JP2546364B2 - 位置合わせ装置 - Google Patents
位置合わせ装置Info
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- JP2546364B2 JP2546364B2 JP63334733A JP33473388A JP2546364B2 JP 2546364 B2 JP2546364 B2 JP 2546364B2 JP 63334733 A JP63334733 A JP 63334733A JP 33473388 A JP33473388 A JP 33473388A JP 2546364 B2 JP2546364 B2 JP 2546364B2
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- point
- wafer
- light
- optical system
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
- G03F9/7049—Technique, e.g. interferometric
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は位置合わせ装置に関し、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をウエハとの相対的な位置決め（ア
ライメント）を行う場合に好適な位置合わせ装置に関す
るものである。
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をウエハとの相対的な位置決め（ア
ライメント）を行う場合に好適な位置合わせ装置に関す
るものである。
（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。
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。
多くの位置合わせ装置においては、マスン及びウエハ
面上に位置合わせ用の所謂アライメントパターン（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、プロキシミティタイプ
の露光装置としては、例えば双方のアライメントパター
ン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パターンとしてゾーン
プレート等の物理光学素子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。
面上に位置合わせ用の所謂アライメントパターン（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、プロキシミティタイプ
の露光装置としては、例えば双方のアライメントパター
ン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パターンとしてゾーン
プレート等の物理光学素子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。
前記位置合わせ装置においては、相対的な位置ずれ量
を求める際にマスクとウエハ面上に設けたゾーンプレー
トからの光を評価すべき所定面上に独立に結像させて各
々基準とする位置からのずれ量を求めている。
を求める際にマスクとウエハ面上に設けたゾーンプレー
トからの光を評価すべき所定面上に独立に結像させて各
々基準とする位置からのずれ量を求めている。
この場合、ゾーンプレートからの直接像をそのまま評
価したのでは相対的な位置ずれ量に対する所定面上の動
きが同程度で小さく高精度な検出が難しい。
価したのでは相対的な位置ずれ量に対する所定面上の動
きが同程度で小さく高精度な検出が難しい。
一般に位置合わせを高精度に行うには、例えば所定面
上の動きを拡大する拡大系を設けるのが有効である。し
かしながら単に拡大系を設けてもその組立精度の影響や
位置合わせにおける変動の影響により、所定面上におけ
る光量のずれ量を高精度に検出することが難しい等の問
題があった。
上の動きを拡大する拡大系を設けるのが有効である。し
かしながら単に拡大系を設けてもその組立精度の影響や
位置合わせにおける変動の影響により、所定面上におけ
る光量のずれ量を高精度に検出することが難しい等の問
題があった。
又特開昭62−255805号公報では縮少型の投影レンズを
用いた露光装置を提案している。同公報ではレチクル面
上にアライメントマークとして回折格子を設け、該回折
格子にコヒーレント光を照射して、これより生じる回折
光をレンズ系を介してウエハ面上に干渉縞を形成してい
る。
用いた露光装置を提案している。同公報ではレチクル面
上にアライメントマークとして回折格子を設け、該回折
格子にコヒーレント光を照射して、これより生じる回折
光をレンズ系を介してウエハ面上に干渉縞を形成してい
る。
そして該干渉縞をウエハ面上に設けたアライメントマ
ークである回折格子面上に重ね合わせ、このとき得られ
る回折光の強度変化からマスクとウエハとの位置ずれを
検出している。
ークである回折格子面上に重ね合わせ、このとき得られ
る回折光の強度変化からマスクとウエハとの位置ずれを
検出している。
しかしながら同公報の位置合わせ装置では検出分解能
が例えば5nm程度となる様にレチクル及びウエハ面上の
回折格子の格子ピッチを定めると検出系を用いた電子情
報通信学会技術報告SDM87−149（1987年12月11日）及び
同SSD85−108（1985年12月13日）、社団法人電子情報通
信学会出版等で示されている様に検出可能なウエハのず
れ量が幅にして0.5μｍ程度以下と著しく小さく、従っ
てこの範囲内にウエハを設定する為に、一般に別の高精
度な位置合わせ手段を必要とする等の問題点があった。
が例えば5nm程度となる様にレチクル及びウエハ面上の
回折格子の格子ピッチを定めると検出系を用いた電子情
報通信学会技術報告SDM87−149（1987年12月11日）及び
同SSD85−108（1985年12月13日）、社団法人電子情報通
信学会出版等で示されている様に検出可能なウエハのず
れ量が幅にして0.5μｍ程度以下と著しく小さく、従っ
てこの範囲内にウエハを設定する為に、一般に別の高精
度な位置合わせ手段を必要とする等の問題点があった。
（発明が解決しようとする問題点） 本発明は第１物体と第２物体との相対的な位置ずれ量
を検出する際に第１物体面上のアライメントマークから
の光束を所定位置に集光させる為の集光光学系を第１物
体と第２物体との間に配置することにより、比較的簡易
な構成により高精度でかつ検出範囲の広い、特に縮少型
の半導体素子製造用の露光装置に好適な位置合わせ装置
の提供を目的とする。
を検出する際に第１物体面上のアライメントマークから
の光束を所定位置に集光させる為の集光光学系を第１物
体と第２物体との間に配置することにより、比較的簡易
な構成により高精度でかつ検出範囲の広い、特に縮少型
の半導体素子製造用の露光装置に好適な位置合わせ装置
の提供を目的とする。
（問題点を解決するための手段） 本発明は、第１物体と第２物体との相対的な位置決め
を行う際、該第１物体面上に設けた第１アライメントマ
ークに照明手段から光を入射させ、このとき該第１アラ
イメントマークから出射した光束を集光光学系により集
光し、該集光光学系の光軸方向の該第２物体面から外れ
た有限位置に集光点を形成し、該集光点を該第２物体面
上に設けた第２アライメントマークにより光検出手段面
上に拡大投影し、該光検出手段からの出力信号を利用し
て該第１物体と第２物体との相対点な位置決めを行った
ことを特徴としている。
を行う際、該第１物体面上に設けた第１アライメントマ
ークに照明手段から光を入射させ、このとき該第１アラ
イメントマークから出射した光束を集光光学系により集
光し、該集光光学系の光軸方向の該第２物体面から外れ
た有限位置に集光点を形成し、該集光点を該第２物体面
上に設けた第２アライメントマークにより光検出手段面
上に拡大投影し、該光検出手段からの出力信号を利用し
て該第１物体と第２物体との相対点な位置決めを行った
ことを特徴としている。
（実施例） 第１図は本発明を半導体素子製造用の縮少投影型の露
光装置に適用したときの一実施例の光学系の要部概略
図、第２図（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の位置合わせ装置に
おいて第１物体と第２物体とを位置合わせする際の原理
説明図である。
光装置に適用したときの一実施例の光学系の要部概略
図、第２図（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の位置合わせ装置に
おいて第１物体と第２物体とを位置合わせする際の原理
説明図である。
第１図においてレーザ等の光源７から出射した光束を
投光レンズ系（コリメーターレンズ）８で平行光として
第１物体としてのレチイクル１面の第１アライメントパ
ターン４を照射している。第１アライメントパターン４
は、例えば光束の通過光を点Ｐに集光させるレンズ作用
を有する透過型のフレネルゾーンプレート等の物理光学
素子より成っている。そして点Ｐからの光束を集光光学
系として併用している縮少型のレンズ系３により第２物
体としてのウエハ２から縮少レンズ系３の光軸方向の距
離ａだけ離れた点Ｑに集光している。
投光レンズ系（コリメーターレンズ）８で平行光として
第１物体としてのレチイクル１面の第１アライメントパ
ターン４を照射している。第１アライメントパターン４
は、例えば光束の通過光を点Ｐに集光させるレンズ作用
を有する透過型のフレネルゾーンプレート等の物理光学
素子より成っている。そして点Ｐからの光束を集光光学
系として併用している縮少型のレンズ系３により第２物
体としてのウエハ２から縮少レンズ系３の光軸方向の距
離ａだけ離れた点Ｑに集光している。
ウエハ２上には第２アライメントパターン５が設けら
れており、この第２アライメントパターン５は例えば反
射型のフレネルゾーンプレート等の物理光学素子より成
り、凸面鏡の機能を有しており点Ｑに集光し、入射して
くる光束を反射させハーフミラー９を介してポジション
センサー,CCD等の光検出手段（検出器）の検出面６上に
結像させている。
れており、この第２アライメントパターン５は例えば反
射型のフレネルゾーンプレート等の物理光学素子より成
り、凸面鏡の機能を有しており点Ｑに集光し、入射して
くる光束を反射させハーフミラー９を介してポジション
センサー,CCD等の光検出手段（検出器）の検出面６上に
結像させている。
本実施例ではこのときの検出面６上に導光された光束
の光量の所定位置からの重心ずれ量εからレチクル１と
ウエハ２との相対的な位置ずれ量δを求めている。
の光量の所定位置からの重心ずれ量εからレチクル１と
ウエハ２との相対的な位置ずれ量δを求めている。
即ちこのときのウエハ２から検出面６までのハーフミ
ラー９を経由した距離をｂとすれば位置ずれ量δと光量
の重心ずれ量εとの関係は となる。
ラー９を経由した距離をｂとすれば位置ずれ量δと光量
の重心ずれ量εとの関係は となる。
本実施例では距離a,bを適当に選び、これよりレチク
ル１とウエハ２の相対的な位置ずれ量δを高精度に求め
ている。
ル１とウエハ２の相対的な位置ずれ量δを高精度に求め
ている。
本実施例では点Ｑの位置をレチクル１側から見てウエ
ハ２より遠い位置に設定し、第２アライメントパターン
５を凸面鏡型より構成したが、点Ｑの位置をウエハ２よ
り手前とし、第２アライメントパターン５を凹面鏡型の
機能を有するように構成しても同様な結果を得ることが
できる。
ハ２より遠い位置に設定し、第２アライメントパターン
５を凸面鏡型より構成したが、点Ｑの位置をウエハ２よ
り手前とし、第２アライメントパターン５を凹面鏡型の
機能を有するように構成しても同様な結果を得ることが
できる。
次に第２図を用いて位置合わせの原理を説明する。
同図において第１図で示した要素と同一要素には同符
番を付している。
番を付している。
第２図（Ａ），（Ｃ）は各々第１物体１と第２物体２
とが所定量δずれている場合、第２図（Ｂ）は第１物体
１と第２物体２との位置合わせが完了している場合を示
している。
とが所定量δずれている場合、第２図（Ｂ）は第１物体
１と第２物体２との位置合わせが完了している場合を示
している。
本実施例では不図示のコリメーターレンズからの平行
光束をレチクルに代表される第１物体１面上に設けた第
１アライメントパターンであるフレネルゾーンプレート
の如き第１物理光学素子４に入射させている。第１物理
光学素子４は例えば凸レンズの如く集光作用を有してお
り、出射光を第１物理光学素子４の焦点位置Ｐに集光し
ている。そしてこの点Ｐを集光光学系として例えば縮小
露光焼付用のレンズ系３を利用し、これよりリレーし、
点Ｑに再結像する様に構成している。
光束をレチクルに代表される第１物体１面上に設けた第
１アライメントパターンであるフレネルゾーンプレート
の如き第１物理光学素子４に入射させている。第１物理
光学素子４は例えば凸レンズの如く集光作用を有してお
り、出射光を第１物理光学素子４の焦点位置Ｐに集光し
ている。そしてこの点Ｐを集光光学系として例えば縮小
露光焼付用のレンズ系３を利用し、これよりリレーし、
点Ｑに再結像する様に構成している。
この際、被位置合わせ用の物体であるウエハの如き第
２物体は点Ｑより距離ａだけレンズ系３側に配し、さら
に第２物体２面上の前記光束が照明される領域に凹レン
ズの如く発散作用を有する第２物理光学素子５を設けて
いる。そして第２物理光学素子５で反射させることによ
り点Ｑを不図示の半透鏡の反射を介して検出器６上に点
Ｒとして再結像している。
２物体は点Ｑより距離ａだけレンズ系３側に配し、さら
に第２物体２面上の前記光束が照明される領域に凹レン
ズの如く発散作用を有する第２物理光学素子５を設けて
いる。そして第２物理光学素子５で反射させることによ
り点Ｑを不図示の半透鏡の反射を介して検出器６上に点
Ｒとして再結像している。
即ち第１物理光学素子４、レンズ系３、第２物理光学
素子５を所謂凸，凸，凹系のレンズ群として構成し投射
光束像を途中Ｐ点で１回結像した後、これをレンズ系３
で第２物理光学素子５より距離ａだけ離れた点Ｑに集光
し、これを第２物理光学素子５により更に距離ｂだけ離
れた検出器６上に点Ｒとして再結像している。ここで第
２物理光学素子５の中心をＯとし、第２図（Ａ），
（Ｃ）に示すように第１物体１と第２物体２との位置合
わせ完了時（Ｂ）の位置関係からの変位量、即ち位置ず
れ量をδとすると、幾何配置より容易に検出器６上の結
像点Ｒの位置合わせ完了時からの変化量εは前述の如く ε＝（１−b/a）δ ……（１） となる。（但し第２図においてδ＞0,a＞0,b＞0,ε＜０
として符号を設定し、以下この規定とする）。ここで、
b/aは一般の光学の結像系で用いられる横倍率β（所謂
結像倍率）に相当している。従って（１）式は ε＝（１−β）・δ ……（２） となる。
素子５を所謂凸，凸，凹系のレンズ群として構成し投射
光束像を途中Ｐ点で１回結像した後、これをレンズ系３
で第２物理光学素子５より距離ａだけ離れた点Ｑに集光
し、これを第２物理光学素子５により更に距離ｂだけ離
れた検出器６上に点Ｒとして再結像している。ここで第
２物理光学素子５の中心をＯとし、第２図（Ａ），
（Ｃ）に示すように第１物体１と第２物体２との位置合
わせ完了時（Ｂ）の位置関係からの変位量、即ち位置ず
れ量をδとすると、幾何配置より容易に検出器６上の結
像点Ｒの位置合わせ完了時からの変化量εは前述の如く ε＝（１−b/a）δ ……（１） となる。（但し第２図においてδ＞0,a＞0,b＞0,ε＜０
として符号を設定し、以下この規定とする）。ここで、
b/aは一般の光学の結像系で用いられる横倍率β（所謂
結像倍率）に相当している。従って（１）式は ε＝（１−β）・δ ……（２） となる。
位置合わせ完了時の結像点Ｒの位置は装置にマスクを
取りつける毎にウエハ上にためし焼きを行ない、現像後
の焼付パターンのずれ量とためし焼き時の結像点の位置
より（２）式から求められる。
取りつける毎にウエハ上にためし焼きを行ない、現像後
の焼付パターンのずれ量とためし焼き時の結像点の位置
より（２）式から求められる。
前記（１），（２）式より明らかな様に第２物体２の
変位を高精度に検出する為には受光器６上のスポットの
変位量εを拡大することが良い。例えば位置ずれ量δに
対して例えば50倍〜200倍程度を設定すると良い。これ
はレンズ系３の結像倍率を加味して第１物理光学素子４
の焦点距離をパラメータとして結像点Ｑまでの距離ａ
と、検出器６までの距離ｂとでほぼ定められる為、実装
上の制約に合わせて任意設定可能である。また検出器６
を簡単の為、第２物理光学素子５からの光束が直接結像
した場合を示したが実装上の制約から検出器６の配置が
困難な時などその動作距離を調整する為に光路途中にレ
ンズ系を設け、更に拡大倍率を与え調整しても良い。
変位を高精度に検出する為には受光器６上のスポットの
変位量εを拡大することが良い。例えば位置ずれ量δに
対して例えば50倍〜200倍程度を設定すると良い。これ
はレンズ系３の結像倍率を加味して第１物理光学素子４
の焦点距離をパラメータとして結像点Ｑまでの距離ａ
と、検出器６までの距離ｂとでほぼ定められる為、実装
上の制約に合わせて任意設定可能である。また検出器６
を簡単の為、第２物理光学素子５からの光束が直接結像
した場合を示したが実装上の制約から検出器６の配置が
困難な時などその動作距離を調整する為に光路途中にレ
ンズ系を設け、更に拡大倍率を与え調整しても良い。
本実施例においてはアライメントパターンとして物理
光学素子を用いることにより、単なるエッジパターンの
アライメントパターンを用いた場合に比べパターン欠損
の影響が少ないという特徴を有している。又任意の縮小
露光焼き付け用のレンズ系に合わせて第１物理光学素子
の焦点距離を選択し、これにより検出に必要なずれ倍率
（＝ε／δ）を得ている。更に原理的に検出器上の光量
分布の変化が被位置合わせ用の第２物体のずれに対して
単調に変化している為、検出器６の大きさで定められる
範囲において検出可能な領域が広く設定できる等の特長
を有している。
光学素子を用いることにより、単なるエッジパターンの
アライメントパターンを用いた場合に比べパターン欠損
の影響が少ないという特徴を有している。又任意の縮小
露光焼き付け用のレンズ系に合わせて第１物理光学素子
の焦点距離を選択し、これにより検出に必要なずれ倍率
（＝ε／δ）を得ている。更に原理的に検出器上の光量
分布の変化が被位置合わせ用の第２物体のずれに対して
単調に変化している為、検出器６の大きさで定められる
範囲において検出可能な領域が広く設定できる等の特長
を有している。
又第１図及び第２図では第１物理光学素子４、レンズ
系３、第２物理光学素子５がレンズ系として凸，凸，凹
系の構成を示したがこの他、他の組合わせの構成、例え
ば第３図に示す様に凸，凸，凸系の構成、第４図に示す
ように凹，凸，凹系の構成、そして第５図に示すように
凹，凸，凸系の構成でも可能である。
系３、第２物理光学素子５がレンズ系として凸，凸，凹
系の構成を示したがこの他、他の組合わせの構成、例え
ば第３図に示す様に凸，凸，凸系の構成、第４図に示す
ように凹，凸，凹系の構成、そして第５図に示すように
凹，凸，凸系の構成でも可能である。
このような構成において第１物体と第２物体との位置
ずれ量δと光量の重心位置ずれ量εとの関係は前述と同
様に となる。これらのレンズ構成はいずれもレンズ系３の特
性に応じて適宜選択している。
ずれ量δと光量の重心位置ずれ量εとの関係は前述と同
様に となる。これらのレンズ構成はいずれもレンズ系３の特
性に応じて適宜選択している。
尚、第3,第4,第５図において（Ａ），（Ｃ）は第１物
体１と第２物体２とが所定量δずれている場合、（Ｂ）
は第１物体１と第２物体２との位置合わせが完了してい
る場合を示している。
体１と第２物体２とが所定量δずれている場合、（Ｂ）
は第１物体１と第２物体２との位置合わせが完了してい
る場合を示している。
又、以上の説明においては簡単の為、すべて共軸系の
軸上に第１物理光学素子４、レンズ系３を配置した例を
示したが、レンズ系３として縮小露光焼き付け用のレン
ズ系を想定した場合、例えば第６図に示すように構成し
ても良い。即ち同図においてレンズ系３をレチクル１面
上のパターンをウエハ２面上に結像させる時に任意の軸
外物点及び像点における主光線がレンズ系３の光軸と略
々平行となるような系、所謂両側テレセントリック系よ
り構成しても良い。
軸上に第１物理光学素子４、レンズ系３を配置した例を
示したが、レンズ系３として縮小露光焼き付け用のレン
ズ系を想定した場合、例えば第６図に示すように構成し
ても良い。即ち同図においてレンズ系３をレチクル１面
上のパターンをウエハ２面上に結像させる時に任意の軸
外物点及び像点における主光線がレンズ系３の光軸と略
々平行となるような系、所謂両側テレセントリック系よ
り構成しても良い。
同図においては第２物理光学素子５として単なる同心
形のフレネルゾーンプレートでなく、偏向成分を含む素
子とし、これより第１図に示した半透鏡９を不要とした
構成としている。
形のフレネルゾーンプレートでなく、偏向成分を含む素
子とし、これより第１図に示した半透鏡９を不要とした
構成としている。
又同図においては特にウエハ２側の主光線をウエハ２
に垂直とすることでウエハの光軸方向の設定誤差が原理
的に検出系の計測方向成分の変位を伴なわない為、精度
劣化を生じないという効果がある。又、第６図に示すよ
うにレンズ系３が両側テレセントリック系でない場合、
あるいは又レンズ系３が位置ずれ検出に用いる光束に対
して収差が残存している場合等を含めて一般例に適用す
る場合は、例えば第７図に示す様に第１物理光学素子４
に出射角及び収差量をパラメータとし、レンズ系３を出
射し第２物理光学素子５に入射する光束の主光線を垂直
とし、かつ第２物理光学素子５に対する物点Ｑの広がり
を小さくすること、即ち収差をわざと持たせた第１物理
光学素子４と収差を有するレンズ系３の合成により点Ｑ
で無収差で結像する様に、第１物理光学素子４の出射角
及び収差量を設定するようにすることが精度向上の為に
好ましい。
に垂直とすることでウエハの光軸方向の設定誤差が原理
的に検出系の計測方向成分の変位を伴なわない為、精度
劣化を生じないという効果がある。又、第６図に示すよ
うにレンズ系３が両側テレセントリック系でない場合、
あるいは又レンズ系３が位置ずれ検出に用いる光束に対
して収差が残存している場合等を含めて一般例に適用す
る場合は、例えば第７図に示す様に第１物理光学素子４
に出射角及び収差量をパラメータとし、レンズ系３を出
射し第２物理光学素子５に入射する光束の主光線を垂直
とし、かつ第２物理光学素子５に対する物点Ｑの広がり
を小さくすること、即ち収差をわざと持たせた第１物理
光学素子４と収差を有するレンズ系３の合成により点Ｑ
で無収差で結像する様に、第１物理光学素子４の出射角
及び収差量を設定するようにすることが精度向上の為に
好ましい。
更に第８図に示すようにレチクル１面上の第１アライ
メントパターンの投射光学系が露光光路を遮らないよう
に設定したい場合には、レチクル１面上の第１物理光学
素子４に入射する光束を斜入射とし、第１物理光学素子
４を第７図で示した実施例と同様に偏向成分を有する様
な素子とすれば例えば第６図と同様の系を得ることがで
きる。
メントパターンの投射光学系が露光光路を遮らないよう
に設定したい場合には、レチクル１面上の第１物理光学
素子４に入射する光束を斜入射とし、第１物理光学素子
４を第７図で示した実施例と同様に偏向成分を有する様
な素子とすれば例えば第６図と同様の系を得ることがで
きる。
第１図から第８図に示す各実施例においてはレチクル
１面上のアライメントマーク４としてフレネルゾーンプ
レートの如き物理光学素子を用いた例を示したがレンズ
系３にアライメント光と露光光の波長が異なる場合等に
残存する軸上色収差を利用すれば、例えば第９図に示す
様にレチクル１面上に微少開口4aを設け、これに入射光
を照射させることにより、ウエハ面２外にやはり集光点
Ｑを形成することができる。この場合の図中距離ａが軸
上色収差に相当する。同図において点Ｑのスポットサイ
ズはレンズ系がスフェロアクロマート、即ち球面収差は
露光波長とアライメント波長で差がないレンズ系で設計
すれば略々レンズ系３のNAで定められる無収差な結像点
が得られ、その位置はレチクル１面上の微少開口の開口
エッジにより規定される。
１面上のアライメントマーク４としてフレネルゾーンプ
レートの如き物理光学素子を用いた例を示したがレンズ
系３にアライメント光と露光光の波長が異なる場合等に
残存する軸上色収差を利用すれば、例えば第９図に示す
様にレチクル１面上に微少開口4aを設け、これに入射光
を照射させることにより、ウエハ面２外にやはり集光点
Ｑを形成することができる。この場合の図中距離ａが軸
上色収差に相当する。同図において点Ｑのスポットサイ
ズはレンズ系がスフェロアクロマート、即ち球面収差は
露光波長とアライメント波長で差がないレンズ系で設計
すれば略々レンズ系３のNAで定められる無収差な結像点
が得られ、その位置はレチクル１面上の微少開口の開口
エッジにより規定される。
例えばアライメント波長λを0.83μｍ、レンズ系のウ
エハ側のNAを0.5、結像倍率を−1/5とすると、レチクル
面上の無限小開口に対するウエハ像の像のサイズは所謂
レーリーの式1.22λ/NAより２μｍ程度の点像となる。
エハ側のNAを0.5、結像倍率を−1/5とすると、レチクル
面上の無限小開口に対するウエハ像の像のサイズは所謂
レーリーの式1.22λ/NAより２μｍ程度の点像となる。
従ってレチクル１面上の開口4aのサイズを例えば１〜
５μｍ程度としておけば開口の広がりの分はレンズ系の
倍率で縮小され、ほぼ無視でき、点Ｑの大きさを略々２
μｍ程度の小さなものとすることができる。また点Ｑの
位置はレンズ系３のアライメント波長による結像倍率に
より規定される位置に定めることとなり、この点を物点
とし、今までの例と同様なウエハ２面上の第２物理光学
素子５で検出器６上に再結像させる系が得られる。
５μｍ程度としておけば開口の広がりの分はレンズ系の
倍率で縮小され、ほぼ無視でき、点Ｑの大きさを略々２
μｍ程度の小さなものとすることができる。また点Ｑの
位置はレンズ系３のアライメント波長による結像倍率に
より規定される位置に定めることとなり、この点を物点
とし、今までの例と同様なウエハ２面上の第２物理光学
素子５で検出器６上に再結像させる系が得られる。
尚、第９図において10は微少開口に投射光を有効照明
する為の必要に応じて配置される照明系である。
する為の必要に応じて配置される照明系である。
又、以上の各実施例は投射光束の入射角度を規定し、
その照度分布が略々均一であれば基本的にＰ点の位置
（従ってＱ点の位置）は第１物理光学素子の設計値緒元
により定められ、投射光束の多少の分布変化に左右され
ない効果を有している。
その照度分布が略々均一であれば基本的にＰ点の位置
（従ってＱ点の位置）は第１物理光学素子の設計値緒元
により定められ、投射光束の多少の分布変化に左右され
ない効果を有している。
これに対し第１物体面上のアライメントマーク領域に
常時均一照度分布の光束を照射可能な場合は、第10図に
示すようにある程度広がりを持たせた開口を第１物体面
上のアライメントマークとして用いることができる。即
ち第４図，第５図に示す様な凹，凸，凹系タイプ、ある
いは凹，凸，凸系タイプと同様に開口4aのエッジで回折
される光束に対し漸近線の交点として想定される点Ｐが
あたかも存在するかの様に光束が規定でき、前述の例と
同様に点Ｑを形成し、従って検出器６面上に点像Ｒを形
成することができる。
常時均一照度分布の光束を照射可能な場合は、第10図に
示すようにある程度広がりを持たせた開口を第１物体面
上のアライメントマークとして用いることができる。即
ち第４図，第５図に示す様な凹，凸，凹系タイプ、ある
いは凹，凸，凸系タイプと同様に開口4aのエッジで回折
される光束に対し漸近線の交点として想定される点Ｐが
あたかも存在するかの様に光束が規定でき、前述の例と
同様に点Ｑを形成し、従って検出器６面上に点像Ｒを形
成することができる。
この他、例えば第11図に示す様に偏向機能を加味した
回折格子を第１物体１面上の第１アライメントマーク４
として用いても良い。
回折格子を第１物体１面上の第１アライメントマーク４
として用いても良い。
第１図〜第11図に示す各実施例では集光光学系３とし
て縮少型露光焼き付け用のレンズ系３を用いた所謂TTL
系の場合を示したが第12図に示すようにレンズ系３と一
体と見なせる、即ち相対変位を伴なわない第12図に示す
ような別のレンズ部3a,3b,3cを集光光学系として用いて
も良い。
て縮少型露光焼き付け用のレンズ系３を用いた所謂TTL
系の場合を示したが第12図に示すようにレンズ系３と一
体と見なせる、即ち相対変位を伴なわない第12図に示す
ような別のレンズ部3a,3b,3cを集光光学系として用いて
も良い。
第12図においてはレンズ部3a,3b,3cを介してレチクル
１面上のアライメントパターン４からの光束をウエハ２
面上の第２アライメントパターン５に導光している。
１面上のアライメントパターン４からの光束をウエハ２
面上の第２アライメントパターン５に導光している。
このようにレンズ系３と一体と見なせるレンズ群3a,3
b,3cを用いて前述と同様にして点Ｐの像点Ｑをウエハ２
外に形成し、これを第２物理光学素子５で再結像させて
前述と同様の効果を得ている。
b,3cを用いて前述と同様にして点Ｐの像点Ｑをウエハ２
外に形成し、これを第２物理光学素子５で再結像させて
前述と同様の効果を得ている。
又第13図に示すようにレチクル１面上の第１アライメ
ントパターン４からの光束を露光用のレンズ系13の一部
分を通過させた後、露光光路とは別の光学要素、3d,3e,
3f等を介してウエハ２面上の第２アライメントパターン
５に導光させても良い。
ントパターン４からの光束を露光用のレンズ系13の一部
分を通過させた後、露光光路とは別の光学要素、3d,3e,
3f等を介してウエハ２面上の第２アライメントパターン
５に導光させても良い。
この他、本発明に係る位置合わせ装置は第14図に示す
ようは反射型の投影露光装置にも同様に適用することが
できる。同図において31は凹面鏡、32は凸面鏡でありレ
チクル１面上のパターンをウエハ２面上に等倍投影して
おり、第１図のレンズ系３に相当している。レチクル１
とウエハ２との位置合わせ方法については前述した各実
施例と本質的に同じである。
ようは反射型の投影露光装置にも同様に適用することが
できる。同図において31は凹面鏡、32は凸面鏡でありレ
チクル１面上のパターンをウエハ２面上に等倍投影して
おり、第１図のレンズ系３に相当している。レチクル１
とウエハ２との位置合わせ方法については前述した各実
施例と本質的に同じである。
（発明の効果） 以上のように本発明によれば第１物体と第２物体との
相対的な位置ずれ量を検出する際に第１物体と第２物体
との間に配置した集光光学系により第１物体面上の第１
アライメントマークからの光束を所定面上に集光させ、
該所定面上の集光点を第２物体面に設けた第２アライメ
ントマークにより検出器面上に拡大結像させるように構
成することにより、高精度でかつ検出範囲の広い半導体
素子製造用の露光装置に好適な位置合わせ装置を達成す
ることができる。
相対的な位置ずれ量を検出する際に第１物体と第２物体
との間に配置した集光光学系により第１物体面上の第１
アライメントマークからの光束を所定面上に集光させ、
該所定面上の集光点を第２物体面に設けた第２アライメ
ントマークにより検出器面上に拡大結像させるように構
成することにより、高精度でかつ検出範囲の広い半導体
素子製造用の露光装置に好適な位置合わせ装置を達成す
ることができる。
第１図は本発明を半導体素子製造用の縮少投影型の露光
装置に適用したときの一実施例の光学系の要部概略図、
第２図〜第５図は本発明の位置合わせ装置において第１
物体と第２物体とを位置合わせする際の原理説明図とそ
れと等価な構成の説明図、第６図〜第14図は各々本発明
の位置合わせ装置を半導体素子製造用の露光装置に適用
したときの一実施例の光学系の要部概略図である。 図中、１は第１物体、２は第２物体、３は集光光学系
（レンズ系）、４は第１アライメントマーク、５は第２
アライメントマーク、６は検出器、７は光源、８は投光
レンズ系（コリメーターレンズ）、９はハーフミラー、
3a〜3fは光学要素、31は凹面鏡、32は凸面鏡である。
装置に適用したときの一実施例の光学系の要部概略図、
第２図〜第５図は本発明の位置合わせ装置において第１
物体と第２物体とを位置合わせする際の原理説明図とそ
れと等価な構成の説明図、第６図〜第14図は各々本発明
の位置合わせ装置を半導体素子製造用の露光装置に適用
したときの一実施例の光学系の要部概略図である。 図中、１は第１物体、２は第２物体、３は集光光学系
（レンズ系）、４は第１アライメントマーク、５は第２
アライメントマーク、６は検出器、７は光源、８は投光
レンズ系（コリメーターレンズ）、９はハーフミラー、
3a〜3fは光学要素、31は凹面鏡、32は凸面鏡である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野瀬 哲志 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 丹羽 雄吉 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 吉井 実 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】第１物体と第２物体との相対的な位置決め
を行う際、該第１物体面上に設けた第１アライメントマ
ークに照明手段から光を入射させ、このとき該第１アラ
イメントマークから出射した光束を集光光学系により集
光し、該集光光学系の光軸方向の該第２物体面から外れ
た有限位置に集光点を形成し、該集光点を該第２物体面
上に設けた第２アライメントマークにより光検出手段面
上に拡大投影し、該光検出手段からの出力信号を利用し
て該第１物体と第２物体との相対的な位置決めを行った
ことを特徴とする位置合わせ装置。 - 【請求項２】前記第１体をレチクル、前記第２物体をウ
エハ、前記集光光学系を該レチクル面上のパターンを該
ウエハ面上に投影する投影光学系を利用して構成したこ
とを特徴とする請求項１記載の位置合わせ装置。 - 【請求項３】前記第１物体をレチクル、前記第２物体を
ウエハ、前記第１アライメントマークを微少開口より形
成し、前記集光光学系を該レチクル面上のパターンをウ
エハ面上の投影露光する為の投影光学系を利用して構成
し、該第２物体面から外れた有限位置の集光点を該集光
光学系により露光光とアライメント光の波長の違いによ
り該微少開口の結像点位置が異なるようにして形成した
ことを特徴とする請求項１記載の位置合わせ装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63334733A JP2546364B2 (ja) | 1988-02-16 | 1988-12-29 | 位置合わせ装置 |
| DE1989625139 DE68925139T2 (de) | 1988-02-16 | 1989-02-16 | Verfahren und Vorrichtung zum Feststellen der Position |
| EP89301471A EP0333326B1 (en) | 1988-02-16 | 1989-02-16 | Position detecting method and apparatus |
| US08/020,464 US5319444A (en) | 1988-02-16 | 1993-02-22 | Position detecting method and apparatus |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63-33203 | 1988-02-16 | ||
| JP63033203 | 1988-02-16 | ||
| JP63334733A JP2546364B2 (ja) | 1988-02-16 | 1988-12-29 | 位置合わせ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0235304A JPH0235304A (ja) | 1990-02-05 |
| JP2546364B2 true JP2546364B2 (ja) | 1996-10-23 |
Family
ID=26371854
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63334733A Expired - Fee Related JP2546364B2 (ja) | 1988-02-16 | 1988-12-29 | 位置合わせ装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0333326B1 (ja) |
| JP (1) | JP2546364B2 (ja) |
| DE (1) | DE68925139T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6359144A (ja) * | 1986-08-29 | 1988-03-15 | Canon Inc | ロ−カルエリアネツトワ−クの回線監視方式 |
| JPH0267903A (ja) * | 1988-09-02 | 1990-03-07 | Canon Inc | 光量調節装置 |
| JP2756331B2 (ja) * | 1990-01-23 | 1998-05-25 | キヤノン株式会社 | 間隔測定装置 |
| US5225892A (en) * | 1990-02-05 | 1993-07-06 | Canon Kabushiki Kaisha | Positional deviation detecting method |
| JP2862307B2 (ja) * | 1990-02-05 | 1999-03-03 | キヤノン株式会社 | 位置ずれ検出方法 |
| DE69128164T2 (de) * | 1990-05-01 | 1998-04-02 | Canon K.K., Tokio/Tokyo | Verfahren und Apparat zur Detektion von Lageabweichungen |
| DE102013203211A1 (de) * | 2012-06-15 | 2013-12-19 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Vorrichtung zur interferentiellen Abstandsmessung |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4037969A (en) * | 1976-04-02 | 1977-07-26 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Zone plate alignment marks |
| US4360273A (en) * | 1980-02-14 | 1982-11-23 | Sperry Corporation | Optical alignment of masks for X-ray lithography |
| US4631416A (en) * | 1983-12-19 | 1986-12-23 | Hewlett-Packard Company | Wafer/mask alignment system using diffraction gratings |
| JPS61111402A (ja) * | 1984-11-06 | 1986-05-29 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | 位置検出装置 |
-
1988
- 1988-12-29 JP JP63334733A patent/JP2546364B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1989
- 1989-02-16 DE DE1989625139 patent/DE68925139T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-02-16 EP EP89301471A patent/EP0333326B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0235304A (ja) | 1990-02-05 |
| EP0333326A3 (en) | 1989-10-11 |
| EP0333326B1 (en) | 1995-12-20 |
| DE68925139D1 (de) | 1996-02-01 |
| DE68925139T2 (de) | 1996-06-13 |
| EP0333326A2 (en) | 1989-09-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |