JP2626076B2 - 位置検出装置 - Google Patents
位置検出装置Info
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- JP2626076B2 JP2626076B2 JP1209924A JP20992489A JP2626076B2 JP 2626076 B2 JP2626076 B2 JP 2626076B2 JP 1209924 A JP1209924 A JP 1209924A JP 20992489 A JP20992489 A JP 20992489A JP 2626076 B2 JP2626076 B2 JP 2626076B2
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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)
- Length Measuring Devices By Optical Means (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） 本発明は位置検出装置に関し、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決め（アライ
メント）を行う場合に好適な位置検出装置に関するもの
である。
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決め（アライ
メント）を行う場合に好適な位置検出装置に関するもの
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、マスク及びウエハ
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。
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パターンを用いた方法に比べて
アライメントパターンの欠損に影響されずに比較的高精
度のアライメントが出来る特長がある。
は、単なるアライメントパターンを用いた方法に比べて
アライメントパターンの欠損に影響されずに比較的高精
度のアライメントが出来る特長がある。
第５図はゾーンプレートを利用した従来の位置合わせ
装置の概略図である。
装置の概略図である。
同図において光源72から射出した平行光束はハーフミ
ラー74を通過後、集光レンズ76で集光点78に集光された
後、マスク68面上のマスクアライメントパターン68a及
び支持台62に載置したウエハ60面上のウエハアライメン
トパターン60aを照射する。これらのアライメントパタ
ーン68a,60aは反射型のゾーンプレートより構成され、
各々集光点78を含む光軸と直交する平面上に集光点を形
成する。このときの平面上の集光点位置のずれ量を集光
レンズ76とレンズ80により検出面82上に導光して検出し
ている。
ラー74を通過後、集光レンズ76で集光点78に集光された
後、マスク68面上のマスクアライメントパターン68a及
び支持台62に載置したウエハ60面上のウエハアライメン
トパターン60aを照射する。これらのアライメントパタ
ーン68a,60aは反射型のゾーンプレートより構成され、
各々集光点78を含む光軸と直交する平面上に集光点を形
成する。このときの平面上の集光点位置のずれ量を集光
レンズ76とレンズ80により検出面82上に導光して検出し
ている。
そして検出器82からの出力信号に基づいて制御回路84
により駆動回路64を駆動させてマスク68とウエハ60の相
対的な位置決めを行っている。
により駆動回路64を駆動させてマスク68とウエハ60の相
対的な位置決めを行っている。
第６図は第５図に示したマスクアライメントパターン
68aとウエハアライメントパターン60aからの光束の結像
関係を示した説明図である。
68aとウエハアライメントパターン60aからの光束の結像
関係を示した説明図である。
同図において集光点78から発散した光束はマスクアラ
イメントパターン68aよりその一部の光束が回折し、集
光点78近傍にマスク位置を示す集光点78aを形成する。
又、その他の一部の光束はマスク68を０次透過光として
透過し、波面を変えずにウエハ60面上のウエハアライメ
ントパターン60aに入射する。このとき光束はウエハア
ライメントパターン60aにより回折された後、再びマス
ク68を０次透過光として透過し、集光点78近傍に集光し
ウエハ位置をあらわす集光点78bを形成する。同図にお
いてはウエハ60により回折された光束が集光点を形成す
る際には、マスク68は単なる素通し状態としての作用を
する。
イメントパターン68aよりその一部の光束が回折し、集
光点78近傍にマスク位置を示す集光点78aを形成する。
又、その他の一部の光束はマスク68を０次透過光として
透過し、波面を変えずにウエハ60面上のウエハアライメ
ントパターン60aに入射する。このとき光束はウエハア
ライメントパターン60aにより回折された後、再びマス
ク68を０次透過光として透過し、集光点78近傍に集光し
ウエハ位置をあらわす集光点78bを形成する。同図にお
いてはウエハ60により回折された光束が集光点を形成す
る際には、マスク68は単なる素通し状態としての作用を
する。
このようにして形成されたウエハアライメントパター
ン60aによる集光点78bの位置は、ウエハ60のマスク68に
対するずれ量Δσに応じて集光点78を含む光軸と直交す
る平面に沿って該ずれ量Δσに対応した量のずれ量Δ
σ′として形成される。
ン60aによる集光点78bの位置は、ウエハ60のマスク68に
対するずれ量Δσに応じて集光点78を含む光軸と直交す
る平面に沿って該ずれ量Δσに対応した量のずれ量Δ
σ′として形成される。
従ってウエハに対するマスクの位置ずれ量Δσと光束
の集光点の位置ずれ量Δσ′との関係を例えば記憶部等
に予め記憶しておき、検出器82によってずれ量Δσ′を
検出すればマスクとウエハとの位置ずれ量Δσを求める
ことができる。
の集光点の位置ずれ量Δσ′との関係を例えば記憶部等
に予め記憶しておき、検出器82によってずれ量Δσ′を
検出すればマスクとウエハとの位置ずれ量Δσを求める
ことができる。
しかしながら同図に示す位置合わせ装置においては、
位置合わせを行う方向（アライメント方向）に対して直
交する方向にマスクとウエハとの位置ずれがあると （イ）ゾーンプレートによる波面収差が変化する。
位置合わせを行う方向（アライメント方向）に対して直
交する方向にマスクとウエハとの位置ずれがあると （イ）ゾーンプレートによる波面収差が変化する。
（ロ）有効な開口面積が変わり回折光のスポット径やス
ポット強度が変化する。
ポット強度が変化する。
等の要因によりアライメント方向のマスクとウエハ間
の位置ずれのみに対応すべき光束の集光点のずれ量Δ
σ′が変化し、位置合わせ精度が低下してくるという問
題点があった。
の位置ずれのみに対応すべき光束の集光点のずれ量Δ
σ′が変化し、位置合わせ精度が低下してくるという問
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、位置ずれ検出方向と所定角度、例えば
直交する方向の位置ずれ成分に起因する検出誤差の悪影
響を受けにくくして高精度に、しかも容易に位置ずれ量
を検出することができる位置検出装置の提供を目的とす
る。
を検出する際に、位置ずれ検出方向と所定角度、例えば
直交する方向の位置ずれ成分に起因する検出誤差の悪影
響を受けにくくして高精度に、しかも容易に位置ずれ量
を検出することができる位置検出装置の提供を目的とす
る。
この他、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物体と第２物体面に各々所
定の光学性質を有した物理光学素子（回折格子、ゾーン
プレート、ホログラム等、光の波動としての性質を利用
した波面変換素子）を設け、該物理光学素子を利用し、
第１物体と第２物体との相対的な位置ずれを検出する
際、位置ずれ検出方向（アライメント方向）と直交する
方向の位置ずれ成分に起因する該差要因を補正すること
により高精度に、しかも容易に位置ずれ量を検出するこ
とのできる位置検出装置の提供を目的とする。
置ずれ量を検出する際に第１物体と第２物体面に各々所
定の光学性質を有した物理光学素子（回折格子、ゾーン
プレート、ホログラム等、光の波動としての性質を利用
した波面変換素子）を設け、該物理光学素子を利用し、
第１物体と第２物体との相対的な位置ずれを検出する
際、位置ずれ検出方向（アライメント方向）と直交する
方向の位置ずれ成分に起因する該差要因を補正すること
により高精度に、しかも容易に位置ずれ量を検出するこ
とのできる位置検出装置の提供を目的とする。
（問題点を解決するための手段） 本発明の位置検出装置は、 （１−１）第１物体と第２物体とを対向配置して前記第
１物体と前記第２物体の対向方向と垂直な第１方向の相
対位置関係を検出する位置検出装置において、前記第１
物体と前記第２物体に光束を照射する光照射手段と、前
記第１物体と前記第２物体によって回折された光束のう
ち前記第１物体と前記第２物体との前記第１方向の相対
位置関係によって第１所定面上への入射位置が変化する
第１光束の前記第１所定面への入射位置を検出する第１
光検出手段と、前記第１物体で偏向された光束のうち前
記第１物体と前記第２物体との前記第１方向と所定の角
度をなす第２方向の相対位置関係によって第２所定面へ
の入射位置が変化する第２光束の前記第２所定面への入
射位置を検出する第２光検出手段と、前記第２方向の相
対位置関係毎に決まる、前記第１方向の相対位置関係と
前記第１光検出手段の検出信号との関係を予め記憶する
記憶手段と、前記第２光検出手段の検出信号に基づいて
前記第２方向の相対位置関係を求め、求められた前記第
２方向の相対位置関係に対応した、前記記憶手段に記憶
されている前記第１方向の相対位置関係と前記第１光検
出手段の検出信号との関係に基づいて、前記第１検出手
段の検出信号から前記第１方向の相対位置関係を求める
演算手段とを有することを特徴としている。
１物体と前記第２物体の対向方向と垂直な第１方向の相
対位置関係を検出する位置検出装置において、前記第１
物体と前記第２物体に光束を照射する光照射手段と、前
記第１物体と前記第２物体によって回折された光束のう
ち前記第１物体と前記第２物体との前記第１方向の相対
位置関係によって第１所定面上への入射位置が変化する
第１光束の前記第１所定面への入射位置を検出する第１
光検出手段と、前記第１物体で偏向された光束のうち前
記第１物体と前記第２物体との前記第１方向と所定の角
度をなす第２方向の相対位置関係によって第２所定面へ
の入射位置が変化する第２光束の前記第２所定面への入
射位置を検出する第２光検出手段と、前記第２方向の相
対位置関係毎に決まる、前記第１方向の相対位置関係と
前記第１光検出手段の検出信号との関係を予め記憶する
記憶手段と、前記第２光検出手段の検出信号に基づいて
前記第２方向の相対位置関係を求め、求められた前記第
２方向の相対位置関係に対応した、前記記憶手段に記憶
されている前記第１方向の相対位置関係と前記第１光検
出手段の検出信号との関係に基づいて、前記第１検出手
段の検出信号から前記第１方向の相対位置関係を求める
演算手段とを有することを特徴としている。
特に、 （１−１−１）前記演算手段は、求められた前記第２方
向の相対位置関係に対応して、前記第１方向の相対位置
関係と前記第１光検出手段の検出信号との比例関係の比
例定数を切り替える手段を有することを特徴としてい
る。
向の相対位置関係に対応して、前記第１方向の相対位置
関係と前記第１光検出手段の検出信号との比例関係の比
例定数を切り替える手段を有することを特徴としてい
る。
（実施例） 第１図は本発明の一実施例の要部概略図である。同図
において半導体レーザ等の光源３からの光束をコリメー
ターレンズ４で平行光とし、該平行光をマスク１面上の
スポット径を最適化する為に必要に応じて用いられるビ
ーム縮少用の投射レンズ５で集光し、折り曲げミラー６
を介してマスク等の第１物体１面上に設けた第１物理光
学素子を照射している。ここで光源３、コリメーターレ
ンズ４そして投射レンズ５は光照射手段（投光系）の一
要素を構成している。そして第１物体１の第１物理光学
素子からの所定次数の回折光をウエハ等の第２物体２面
上に設けた第２物理光学素子に入射させ逐次回折させ、
該回折光を信号光として受光レンズ７で集光し、該信号
光の重心位置を光検出器８により検出している。
において半導体レーザ等の光源３からの光束をコリメー
ターレンズ４で平行光とし、該平行光をマスク１面上の
スポット径を最適化する為に必要に応じて用いられるビ
ーム縮少用の投射レンズ５で集光し、折り曲げミラー６
を介してマスク等の第１物体１面上に設けた第１物理光
学素子を照射している。ここで光源３、コリメーターレ
ンズ４そして投射レンズ５は光照射手段（投光系）の一
要素を構成している。そして第１物体１の第１物理光学
素子からの所定次数の回折光をウエハ等の第２物体２面
上に設けた第２物理光学素子に入射させ逐次回折させ、
該回折光を信号光として受光レンズ７で集光し、該信号
光の重心位置を光検出器８により検出している。
ここで光束の重心とは光束検出面内において検出面内
各点のこの点からの位置ベクトルにその点の光強度を乗
算したものを検出面全面で積分したときに積分値が０ベ
クトルになる点のことである。
各点のこの点からの位置ベクトルにその点の光強度を乗
算したものを検出面全面で積分したときに積分値が０ベ
クトルになる点のことである。
11は演算手段であり光検出器８からの信号と後述する
記憶手段12からの参照信号を利用してずれ量を演算して
いる。
記憶手段12からの参照信号を利用してずれ量を演算して
いる。
尚、本実施例では第１、第２物理光学素子として例え
ばフレネルゾーンプレート等のグレーティングレンズを
用いている。
ばフレネルゾーンプレート等のグレーティングレンズを
用いている。
第２図（Ａ），（Ｂ）は本実施例において光源３から
の光束111が第１物体１に入射し、回折された後、第２
物体２に入射し、反射回折されて受光面８上に到達する
光路を示す概略模試図である。
の光束111が第１物体１に入射し、回折された後、第２
物体２に入射し、反射回折されて受光面８上に到達する
光路を示す概略模試図である。
同図においては第１物体としてのマスク１と第２物体
としてのウエハ２との第２図（Ａ）の紙面と垂直方向の
ｘ方向の位置ずれ量を検出している。
としてのウエハ２との第２図（Ａ）の紙面と垂直方向の
ｘ方向の位置ずれ量を検出している。
光源３からの光束111をマスク１面上に設けた第１物
理光学素子である第１のオフアクシス型のグレーティン
グ素子112面上にマスク１の法線に対して角度θ１で入
射させ、グレーティング素子112からの所定次数の回折
光をマスク１より垂直に射出させ、ウエハ２面上に設け
た第２物理光学素子である第２のオフアクシス型のグレ
ーティング素子113に入射させている。
理光学素子である第１のオフアクシス型のグレーティン
グ素子112面上にマスク１の法線に対して角度θ１で入
射させ、グレーティング素子112からの所定次数の回折
光をマスク１より垂直に射出させ、ウエハ２面上に設け
た第２物理光学素子である第２のオフアクシス型のグレ
ーティング素子113に入射させている。
ここでオフアクシス型のグレーティング素子とは素子
を形成する平面の法線に対し、任意の傾角を有した光束
を入射させ、正反射又は直進透過する次数以外の特定次
数の光に対して特性保証した素子のことをいう。
を形成する平面の法線に対し、任意の傾角を有した光束
を入射させ、正反射又は直進透過する次数以外の特定次
数の光に対して特性保証した素子のことをいう。
第１のオフアクシス型のグレーティング素子112はマ
スク１のほぼ法線方向に主光線を有し、同図（Ｂ）側、
即ちxz面内において有限なる焦点距離を有して同図
（Ａ）側、即ちyz面内においては集光しない光束て１次
元像を形成するゾーンプレートよりなっている。
スク１のほぼ法線方向に主光線を有し、同図（Ｂ）側、
即ちxz面内において有限なる焦点距離を有して同図
（Ａ）側、即ちyz面内においては集光しない光束て１次
元像を形成するゾーンプレートよりなっている。
又、グレーティング素子113はマスク１により形成さ
れた１次元像を物点とし、ウエハ２の法線に対し、同図
（Ａ）側において角度θ２の出射角を有し、同図（Ｂ）
側において光検出器８上に像を形成する光束を出射する
ゾーンプレートであり、10aはその受光光束を示す。
れた１次元像を物点とし、ウエハ２の法線に対し、同図
（Ａ）側において角度θ２の出射角を有し、同図（Ｂ）
側において光検出器８上に像を形成する光束を出射する
ゾーンプレートであり、10aはその受光光束を示す。
即ち、位置ずれ量を検出するｘ方向に対応したxz面内
においてグレーティング素子112,113はレンズとして取
扱える性質を有している。ここでグレーティング素子11
2は凸レンズ（正レンズ）、グレーティング素子113は凹
レンズ（負レンズ）としての作用をする。この状態でウ
エハ２がｘ方向へ移動すると光学系内のレンズが軸ずれ
を起こしたときと同様にグレーティング素子113からの
出射光束の出射角が変化し、従って光検出器８面上への
光束の入射位置も変化する。
においてグレーティング素子112,113はレンズとして取
扱える性質を有している。ここでグレーティング素子11
2は凸レンズ（正レンズ）、グレーティング素子113は凹
レンズ（負レンズ）としての作用をする。この状態でウ
エハ２がｘ方向へ移動すると光学系内のレンズが軸ずれ
を起こしたときと同様にグレーティング素子113からの
出射光束の出射角が変化し、従って光検出器８面上への
光束の入射位置も変化する。
114は前記投光光束111を作成する光源、光学要素及び
光検出器８を包含する光ピックアップ筺体（アライメン
トヘッド）を示す。又115はマスク１のパターンをウエ
ハ２に転写する為の露光光を示し、破線は概念的にその
光路内を示すものである。露光光は紫外光やＸ線等が用
いられる。
光検出器８を包含する光ピックアップ筺体（アライメン
トヘッド）を示す。又115はマスク１のパターンをウエ
ハ２に転写する為の露光光を示し、破線は概念的にその
光路内を示すものである。露光光は紫外光やＸ線等が用
いられる。
ここで、ウエハ２がＸ方向に横移動すると前述の原因
により第２図（Ｂ）面内での光受光器８上の照度分布が
横移動する。
により第２図（Ｂ）面内での光受光器８上の照度分布が
横移動する。
第２図（Ａ），（Ｂ）に示された光束10aはマスク１
を所定次数、例えば１次で回折・透過し、ウエハ２を所
定次数、例えば１次で回折・反射し、更にマスク１を０
次透過した光束である。ここでは便宜上110光と呼ぶこ
とにする。この110光以外に異なった次数の回折光が多
数存在するが、その中でマスク１を０次透過し、ウエハ
２を１次で回折・反射し、更にマスク１を１次で回折・
透過した光束10b（以下011光と呼ぶ）は、受光器８上で
前述の110光のスポットの近傍にスポットを形成する。
を所定次数、例えば１次で回折・透過し、ウエハ２を所
定次数、例えば１次で回折・反射し、更にマスク１を０
次透過した光束である。ここでは便宜上110光と呼ぶこ
とにする。この110光以外に異なった次数の回折光が多
数存在するが、その中でマスク１を０次透過し、ウエハ
２を１次で回折・反射し、更にマスク１を１次で回折・
透過した光束10b（以下011光と呼ぶ）は、受光器８上で
前述の110光のスポットの近傍にスポットを形成する。
この光束10bも光束10aと同様にウエハ２のずれにより
光検出器８上への入射位置の変化を起す。
光検出器８上への入射位置の変化を起す。
第２図（Ｃ），（Ｄ）に、このときの光束10b（011
光）の光路を示す。110光、及び011光の光検出器８上で
の光束重心のずれ量Δδ110,Δδ011はマスク・ウエハ
間のｘ方向（アライメント方向）のずれ量Δσが比較的
小さい範囲では、２つのグレーティング素子112,113か
らなる系の屈折力配置によって定まる近軸的な結像倍率
により、ほぼずれ量Δσと線型な関係となる。
光）の光路を示す。110光、及び011光の光検出器８上で
の光束重心のずれ量Δδ110,Δδ011はマスク・ウエハ
間のｘ方向（アライメント方向）のずれ量Δσが比較的
小さい範囲では、２つのグレーティング素子112,113か
らなる系の屈折力配置によって定まる近軸的な結像倍率
により、ほぼずれ量Δσと線型な関係となる。
但し、110光と011光とでは対応する屈折力配置が異な
るため、その結像倍率も異なる。
るため、その結像倍率も異なる。
従って、第２図に示す方式においてはマスク・ウエハ
間の位置ずれ量Δσに対して互いに異なる倍率で位置が
変化する２つのスポットを総合した光量重心位置を検出
することになる。
間の位置ずれ量Δσに対して互いに異なる倍率で位置が
変化する２つのスポットを総合した光量重心位置を検出
することになる。
この重心位置の変化も略ずれ量Δσと線型な関係とな
るので、このときの比例定数を求めておけば光束の重心
位置の変動を求めることによりずれ量Δσが求められ
る。
るので、このときの比例定数を求めておけば光束の重心
位置の変動を求めることによりずれ量Δσが求められ
る。
具体的にはマスク設定時にためし焼によってマスクと
ウエハの位置ずれのないときの重心位置を基準位置とし
て求め、位置検出時に重心位置が基準位置からｘ方向に
どれだけずれているかを検出して前述の比例関係からマ
スクとウエハの相対的ずれ量を求めることができる。
ウエハの位置ずれのないときの重心位置を基準位置とし
て求め、位置検出時に重心位置が基準位置からｘ方向に
どれだけずれているかを検出して前述の比例関係からマ
スクとウエハの相対的ずれ量を求めることができる。
このような方式においては、アライメント方向に直交
する方向（第２図（Ａ），（ｃ）中のｙ方向）に位置ず
れが生じた場合、110光と011光の光路が第２図（Ａ）及
び（Ｃ）に示されるように異なるため、両者の有効な開
口面積の比が変化し、光検出器８上での両者のスポット
の光強度の比が変化することになる。従って、110光と0
11光の各々の重心のずれ量Δδ110,Δδ011がｙ方向の
位置ずれに対して不変であったとしても、総合的な光束
中心位置は変化してくる。即ち、前に述べた波面収差の
変化等の要因に加え、更に上記の要因によってアライメ
ント方向に直交する方向の位置ずれ成分が、アライメン
ト方向の位置合わせ精度を低下させてくる。
する方向（第２図（Ａ），（ｃ）中のｙ方向）に位置ず
れが生じた場合、110光と011光の光路が第２図（Ａ）及
び（Ｃ）に示されるように異なるため、両者の有効な開
口面積の比が変化し、光検出器８上での両者のスポット
の光強度の比が変化することになる。従って、110光と0
11光の各々の重心のずれ量Δδ110,Δδ011がｙ方向の
位置ずれに対して不変であったとしても、総合的な光束
中心位置は変化してくる。即ち、前に述べた波面収差の
変化等の要因に加え、更に上記の要因によってアライメ
ント方向に直交する方向の位置ずれ成分が、アライメン
ト方向の位置合わせ精度を低下させてくる。
そこで本実施例では、このときのアライメント方向と
直交する方向の位置ずれ量Δｙに起因するアライメント
方向の位置ずれ量Δｘの検出精度の低下を防止する為に
後述するように予めずれ量Δｙ及びΔｘとずれ量Δδと
の関係を記憶手段12に記憶しておき、この記憶手段12か
らの信号を参照することにより演算手段11によりアライ
メント方向の位置合わせを高精度に行うことを特徴とし
ている。
直交する方向の位置ずれ量Δｙに起因するアライメント
方向の位置ずれ量Δｘの検出精度の低下を防止する為に
後述するように予めずれ量Δｙ及びΔｘとずれ量Δδと
の関係を記憶手段12に記憶しておき、この記憶手段12か
らの信号を参照することにより演算手段11によりアライ
メント方向の位置合わせを高精度に行うことを特徴とし
ている。
次にこのときのアライメント方法について説明する。
通常、半導体素子製造用の露光装置においては、マス
ク等の第１物体とウエハ等の第２物体の２次元的な位置
ずれ（横ずれ及び回転）を検出するため、露光部分の周
囲４か所にアライメントマーク等の物理光学素子を設け
ている。第１図は、その１例を示す概略図であり、露光
部分10を取り囲むスクライブライン20上の４か所の領域
Ａ〜Ｄにアライメントマークを設けている。このアライ
メントマークは、例えば前述したようにオフアクシス型
のグレーティング素子であり、また投光系・受光系とし
ては第１図に示した光学系と同様のものを用いている。
ク等の第１物体とウエハ等の第２物体の２次元的な位置
ずれ（横ずれ及び回転）を検出するため、露光部分の周
囲４か所にアライメントマーク等の物理光学素子を設け
ている。第１図は、その１例を示す概略図であり、露光
部分10を取り囲むスクライブライン20上の４か所の領域
Ａ〜Ｄにアライメントマークを設けている。このアライ
メントマークは、例えば前述したようにオフアクシス型
のグレーティング素子であり、また投光系・受光系とし
ては第１図に示した光学系と同様のものを用いている。
本実施例においては領域Ａ及びＢにおいては、ｘ方向
のずれ量を検出し、領域Ｃ及びＤではｙ方向のずれ量を
検出している。
のずれ量を検出し、領域Ｃ及びＤではｙ方向のずれ量を
検出している。
本実施例では各領域Ａ〜Ｄ毎に図１に示す構成の投光
系と受光系を設けて各領域Ａ〜Ｄでの位置ずれを求めて
いる。例えば本実施例では後述する第４図のフローチャ
ートにも示すように、領域Ａ（又は領域Ｂ）においては
光照射手段から光束を照射し、ｘ方向（第１方向）の相
対位置関係によって光検出器（第１所定面）上への入射
位置が変化する光束（第１光束）の光検出器面上への入
射位置を該光検出器（第１光検出手段）で検出してい
る。
系と受光系を設けて各領域Ａ〜Ｄでの位置ずれを求めて
いる。例えば本実施例では後述する第４図のフローチャ
ートにも示すように、領域Ａ（又は領域Ｂ）においては
光照射手段から光束を照射し、ｘ方向（第１方向）の相
対位置関係によって光検出器（第１所定面）上への入射
位置が変化する光束（第１光束）の光検出器面上への入
射位置を該光検出器（第１光検出手段）で検出してい
る。
又ｘ方向（第１方向）と所定の角度（90度）をなすｙ
方向（第２方向）においては、領域Ｃ（又は領域Ｄ）に
光照射手段から光束を照射し、ｙ方向（第２方向）の相
対位置関係によって光検出器（第２所定面）上への入射
位置が変化する光束（第２光束）の光検出器面上への入
射位置を光検出器（第２光検出手段）で検出している。
方向（第２方向）においては、領域Ｃ（又は領域Ｄ）に
光照射手段から光束を照射し、ｙ方向（第２方向）の相
対位置関係によって光検出器（第２所定面）上への入射
位置が変化する光束（第２光束）の光検出器面上への入
射位置を光検出器（第２光検出手段）で検出している。
第３図は第１図における領域Ａ又はＢにおけるアライ
メント方向（ｘ方向）のマスクとウエハとの位置ずれ量
Δｘと、検出面におけるスポットの重心の基準位置から
のずれ量Δδの関係を示す説明図である。ここではずれ
量Δｘに対するずれ量Δδの比がおよそ100倍となるよ
うに物理光学素子であるグレーティング素子の屈折力と
配置を設定した場合を示している。一般にはグレーティ
ング素子の収差等により、両者の関係はわずかに非線型
となるが位置検出精度には殆ど問題ない。
メント方向（ｘ方向）のマスクとウエハとの位置ずれ量
Δｘと、検出面におけるスポットの重心の基準位置から
のずれ量Δδの関係を示す説明図である。ここではずれ
量Δｘに対するずれ量Δδの比がおよそ100倍となるよ
うに物理光学素子であるグレーティング素子の屈折力と
配置を設定した場合を示している。一般にはグレーティ
ング素子の収差等により、両者の関係はわずかに非線型
となるが位置検出精度には殆ど問題ない。
ずれ量Δδは本来、アライメント方向（ｘ方向）のず
れ量Δｘに対応するものであるが、前述の理由により実
際にはアライメント方向に直交する方向（ｙ方向）の位
置ずれ量Δｙの影響も受ける。
れ量Δｘに対応するものであるが、前述の理由により実
際にはアライメント方向に直交する方向（ｙ方向）の位
置ずれ量Δｙの影響も受ける。
第３図では位置ずれ量Δｙが0,±10μｍの３つの場合
を示している。同図に示すようにｙ方向の位置ずれが±
10μ程度存在するとずれ量Δｘ＝３μｍ近傍においては
±0.1μｍ程度の検出誤差が生じてくる。そこで本実施
例ではずれ量Δｘ及びずれ量Δｙとずれ量Δδの関係を
あらかじめ実験等を行って求めて記憶手段12に記憶させ
ておき、まずずれ量Δｙの量を検出し、演算手段11によ
り前記の関係を参照することによってアライメント方向
と直交方向（ｙ方向）の位置ずれ量による誤差を補正
し、これによりアライメント方向（ｘ方向）の位置ずれ
量Δｘの検出精度の向上を図っている。
を示している。同図に示すようにｙ方向の位置ずれが±
10μ程度存在するとずれ量Δｘ＝３μｍ近傍においては
±0.1μｍ程度の検出誤差が生じてくる。そこで本実施
例ではずれ量Δｘ及びずれ量Δｙとずれ量Δδの関係を
あらかじめ実験等を行って求めて記憶手段12に記憶させ
ておき、まずずれ量Δｙの量を検出し、演算手段11によ
り前記の関係を参照することによってアライメント方向
と直交方向（ｙ方向）の位置ずれ量による誤差を補正
し、これによりアライメント方向（ｘ方向）の位置ずれ
量Δｘの検出精度の向上を図っている。
具体的にはΔｙの値によりΔδからΔｘを求めるとき
の演算に用いる比例関係の比例定数を切換えている。
の演算に用いる比例関係の比例定数を切換えている。
このときの位置ずれ量Δｙの検出精度は比較的緩くて
良く、例えば第３図に示す場合ではずれ量Δｙを±１μ
ｍの精度で検出できれば、ずれ量Δｘが±３μｍ以内の
レンジでその検出精度はおよそ±0.01μｍにまで向上さ
せることができる。
良く、例えば第３図に示す場合ではずれ量Δｙを±１μ
ｍの精度で検出できれば、ずれ量Δｘが±３μｍ以内の
レンジでその検出精度はおよそ±0.01μｍにまで向上さ
せることができる。
当然、第１図中の領域C,Dにおいてアライメント方向
がｙ方向である場合も同様である。
がｙ方向である場合も同様である。
次に上述の方法によって演算手段11によりマスクとウ
エハのx,y方向の横ずれ量ΔX,ΔＹ及び回転量Δθを求
める具体的な手順のフローチャートの１例を第４図に示
す。同図の各手順を以下に詳述する。
エハのx,y方向の横ずれ量ΔX,ΔＹ及び回転量Δθを求
める具体的な手順のフローチャートの１例を第４図に示
す。同図の各手順を以下に詳述する。
（イ）光検出器８により領域Ａ〜Ｄの各点におけるスポ
ット光束の重心のずれ量ΔδA,ΔδB,ΔδC,ΔδＤを検
出する。
ット光束の重心のずれ量ΔδA,ΔδB,ΔδC,ΔδＤを検
出する。
（ロ）アライメント方向と直交方向（領域A,Bではｙ方
向，領域C,Dではｘ方向）の位置ずれ量を０と仮定し
て、各点のアライメント方向の位置ずれ量ΔxA,ΔxB,Δ
yC,ΔyDを算出する。
向，領域C,Dではｘ方向）の位置ずれ量を０と仮定し
て、各点のアライメント方向の位置ずれ量ΔxA,ΔxB,Δ
yC,ΔyDを算出する。
（ハ）ずれ量ΔxA,ΔxB,ΔyC,ΔyDよりマスクとウエハ
の２次元的な位置ずれ量、即ち横ずれ量ΔX,ΔＹ及び回
転量Δθを算出する。
の２次元的な位置ずれ量、即ち横ずれ量ΔX,ΔＹ及び回
転量Δθを算出する。
（ニ）ずれ量ΔX,ΔY,Δθより各点のアライメント方向
と直交方向の位置ずれ量ΔyA,ΔyB,ΔxC,ΔxDを算出す
る。
と直交方向の位置ずれ量ΔyA,ΔyB,ΔxC,ΔxDを算出す
る。
（ホ）上記アライメント方向と直交方向の位置ずれ量を
考慮して、再び各点のアライメント方向の位置ずれ量Δ
xA′，ΔxB′，ΔyC′，ΔyD′を求める。
考慮して、再び各点のアライメント方向の位置ずれ量Δ
xA′，ΔxB′，ΔyC′，ΔyD′を求める。
（ヘ）ずれ量ΔxA′，ΔxB′，ΔyC′，ΔyD′より横ず
れ及び回転量ΔＸ′，ΔＹ′，Δθ′を求める。
れ及び回転量ΔＸ′，ΔＹ′，Δθ′を求める。
尚、上記手順において適当な収束条件を定めてステッ
プ（ニ），（ホ），（ヘ）の手順を繰返すことにより、
より精度を向上させることも可能である。
プ（ニ），（ホ），（ヘ）の手順を繰返すことにより、
より精度を向上させることも可能である。
（発明の効果） 以上のように本発明によれば物理光学素子を利用して
第１物体と第２物体との相対的な位置ずれ量を求める
際、アライメント方向と直交する方向の位置ずれ量に関
する位置情報を参照することにより、位置ずれ検出精度
の高い位置合わせ装置を達成することができる。
第１物体と第２物体との相対的な位置ずれ量を求める
際、アライメント方向と直交する方向の位置ずれ量に関
する位置情報を参照することにより、位置ずれ検出精度
の高い位置合わせ装置を達成することができる。
又、本発明に係る検出方法は前述の装置に限らず種々
の装置に適用することができる。
の装置に適用することができる。
第１図は本発明の一実施例の要部概略図，第２図
（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は第１図の一部分の光
路の説明図、第３図は本発明においてマスクとウエハと
の位置ずれ量と光束の重心位置のずれ量との関係を示す
説明図、第４図は本発明に係るフローチャート図、第5,
第６図は従来の位置合わせ装置の要部該略図である。 図中、１は第１物体、２は第２物体、３は光源、４はコ
リメーターレンズ、５は投射用レンズ、６はミラー、７
は集光レンズ、８は光検出器、112は第１物理光学素
子、113は第２物理光学素子、10は露光エリア、20はス
クライブライン、11は演算手段、12は記憶手段である。
（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は第１図の一部分の光
路の説明図、第３図は本発明においてマスクとウエハと
の位置ずれ量と光束の重心位置のずれ量との関係を示す
説明図、第４図は本発明に係るフローチャート図、第5,
第６図は従来の位置合わせ装置の要部該略図である。 図中、１は第１物体、２は第２物体、３は光源、４はコ
リメーターレンズ、５は投射用レンズ、６はミラー、７
は集光レンズ、８は光検出器、112は第１物理光学素
子、113は第２物理光学素子、10は露光エリア、20はス
クライブライン、11は演算手段、12は記憶手段である。
Claims (2)
- 【請求項１】第１物体と第２物体とを対向配置して前記
第１物体と前記第２物体の対向方向と垂直な第１方向の
相対位置関係を検出する位置検出装置において、前記第
１物体と前記第２物体に光束を照射する光照射手段と、
前記第１物体と前記第２物体によって回折された光束の
うち前記第１物体と前記第２物体との前記第１方向の相
対位置関係によって第１所定面上への入射位置が変化す
る第１光束の前記第１所定面への入射位置を検出する第
１光検出手段と、前記第１物体で偏向された光束のうち
前記第１物体と前記第２物体との前記第１方向と所定の
角度をなす第２方向の相対位置関係によって第２所定面
への入射位置が変化する第２光束の前記第２所定面への
入射位置を検出する第２光検出手段と、前記第２方向の
相対位置関係毎に決まる、前記第１方向の相対位置関係
と前記第１光検出手段の検出信号との関係を予め記憶す
る記憶手段と、前記第２光検出手段の検出信号に基づい
て前記第２方向の相対位置関係を求め、求められた前記
第２方向の相対位置関係に対応した、前記記憶手段に記
憶されている前記第１方向の相対位置関係と前記第１光
検出手段の検出信号との関係に基づいて、前記第１検出
手段の検出信号から前記第１方向の相対位置関係を求め
る演算手段とを有することを特徴とする位置検出装置。 - 【請求項２】前記演算手段は、求められた前記第２方向
の相対位置関係に対応して、前記第１方向の相対位置関
係と前記第１光検出手段の検出信号との比例関係の比例
定数を切り替える手段を有することを特徴とする請求項
１記載の位置検出装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1209924A JP2626076B2 (ja) | 1988-09-09 | 1989-08-14 | 位置検出装置 |
| EP89309096A EP0358513B1 (en) | 1988-09-09 | 1989-09-07 | Position detecting method and apparatus |
| DE68929205T DE68929205T2 (de) | 1988-09-09 | 1989-09-07 | Vorrichtung und Verfahren zur Positionsdetektion |
| US07/789,630 US5148035A (en) | 1988-09-09 | 1991-11-12 | Position detecting method and apparatus |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63-225803 | 1988-09-09 | ||
| JP22580388 | 1988-09-09 | ||
| JP1209924A JP2626076B2 (ja) | 1988-09-09 | 1989-08-14 | 位置検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02167405A JPH02167405A (ja) | 1990-06-27 |
| JP2626076B2 true JP2626076B2 (ja) | 1997-07-02 |
Family
ID=26517751
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1209924A Expired - Fee Related JP2626076B2 (ja) | 1988-09-09 | 1989-08-14 | 位置検出装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5148035A (ja) |
| EP (1) | EP0358513B1 (ja) |
| JP (1) | JP2626076B2 (ja) |
| DE (1) | DE68929205T2 (ja) |
Families Citing this family (4)
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|---|---|---|---|---|
| JP3008633B2 (ja) * | 1991-01-11 | 2000-02-14 | キヤノン株式会社 | 位置検出装置 |
| US5455679A (en) * | 1993-02-22 | 1995-10-03 | Canon Kabushiki Kaisha | Position detecting system |
| US20040237637A1 (en) * | 2003-01-17 | 2004-12-02 | Andre Veinotte | Flow sensor for purge valve diagnostic |
| JP5032156B2 (ja) * | 2007-03-05 | 2012-09-26 | ジーイー・メディカル・システムズ・グローバル・テクノロジー・カンパニー・エルエルシー | 磁気共鳴イメージング装置および磁気共鳴イメージング方法 |
Family Cites Families (15)
| 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 |
| US4326805A (en) * | 1980-04-11 | 1982-04-27 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Method and apparatus for aligning mask and wafer members |
| US4539482A (en) * | 1980-10-09 | 1985-09-03 | Canon Kabushiki Kaisha | Reading apparatus |
| US4398824A (en) * | 1981-04-15 | 1983-08-16 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Wafer tilt compensation in zone plate alignment system |
| US4636626A (en) * | 1983-01-14 | 1987-01-13 | Nippon Kogaku K.K. | Apparatus for aligning mask and wafer used in semiconductor circuit element fabrication |
| US4545683A (en) * | 1983-02-28 | 1985-10-08 | The Perkin-Elmer Corporation | Wafer alignment device |
| US4514858A (en) * | 1983-03-15 | 1985-04-30 | Micronix Partners | Lithography system |
| US4656347A (en) * | 1984-01-30 | 1987-04-07 | Nippon Telegraph & Telephone Public Corporation | Diffraction grating position adjuster using a grating and a reflector |
| JPS60163110A (ja) * | 1984-02-06 | 1985-08-26 | Canon Inc | 位置合わせ装置 |
| US4701050A (en) * | 1984-08-10 | 1987-10-20 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor exposure apparatus and alignment method therefor |
| JPS61111402A (ja) * | 1984-11-06 | 1986-05-29 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | 位置検出装置 |
| US4812661A (en) * | 1986-08-20 | 1989-03-14 | Hewlett-Packard Company | Method and apparatus for hybrid I.C. lithography |
| JPS63131008A (ja) * | 1986-11-20 | 1988-06-03 | Fujitsu Ltd | 光学的アライメント方法 |
| US4870289A (en) * | 1987-09-25 | 1989-09-26 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Apparatus for controlling relation in position between a photomask and a wafer |
-
1989
- 1989-08-14 JP JP1209924A patent/JP2626076B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1989-09-07 EP EP89309096A patent/EP0358513B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-09-07 DE DE68929205T patent/DE68929205T2/de not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-11-12 US US07/789,630 patent/US5148035A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE68929205D1 (de) | 2000-06-15 |
| JPH02167405A (ja) | 1990-06-27 |
| EP0358513A2 (en) | 1990-03-14 |
| EP0358513B1 (en) | 2000-05-10 |
| US5148035A (en) | 1992-09-15 |
| EP0358513A3 (en) | 1991-01-02 |
| DE68929205T2 (de) | 2000-09-28 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |