JP2783604B2 - 位置合せ装置と位置合せ方法 - Google Patents
位置合せ装置と位置合せ方法Info
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- JP2783604B2 JP2783604B2 JP1203054A JP20305489A JP2783604B2 JP 2783604 B2 JP2783604 B2 JP 2783604B2 JP 1203054 A JP1203054 A JP 1203054A JP 20305489 A JP20305489 A JP 20305489A JP 2783604 B2 JP2783604 B2 JP 2783604B2
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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
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
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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
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- 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〕 本発明は位置合せ装置と位置合せ方法に関し、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合せ
装置と位置合せ方法に関するものである。
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合せ
装置と位置合せ方法に関するものである。
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、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47
04033号、等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光量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、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47
04033号、等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光量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マークを用いた方法に比べてア
ライメントマーク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マークを用いた方法に比べてア
ライメントマーク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12図はゾーンプレートを利用した従来の位置合せ装
置の概略図である。第13図はそのアライメントマークを
示すもので、マスク面２上にはリニアなゾーンプレート
15が形成され、ウエハー３には、等ピツチに矩形パター
ン16がライン状に並んでいる。リニアゾーンプレート15
のパワーのある方向がアライメント検出方向で、投射ビ
ーム１がこのゾーンプレート15にマークの中心における
法線及び、アライメント方向と直交する線を含む平面内
で法線に対しある角度Φで入射し、ゾーンプレート15に
より、ウエハ面３上に線状に集光し、さらにウエハ３上
のパターン16により回折され、上記入射面内で別のウエ
ハパターン16のピツチで決まるある角度で信号光19とし
て検出系へはいる。
置の概略図である。第13図はそのアライメントマークを
示すもので、マスク面２上にはリニアなゾーンプレート
15が形成され、ウエハー３には、等ピツチに矩形パター
ン16がライン状に並んでいる。リニアゾーンプレート15
のパワーのある方向がアライメント検出方向で、投射ビ
ーム１がこのゾーンプレート15にマークの中心における
法線及び、アライメント方向と直交する線を含む平面内
で法線に対しある角度Φで入射し、ゾーンプレート15に
より、ウエハ面３上に線状に集光し、さらにウエハ３上
のパターン16により回折され、上記入射面内で別のウエ
ハパターン16のピツチで決まるある角度で信号光19とし
て検出系へはいる。
マスク２とウエハ３がアライメント方向にずれていれ
ばウエハパターン16により回折される光量が変化するの
で、これを検知することによりマスク２とウエハ３の位
置ずれを制御することができる。
ばウエハパターン16により回折される光量が変化するの
で、これを検知することによりマスク２とウエハ３の位
置ずれを制御することができる。
しかしながら、上記従来例では、マークエツヂ部12の
パターンは直線で、入射光とほぼ直交するように設定さ
れ、しかも、検出方向が入射面内近傍にある為、第14図
に示すように強度的に強い正反射散乱光及び第15図に示
す不要回折光のフランホーフアー回折パターンの強度的
に強い光がセンサーの検出面上に存在し、ノイズ光とな
り、S/Nを低下させるという欠点があった。
パターンは直線で、入射光とほぼ直交するように設定さ
れ、しかも、検出方向が入射面内近傍にある為、第14図
に示すように強度的に強い正反射散乱光及び第15図に示
す不要回折光のフランホーフアー回折パターンの強度的
に強い光がセンサーの検出面上に存在し、ノイズ光とな
り、S/Nを低下させるという欠点があった。
ここで正反射エツヂ散乱光とは、エツヂ近傍で段面形
状により、発生する散乱光で、その配光特性がエツヂ部
を反射面とし、反射の法則に従い反射する光線を中心と
した分布となるものであり、エツヂの接線を軸とする半
径が無限小のシリンドリカル反射面として幾何光学的に
求められる方向を中心として散乱する性質を持つ。
状により、発生する散乱光で、その配光特性がエツヂ部
を反射面とし、反射の法則に従い反射する光線を中心と
した分布となるものであり、エツヂの接線を軸とする半
径が無限小のシリンドリカル反射面として幾何光学的に
求められる方向を中心として散乱する性質を持つ。
特にＸ線を対象とするマスクにおいてはマスクパター
ンを形成する厚みが厚く、エツヂ散乱光の影響を強く受
ける。
ンを形成する厚みが厚く、エツヂ散乱光の影響を強く受
ける。
第14図は従来例のエツヂ散乱原理図で、パターンエツ
ヂ部12に入射光１が照射されたとき、パターンエツヂ部
12で散乱光13が発生する。このときｘ−ｙ面（例えばマ
スク面）への射影光路を考えると、第14図（ｂ）で示さ
れる様にエツヂ部12で正反射する正反射散乱光13′方向
に強い散乱光が集中する。
ヂ部12に入射光１が照射されたとき、パターンエツヂ部
12で散乱光13が発生する。このときｘ−ｙ面（例えばマ
スク面）への射影光路を考えると、第14図（ｂ）で示さ
れる様にエツヂ部12で正反射する正反射散乱光13′方向
に強い散乱光が集中する。
第14図（ｂ），（ｃ）には散乱光13の角度毎の強度分
布を破線に示してある。第14図（ａ）には正反射散乱光
13′の入射面上での分布を示してある。信号検出部14中
央に強度の強い散乱光が存在することがわかる。
布を破線に示してある。第14図（ａ）には正反射散乱光
13′の入射面上での分布を示してある。信号検出部14中
央に強度の強い散乱光が存在することがわかる。
特にＸ線露光装置に用いられるマスクの場合、パター
ンの膜厚は0.5μｍ〜１μｍであり、散乱光は大きな問
題となる。
ンの膜厚は0.5μｍ〜１μｍであり、散乱光は大きな問
題となる。
次に、不要回折光のフランホーフアー回折パターンの
サイド光の影響について説明する。第12図，第13図に示
す系では、ウエハ３上の回折格子16のピツチで定まる信
号光19の回折次数をｍ次とすれば、ｍ＋１次及びｍ−１
次に対応する回折光が信号光の比較的近くに存在し、第
15図に示すようにその回折によるフランホーフアー回折
パターンの強度集中された光の一部がセンサー14に入射
することになる。マスク2,ウエハ３のアライメント方向
位置ずれ以外の変動、たとえばマスク・ウエハ回転によ
り、この不要光のセンサー14に入射する光量が変動し、
誤差を生ずることになる。
サイド光の影響について説明する。第12図，第13図に示
す系では、ウエハ３上の回折格子16のピツチで定まる信
号光19の回折次数をｍ次とすれば、ｍ＋１次及びｍ−１
次に対応する回折光が信号光の比較的近くに存在し、第
15図に示すようにその回折によるフランホーフアー回折
パターンの強度集中された光の一部がセンサー14に入射
することになる。マスク2,ウエハ３のアライメント方向
位置ずれ以外の変動、たとえばマスク・ウエハ回転によ
り、この不要光のセンサー14に入射する光量が変動し、
誤差を生ずることになる。
又、マスクパターンは通常AuやTa等金属で形成されて
おり、反射率は高く、マスク反射０次光の強度が強く、
反射方向は検出系とマーク出射角度的にはかなり離れて
いるにもかかわらずマスクパターン形状（この場合は矩
形）に伴なうフランホーフアー回折パターンはマークの
平行な２辺と直交する方向に長くすそを引き、検出系へ
一部が入射し、S/Nを低下させるという問題があった。
（第16図参照） 〔課題を解決するための手段〕 本発明はマークパターンへの入射光の方向、物理光学
素子の周辺形状を特定し、マークエツヂ部から、散乱す
る正反射散乱光及び不要回折次数のフランホーフアー回
折像の強度集中領域が検出部に存在しないようにしたも
のである。
おり、反射率は高く、マスク反射０次光の強度が強く、
反射方向は検出系とマーク出射角度的にはかなり離れて
いるにもかかわらずマスクパターン形状（この場合は矩
形）に伴なうフランホーフアー回折パターンはマークの
平行な２辺と直交する方向に長くすそを引き、検出系へ
一部が入射し、S/Nを低下させるという問題があった。
（第16図参照） 〔課題を解決するための手段〕 本発明はマークパターンへの入射光の方向、物理光学
素子の周辺形状を特定し、マークエツヂ部から、散乱す
る正反射散乱光及び不要回折次数のフランホーフアー回
折像の強度集中領域が検出部に存在しないようにしたも
のである。
具体的なマーク外周形状の例としては、第３図に示す
ように、マークパターンの外周部に或る曲率1/R（但
し、Ｒは曲率半径）をもたせ、エツジからの正反射散乱
光が一方向に集中しないようにしたものである。曲率は
小さくすればするほど散乱光の広がりは大きくなり、検
出面全面をカバーする程度は広げたほうが、各種の変動
に対する散乱光の影響をおさえる点で好ましい。これを
第３図（ｂ）に示すパラメータで示せば次のようにな
る。
ように、マークパターンの外周部に或る曲率1/R（但
し、Ｒは曲率半径）をもたせ、エツジからの正反射散乱
光が一方向に集中しないようにしたものである。曲率は
小さくすればするほど散乱光の広がりは大きくなり、検
出面全面をカバーする程度は広げたほうが、各種の変動
に対する散乱光の影響をおさえる点で好ましい。これを
第３図（ｂ）に示すパラメータで示せば次のようにな
る。
但し、ｌは考慮すべきマークの辺の長さ βはマークから検出系を見込む角 又、マーク外周形状を円弧状にすることにより、不要
回折次数による光のフランホーフアーパターンの強度集
中が生じないようにした。第５図に円形開口のフランホ
ーフアーパターンを示す。強度は中心から一様に広が
り、第３の光輪ですでにピークの5/1000程度に弱まって
いる。
回折次数による光のフランホーフアーパターンの強度集
中が生じないようにした。第５図に円形開口のフランホ
ーフアーパターンを示す。強度は中心から一様に広が
り、第３の光輪ですでにピークの5/1000程度に弱まって
いる。
一方、マーク領域は通常スクライブライン等、互いに
平行な２辺25,26で囲まれたもので、信号光量及びプロ
セスのアライメントに与える影響除去の点から、マーク
領域全体を有効に利用することが要求される。
平行な２辺25,26で囲まれたもので、信号光量及びプロ
セスのアライメントに与える影響除去の点から、マーク
領域全体を有効に利用することが要求される。
マーク外周形状を一つの円弧とすると平行な２辺25,2
6と円弧間の斜線で示す領域が第６図（ａ）に示すよう
に広く、無駄な領域が多い。そこで、着目するマークの
外周形状の曲率を小さくし、第６図（ｂ）（ｃ）のよう
にマーク領域を有効に利用することが必要となる。第７
図に第６図（ｂ）の場合のフランホーフアー回折パター
ンを示す。第15図のような強度集中はみられない。
6と円弧間の斜線で示す領域が第６図（ａ）に示すよう
に広く、無駄な領域が多い。そこで、着目するマークの
外周形状の曲率を小さくし、第６図（ｂ）（ｃ）のよう
にマーク領域を有効に利用することが必要となる。第７
図に第６図（ｂ）の場合のフランホーフアー回折パター
ンを示す。第15図のような強度集中はみられない。
具体的な曲率設定は第８図に示すように外周形状を円
弧状にした部分の平行２辺25,26と直交する軸への射影
成分をｄとした時、次の式を満たすようにし、マーク領
域の効率的利用をはかった。
弧状にした部分の平行２辺25,26と直交する軸への射影
成分をｄとした時、次の式を満たすようにし、マーク領
域の効率的利用をはかった。
〔実施例〕 第１図は本発明による第１の実施例で、従来例で示し
たと同様の測定系を用い、しかもエツヂの正反射散乱光
による影響及びフランホーフアー回折光の影響を低減す
るアライメントマークの拡大図を示す。第１図（ａ）は
マスク面上のアライメントマーク、（ｂ）はウエハ面上
のアライメントマークを示す。第１図（ａ）で明らかな
ように回折格子に含まれる複数の線状パターンの端部が
全体として曲線形状を成す形で、リニアゾーンプレート
の周辺部を円弧状にカツテイングをほどこし、入射光の
エツヂによる散乱を分散させ、検出系へ散乱光が集中し
ないように又、フランホーフアー回折光による不要光の
影響も低減したものである。本実施例においては、アラ
イメント方向（AA方向）マーク幅50μｍに対し、100μ
ｍの半径の円弧状カツテイングがほどこされている。第
２図は本発明による第２の実施例でウエハマークにも円
弧状カツテイングをほどこした例である。
たと同様の測定系を用い、しかもエツヂの正反射散乱光
による影響及びフランホーフアー回折光の影響を低減す
るアライメントマークの拡大図を示す。第１図（ａ）は
マスク面上のアライメントマーク、（ｂ）はウエハ面上
のアライメントマークを示す。第１図（ａ）で明らかな
ように回折格子に含まれる複数の線状パターンの端部が
全体として曲線形状を成す形で、リニアゾーンプレート
の周辺部を円弧状にカツテイングをほどこし、入射光の
エツヂによる散乱を分散させ、検出系へ散乱光が集中し
ないように又、フランホーフアー回折光による不要光の
影響も低減したものである。本実施例においては、アラ
イメント方向（AA方向）マーク幅50μｍに対し、100μ
ｍの半径の円弧状カツテイングがほどこされている。第
２図は本発明による第２の実施例でウエハマークにも円
弧状カツテイングをほどこした例である。
第４図は本発明による第３の実施例である。
第１物体と第２物体とを対向配置し、相対的位置決め
を行う際、該第１物体面２上に第１物理光学素子15を第
２物体面３上に第２物理光学素子16をそれぞれ形成し、
該第１物理光学素子15に光を入射させたときに生ずる回
折光を該第２物理光学素子16に入射させ、該第２物理光
学素子16により所定面上に生ずる回折光を検出手段によ
り検出することにより、該第１物体２と該第２物体３と
の相対的な位置決めを行う際、該第１及び第２の物理光
学素子15,16に入射した光１による正反射エツヂ散乱光
が分散するように又、不要回折次数のフランホーフアー
パターンの強度集中が生じないようにマーク周辺形状に
円弧状カツテイングをほどこしたものである。
を行う際、該第１物体面２上に第１物理光学素子15を第
２物体面３上に第２物理光学素子16をそれぞれ形成し、
該第１物理光学素子15に光を入射させたときに生ずる回
折光を該第２物理光学素子16に入射させ、該第２物理光
学素子16により所定面上に生ずる回折光を検出手段によ
り検出することにより、該第１物体２と該第２物体３と
の相対的な位置決めを行う際、該第１及び第２の物理光
学素子15,16に入射した光１による正反射エツヂ散乱光
が分散するように又、不要回折次数のフランホーフアー
パターンの強度集中が生じないようにマーク周辺形状に
円弧状カツテイングをほどこしたものである。
本実施例では光源17から出射された光束を投光レンズ
系６を介し反射鏡18で反射させた後、第１物体２に設け
た振幅型、又は位相型のゾーンプレート等から成る周辺
形状が円弧状の第１物理光学素子15（グレーテイングレ
ンズ）を斜め方向から照射している。
系６を介し反射鏡18で反射させた後、第１物体２に設け
た振幅型、又は位相型のゾーンプレート等から成る周辺
形状が円弧状の第１物理光学素子15（グレーテイングレ
ンズ）を斜め方向から照射している。
第１物理光学素子15は集光作用を有しており出射光を
第１物理光学素子15から所定の距離の点に集光してい
る。そして点から発散した光束を所定の距離に配置した
第２物体３に設けられている位相型若しくは振幅型のゾ
ーンプレート等から成る第２物理光学素子16（グレーテ
イングレンズ）に入射させている。第２物理光学素子16
は第１物理光学素子15と同様に集光作用を有しており、
第２物理光学素子16からの出射光を第１物理光学素子15
を通過させた後、集光レンズ７により、検出面14上に集
光している。
第１物理光学素子15から所定の距離の点に集光してい
る。そして点から発散した光束を所定の距離に配置した
第２物体３に設けられている位相型若しくは振幅型のゾ
ーンプレート等から成る第２物理光学素子16（グレーテ
イングレンズ）に入射させている。第２物理光学素子16
は第１物理光学素子15と同様に集光作用を有しており、
第２物理光学素子16からの出射光を第１物理光学素子15
を通過させた後、集光レンズ７により、検出面14上に集
光している。
即ち、本実施例では第１の物理光学素子の回折像を第
２の物理光学素子で拡大結像させている。
２の物理光学素子で拡大結像させている。
第９図は第４図に示した第３実施例における光学系の
基本原理を示す説明図である。同図においては相対的な
位置ずれを評価したい第１物体２と第２物体３に各々ゾ
ーンプレート等の第1,第２アライメントマーク15,16を
設けている。第１アライメントマーク15へ光束１を入射
させ、それからの出射光を第２アライメントマーク16に
入射させている。そして第２アライメントマーク16から
の出射光19をポジシヨンセンサー等の検出器の検出面14
上に集光させている。
基本原理を示す説明図である。同図においては相対的な
位置ずれを評価したい第１物体２と第２物体３に各々ゾ
ーンプレート等の第1,第２アライメントマーク15,16を
設けている。第１アライメントマーク15へ光束１を入射
させ、それからの出射光を第２アライメントマーク16に
入射させている。そして第２アライメントマーク16から
の出射光19をポジシヨンセンサー等の検出器の検出面14
上に集光させている。
このとき第１物体２と第２物体３との相対的な位置ず
れ量△σに応じて検出面14上においては、光量の重心ず
れ量△δが生じてくる。
れ量△σに応じて検出面14上においては、光量の重心ず
れ量△δが生じてくる。
本実施例では同図において、光束19による検出面14上
における光量の重心ずれ量△δを求め、これより第１物
体２と第２物体３との相対的な位置ずれ量△σを検出し
ている。ここで光束の重心とは光束断面内において、断
面内各点のその点からの位置ベクトルにその点の光量を
乗算したものを断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が、別な例として光量がピ
ークとなる点の位置を検出してもよい。
における光量の重心ずれ量△δを求め、これより第１物
体２と第２物体３との相対的な位置ずれ量△σを検出し
ている。ここで光束の重心とは光束断面内において、断
面内各点のその点からの位置ベクトルにその点の光量を
乗算したものを断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が、別な例として光量がピ
ークとなる点の位置を検出してもよい。
ここで、今第１アライメントマーク15を基準とし、第
２アライメントマーク16が第１アライメントマーク15と
平行方向に△σずれていたとすると検出面14上での集光
点の重心ずれ量△δは となる。即ち重心ずれ量△δは に拡大される。
２アライメントマーク16が第１アライメントマーク15と
平行方向に△σずれていたとすると検出面14上での集光
点の重心ずれ量△δは となる。即ち重心ずれ量△δは に拡大される。
但し、awはマークから入射側を正、bwはマーク出射側
を正とし、△δは△σと同方向の場合正、逆方向の場合
負で示される。
を正とし、△δは△σと同方向の場合正、逆方向の場合
負で示される。
このようにして求めた位置ずれ量△σをもとに第２物
体を移動させれば第１物体と第２物体の位置決めを高精
度に行うことができる。
体を移動させれば第１物体と第２物体の位置決めを高精
度に行うことができる。
尚、位置ずれの基準となる位置ずれ０の時のセンサー
面14上の光束重心位置は、予め、試し焼等で求め、△δ
はその位置からのずれ量として評価する。
面14上の光束重心位置は、予め、試し焼等で求め、△δ
はその位置からのずれ量として評価する。
第10図は第1,第２物理光学素子のマーク形状例であ
る。（ａ）はマスク、（ｂ）はウエハ面上物理光学素子
を示す。図より明らかなように、回折格子に含まれる複
数の線状パターンの端部が全体として曲線形状を成す様
にしてある。
る。（ａ）はマスク、（ｂ）はウエハ面上物理光学素子
を示す。図より明らかなように、回折格子に含まれる複
数の線状パターンの端部が全体として曲線形状を成す様
にしてある。
本実施例においては、スクライブライン20M,20Wと垂
直な面内に入出射光が存在し、アライメント方向はスク
ライブライン20と平行で、入射角はマーク面法線に対
し、17.5゜出射角は７゜の斜入出射系となっている。第
１物理光学素子15による集光点はマスク下217μｍであ
る。マスク−ウエハ間ギヤツプを30μｍとし（aw＝−18
7μｍ）、ウエハからセンサーまでbw＝18700μｍとすれ
ば、センサー面上の信号光の位置の移動倍率ｋは次のよ
うになる。
直な面内に入出射光が存在し、アライメント方向はスク
ライブライン20と平行で、入射角はマーク面法線に対
し、17.5゜出射角は７゜の斜入出射系となっている。第
１物理光学素子15による集光点はマスク下217μｍであ
る。マスク−ウエハ間ギヤツプを30μｍとし（aw＝−18
7μｍ）、ウエハからセンサーまでbw＝18700μｍとすれ
ば、センサー面上の信号光の位置の移動倍率ｋは次のよ
うになる。
又、マークの辺の長さはｌ＝90μｍであり、検出系を
見込む角β＝0.7（rad）マーク外周の円弧状カツトの曲
率半径Ｒは400μｍでなので、 となり ゆえに なる条件を満たしている。
見込む角β＝0.7（rad）マーク外周の円弧状カツトの曲
率半径Ｒは400μｍでなので、 となり ゆえに なる条件を満たしている。
以上、光スポツト位置検知によるアライメント方式の
例で説明したが、本発明は回折光を利用する任意の方式
で有効である。
例で説明したが、本発明は回折光を利用する任意の方式
で有効である。
第11図は本発明による第４の実施例で、第１物体２と
第２物体３の間隔を計測制御する場合に適用したもので
ある。
第２物体３の間隔を計測制御する場合に適用したもので
ある。
物理光学素子を設けた第１物体２と第２物体３とを対
向配置し、該第１物体２上の物理光学素子４に光束１を
入射させ、該物理光学素子４によって所定方向に偏向し
た光を該第２物体面３で反射させた後、受光手段面８上
に導光し、該受光手段面８上における光の入射位置を検
出することにより、該第１物体２と第２物体３との間隔
を求める際マークエツヂからの散乱光を分散させ、また
不要回折次数による光のフランホーフア−パターンの強
度集中をおさえるように円弧状のカツテイングをほどこ
したものである。
向配置し、該第１物体２上の物理光学素子４に光束１を
入射させ、該物理光学素子４によって所定方向に偏向し
た光を該第２物体面３で反射させた後、受光手段面８上
に導光し、該受光手段面８上における光の入射位置を検
出することにより、該第１物体２と第２物体３との間隔
を求める際マークエツヂからの散乱光を分散させ、また
不要回折次数による光のフランホーフア−パターンの強
度集中をおさえるように円弧状のカツテイングをほどこ
したものである。
第11図（ａ）は本発明を半導体製造装置のマスクとウ
エハとの間隔を測定する装置に適用した場合の一実施例
の光学系の概略図である。
エハとの間隔を測定する装置に適用した場合の一実施例
の光学系の概略図である。
同図において１は例えばHe−Neレーザーや半導体レー
ザー等であるLDからの光束、２は第１物体で例えばマス
ク、３は第２物体で例えばウエハであり、マスク２とウ
エハ３は最初に第11図（ａ）に示すように間隔d0を隔て
て対向配置されている。4,5は各々マスク２面上の一部
に設けた第1,第２物理光学素子で、これらの物理光学素
子4,5は例えば回折格子やゾーンプレート等から成って
いる。７は集光レンズであり、その焦点距離はfsであ
る。
ザー等であるLDからの光束、２は第１物体で例えばマス
ク、３は第２物体で例えばウエハであり、マスク２とウ
エハ３は最初に第11図（ａ）に示すように間隔d0を隔て
て対向配置されている。4,5は各々マスク２面上の一部
に設けた第1,第２物理光学素子で、これらの物理光学素
子4,5は例えば回折格子やゾーンプレート等から成って
いる。７は集光レンズであり、その焦点距離はfsであ
る。
８は受光手段で集光レンズ７の焦点位置に配置されて
おり、ラインセンサーやPSD等から成り、入射光束の重
心位置を検出している。９は信号処理回路であり、受光
手段８からの信号を用いて受光手段８面上に入射した光
束の重心位置を求め、後述するようにマスク２とウエハ
３との間隔d0を演算し求めている。
おり、ラインセンサーやPSD等から成り、入射光束の重
心位置を検出している。９は信号処理回路であり、受光
手段８からの信号を用いて受光手段８面上に入射した光
束の重心位置を求め、後述するようにマスク２とウエハ
３との間隔d0を演算し求めている。
10は光プローブであり、集光レンズ７や受光手段８、
そして必要に応じて信号処理回路９を有しており、マス
ク２やウエハ３とは相対的に移動可能となっている。
そして必要に応じて信号処理回路９を有しており、マス
ク２やウエハ３とは相対的に移動可能となっている。
本実施例においては半導体レーザーLDからの光束１
（波長λ＝830nm）をマスク２面上の第１フレネルゾー
ンプレート（以下FZPと略記する）４面上の点Ａに垂直
に入射させている。そして第１のFZP4からの角度θ１で
回折する所定次数の回折光をウエハ３面上の点Ｂ（Ｃ）
で反射させている。このうち反射光20はウエハ３がマス
ク２に近い位置P1に位置しているときの反射光、反射光
21はウエハ３が位置P1から距離dGだけ変位したときの反
射光である。
（波長λ＝830nm）をマスク２面上の第１フレネルゾー
ンプレート（以下FZPと略記する）４面上の点Ａに垂直
に入射させている。そして第１のFZP4からの角度θ１で
回折する所定次数の回折光をウエハ３面上の点Ｂ（Ｃ）
で反射させている。このうち反射光20はウエハ３がマス
ク２に近い位置P1に位置しているときの反射光、反射光
21はウエハ３が位置P1から距離dGだけ変位したときの反
射光である。
次いでウエハ３からの反射光を第１物体２面上の第２
のFZP5面上の点Ｄ（Ｅ）に入射させている。
のFZP5面上の点Ｄ（Ｅ）に入射させている。
尚、第２のFZP5は入射光束の入射位置に応じて出射回
折光の射出角を変化させる光学作用を有している。
折光の射出角を変化させる光学作用を有している。
そして第２のFZP5から角度θ２で回折した所定次数の
回折光（22,23）を集光レンズ７を介して受光手段８面
上に導光している。
回折光（22,23）を集光レンズ７を介して受光手段８面
上に導光している。
そして、このときの受光手段８面上における入射光束
（22,23）の重心位置を用いてマスク２とウエハ３との
間隔を演算し求めている。
（22,23）の重心位置を用いてマスク２とウエハ３との
間隔を演算し求めている。
本実施例ではマスク２面上に設けた第1,第２のFZP4,5
は予め設定された既知のピツチで構成されており、それ
らに入射した光束の所定次数（例えば±１次）の回折光
の回折角度θ1,θ２は予め求められている。
は予め設定された既知のピツチで構成されており、それ
らに入射した光束の所定次数（例えば±１次）の回折光
の回折角度θ1,θ２は予め求められている。
FZP5、集光レンズ７の焦点距離をfM,faとするとウエ
ハがdGだけずれた時の受光手段上の重心位置変動量Ｓは で与えられる。この式を用いてdGを求めて間隔検出を行
う。ここで最初のマスク、ウエハ間隔d0は他の周知の間
隔検出手段で求め、この時の受光手段上の重心位置を基
準位置として記憶しておく。Ｓはこの基準位置からの重
心ずれとして検出され、計算で得たdGとd0より間隔が求
まる。
ハがdGだけずれた時の受光手段上の重心位置変動量Ｓは で与えられる。この式を用いてdGを求めて間隔検出を行
う。ここで最初のマスク、ウエハ間隔d0は他の周知の間
隔検出手段で求め、この時の受光手段上の重心位置を基
準位置として記憶しておく。Ｓはこの基準位置からの重
心ずれとして検出され、計算で得たdGとd0より間隔が求
まる。
第11図（ｂ）はマスク面２上のマーク4,5を示すもの
で、入射側マーク4,出射側マーク５ともに周辺形状を、
図で示される様に回折格子に含まれる複数の線状パター
ンの端部が全体として曲線形状を成す形で、円弧状にカ
ツテイングをほどこし、エツヂ散乱光を分散させ、検出
系を強度集中した正反射エツヂ散乱光がこないようにし
た。
で、入射側マーク4,出射側マーク５ともに周辺形状を、
図で示される様に回折格子に含まれる複数の線状パター
ンの端部が全体として曲線形状を成す形で、円弧状にカ
ツテイングをほどこし、エツヂ散乱光を分散させ、検出
系を強度集中した正反射エツヂ散乱光がこないようにし
た。
以上本発明の実施例においては曲率をもたせたマーク
周辺形状として円弧の一部として示してきたが、円弧に
限らず放物線，双曲線，楕円等の２次曲線でもよく、さ
らにこれらを部的につなげたものでもよい。
周辺形状として円弧の一部として示してきたが、円弧に
限らず放物線，双曲線，楕円等の２次曲線でもよく、さ
らにこれらを部的につなげたものでもよい。
本発明によれば、マークエツヂ部から散乱する正反射
散乱光の強度集中領域及び不要回折光のフランホーパタ
ーンの強度集中領域が検出部に存在しないように設定さ
れる為、従来問題となっていた、散乱光及び不要回折光
によるS/Nの低下を大幅に改善することが可能となっ
た。
散乱光の強度集中領域及び不要回折光のフランホーパタ
ーンの強度集中領域が検出部に存在しないように設定さ
れる為、従来問題となっていた、散乱光及び不要回折光
によるS/Nの低下を大幅に改善することが可能となっ
た。
第１図は本発明のよる第１の実施例の物理光学素子形
状。 第２図は本発明による第２の実施例の物理光学素子形
状。 第３図は本発明の原理図。 第４図は本発明による第３の実施例。 第５図は円形開口回折パターン。 第６図はマーク領域を示す図。 第７図は本発明による回折パターンの例。 第８図は本発明によるパターン周辺形状設定図。 第９図は本発明による第３の実施例の光路図。 第10図は本発明による第３の実施例の物理光学素子形
状。 第11図は本発明による第４の実施例。 第12図は従来例。 第13図は従来例の物理光学素子形状。 第14図は従来例のエツヂ散乱原理図。 第15図，第16図は従来例の不要回折光フランホーフアー
回折パターン。 1;投光ビーム 2;第１物体（マスク） 3;第２物体（ウエハ） 4;入射側マーク 5;出射側マーク 6,7;レンズ 8;検出器 9;処理系 10;光プローブ 11;マーク周辺形状 12;マークエツヂ部 13;エツヂ散乱光 14;検出領域 15;第１の物理光学素子 16;第２の物理光学素子 17;光源 18;ハーフミラー 19;検出光 20,21;反射光 22,23;回折光 24;ミラー 25,26;平行な２辺
状。 第２図は本発明による第２の実施例の物理光学素子形
状。 第３図は本発明の原理図。 第４図は本発明による第３の実施例。 第５図は円形開口回折パターン。 第６図はマーク領域を示す図。 第７図は本発明による回折パターンの例。 第８図は本発明によるパターン周辺形状設定図。 第９図は本発明による第３の実施例の光路図。 第10図は本発明による第３の実施例の物理光学素子形
状。 第11図は本発明による第４の実施例。 第12図は従来例。 第13図は従来例の物理光学素子形状。 第14図は従来例のエツヂ散乱原理図。 第15図，第16図は従来例の不要回折光フランホーフアー
回折パターン。 1;投光ビーム 2;第１物体（マスク） 3;第２物体（ウエハ） 4;入射側マーク 5;出射側マーク 6,7;レンズ 8;検出器 9;処理系 10;光プローブ 11;マーク周辺形状 12;マークエツヂ部 13;エツヂ散乱光 14;検出領域 15;第１の物理光学素子 16;第２の物理光学素子 17;光源 18;ハーフミラー 19;検出光 20,21;反射光 22,23;回折光 24;ミラー 25,26;平行な２辺
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 H01L 21/30 501 - 531,561 - 5 79
Claims (3)
- 【請求項１】回折格子より成る位置検出用のマークを有
する物体の該マークに光束を照射する光源手段と、該光
源手段からの光束を受けたマークからの回折光を受光し
て物体の位置を検出する検出手段とを有し、前記検出手
段は前記マークとして前記回折格子に含まれる複数の線
状パターンの端部が全体として曲線形状を成すマークか
らの回折光を受光することを特徴とする位置合せ装置。 - 【請求項２】回折格子より成る位置検出用のマークを有
する物体の該マークに光束を照射する第１行程と、該光
源手段からの光束を受けたマークからの回折光を受光し
て物体の位置を検出する第２行程とを有し、前記マーク
として前記回折格子に含まれる複数の線状パターンの端
部が全体として曲線形状を成すマークを使用することを
特徴とする位置合せ方法。 - 【請求項３】前記曲線形状として次式で示す曲率1/Rを
つけたことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の
位置合せ方法。 2sin（β/2）/1＜1/R＜1/d 但し１は曲率をつけるマークの辺の長さ βはマークから検出系を見込む角 ｄは曲率をつける部分のマーク辺と直交する軸への射影
成分
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1203054A JP2783604B2 (ja) | 1989-08-04 | 1989-08-04 | 位置合せ装置と位置合せ方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1203054A JP2783604B2 (ja) | 1989-08-04 | 1989-08-04 | 位置合せ装置と位置合せ方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0367104A JPH0367104A (ja) | 1991-03-22 |
| JP2783604B2 true JP2783604B2 (ja) | 1998-08-06 |
Family
ID=16467579
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1203054A Expired - Fee Related JP2783604B2 (ja) | 1989-08-04 | 1989-08-04 | 位置合せ装置と位置合せ方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2783604B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4847854B2 (ja) * | 2006-12-19 | 2011-12-28 | シャープ株式会社 | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP6277837B2 (ja) * | 2014-04-11 | 2018-02-14 | 株式会社リコー | 液滴吐出状態検出装置及びこの液滴吐出状態検出装置を備えた画像形成装置 |
| CN107924146B (zh) | 2015-08-28 | 2020-11-13 | Asml荷兰有限公司 | 光刻设备对准传感器和方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63145906A (ja) * | 1986-12-10 | 1988-06-18 | Fujitsu Ltd | リニアフレネルゾ−ン |
-
1989
- 1989-08-04 JP JP1203054A patent/JP2783604B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0367104A (ja) | 1991-03-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |