JP2000088521A

JP2000088521A - 位置検出装置及びそれを用いた露光装置

Info

Publication number: JP2000088521A
Application number: JP10279431A
Authority: JP
Inventors: Masanori Hasegawa; 雅宣長谷川; Hideki Ine; 秀樹稲
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-09-14
Filing date: 1998-09-14
Publication date: 2000-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】ウエハのアライメントマークの立体形状を高
精度に検出することができる位置検出装置及びそれを用
いた露光装置を得ること。【解決手段】観察物体の位置を検出する検出光学系を
有した位置検出装置において、該検出光学系は、その光
路中の観察物体の結像面又はその近傍に光軸と直交する
面内において、回転する円盤格子を有し、該円盤格子は
開口スリット状開口を有しており、光源からの光束で該
スリット状開口を介して前記観察物体を照明するととも
に、前記観察物体からの反射光を再び該スリット状開口
を介して検出手段面上に導光しており、該円盤格子を回
転させたときに該検出手段で得られる信号を利用して該
観察物体の位置を検出すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は位置検出装置及びそ
れを用いた露光装置に関するもので、特にＩＣ、ＬＳＩ
等の半導体デバイス、ＣＣＤ等の撮像デバイス、そして
液晶パネル等の表示デバイス等のデバイス製造用のステ
ップアンドリピート方式やステップアンドスキャン方式
等の露光装置（投影露光装置）において第１物体として
のレチクル面上に形成された微細な電子回路パターンを
第２物体としてのウエハに露光転写又は投影光学系で投
影露光するときの第１物体と第２物体との相対的な位置
合わせ（アライメント）を行なうときのウエハの位置情
報を検出する際に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子製造用の投影露光装置におい
て、レチクルとウエハの相対位置合わせの高精度化は半
導体素子の高集積化を図る為の重要な一要素となってお
り、最近では半導体素子の微細化に伴いサブミクロン以
下の位置合わせ精度が要求されている。

【０００３】この為、半導体素子製造用の投影露光装置
には位置検出装置が搭載されており、該位置検出装置に
おいてレチクルとウエハとの位置検出（アライメント）
を行っている。このときのアライメント方式には様々な
方式が知られている。その中の一方法に投影レンズ（投
影光学系）を介して検出対象物体（観察物体）を検出す
るＴＴＬ方式がある。ＴＴＬ方式は、レチクル面上のパ
ターンをウエハ面上に焼付けるのに用いる露光光と異な
る波長の光束で、所定面上の基準位置（基準マーク）と
ウエハ面に設けたアライメントマークとの相対的位置検
出を行なう方式で、種々の方式の位置検出装置が提案さ
れている。

【０００４】本出願人は特願平１−１９８２６１号で、
所定面上、例えば撮像手段面上に形成されたウエハ面上
のアライメントマークの像をＣＣＤカメラ等の撮像手段
を用いて観察して、ウエハの位置検出を行う位置検出装
置を提案している。

【０００５】このような位置検出装置においては使用す
る光束の波長幅が狭いと、レジストを塗布したウエハ面
上のアライメントマークを観察する際、レジスト表面と
基板面からに反射光により干渉縞が多く発生し、検出誤
差の原因となる場合がある。この干渉縞を軽減するた
め、半値幅が数十ｎｍ程度のスペクトル幅が広い多色光
束を放射する光源を用いてアライメントマークを観察す
る位置検出装置を搭載した半導体素子製造用の投影露光
装置も提案されている。

【０００６】従来の位置検出装置は検出光学系の光学的
な深度（焦点深度）と、プロセスとの関係によってウエ
ハ面上のアライメントマークのどの位置を検出している
のかを区別するが難しいという問題点があり、これが位
置検出精度を劣化させる一原因となっていた。この問題
を解決する方法を本出願人は既に特開平６−３０２４９
９号公報で提案している。そこでは所謂ｃｏｎｆｏｃａ
ｌ検出方法を適用することでこの問題を解決している。
Ｃｏｎｆｏｃａｌ検出方法ではウエハマークの立体的な
検出、例えば該ウエハマークの下部面と上部面を区別し
た検出が可能である。

【０００７】図１２，図１３は従来のｃｏｎｆｏｃａｌ
検出によりアライメントマークの立体計測を行なう原理
図で、図１２がアライメントマーク２の上部を、図１３
がアライメントマーク２の下部を観察する状態を示して
いる。

【０００８】図１２では駆動可能な開口Ｐがアライメン
トマーク２の上部からの反射光ＴＬを透過させるが、下
部からの反射光ＢＬの大部分はピンホールＰで遮断され
る。このため、検出における深度が浅くなり、観察した
い断面のみの観察像をＣＣＤカメラ１４で受光すること
ができ、立体計測が可能である。この例では観察断面を
変える、例えばアライメントマーク２の上部の観察から
下部の観察に変更するには、図１２と図１３のようにウ
エハ１を検出系の光軸方向に移動する必要がある。この
時、ピンホールＰはアライメントマーク２の下部からの
反射光ＢＬを透過し、上部からの反射光ＴＬの大部分を
遮断している。

【０００９】また、本出願人は特開平６−３０７８１４
号公報で図１４に示すように観察物体１を移動せずにｃ
ｏｎｆｏｃａｌ検出を可能とする位置検出装置を提案し
ている。図１２では検出光学系ＡＳ内のウエハ１と結像
関係にある像面近傍に回折格子状のスリット状開口ＧＰ
を配置し、これを検出光学系ＡＳの光軸に対して斜め方
向に駆動する。該駆動により観察物体であるウエハ１を
フォーカス方向に駆動せずにｃｏｎｆｏｃａｌ検出が可
能となり、ウエハ１のアライメントマーク２の立体形状
の検出から位置が決定される。この方法は精度、スルー
プット面で今まで考えられているどの方法より優れてい
る。

【００１０】尚、図１４に示す他の要素は、同公報又は
後述する図１の本発明の実施形態１で同じ符番で示して
いるので図１の説明を参照されたい。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】図１４に示すウエハ１
のアライメントマーク２の立体形状検出の方法では、回
折格子状のスリット状の開口ＧＰを１回１軸方向へスキ
ャンすることによりＣＣＤ撮像面１６上にウエハ１表面
の３次元画像を形成し、３次元計測を行っている。

【００１２】本発明は、更にアライメント誤差の発生し
にくい立体形状測定、即ちウエハの位置検出を更に高精
度に行うことができ、この結果、レチクル面上のパター
ンをウエハ面に高精度に露光転写することができる位置
検出方法及びそれを用いた露光装置の提供を目的とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の位置検出装置は（１−１）観察物体の位置を検出する検出光学系を有し
た位置検出装置において、該検出光学系は、その光路中
の観察物体の結像面又はその近傍に光軸と直交する面内
において、回転する円盤格子を有し、該円盤格子はスリ
ット状開口を有しており、光源からの光束で該スリット
状開口を介して前記観察物体を照明するとともに、前記
観察物体からの反射光を再び該スリット状開口を介して
検出手段面上に導光しており、該円盤格子を回転させた
ときに該検出手段で得られる信号を利用して該観察物体
の位置を検出することを特徴としている。

【００１４】特に、（１−１−１）前記円盤格子は周方向に帯状の領域を複
数，周辺部から径方向に形成しており、該複数の帯状の
領域のうち１つは、透明部が形成されており、他の領域
には開口幅とピッチが互いに異なるスリット状開口部が
形成されていること。

【００１５】（１−１−２）前記円盤格子を径方向に変
位させる駆動部を有していること。

【００１６】（１−１−３）前記円盤格子は周方向に帯
状の領域を複数，形成しており、該複数の帯状の領域は
各領域毎に厚さの異なる透明部材より成り、該円盤格子
を回転させて前記観察物体の観察断面が光軸方向に変位
するようにしていること。

【００１７】（１−１−４）前記円盤格子は周方向に帯
状の領域を形成しており、該帯状の領域は周方向に連続
的に厚さが変化する透明部材より成り、該円盤格子を回
転させて前記観察物体の観察断面が光軸方向に変位する
ようにしていること。等を特徴としている。

【００１８】本発明の露光装置は、（２−１）構成（１−１）の位置検出装置を用いて第１
物体と第２物体との相対的な位置合わせを行った後に、
該第１物体面上のパターンを第２物体面上に露光転写し
ていることを特徴としている。

【００１９】本発明のデバイスの製造方法は、（３−１）構成（１−１）の位置検出装置を用いてレチ
クルとウエハとの相対的な位置合わせを行った後に該レ
チクル面上のパターンをウエハ面上に露光転写した後に
該ウエハを現像処理工程を介してデバイスを製造してい
ることを特徴としている。

【００２０】（３−２）構成（２−１）の露光装置を用
いてレチクルとウエハとの相対的な位置合わせを行った
後に該レチクル面上のパターンをウエハ面上に露光した
後に該ウエハを現像処理工程を介してデバイスを製造し
ていることを特徴としている。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態１の要部
概略図である。同図は半導体素子（デバイス）製造用の
ステップアンドリピート方式又はステップアンドスキャ
ン方式の投影露光装置に搭載された位置検出装置を示し
ている。該位置検出装置はＨｅ−Ｎｅレーザー（光源）
４０からの発振光である波長６３３ｎｍのようにウエハ
１上に塗布されたホトレジストを感光させない光（非露
光光）４１で後述するように各要素を介した後に投影光
学系１３を介してウエハ１上の立体構造のアライメント
マーク２を照明している。

【００２２】そして該アライメントマーク２からの光束
を後述するように各要素を介してＣＣＤカメラ１６に導
光して、ＣＣＤカメラ１６によってアライメントマーク
２の立体形状を観察し、その位置を検出している。本実
施形態の位置検出方法は投影光学系１３を介してアライ
メントマーク２を観察しているため、ＴＴＬの位置検出
方法である。

【００２３】同図において４は投影露光装置を構成する
照明系で不図示の光源からの光、例えば超高圧水銀ラン
プから発光するｇ線やｉ線またはエキシマレーザーから
の発振波長の露光光で、回路パターンが形成されている
レチクル（第１物体）１２を照明している。投影光学系
１３はレチクル１２面上の回路パターンをウエハ（第２
物体）１面上に例えば１／５又は１／１０に縮小投影し
ている。

【００２４】ＡＳはレチクル１２と投影光学系１３の間
からミラーＭ１を介して投影光学系１３に光を入射させ
る本発明の位置検出装置に係るアライメントスコープ
（検出光学系）である。アライメントスコープＡＳ用の
光源であるＨｅ−Ｎｅレーザー４０から出射した光４１
はファイバー４２で導光され、照明系８に入射して、ビ
ームスプリッタ（ＰＢＳ）１７で反射し、回転可能な円
盤格子ＲＧＰの１次元の回折格子状のスリット状ピンホ
ールＧＡに入射している。円盤格子ＲＧＰは移動ステー
ジ７上に固定したモータ６によって光軸と直交する平面
内で回転している。

【００２５】スリット状ピンホールＧＡは光軸と直交す
る方向に駆動可能な回折格子より成り、ウエハ１と共役
位置に又はその近傍に配置されている。スリット状ピン
ホールＧＡを通過した光は、リレー系（リレーレンズ）
１０、対物レンズ１１を透過した後、ミラーＭ１で反射
して投影光学系１３に導光している。投影光学系１３を
透過した光はウエハ１上のアライメントマーク２を照明
している。

【００２６】照明されたウエハ１面上のアライメントマ
ーク２の像は反射光として今度は照明時と逆の光路を戻
り、順に投影光学系１３、ミラーＭ１、対物レンズ１
１、リレー系１０、駆動可能なスリット状ピンホールＧ
Ａ近傍に一旦形成される。形成された像は該ピンホール
ＧＡを透過することでｃｏｎｆｏｃａｌ検出を行ってい
る。

【００２７】スリット状ピンホールＧＡを通過した光は
ビームスプリッタＰＢＳを透過してエレクター１５で正
立正像とし、光学像１４としてＣＣＤカメラ１６上に形
成している。光学像１４はＣＣＤカメラ１６で光電変換
され、光束画像処理電子回路を含むコンピュータ５１に
取り込まれて画像処理を受け、アライメントマーク２の
位置を検出している。

【００２８】このように本実施形態では、被検物体面１
の共役面に円盤の周辺部に周方向に帯上に形成した一次
元格子を配置し、該円盤格子を回転させることにより、
共焦点画像を得ることを特徴としている。

【００２９】次に図１におけるウエハ１の駆動方式につ
いて説明する。ウエハ１はウエハチャック２１上に置か
れている。ウエハチャック２１は駆動手段であるθ−Ｚ
ステージ２２上に構成され、ウエハ１をウエハチャック
２１の表面に吸着することにより、各種振動に対してウ
エハ１の位置がずれないようにしている。θ−Ｚステー
ジ２２はチルトステージ２３上に構成され、ウエハ１を
投影光学系１３の光軸方向であるフォーカス方向に上下
動させている。

【００３０】チルトステージ２３はレーザ干渉系２６で
制御するＸ−Ｙステージ１８上に構成され、ウエハ１の
反りを投影光学系１３の像面に対して最小になるように
補正している。また、チルトステージ２３独自でフォー
カス方向に駆動することも可能となっている。Ｘ−Ｙス
テージ１８はチルトステージ２３上に構成したバーミラ
ー２５とレーザ干渉系２６により駆動量をモニターされ
ている。なお、レーザ干渉計２６は回線を通じてコンピ
ュータ５１にＸ−Ｙステージ１８の駆動量に関する計測
値を転送する。

【００３１】２９、３０はフォーカス検出系である。投
影光学系１３の像面に対するショット面の位置を検出
し、露光ショットがベストフォーカスになるようにθ−
Ｚステージ２２でウエハの位置を駆動している。また、
ショット内を複数点計測することにより、フォーカス以
外に投影光学系１３の像面に対するショットの面の傾き
も検出し、該検出結果を用いてチルトステージ２３でそ
の量を補正している。ウエハ１面のフォーカス測定後、
検出系３０から回線を通じコンピュータ５１に計測値を
転送している。

【００３２】次にウエハ１面上のアライメントマーク２
の３次元画像を撮像する手順を図２を用いて説明する。
アライメントマーク２の像は投影レンズ１３によって対
物レンズ１１のミラーＭ１側の光軸上で一旦倍率５程度
で結像し、その後、対物レンズ１１によってリレー系１
０を介して、例えば２０倍に拡大されてスリット状ピン
ホールＧＡの近傍のＸ−Ｙ平面内（光軸Ｚと直交する平
面内）に再結像している。

【００３３】図２は円盤格子ＲＧＰとアライメントマー
ク２の観察領域を示すアライメント視野（視野）ＡＭＦ
との位置関係を表わした説明図である。これら円盤格子
ＲＧＰは例えばレチクル１２と同じ材料で作られ、非常
に平面度の高い石英ガラスにＣｒのような金属を電子ビ
ーム描画装置でパターニングすることによって形成され
る。

【００３４】円盤格子ＲＧＰの中心にある大小５つの穴
ｈ１〜ｈ５は、回転中心の芯を通す穴ｈ５と、芯と円盤
を固定する為のねじ穴ｈ１〜ｈ４である。スリット状ピ
ンホールＧＡは一次元格子より成り、中心穴ｈ５を中心
として周辺部に放射状に広がっているスリット状格子
（スリット状ピンホール）である。これらはスリットは
厳密には平行でないので完全な一次元格子ではないが、
視野ＡＭＦは高々１ｍｍ□程度であり、円盤格子ＲＧＰ
の径は１００ｍｍφ程度あるので、実質的に一次元格子
とみなせる（又、スリット状格子とアライメントマーク
の直交（平行）度は、コンフォール像性能やアライメン
ト精度に直接影響を与えるものではない）。

【００３５】図３はアライメント視野ＡＭＦに形成され
るアライメントマークの空中像（アライメントマーク
像）１４’のイメージ図である。ここでアライメント検
出方向はＸ方向である。視野ＡＭＦ内をＹ方向にほぼ平
行に形成された一次元格子群が円盤格子ＲＧＰの回転に
伴ってＸ方向に等速スキャンされる。

【００３６】これによってウエハアライメントマーク画
像１４’はＸ方向に関する共焦点画像が得られることに
なる。

【００３７】回転円盤を用いた顕微鏡の共焦点化に関し
ては、例えば特開平６−３０２４９９号公報等にも記載
されている。これらはニッポウディスク（Ｎｉｐｋｏｗ
ｄｉｓｋ）と呼ばれ、共焦点顕微鏡ではよく使用され
ている円盤である。ところがニッポウディスクでは２次
元ピンホールが用いられているため、光量低下が大きい
という問題がある。例えばピンホール径とピンホール間
の平均的な距離の比が１：１０の場合、明視野画像との
光量比は１：１００になってしまう。

【００３８】ところが本件のように１次元格子であれば
光量は１／１０の低下で済む。１次元スリットのスリッ
ト長手方向に関しては共焦点効果は得られないが、本件
のアライメントマークの位置検出のように検出方向に関
して深さ分解能が向上できれば十分目的を達成すること
が出来る。

【００３９】また円盤ディスク（円盤格子ＲＧＰ）の場
合、慣性力によってスリット走査速度を一定に出来る
為、光量むらが発生せず、高精度なコンフォーカル検出
を達成できるという利点がある。この為、例えば測定時
にはディスクを（速度が一定になる状態まで）あらかじ
め回転させておいた後測定を行う。

【００４０】図４は本発明の実施形態２に係る円盤格子
ＲＧＰの説明図である。図４は図２で説明した１次元格
子のスリット状ピンホールＧＡが径方向に領域分割され
たもので、（スリット状ピンホールＧＡ１〜ＧＡ５）各
輪帯の幅はアライメント視野ＡＭＦの非検出方向（Ｙ）
の幅より十分広くとってある。

【００４１】図５はスリット状ピンホールＧＡ１〜ＧＡ
５の拡大図である。スリット状ピンホールＧＡ１は完全
透過部でスリット状ピンホールＧＡ１を通してみたアラ
イメントマークは明視野画像となり、通常の明視野画像
アライメントを実施することができる。

【００４２】スリット状ピンホールＧＡ２〜ＧＡ５は１
次元格子部で円盤格子ＲＧＰ’を回転することによりコ
ンフォーカル画像を得ることができる。スリット状ピン
ホールＧＡ２〜ＧＡ５の格子は開口幅やピッチが異なっ
ている。

【００４３】開口部が小さく、ピッチが大きいほど被検
面にフォーカスしている光とデフォーカスしている光の
Ｓ／Ｎ（フォーカス光量／デフォーカス光量）が向上
し、コンフォーカル効果が向上するが、一方光量は低下
するため、ウエハサンプルの反射率、断面構造によって
最適なものを選択できるようになっている。

【００４４】スリット状ピンホールＧＡの切り換えは移
動ステージ７によって円盤格子ＲＧＰを径方向（Ｙ）に
駆動することによって達成している。このような構成を
取ることによって明視野系とコンフォーカル系を容易に
切り換えることができ、さらにコンフォーカル観察時に
も、ウエハプロセスに応じた最適な開口幅／ピッチでコ
ンフォーカル計測を実施することができる。

【００４５】図６は本発明の実施形態３に係る円盤格子
ＲＧＰの説明図である。図６は例えば図４のような円盤
格子を裏面（ガラス面）から見た図である。領域ａ〜ｈ
と領域が周方向に複数に分割されているのは、ガラス厚
が各領域ａ〜ｈ毎に異なることを示している。

【００４６】例えば、領域ａの厚さは４ｍｍ、以下領域
ｂ→ｈと０．２５ｍｍずつ薄くなり、領域ｈでは２．２
５ｍｍとなっている。即ち、図６において、円盤が矢印
方向に回転すると、その間、円盤のガラス厚が１．７５
ｍｍ変化し、石英ガラスの屈折率を１．５とすると、光
路長は０．８７５ｍｍ変化することになる。

【００４７】図７は円盤格子ＲＧＰのガラス厚が変化し
たとき、ウエハ１側の焦点位置が変化する様子を示した
図である。円盤格子ＲＧＰのガラス厚がＴｃの時、点Ａ
を出た光線は、ガラス表面の点Ｃで屈折し、光線ＲＣは
あたかも点Ｃ’から発したかのように進行し、レンズＬ
Ｅで屈折し、物体面Ｐｃ上の点Ｃ”に結像する。

【００４８】円盤格子ＲＧＰのガラス厚がＴｂの時、点
Ａを出た光線は、ガラス表面の点Ｂで屈折、光線ＲＢは
光線ＲＣの外側を光線ＲＣと平行に進む。この時、光線
ＲＢは点Ｃ’より面ＧＳに近い点Ｂ’から発したかのよ
うに進行する為、その結像面Ｐｂは像面Ｐｃより面ＧＳ
に近い側に形成される。このデフォーカス量ＳＬは以下
のように見積もられる。

【００４９】結像系に屈折率ｎ、厚さｄの平行平板を挿
入する際、挿入された側での焦点位置変化は次式で与え
られる。

【００５０】 Δ＝（１−１／ｎ）×ｄ ‥‥‥（１）ｄ＝４．００ｍｍの時、Δｃ＝１．３３ｍｍｄ＝２．２５ｍｍの時、Δｂ＝０．７５ｍｍ図７において、ガラス厚Ｔｃを４ｍｍ、ガラス厚Ｔｂを
２．２５ｍｍとすると、焦点位置変化ΔｃはＡＣ’間の
距離、焦点位置変化ΔｂはＡＢ’間の距離に相当する。
このガラス厚の変化による像側の焦点位置変化Δは、結
局Δｃ−Δｂで与えられ、５８３μｍと算出される。

【００５１】レンズ系の倍率が２０倍のとき、ウエハ面
（物体面）でのデフォーカス量は約１．４６μｍでやや
小さいが、倍率を１０倍に下げれば、物体面スキャン量
は５．８３μｍとなり、ウエハ面上のアライメントマー
クの立体形状計測のために十分なスキャン量となる。

【００５２】また、円盤格子をウエハマークの２次像面
でなく、１次像面（図１では対物レンズ１１の手前）に
配置することにより、総合倍率を下げずに十分なスキャ
ン量を確保することができる。

【００５３】前記ガラス部材は段差が大きい場合は、張
り合わせで作製しても良いし、高精度に加工するには、
図８に示したようなマスクを使って、露光／エッチング
工程を行なっても良い。図８（Ａ）のような０〜−０．
７までの８段の段差を形成するには、図８（Ｂ），
（Ｃ），（Ｄ）のような３種類のマスク１０２〜１０４
を使って露光／エッチングをすれば良い（符号はガラス
面側から見た相対高さを示す）。

【００５４】まず、図８（Ｂ）のマスク１０２を使って
露光、レジストパターンを形成し、ポジ型レジストの場
合は黒抜きの部分にマスク材となるレジストパターンが
形成され、白抜きの領域を０．４だけエッチングを行
う。

【００５５】同様にマスク１０３を用いて０．２エッチ
ングし、マスク１０４を用いて、０．１エッチングする
ことにより、図８（Ａ）のような段差を形成することが
できる。

【００５６】加工にエッチングを用いる場合、加工量が
通常の半導体プロセスよりは１〜２桁大きくなる為マス
ク材、露光方法はある程度特殊な方法が用いられる。厚
いレジストパターンを形成するにはＸ線露光を用いるの
も一つの方法である。

【００５７】上記円盤を回転させたとき、ガラス面の段
差部が観察領域に入った場合、段差部の左右でデフォー
カスが発生し、コマ収差により画像が劣化するという問
題が発生する。

【００５８】この対策として、円盤の回転軸にエンコー
ダを予め設置し、段差部が観察領域に入る回転角を事前
に調査しておき、該回転角の前後の一定角度分の時間
（すなわち、観察領域に段差部が入って外れるまでの時
間）はＣＣＤ１６の出力信号を読み込まないようにする
ことで対処できる。

【００５９】図９は上記円盤格子の別の実施形態の説明
図である。ガラス厚を離散的に変えないで、ガラス円盤
の横断面が楔状になるように作製する。図９（Ａ），
（Ｂ）はその概念図でＧＳはＣｒによる一次元格子作製
部、図９（Ａ）は楔を横から見た図、図９（Ｂ）は上記
楔を９０度回転し、ａ−ｃ断面のｃ方向から見た図であ
る。

【００６０】円盤を回転することで厚さが緩やかに変化
する為、画像が急に劣化するポジションはない。しかし
点ａ，ｃの２点を除く全ての点でガラス厚が撮像面内で
微小変化している（点ｂ，ｄで最大）しているため、常
にコマ収差に起因する画像の重心シフトが発生してい
る。

【００６１】ところで、そのシフト量は観察点ａ→ｂ→
ｃと、ａ→ｄ→ｃでは符号が逆で絶対値は等しい。つま
り、円盤一回転分の画像を積算すればアライメント検出
方向の画像シフトは０になり、位置検出という本来の目
的を逸脱することなく３次元画像を検出することができ
る。

【００６２】また、楔角θが微小で、前記シフト量が十
分小さい場合、３次元画像自体が高精度に検出される。

【００６３】このように本実施形態においては、円盤格
子の回転に対し、ガラス厚、すなわち光路長が適宜変化
するような構成になっており、Ｚステージを駆動するこ
となく、円盤格子を回転させるだけで被検出物体面を深
度方向に走査することを特徴としている。

【００６４】尚、上記までのアライメント方式の一実施
例にＴＴＬオフアキスアライメント方式で説明を行なっ
てきたが、本発明はそれに限定する必要はなく、例えば
ＴＴＬオンアキスアライメント方式やＮＯＮ−ＴＴＬオ
フアキスアライメント方式においても同じように適用で
き、本発明の目的を達成することができる。

【００６５】次に上記説明した投影露光装置を利用した
デバイスの製造方法の実施例を説明する。

【００６６】図１０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
フローチャートである。

【００６７】本実施例においてステップ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。

【００６８】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）は前行程と呼ばれ、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。

【００６９】次のステップ５（組立）は後行程と呼ば
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。

【００７０】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。

【００７１】図１１は上記ステップ４のウエハプロセス
の詳細なフローを示す。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。

【００７２】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。

【００７３】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）ではエッチングが済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。

【００７４】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製造するこ
とができる。

【００７５】

【発明の効果】本発明によれば以上のように、ウエハ面
の位置情報を検出する検出機構にスリット状ピンホール
を光軸と直交する平面内で回転させる駆動機構を設け、
前記駆動機構により該スリット状ピンホールを回転駆動
させることにより、アライメント誤差の発生しにくい立
体形状測定、即ちウエハの位置検出を高精度に行うこと
ができ、この結果、レチクル面上のパターンをウエハ面
に高精度に露光転写することができる位置検出方法及び
それを用いた露光装置を達成することができる。

【００７６】特に、本発明によれば、線型駆動するため
のアクチュエータの制御精度によらず、均一な照度で深
度方向に画像を蓄積することができるため、検出した３
次元画像に輝度むらが発生せず、形状に忠実な立体形状
画像を検出でき、結果として高精度なアライメントを達
成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の要部概略図

【図２】アライメントマーク中間像形成領域ＡＭＦと回
転円盤格子の位置関係を示す図

【図３】アライメントマーク中間像のイメージ図

【図４】回転円盤格子の表面（格子部作製側）からみた
図

【図５】円盤格子の部分拡大図

【図６】回転円盤格子の裏面（ガラス面）から見た図

【図７】本発明に係る検出光学系の深度方向スキャンの
原理図

【図８】本発明に係る円盤格子ガラス部の段差作製方法
の説明図

【図９】本発明に係る円盤格子ガラス部の他の実施形態
の説明図

【図１０】本発明のデバイスの製造方法のフローチャー
ト

【図１１】本発明のデバイスの製造方法のフローチャー
ト

【図１２】従来のＣｏｎｆｏｃａｌ検出で立体形状計測
を行なう原理図で、ウエハ上のアライメントマークの上
部を観察している場合の説明図

【図１３】従来のＣｏｎｆｏｃａｌ検出で立体形状計測
を行なう原理図で、ウエハ上のアライメントマークの下
部を観察している場合の説明図

【図１４】従来のＣｏｎｆｏｃａｌ検出系の要部概略図

【符号の説明】

１ウエハ２アライメントマーク４照明光学系６駆動部７Ｙ方向駆動部８アライメント照明光学系１０リレーレンズ１１対物レンズ１２レチクル１３縮小投影光学系１５エレクター１６ＣＣＤカメラ１７ＰＢＳビームスプリッター１８ＸＹステージ２１ウエハーチャック２２ θ−Ｚステージ２３チルトステージ２５バーミラー２６レーザー干渉計２９フォーカス計測系（投光系）３０フォーカス計測系（検出系）４０Ｈｅ−Ｎｅレーザー４１Ｈｅ−Ｎｅレーザーからの光４２ファイバーＧＡ駆動可能な回折格子状のスリット状ピンホー
ルＡＳアライメントスコープＲＧＰ回転駆動可能な回折格子状のスリット状ピン
ホールＧＡ格子状のスリット状ピンホール部ＧＡＷ格子状のスリット状ピンホール部形成領域ＡＭＦアライメントマーク中間像形成領域

フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA03 AA54 BB13 BB17 CC18 CC19 DD03 FF04 FF42 FF51 GG03 GG05 GG12 HH12 JJ03 JJ16 JJ26 LL04 LL12 LL30 LL37 LL42 MM03 PP12 5F046 BA04 BA05 CC01 CC05 CC06 CC11 DA05 DA14 EA03 EB01 FA03 FA10 FA16 FB16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】観察物体の位置を検出する検出光学系を
有した位置検出装置において、該検出光学系は、その光
路中の観察物体の結像面又はその近傍に光軸と直交する
面内において、回転する円盤格子を有し、該円盤格子は
スリット状開口を有しており、光源からの光束で該スリ
ット状開口を介して前記観察物体を照明するとともに、
前記観察物体からの反射光を再び該スリット状開口を介
して検出手段面上に導光しており、該円盤格子を回転さ
せたときに該検出手段で得られる信号を利用して該観察
物体の位置を検出することを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】前記円盤格子は周方向に帯状の領域を複
数，周辺部から径方向に形成しており、該複数の帯状の
領域のうち１つは、透明部が形成されており、他の領域
には開口幅とピッチが互いに異なるスリット状開口部が
形成され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】前記円盤格子を径方向に変位させる駆動
部を有していることを特徴とする請求項２の位置検出装
置。
【請求項４】前記円盤格子は周方向に帯状の領域を複
数，形成しており、該複数の帯状の領域は各領域毎に厚
さの異なる透明部材より成り、該円盤格子を回転させて
前記観察物体の観察断面が光軸方向に変位するようにし
ていることを特徴とする請求項１，２又は３の位置検出
装置。
【請求項５】前記円盤格子は周方向に帯状の領域を形
成しており、該帯状の領域は周方向に連続的に厚さが変
化する透明部材より成り、該円盤格子を回転させて前記
観察物体の観察断面が光軸方向に変位するようにしてい
ることを特徴とする請求項１，２又は３の位置検出装
置。
【請求項６】請求項１から５のいずれか１項記載の位
置検出装置を用いて第１物体と第２物体との相対的な位
置合わせを行った後に、該第１物体面上のパターンを第
２物体面上に露光転写していることを特徴とする露光装
置。
【請求項７】請求項１から５のいずれか１項記載の位
置検出装置を用いてレチクルとウエハとの相対的な位置
合わせを行った後に該レチクル面上のパターンをウエハ
面上に露光転写した後に該ウエハを現像処理工程を介し
てデバイスを製造していることを特徴とするデバイスの
製造方法。
【請求項８】請求項６の露光装置を用いてレチクルと
ウエハとの相対的な位置合わせを行った後に該レチクル
面上のパターンをウエハ面上に露光した後に該ウエハを
現像処理工程を介してデバイスを製造していることを特
徴とするデバイスの製造方法。