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発明の名称 半導体製造装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−36988
公開日 平成6年(1994)2月10日
出願番号 特願平4−187852
出願日 平成4年(1992)7月15日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
発明者 井古田 まさみ
要約 目的
ウェーハと感光マスクとの位置合わせに際して、正確かつ安定にアライメント及びスケーリングを行うことのできる半導体製造装置を提供することを目的とする。

構成
ウェーハ1表面に設けられたアライメントターゲットパターン2を光学的に検出し、該検出信号を用いて該ウェーハ1と感光マスク3とを相対的に位置決めして露光を行う半導体製造装置において、前記検出信号の波形と所定の標準波形との不一致量を検出する比較手段16と、この不一致量の少ない検出信号波形を選別する手段とを具備し、該選別手段により選別された検出信号を用いて位置合わせを行う。
特許請求の範囲
【請求項1】 ウェーハ表面に設けられたアライメントターゲットパターンを光学的に検出し、該検出信号を用いて該ウェーハと感光マスクとを相対的に位置決めして露光を行う半導体製造装置において、前記検出信号の波形と所定の標準波形との不一致量を検出する比較手段と、この不一致量の少ない検出信号波形を選別する手段とを具備し、該選別手段により選別された検出信号を用いて位置合わせを行うことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項2】 ウェーハ表面に設けられたアライメントターゲットパターンを光学的に検出し、該検出信号を用いて該ウェーハと感光マスクとを相対的に位置決めして露光を行う半導体製造装置において、前記検出信号の波形を処理する複数のアルゴリズムと、このアルゴリズムの1つを前記検出信号の波形形状に応じて選択する手段とが備えられ、該アルゴリズムで処理された検出信号を用いて位置合わせを行うことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項3】 前記検出信号波形を整形する信号処理手段が備えられた、請求項1又は請求項2に記載の半導体製造装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造に適用して有効な技術に関するもので、例えば、感光マスクとウェーハとの相対的位置決めを行って露光を行う場合に利用して特に有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】この種の技術については、例えば、エス・ピー・アイ・イー、オプティカル/レーザー、リソグラフィー、ツー1088分冊(1989年)第238頁〜247頁(SPIE,Optical/Laser MicrolithographyII vol.1088(1989) PP238−247)に示されるものが知られている。
【0003】この文献に示される半導体製造装置は、ウェーハ表面に設けられた多数のチップのうち、あらかじめ、アライメントに用いるチップを選択しておき、そのチップ上のアライメントターゲットパターンにレーザー光を照射し、その検出波形によって、ウェーハのXY方向のシフト量、スケーリング、回転量、直交度を算出してウェーハの位置特定を行い、この結果を利用してウェーハと感光マスクとの位置合わせを行うような構成となっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明者は前述の装置について検討した結果、次の問題点が生じることを見いだした。
【0005】すなわち、前述の装置では、アルミニウム、レジスト膜または絶縁膜等に存するアライメントターゲットパターンを回折光で検出することとしているが、回折光でアライメントターゲットパターンを検出する場合には、アルミニウム等の表面状態にその検出精度が大きく依存してしまうことになる。なぜなら、回折光による検出では、アルミニウム等の表面状態が悪いと、検出波形が歪んでしまうからである。この検出波形の歪みは、下地段差の影響を受けてアルミニウム等がアライメントターゲットパターンに対して非対称に膜付けされた場合に特に大きい。非対称に膜付けされたときには、エッジ形状が非対称、底面の傾斜などが助長されるからである。
【0006】このような検出信号の波形歪により、アライメントターゲットパターンの位置を正確に検出することができず、その結果、ウェーハ自体の位置特定が正確にできなくなってしまうという問題がある。
【0007】本発明の主たる目的は、ウェーハの位置特定が正確に行える技術を提供することにある。
【0008】本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
【0009】
【課題を解決するための手段】本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
【0010】(1)ウェーハ表面に設けられたアライメントターゲットパターンを光学的に検出し、該検出信号を用いて該ウェーハと感光マスクとを相対的に位置決めして露光を行う半導体製造装置において、前記検出信号の波形と所定の標準波形との不一致量を検出する比較手段と、この不一致量の少ない検出信号波形を選別する手段とを具備し、該選別手段により選別された検出信号を用いて位置合わせを行う。
【0011】(2)ウェーハ表面に設けられたアライメントターゲットパターンを光学的に検出し、該検出信号を用いて該ウェーハと感光マスクとを相対的に位置決めして露光を行う半導体製造装置において、前記検出信号の波形を処理する複数のアルゴリズムと、このアルゴリズムの1つを前記検出信号の波形形状に応じて選択する手段とが備えられ、該アルゴリズムで処理された検出信号を用いて位置合わせを行う。
【0012】(3)請求項1又は請求項2に記載の半導体製造装置において、前記検出信号波形を整形する信号処理手段を備える。
【0013】
【作用】上述した手段(1)によれば、検出信号波形と無歪の標準波形との不一致量を検出する比較手段によりアライメントターゲットパターンの検出信号の波形歪が定量的に評価される。そして、不一致量の少ない検出信号波形を選別する手段により複数の検出信号の中から波形歪量が一定範囲に収まる信号のみが選別される。そして、選別された歪の少ない信号を用いて位置合わせを行う。
【0014】また、上述した手段(2)によれば、検出信号波形を処理する複数のアルゴリズムにより各種の歪条件に対して有効な信号処理が提供される。そして、これらのアルゴリズムを選択する手段により検出信号の波形形状にもっとも有効な処理アルゴリズムが選択される。そして、該アルゴリズムで処理された検出信号を用いて位置合わせを行う。
【0015】また、上述した手段(3)によれば、信号処理手段により検出信号波形を整形して歪成分を除去したり、不要な周波数成分を除去したりする。そして、これにより続く処理の効率化を図ったり、アライメントエラーを防止したりする。
【0016】
【実施例】以下、添付図面により本発明に係る半導体製造装置の実施例を説明する。図1は実施例の全体構成図である。
【0017】図に示すように、この装置では、半導体ウェーハ1の表面に感光マスク3の像が結像するように投影レンズ4が配置され、図示しない光源により感光が行われる。そして、ウェーハ1は移動ステージ5の上に載置され、この移動ステージ5は干渉計を内蔵した駆動装置6により前後左右あるいは上下に移動自在となっている。
【0018】次に、ウェーハ1と感光マスク3との位置決めについて説明すると、He−Neレーザー7からの光線はハーフミラー8、ミラー9、及び投影レンズ4を介してウェーハ1表面のアライメントターゲットマーク2に照射される。アライメントターゲットマーク2は基板表面に凹状に設けられており、これによりウェーハ1表面で反射したレーザー光には回折現象及び干渉現象が生じる。
【0019】ターゲットマーク2からの光は投影レンズ3を通った後、ミラー9、ハーフミラー8、及びコンデンサーレンズ10を介して空間フィルター11に導かれ、回折光のうち所定次数の光のみが選択的に透過する。そして、コンデンサーレンズ12により集光されて光検出器13に入射する。
【0020】光検出器13による検出信号はA/D変換器14によりデジタル化されて波形記憶メモリ15に記憶された後、比較手段16において所定の標準波形との不一致量が検出される。具体的には、標準波形記憶メモリ17が記憶する所定の波形との差をデジタル的に積分して不一致量としている。
【0021】そして、各アライメントターゲットパターンからの検出信号についての不一致量を算出し終えると、これらの中から不一致量が小さく所定の許容範囲に収まる検出信号のみが検出信号選択手段18により選択される。
【0022】選択された検出信号は、信号処理手段19により波形が整形されて、アルゴリズム選択手段20とステージ位置制御手段22とに伝達される。そしてアルゴリズム選択手段20により複数のアルゴリズム21の一つが選択されて、これに従って所定の信号処理がなされるとともにXY方向のシフト量、スケーリング、回転、直交度が算出され、その結果からステージ位置が定められて露光が行われるのである。
【0023】この実施例によれば、検出信号波形と無歪の標準波形との不一致量を検出する比較手段16によりアライメントターゲットパターン2の検出信号の波形歪が定量的に評価され、不一致量の少ない検出信号波形を選別する検出信号選択手段18により複数の検出信号の中から波形歪量が一定範囲に収まる信号のみが選別され、選別された歪の少ない信号を用いて位置合わせを行うので、アライメントターゲットパターン2ひいてはウェーハ1の位置特定が正確に行えることになる。。
【0024】また、複数のアルゴリズムから適切なアルゴリズムを選択しているので、さらにウェーハ1の位置特定が正確に行えることになる。
【0025】また、上述した手段(3)によれば、信号処理手段19により検出信号波形を整形して歪成分を除去したり、不要な周波数成分を除去したりするので、これにより続く処理の効率化を図ったり、ウェーハ1の位置特定の精密度を増すことができる。
【0026】以上、本発明者によってなされた発明を、実施例に基づき説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変形可能であることは勿論である。
【0027】例えば、ウェーハとしてはシリコン基板以外にもGaAsその他の化合物半導体基板にも適用できる。また、石英、プリント基板、液晶板等にも応用可能である。
【0028】また、アライメントターゲットパターンとしては凸型、凹型以外にも組成の違いを利用するものなどでも良い。
【0029】また、アライメントメカニズムとしては、暗視野エッジ検出、明視野ターゲット検出、回折によるターゲット検出などいずれにも適用可能である。
【0030】また、アライメント光としてはレーザー光源の他、電子ビーム、イオンビーム、X線等も適用可能である。
【0031】さらに、アライメント法としてはチップアライメント、グローバルアライメントのいずれにも適用することができる。
【0032】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記の通りである。
【0033】ウェーハと感光マスクとの位置決めにおいて、正確なアライメント、正確なスケーリングを行うことができる。
【0034】アルミニウム膜付け後のウェーハに対しても正確な位置合わせを行うことができる。




 

 


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