JP2612042B2 - 光露光装置のアライメント装置 - Google Patents

光露光装置のアライメント装置

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JP2612042B2 JP63171654A JP17165488A JP2612042B2 JP 2612042 B2 JP2612042 B2 JP 2612042B2 JP 63171654 A JP63171654 A JP 63171654A JP 17165488 A JP17165488 A JP 17165488A JP 2612042 B2 JP2612042 B2 JP 2612042B2
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光露光装置のアライメント装置に係り、特に
半導体製造に用いられる光露光装置の回折光検出システ
ムを有する多様な半導体プロセスに対応して安全な回折
光検出像を得るのに好適なアライメント装置に関するも
のである。
〔従来の技術〕
従来の光露光装置は、特開昭61−71629号公報,特開
昭60−136312号公報及び特開昭60−136313号公報の記載
によると、第6図の構成をとつている。原画となるレテ
イクル1上の回路パターン20を投影レンズ2を介して被
露光体であるウエーハ3へ1チツプ毎に露光する。ま
た、半導体製造では、レテイクルパターン20とウエーハ
パターン25の相対位置合わせ(アライメント)をする必
要がある。従つてウエーハ3上の各チツプには位置検出
用ターゲツトパターン4があり、アライメント光学系21
により位置検出を行い、アライメントが実行される。
通常アライメント光学系21は、直交する2方向を各々
有するが、本説明及び第6図では1軸のみに割愛してあ
る。アライメントの光源となるレーザヘツド9より導び
かれたS偏光の照明光19は、レンズ18を通り、偏光ビー
ムスプリツタ7で直角方向に反射されてλ/4位相板6に
より円偏光に変換され、投影レンズ2の入射瞳5の中心
を通り、ウエーハ3に照射される。ウエーハ3からの反
射検出光は、上記光路を逆に通つて投影レンズ2により
レテイクル1面近傍において結像し、さらにλ/4位相板
6を再び通過してP偏光に変換され、偏光ビームスプリ
ツタ7を透過して拡大レンズ15により拡大されて光セン
サ8により位置検出される。
従来装置における明視野検出によると、光源にレーザ
等の単色光を用いるため、ウエーハ3上に塗布されるレ
ジストの膜厚ばらつき、レジスト塗布むら等に起因した
干渉効果により、検出波形に歪が発生し、例えば、レジ
スト膜厚の最適でないような特定プロセスにより難検出
となるケースがあつた。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術による明視野検出に代わる一倍的な手法
として回折を利用した回折光検出(暗視野検出)があ
る。その原理図を第2図に示す。第2図(b)に示す一
定のピツチPで並んだ回折格子状の凹凸状ターゲツトパ
ターン4に、第2図(a)に示すように、レーザ光を照
射したときに、次式で表わされる特定角で回折する1,
2次の回折光を結像光学系で検出するものである。
ここに、;回折角 n;次数 λ;波長 P;パターンピツチ 5は投影レンズの入射瞳であり、通常、投影レンズは
出射側(像側)テレセントリツクなレンズ(ぼけても像
の大きさがあまり変らないようにできるレンズ)なの
で、入射瞳5は光学的にフーリエ変換面となる。すなわ
ち、ウエーハ面での角度の情報は、入射瞳5面上におい
て位置の情報に変換される。従つて入射瞳5と光学的に
共役な位置において高次(n=±1,2)回折光11a,11b,1
1c,11dのみを透過させて、照明光の正反射光(0次光)
10をカツトすべくパターン配置されたフイルタを設置す
ることにより、回折光検出は実現される。実際に上記構
成で実プロセスウエーハに対する回折光検出を施した場
合は、回折格子状パターンの実効的な段差がプロセスで
まちまちであり、段差によつて検出信号の強度が変化す
る。最悪条件としては、パターン段差が使用波長λに対
して2/λ付近になる場合である。
本発明の目的は、パターン段差による影響を低減でき
る回折光検出の光露光装置のアライメント装置を提供す
ることにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、被露光体に設けた位置合わせ用ターゲツ
トに格子状パターンを配備し、レーザ光のようなコヒー
レント光を照射する光路に偏向ミラーを設け、前記被露
光体への照明入射角を可変できるようにし、前記コヒー
レントな光を照射して得られる前記被露光体よりの高次
の回折光を正反射光(0次光)と分離抽出可能な位置に
フイルタを設け、このフイルタは上記被露光体への入射
角度に対応して位置を制御する構成にして任意の入射角
度における回折光検出像を得る構成として達成するよう
にした。
要するに、パターン段差を最悪条件にしないようにす
ることで目的を達成されるが、パターン段差は一義的に
決定されず、ユーザサイドのテクニツクであるので、パ
ターンに対する照明光の入射角度を変えることによつて
見掛上実効的なパターン段差を変えるようにする。これ
を第3図によつて補足すると、入射角0゜におけるパタ
ーン段差hに対して入射角をθに傾けると、見かけ上パ
ターン段差はh・cosθ-1に変化する。すなわち、入射
角θを制御することにより、実効的な段差を変えること
ができ、パターン段差によらず安定した回折像検出強度
を得ることができる。アライメントシステムとしては、
入射角を可変できる光学系、すなわち、偏光ミラーの付
加と、入射角変化にともなうフーリエ変換面における正
反射光カツトのためのフイルタ位置を微動制御する装置
とで構成する。
〔作用〕
入射角可変の回折光検出方式のアライメント光学系
は、被露光体であるウエーハのターゲツトパターンの幅
方向を結像させる結像系(T方向)と投影レンズの瞳を
結像させるフーリエ変換系(R方向)の組み合わせで構
成する。ここでT方向はパターンの位置情報であり、R
方向はその情報量を表わす。従つて、入射角の可変は、
T方向に変化させると位置情報に対して誤差要因となる
恐れがあるため、入射角可変は、フーリエ変換面R方向
(パターン長手方向)に変化させる。第4図に光学系の
概念図を示す。第4図は投影レンズ2,アライメント光学
系21のR方向断面図であり、アライメント光学系21の照
明光路内でウエーハ面と共役は位置にフーリエ変換面R
方向に揺動可能な偏光ミラー13を設けてある。また、照
明光は、投影レンズ入射瞳5面上で集光するコヒーレン
ト照明系となつている。従つて、像側テレセントリツク
な投影レンズの場合、ウエーハに対しては平行光となつ
て照明されることになる。上記構成で、偏光ミラー13を
点線の如く傾けると、照明光スポツトは瞳上をR方向に
移動し、点線22の如くウエーハ面への入射角度が変化す
る。また、入射角に対する正反射光23は、入射瞳5面上
に照明光とは瞳中心に対し点対称な位置に照射光と同様
に集光された状態で戻つてくる。従つて、アライメント
光学系21内検出光路で瞳共役なフーリエ変換面に設けた
フイルタ12は、正反射光スポツト位置に対して位置決め
する。フイルタ12は、第5図の形状であり、斜線部26は
クロム等の遮光帯で、27は透過なガラス板で、正反射光
スポツト位置に遮光帯を合致させるようにフイルタ12を
位置制御する。以上により入射角可変の回折光検出が実
現される。
〔実施例〕
以下本発明の一実施例を第1図によつて詳細に説明す
る。
第1図は本発明の光露光装置のアライメント装置の一
実施例を示す斜視図で、通常光露光装置のアライメント
系は直交する2軸を有するが、第5図は一軸のみに省略
してあり、第1図の説明も一軸のみとする。ただし、2
軸のものも同一構成で、同一機能を有する。光源である
レーザヘツド9(コヒーレントな光を出すものであれば
よく、レーザヘツドに限定されるものではない)から出
射したS偏光のレーザ光は、パルスモータ17によつて回
転揺動可能な偏向ミラー13を介して偏光ビームスプリツ
タ7により反射され、λ/4位相板6により円偏光に変換
され、レテイクル1の面を介して投影レンズ2へ導びか
れる。また、この照明光は対物レンズ14によつて投影レ
ンズ2の入射瞳上で集光される。さらに照明光はウエー
ハ3上に設けた回折格子状の凹凸ターゲツトパターン4
に照射される。正反射光10及び回折光11は光路が照明光
とは逆の光路となつて戻つてきてアライメント系へ結像
の後導かれ、λ/4位相板6でP偏光に変換され、対物レ
ンズ14,偏光ビームスプリツタ7を透過して拡大レンズ1
5により像が拡大された後、光センサ8上に投影される
が、偏光ミラー13はウエーハ3面上と共役関係があり、
拡大レンズ15と光センサ8の間に挿入したパルスモータ
を含む上下動機構16により位置制御されるフイルタ12は
投影レンズ2の入射瞳と共役関係にある。従つて、正反
射光10と回折光11は、フイルタ12面上で上下に分離され
た状態でスポツト状に結像している。それ故、フイルタ
12は上下動機構16により正反射光10をカツトし、回折光
11のみを通過させて光センサ8へ導びくように位置決め
される。いま、上記構成により、実際に回折光検出を行
つたとき、検出信号が低レベルであるなどの不具合が発
生する場合、偏光ミラー13を順次パルスモータ17により
揺動して、ウエーハ3に対する入射角を変える。さら
に、偏光ミラー13の角度移動量に相当する量だけフイル
タ12を上下動機構16によつて位置制御を行う。上記にも
とづき順次入射角を可変して検出信号の最大となる入射
角を選択してアライメントを実行する。
本実施例によれば、回折光検出において最適な入射角
選択が可能になり、さらに、フイルタ12の位置制御によ
り回折光検出と明視野検出の切り換えも容易にできる。
〔発明の効果〕
以上説明した本発明によれば、回折光検出における照
明光の入射角を変えて見かけ上のパターン段差深さを変
えて検出信号の最適となる入射角を選択することがで
き、半導体プロセスに対するアライメント信号の安定確
保を実現できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の光露光装置のアライメント装置の一実
施例を示す斜視図、第2図は回折光検出の原理説明図、
第3図は入射角可変の効果説明図、第4図は本発明にお
ける光学系の原理構成図、第5図は第4図のフイルタ形
状図、第6図は従来装置の斜視図である。 1……レテイクル、2……投影レンズ、3……ウエー
ハ、4……ターゲツトパターン、6……λ/4位相板、7
……偏光ビームスプリツタ、8……光センサ、9……レ
ーザヘツド、10……正反射光、11……回折光、12……フ
イルタ、13……偏光ミラー、14……対物レンズ、15……
拡大レンズ、16……上下動機構、17……パルスモータ。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】原画パターンを投影レンズを介して被露光
    体へ転写し、かつ、転写の際前記被露光体に設けた位置
    合わせ用ターゲツトを投影レンズを介して検出して前記
    原画パターンと前記被露光体との相対位置をアライメン
    トする光露光装置において、前記位置合わせ用ターゲツ
    トに格子状パターンを配備し、レーザ光のようなコヒー
    レント光を照射する光路に偏向ミラーを設け、前記被露
    光体への照明入射角を可変できるようにし、前記コヒー
    レントな光を照射して得られる前記被露光体よりの高次
    の回折光を正反射光(0次光)と分離抽出可能な位置に
    フイルタを設け、該フイルタは前記被露光体への入射角
    度に対応して位置を制御する構成にして任意の入射角度
    における回折光検出像を得る構成としたことを特徴とす
    る光露光装置のアライメント装置。
  2. 【請求項2】前記被露光体への照明入射角度をプロセス
    によるばらつき誤差を最小にするように自動選別するよ
    うにしてある特許請求の範囲第1項記載の光露光装置の
    アライメント装置。
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CN109478027B (zh) * 2016-05-31 2022-03-11 株式会社尼康 标记检测装置和标记检测方法、计测装置、曝光装置和曝光方法以及器件制造方法

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