクとウエハとの相対的
な位置検出を行っている。
【００３６】次に本発明の実施例２について説明する。
実施例２では前述の実施例１における信号処理に閾値法
を利用している点が異なっており、その他は同じであ
る。
実施例２では前述の実施例１における信号処理に閾値法
を利用している点が異なっており、その他は同じであ
る。
【００３７】次に本実施例の特徴を図６を用いて説明す
る。図６はセンサー６の検出面５上におけるビームの入
射位置とセンサー６からの出力信号の説明図である。
る。図６はセンサー６の検出面５上におけるビームの入
射位置とセンサー６からの出力信号の説明図である。
【００３８】図６において、２４は（１１０）光の波
形、２５は（０１１）光の波形である。実施例１により
ビームの位置を調整しても、図に示したように（０１
１）光が残ってしまうことがある。このような場合、セ
ンサーから出力されるアライメント信号波形をＡ／Ｄ変
換し、得られたデジタル信号波形に対し（０１１）光を
十分除去できるように閾値Ｉｔｈを設定し（図６参
照）、専用のプロセッサー等で処理を行う。
形、２５は（０１１）光の波形である。実施例１により
ビームの位置を調整しても、図に示したように（０１
１）光が残ってしまうことがある。このような場合、セ
ンサーから出力されるアライメント信号波形をＡ／Ｄ変
換し、得られたデジタル信号波形に対し（０１１）光を
十分除去できるように閾値Ｉｔｈを設定し（図６参
照）、専用のプロセッサー等で処理を行う。
【００３９】本実施例ではこのような方法をとることに
よって、（１１０）光を完全に抽出することができ高精
度なアライメントを達成している。
よって、（１１０）光を完全に抽出することができ高精
度なアライメントを達成している。
【００４０】次に本発明の実施例３について説明する。
実施例３では投光ビームの位置を調整し、（１１０）光
と（０１１）光の強度比を特定の比率に調整することに
より、前記回折効率依存性をなくしている。即ち、図５
に示すような波形はウエハの回折効率が変わると図５
（Ａ）から図５（Ｂ）のように形状を変え得るが、図２
に示したように投射ビーム位置を調整しても変えること
ができる。つまり回折効率が変わって（１１０）光と
（０１１）光の強度比が変化した分は、投射ビーム位置
を調整することによって補償することができる。
実施例３では投光ビームの位置を調整し、（１１０）光
と（０１１）光の強度比を特定の比率に調整することに
より、前記回折効率依存性をなくしている。即ち、図５
に示すような波形はウエハの回折効率が変わると図５
（Ａ）から図５（Ｂ）のように形状を変え得るが、図２
に示したように投射ビーム位置を調整しても変えること
ができる。つまり回折効率が変わって（１１０）光と
（０１１）光の強度比が変化した分は、投射ビーム位置
を調整することによって補償することができる。
【００４１】このように実施例３では、回折効率変化に
よって信号波形が変化しても、ビーム位置を調整するこ
とにより常に安定した波形でアライメントを実施し、こ
れによりマスクとウエハとの高精度なアライメントを達
成している。
よって信号波形が変化しても、ビーム位置を調整するこ
とにより常に安定した波形でアライメントを実施し、こ
れによりマスクとウエハとの高精度なアライメントを達
成している。
【００４２】図７は本発明の位置検出装置をＸ線を利用
した半導体素子製造用の露光装置に適用したときの要部
概略図である。
した半導体素子製造用の露光装置に適用したときの要部
概略図である。
【００４３】図７において、３９はＸ線ビームでほぼ平
行光となって、マスク２２面上を照射している。Ｗはウ
エハで、例えばＸ線用のレジストが表面に塗布されてい
る。３３はマスクフレーム、２２はマスクメンブレン
（マスク）で、この面上にＸ線の吸収体により回路パタ
ーンがパターンニングされている。１３はマスク支持
体、９はウエハチャック等のウエハ固定部材である。３
７はＺ軸ステージ、実際にはチルトが可能な構成になっ
ている。３８はＸ軸ステージ、４４はＹ軸ステージであ
る。
行光となって、マスク２２面上を照射している。Ｗはウ
エハで、例えばＸ線用のレジストが表面に塗布されてい
る。３３はマスクフレーム、２２はマスクメンブレン
（マスク）で、この面上にＸ線の吸収体により回路パタ
ーンがパターンニングされている。１３はマスク支持
体、９はウエハチャック等のウエハ固定部材である。３
７はＺ軸ステージ、実際にはチルトが可能な構成になっ
ている。３８はＸ軸ステージ、４４はＹ軸ステージであ
る。
【００４４】前述した各実施例で述べたマスクとウエハ
のアライメント検出機能部分（位置検出装置）は筐体１
ａ，１ｂに収まっており、ここからマスクＭとウエハＷ
のギャップとＸ，Ｙ面内方向の位置ずれ情報を得てい
る。
のアライメント検出機能部分（位置検出装置）は筐体１
ａ，１ｂに収まっており、ここからマスクＭとウエハＷ
のギャップとＸ，Ｙ面内方向の位置ずれ情報を得てい
る。
【００４５】図７には、２つのアライメント検出機能部
分１ａ，１ｂを図示しているが、マスクＭ上の４角のＩ
Ｃ回路パターンエリアの各辺に対応して更に２ケ所にア
ライメント検出機能部分が設けられている。筐体１ａ，
１ｂの中には光学系、検出系が収まっている。４６ａ，
４６ｂは各アライメント系からのアライメント検出光で
ある。
分１ａ，１ｂを図示しているが、マスクＭ上の４角のＩ
Ｃ回路パターンエリアの各辺に対応して更に２ケ所にア
ライメント検出機能部分が設けられている。筐体１ａ，
１ｂの中には光学系、検出系が収まっている。４６ａ，
４６ｂは各アライメント系からのアライメント検出光で
ある。
【００４６】これらのアライメント検出機能部分により
得られた信号を処理手段１０で処理して、ＸＹ面内のず
れとギャップ値を求めている。そしてこの結果を判断し
た後、所定の値以内に収まっていないと、各軸ステージ
の駆動系４２，４１，４３を動かして所定のマスク／ウ
エハずれ以内になるよう追い込み、しかる後にＸ線露光
ビーム３９をマスクＭに照射している。アライメントが
完了するまでは、Ｘ線遮へい部材（不図示）でシャット
しておく。尚、図７では、Ｘ線源やＸ線照明系等は省略
してある。
得られた信号を処理手段１０で処理して、ＸＹ面内のず
れとギャップ値を求めている。そしてこの結果を判断し
た後、所定の値以内に収まっていないと、各軸ステージ
の駆動系４２，４１，４３を動かして所定のマスク／ウ
エハずれ以内になるよう追い込み、しかる後にＸ線露光
ビーム３９をマスクＭに照射している。アライメントが
完了するまでは、Ｘ線遮へい部材（不図示）でシャット
しておく。尚、図７では、Ｘ線源やＸ線照明系等は省略
してある。
【００４７】図７はプロキシミティータイプのＸ線露光
装置の例について示したが、光ステッパーについても同
様である。この他、本発明においては光源として、ｉ線
（３６５ｎｍ）、ＫｒＦ−エキシマ光（２４８ｎｍ）、
ＡｒＦ−エキシマ光（１９３ｎｍ）等を用い、これらの
光源からの照明光を持つ逐次移動型の縮小投影露光装置
や、等倍のミラープロジェクションタイプの露光装置に
も同様に適用可能である。
装置の例について示したが、光ステッパーについても同
様である。この他、本発明においては光源として、ｉ線
（３６５ｎｍ）、ＫｒＦ−エキシマ光（２４８ｎｍ）、
ＡｒＦ−エキシマ光（１９３ｎｍ）等を用い、これらの
光源からの照明光を持つ逐次移動型の縮小投影露光装置
や、等倍のミラープロジェクションタイプの露光装置に
も同様に適用可能である。
【００４８】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。
半導体デバイスの製造方法の実施例を説明する。
【００４９】図８は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の
半導体チップ、或は液晶パネルやＣＣＤ等）の製造のフ
ローを示す。
半導体チップ、或は液晶パネルやＣＣＤ等）の製造のフ
ローを示す。
【００５０】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。
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。
【００５１】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。
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。
【００５２】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。
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。
【００５３】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。
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。
【００５４】図９は上記ウエハプロセスの詳細なフロー
を示す。まずステップ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。
を示す。まずステップ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。
【００５５】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。
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。
【００５６】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。
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。
【００５７】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。
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。
【００５８】
【発明の効果】本発明によれば以上のように、光源から
の光束の第１物体（マスク）及び第２物体（ウエハ）面
上のアライメントマークへの投射位置を最適に調整する
ことにより、プロセスの違いによる回折効率の変動にも
影響されることなく、第１物体と第２物体との相対的な
位置検出を高精度に行うことができ、高集積度の半導体
素子が容易に製造することができる位置検出装置及びそ
れを用いた半導体素子の製造方法を達成することができ
る。
の光束の第１物体（マスク）及び第２物体（ウエハ）面
上のアライメントマークへの投射位置を最適に調整する
ことにより、プロセスの違いによる回折効率の変動にも
影響されることなく、第１物体と第２物体との相対的な
位置検出を高精度に行うことができ、高集積度の半導体
素子が容易に製造することができる位置検出装置及びそ
れを用いた半導体素子の製造方法を達成することができ
る。
【図１】 本発明の位置検出装置の実施例１の一部分の
要部概略図
要部概略図
【図２】 図１の検出面上の説明図
【図３】 図１の投光手段からの光束の強度分布の説明
図
図
【図４】 図１のアライメントマークで回折される回折
光の光路の説明図
光の光路の説明図
【図５】 図１の検出面上での光束の光強度分布の説明
図
図
【図６】 本発明の実施例２に係る検出面上への入射光
束の説明図
束の説明図
【図７】 本発明の位置検出装置を用いたＸ線露光装置
の要部概略図
の要部概略図
【図８】 本発明の半導体素子の製造方法のフローチャ
ート
ート
【図９】 本発明の半導体素子の製造方法のフローチャ
ート
ート
【図１０】 従来の位置検出装置の要部概略図
【図１１】 従来の位置検出装置の要部概略図
１ アライメントヘッド
２ 光源
３ 投光レンズ系
４ ハーフミラー
５ 検出面
６ 光検出器
９ ウエハチャック
１０ 信号処理部
１１ ウエハステージ駆動制御部
１２ マスクフレーム
１３ マスクチャック
１４ アライナー本体
１５，１６，１７ 投射ビームの強度中心の光路を示す
線 １８，１９，２０，２１ 集積回路パターン ２２ マスクメンブレン ２３ シリコンウエハ Ｍ マスク Ｗ ウエハ ＭＭ マスク側アライメントマーク ＷＭ ウエハ側アライメントマーク Ｒ 投射ビーム径
線 １８，１９，２０，２１ 集積回路パターン ２２ マスクメンブレン ２３ シリコンウエハ Ｍ マスク Ｗ ウエハ ＭＭ マスク側アライメントマーク ＷＭ ウエハ側アライメントマーク Ｒ 投射ビーム径
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｈ０１Ｌ 21/30 ５２５Ｘ
５３１Ｊ
(56)参考文献 特開 平４−36605（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−234852（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−237114（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−262003（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−167408（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−12206（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/027
G01B 11/00
G03F 9/00
H01L 21/68
Claims (4)
- 【請求項１】 物理光学素子より成るアライメントマー
クを各々設けた第１物体と第２物体とを対向配置し、投
射方向が変位可能な投光手段からの光束を該第１物体と
第２物体に設けた各々のアライメントマークを介した
後、所定面上に導光し、該所定面上における該光束の入
射位置情報を検出手段により検出することにより、該第
１物体と第２物体との相対的な位置検出を行う位置検出
装置であって、該物理光学素子から発生する異なる次数
の複数の光束のうちの１つの光束が該所定面上で選択的
に抽出されるように該投光手段からの光束の投射位置を
調整して該所定面上への光束の入射位置情報を検出して
いることを特徴とする位置検出装置。 - 【請求項２】 前記投光手段からの光束の投射位置を調
整する方向は、前記第１物体と第２物体との位置合わせ
をする方向に対し直交していることを特徴とする請求項
１の位置検出装置。 - 【請求項３】 前記第１物体と第２物体との相対的位置
関係に基づいて、前記検出手段で得られるアライメント
信号波形に対し所定の閾値を設定し、閾値以下の成分を
除去したアライメント信号波形から光束の入射位置情報
を得ていることを特徴とする請求項１の位置検出装置。 - 【請求項４】 マスクとウエハとの相対的な位置検出を
行った後に、マスク面上のパターンをウエハ面に転写
し、該ウエハを現像処理工程を介して半導体素子を製造
する際、該マスクとウエハには物理光学素子より成るア
ライメントマークが各々設けられており、投射方向が変
位可能な投光手段からの光束を該マスクとウエハに設け
た各々のアライメントマークを介した後、所定面上に導
光すると共に、該物理光学素子から発生する異なる次数
の複数の光束のうちの１つの光束が該所定面上で選択的
に抽出されるように該投光手段からの光束の投射位置を
調整して、該所定面上における該光束の入射位置情報を
検出手段により検出することにより、該マスクとウエハ
との相対的な位置検出を行っていることを特徴とする半
導体素子の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29391493A JP3368017B2 (ja) | 1993-10-29 | 1993-10-29 | 位置検出装置及びそれを用いた半導体素子の製造方法 |
| US08/754,474 US6157452A (en) | 1993-10-29 | 1996-11-25 | Position detecting apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29391493A JP3368017B2 (ja) | 1993-10-29 | 1993-10-29 | 位置検出装置及びそれを用いた半導体素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07130641A JPH07130641A (ja) | 1995-05-19 |
| JP3368017B2 true JP3368017B2 (ja) | 2003-01-20 |
Family
ID=17800793
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29391493A Expired - Fee Related JP3368017B2 (ja) | 1993-10-29 | 1993-10-29 | 位置検出装置及びそれを用いた半導体素子の製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6157452A (ja) |
| JP (1) | JP3368017B2 (ja) |
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| US6689519B2 (en) * | 2000-05-04 | 2004-02-10 | Kla-Tencor Technologies Corp. | Methods and systems for lithography process control |
| IL138552A (en) * | 2000-09-19 | 2006-08-01 | Nova Measuring Instr Ltd | Lateral shift measurement using an optical technique |
| US6891627B1 (en) | 2000-09-20 | 2005-05-10 | Kla-Tencor Technologies Corp. | Methods and systems for determining a critical dimension and overlay of a specimen |
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| KR101941547B1 (ko) * | 2012-01-06 | 2019-04-15 | 삼성디스플레이 주식회사 | 광 배향 방법, 이를 수행하기 위한 노광 장치 및 액정 표시 패널 |
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| JP6685821B2 (ja) * | 2016-04-25 | 2020-04-22 | キヤノン株式会社 | 計測装置、インプリント装置、物品の製造方法、光量決定方法、及び、光量調整方法 |
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|---|---|---|---|---|
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| US4326805A (en) * | 1980-04-11 | 1982-04-27 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Method and apparatus for aligning mask and wafer members |
| US4514858A (en) * | 1983-03-15 | 1985-04-30 | Micronix Partners | Lithography system |
| JP2513299B2 (ja) * | 1988-02-16 | 1996-07-03 | キヤノン株式会社 | 位置検出装置 |
| DE68901933T2 (de) * | 1988-02-16 | 1992-12-24 | Canon Kk | Vorrichtung zur lagefeststellung. |
| JP2756331B2 (ja) * | 1990-01-23 | 1998-05-25 | キヤノン株式会社 | 間隔測定装置 |
| DE69133626D1 (de) * | 1990-03-27 | 2010-03-11 | Canon Kk | Messverfahren und -vorrichtung |
| DE69128164T2 (de) * | 1990-05-01 | 1998-04-02 | Canon K.K., Tokio/Tokyo | Verfahren und Apparat zur Detektion von Lageabweichungen |
| US5200800A (en) * | 1990-05-01 | 1993-04-06 | Canon Kabushiki Kaisha | Position detecting method and apparatus |
| DE69129732T2 (de) * | 1990-11-30 | 1998-12-17 | Canon K.K., Tokio/Tokyo | Verfahren zur Positionsdetektion |
| JPH0540013A (ja) * | 1991-08-05 | 1993-02-19 | Canon Inc | ずれ測定方法及びこの方法を用いた露光装置 |
-
1993
- 1993-10-29 JP JP29391493A patent/JP3368017B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-11-25 US US08/754,474 patent/US6157452A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07130641A (ja) | 1995-05-19 |
| US6157452A (en) | 2000-12-05 |
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