JP2802193B2

JP2802193B2 - アライメントマーク検出方法及びアライメントマーク検出装置

Info

Publication number: JP2802193B2
Application number: JP8847392A
Authority: JP
Inventors: 和也加門
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-04-09
Filing date: 1992-04-09
Publication date: 1998-09-24
Anticipated expiration: 2013-09-24
Also published as: JPH05291110A; US5285258A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、露光時にマスク上の
パターンと半導体ウエハのパターンとの重ね合わせのた
めの基準位置測定に用いられるアライメントマークを検
出する方法及び検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レジストパターンを形成するための露光
装置にとって、マスクと半導体ウエハとの位置合わせ精
度は、解像度とともに最も重要な因子である。すでに半
導体ウエハ上に形成されたパターンに次に転写すべきマ
スクパターンを重ね合わせる操作をアライメントという
が、実際には予め半導体ウエハの所定位置にアライメン
トマークを設けておき、このアライメントマークを検出
した後、マスクのマークと重ね合わせることによって行
っている。

【０００３】図１２はアライメントマークの一例を示す
図である。同図においては、半導体ウエハ１のスクライ
ブライン２上にアライメントマークとして機能する回折
格子６が設けられている。なお、この明細書では、Ｘ方
向に回折格子６が並んだ回折格子列３Ｙは後述するよう
にＹ方向のアライメントマーク位置を検出するためのも
のであり、「Ｙマーク」と称する。一方、Ｙ方向に回折
格子か６が並んだ回折格子列３ＸはＸ方向の位置を検出
するためのものであり、「Ｘマーク」と称する。

【０００４】図１３は、従来のアライメント方法を説明
するための説明図である。まず、レーザービームをＸマ
ーク照射用とＹマーク照射用の２本のレーザービームに
分割する。そして、それらのレーザービーム４を投影光
学系を介して半導体ウエハ１上の所定のレーザービーム
照射位置に照射する。この場合、Ｙマーク照射用のレー
ザービーム４は、図１３(b) に示すように半導体ウエハ
１上でＸ方向に長い帯状の照射領域を有し、逆にＸマー
ク照射用のレーザービーム（図示省略）は半導体ウエハ
１上でＹ方向に長い帯状の照射領域を有する。そして、
この状態で半導体ウエハ１を例えばＹ方向に移動させる
ことにより、Ｙマーク照射用のレーザービーム４を半導
体ウエハ１に対し相対的にＹ方向に走査させる。（同図
(b) ）。こうして、Ｙマーク照射用のレーザービーム４
をＹ方向に走査しながら、半導体ウエハ１からの回折光
の信号強度を連続的に測定する。この回折光の信号強度
は半導体ウエハ１の位置に応じて変化する。つまり、同
図に示すように、レーザービーム照射位置にＹマーク３
Ｙが位置すると、Ｙマーク３Ｙを構成する回折格子６に
よって回折光が生じて信号強度が大きく変化する。この
ため、回折光の信号強度の変化を検出することによって
Ｙマーク３ＹのＹ座標を検出することができる。一方、
Ｘマーク３ＸのＸ座標についても、半導体ウエハ１をＸ
方向に移動させることにより、Ｘマーク照射用のレーザ
ービームをＸ方向に走査させて上記同様に検出すること
ができる。こうして、半導体ウエハ１のＸ，Ｙ両方向の
アライメントマークを検出することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図１４に示
すように、実際の半導体ウエハ１には金属膜５の形成な
どによってＸ及びＹマーク３Ｘ，３Ｙを構成する回折格
子６の形状が所望の回折を生じる理想的な形状（例えば
図１３(a) ）からずれてしまう。特に、半導体ウエハ１
表面に対し斜めの方向より金属粒子が半導体ウエハ１に
析出されると、Ｘ及びＹマーク３Ｘ，３Ｙの回折格子６
が非対称な形状になってしまう。そのため、所望の回折
光が得られず、半導体ウエハ１のアライメントマークを
精度よく検出することが困難となることがある。

【０００６】例えば、図１５に示すように、理想的な形
状の回折格子６が形成されている場合には、レーザービ
ーム照射位置と光強度のピークＰとが一致して、そのピ
ークＰが生じる位置を測定することによって回折格子６
の位置を検出することができる。これに対し、回折格子
６上に金属膜７が形成されて非対称な形状となった場合
には（図１６）、回折格子６の近傍位置で複数、例えば
３つの光強度ピークＰ１〜Ｐ３が形成されてしまう。そ
の結果、回折格子６の位置を正確に検出することが困難
となる。

【０００７】以上のように、従来のアライメントマーク
検出方法によれば、半導体ウエハ１上への膜形成によ
り、アライメントマークとして機能するＸ及びＹマーク
（回折格子列）３Ｘ，３Ｙの位置の検出精度が低下する
という問題があった。

【０００８】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、半導体ウエハ上への膜形成に影
響されずにアライメントマークを精度よく検出すること
ができるアライメントマーク検出方法及びアライメント
マーク検出装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、所定
方向に列をなしアライメントマークとして機能する回折
格子列を備えた半導体ウエハにレーザービームを照射し
ながらそのレーザービームを前記半導体ウエハに対し相
対的に走査させるとともに、前記半導体ウエハからの回
折光を受光し、その回折光の信号強度に基づき前記回折
格子列を検出するアライメントマーク検出方法であっ
て、上記目的を達成するために、前記レーザービームと
して、前記回折格子列に対し直交する方向に振動する偏
光成分からなるレーザービームを用いている。

【００１０】請求項２の発明は、上記目的を達成するた
めに、所定方向に列をなしアライメントマークとして機
能する回折格子列を備えた半導体ウエハにレーザービー
ムを照射しながらそのレーザービームを前記半導体ウエ
ハに対し相対的に走査させるとともに、前記半導体ウエ
ハからの回折光のうち前記回折格子列に対し直交する方
向に振動する偏光成分のみを受光し、その偏光成分の信
号強度に基づき前記回折格子列を検出している。

【００１１】請求項３の発明は、半導体ウエハで所定方
向に列をなしアライメントマークとして機能する回折格
子列を検出するアライメントマーク検出装置であって、
上記目的を達成するために、レーザービームを発生する
光源と、前記光源からのレーザービームから、前記半導
体ウエハにおいて前記回折格子列に対し直交する方向に
振動する偏光成分からなる偏光レーザービームを取り出
す偏光手段と、前記半導体ウエハを搭載するステージ
と、前記ステージを２次元的に駆動して、前記ステージ
上の前記半導体ウエハを移動させる駆動手段と、前記半
導体ウエハからの回折光を受光する受光手段とを備え、
前記偏光レーザービームを前記半導体ウエハに照射しな
がら前記半導体ウエハを前記回折格子列に対し直交する
方向に移動させるとともに、前記半導体ウエハからの回
折光を受光し、その回折光の信号強度に基づき前記回折
格子列を検出している。

【００１２】請求項４の発明は、半導体ウエハで所定方
向に列をなしアライメントマークとして機能する回折格
子列を検出するアライメントマーク検出装置であって、
上記目的を達成するために、レーザービームを発生する
光源と、前記半導体ウエハを搭載するステージと、前記
ステージを２次元的に駆動して、前記ステージ上の前記
半導体ウエハを移動させる駆動手段と、入射される光
を、前記半導体ウエハにおいて前記回折格子列に対し直
交する方向に振動する偏光成分からなる光に変える偏光
子と、その偏光子からの光を受光する受光手段とを備
え、前記光源からのレーザービームを前記半導体ウエハ
に照射しながら前記半導体ウエハを前記回折格子列に対
し直交する方向に移動させるとともに、前記半導体ウエ
ハからの回折光を前記回折格子列に対し直交する方向に
振動する偏光成分からなる光に変えた後、その光を受光
して、その光の信号強度に基づき前記回折格子列を検出
している。

【００１３】

【作用】請求項１及び３の発明では、回折格子列に対し
直交する方向に振動する偏光成分からなるレーザービー
ムを半導体ウエハに照射しながらその半導体ウエハを前
記回折格子列に対し直交する方向に移動させるととも
に、前記半導体ウエハからの回折光を受光して、その回
折光の信号強度が求められる。そして、その信号強度に
基づき前記回折格子列が検出される。

【００１４】請求項２及び４の発明では、光源からレー
ザービームを半導体ウエハに照射しながら前記半導体ウ
エハを前記回折格子列に対し直交する方向に移動させる
とともに、前記半導体ウエハからの回折光を回折格子列
に対し直交する方向に振動する偏光成分からなる光に変
えた後、その光を受光して、その光の信号強度が求めら
れる。そして、その信号強度に基づき前記回折格子列が
検出される。

【００１５】

【実施例】

Ａ．発明の原理図１ないし図３は、この発明にかかるアライメントマー
ク検出方法の原理を説明するための図である。図１で
は、回折格子６上に金属膜７が蒸着されて、金属膜７に
よる傾斜部８が形成されている。そして、その半導体ウ
エハ１に傾斜部８に対しＳ偏光（光の振動方向が図１の
紙面に対し垂直方向）となるレーザービーム９を照射し
た場合、回折光の信号強度には、同図(b) に示すよう
に、複数のピークＰ１〜Ｐ３が形成される。一方、半導
体ウエハ１に傾斜部８に対しＰ偏光（光の振動方向が図
２の紙面に対し左右方向）となるレーザービーム１０を
照射した場合（同図(a) ）、回折光の信号強度には回折
格子６の位置に対応したシャープな形状のピークＰのみ
が現れる。このことは、Ｐ偏光成分のレーザービームが
入射されたとき、傾斜部８からの反射量は少ないことを
示している。

【００１６】また、入射角に対するＰ偏光及びＳ偏光の
反射率ＲP ，ＲS はそれぞれ次の式で与えられる。

【００１７】

【数１】ＲＰ＝ｔａｎ²（θｉ−θｔ）／ｔａｎ²（θｉ＋θｔ）

【００１８】

【数２】ＲＳ＝ｓｉｎ²（θｉ−θｔ）／ｓｉｎ²（θｉ＋θｔ）

【００１９】ただし、θi 、θt はそれぞれ入射角及び
屈折角である。そして、これらの数１及び数２に基づき
入射角に対するＰ偏光及びＳ偏光の反射率ＲP ，ＲS を
プロットすると、図３に示すグラフが得られる。なお、
同図の横軸は入射角θi を示し、縦軸は反射率を示して
いる。また、同図において、実線はＰ偏光の結果を示す
一方、点線はＳ偏光の結果を示している。これらのこと
から、半導体ウエハ１の傾斜部８（０゜＜θi ＜９０
゜）では、Ｐ偏光の反射率ＲP がＳ偏光の反射率ＲS よ
りも小さく、上記と同様の結論が導き出される。

【００２０】次に、上記結論を踏まえて、Ｙ方向に振動
する偏光成分からなるレーザービーム１０をＹマーク３
Ｙに照射したときの回折光の信号強度について図４を参
照しつつ説明する。図４(a) は図１３(b) に対応する図
であり、また、同図(b) は同図(a) の２点鎖線に沿った
断面図である。

【００２１】Ｙマーク３Ｙを構成する回折格子６の配列
方向に直交する方向、すなわちＹ方向に振動する偏光成
分を有するレーザービーム１０を所定のレーザービーム
照射位置に照射しながら半導体ウエハ１をＹ方向に移動
させ、こうしてレーザービーム１０を半導体ウエハ１に
対しＹ方向に相対的に走査する。このレーザービーム１
０が傾斜部８にさしかかると、レーザービーム１０は傾
斜部８に対しＰ偏光となる。そのため、レーザービーム
１０が傾斜部８の中腹部、例えば同図(b) のＹ座標Ｙ１
で示す走査位置では、傾斜部８に対するレーザービーム
１０の入射角が６０度付近まで大きくなり、図３から明
らかなように、傾斜部８での反射率は比較的低く、図２
(b) に示すように、回折光の信号強度は低くなる。さら
に、レーザービーム１０がＹ方向に走査して傾斜部８の
頂上付近（例えば、図４(b) のＹ座標Ｙ２付近）に至る
と、傾斜部８に対するレーザービーム１０の入射角が０
度付近まで小さくなるため、傾斜部８での反射率が比較
的大きくなり、図２に示すように、回折光の信号強度が
高くなる。こうして、ピークＰが形成される。

【００２２】以上のようにＹマーク３Ｙを構成する回折
格子列６に直交する方向（Ｙ方向）に振動する偏光成分
を有するレーザービーム１０を用いてアライメントマー
クの検出を行うと、回折格子６からずれた位置、例えば
Ｙ座標Ｙ１での回折光の信号強度が低く抑えられ、回折
光の信号強度波形が理想的なものに近づき、信号強度の
ピーク位置（Ｙ座標Ｙ２）を正確に求めることができ、
その結果アライメントマークとして機能するＹマーク３
Ｙの座標（Ｙ座標Ｙ２）を精度よく検出することができ
る。

【００２３】Ｂ．アライメントマーク検出装置の実施例図５及び図６は、この発明にかかるアライメントマーク
検出方法を適用可能なアライメントマーク検出装置を示
す概略構成図である。このアライメントマーク検出装置
（以下、単に「検出装置」という）では、レーザービー
ム２１を出射するＨｅ−Ｎｅレーザー２０が設けられて
いる。このレーザー２０からのレーザービーム２１は、
図５に示すように、偏光ユニット３０によって２本の偏
光レーザービーム１０Ｘ，１０Ｙに分割された後、投影
レンズ４０に入射される。すなわち、この偏光ユニット
３０では、２枚のミラー３１，３２が適当に配置され
て、レーザービーム２１を偏光ビームスプリッター３３
に導いている。このため、レーザービーム２１が、偏光
ビームスプリッター３３によって、２つの偏光レーザー
ビーム１０Ｘ，１０Ｙに分割される。そして、一方のレ
ーザービーム１０Ｘはレンズ３４Ｘを経てビーム整形板
３６Ｘに入射され、さらにビーム整形板３６Ｘを通過し
てハーフミラー３７Ｘを介して投影レンズ４０に入射さ
れる。また、レーザービーム１０Ｙについても同様にし
てレンズ３４Ｙ，ミラー３５，ビーム整形板３６Ｙ，ハ
ーフミラー３７Ｙを介して投影レンズ４０に入射され
る。

【００２４】なお、偏光ビームスプリッター３３からの
レーザービーム１０Ｘ，１０Ｙは、互いにその振動方向
が直交する偏光レーザービームであり、それぞれＸ及び
Ｙマーク３Ｘ，３Ｙ検出用として用いられる。すなわ
ち、偏光ユニット３０を構成する要素（偏光ビームスプ
リッター３３など）は以下の条件を満足するようにそれ
ぞれ配置されている。すなわち、偏光レーザービーム１
０Ｙは後述するようにして半導体ウエハ１のＹマーク３
Ｙに照射されるが、このときレーザービーム１０Ｙの振
動方向がＹマーク３Ｙを構成する回折格子列６に直交す
る方向（Ｙ方向）と一致する、つまり上記のようにＹマ
ーク３Ｙの傾斜部８（図２(a) ）に対しＰ偏光となるよ
うに調整されている。一方、偏光レーザービーム１０Ｘ
についても、同様である。つまり、Ｘマーク３Ｘに照射
されるレーザービーム１０Ｘの振動方向がＸマーク３Ｘ
の回折格子列に直交する方向（Ｘ方向）と一致するよう
に、偏光ビームスプリッター３３などが配置されてい
る。

【００２５】投影レンズ４０に入射された偏光レーザー
ビーム１０Ｘ，１０Ｙは、図６に示すように、それぞれ
２次元的に移動自在なＸＹステージ５０に搭載された半
導体ウエハ１上に照射される。また、このＸＹステージ
５０には、Ｘ及びＹ方向にステージ５０をそれぞれ駆動
するＸ軸及びＹ軸ドライバ６０Ｘ，６０Ｙが接続されて
いる。したがって、ＸＹステージ５０に半導体ウエハ１
を搭載したままで、Ｘ軸及びＹ軸ドライバ６０Ｘ，６０
Ｙを制御することによって半導体ウエハ１をＸ方向ある
いはＹ方向に移動させ、これにより偏光レーザービーム
１０Ｘ，１０Ｙを半導体ウエハ１に対しＸ方向あるいは
Ｙ方向に相対的に走査することができる。

【００２６】また、この検出装置には、ＸＹステージ５
０の近傍に光干渉計７０Ｘ，７０Ｙがそれぞれ設けらて
おり、ＸＹステージ５０のＸ座標及びＹ座標をそれぞれ
精度よく検出するように構成されている。

【００２７】そして、半導体ウエハ１によって反射され
た２本のレーザービームは、それぞれ投影レンズ４０及
びハーフミラー３７Ｘ，３７Ｙを通過して受光ユニット
８０に入射される。この受光ユニット８０では、空間フ
ィルタ８１Ｘと受光センサ８２Ｘが設けられており、レ
ーザービーム１０Ｘが照射された位置（一方のレーザー
ビーム照射位置）での回折光の信号強度を検出するよう
に構成されている。また同様に、空間フィルタ８１Ｙと
受光センサ８２Ｙによってレーザービーム１０Ｙが照射
された位置（もう一方のレーザービーム照射位置）での
回折光の信号強度を検出するようにしている。

【００２８】さらに、制御ユニット９０が、それぞれＸ
軸及びＹ軸ドライバ６０Ｘ，６０Ｙと、光干渉計７０
Ｘ，７０Ｙと、受光センサ８２Ｘ，８２Ｙに電気的に接
続されて、検出装置全体を制御している。

【００２９】次に、検出装置の動作について説明する。
まず、Ｈｅ−Ｎｅレーザー２０からレーザービーム２１
を出射させる。すると、このレーザービーム２１が偏光
ユニット３０によって２本の偏光レーザービーム１０
Ｘ，１０Ｙに分割され、さらにそれら偏光レーザービー
ム１０Ｘ，１０Ｙが投影レンズ４０を介してレーザービ
ーム照射位置に照射される。

【００３０】そして、ＸＹステージ５０により半導体ウ
エハ１をＹ方向に移動させることにより、レーザービー
ム１０Ｙを半導体ウエハ１に対しＹ方向に走査するとと
もに、受光センサ８２Ｙで半導体ウエハ１からの回折光
の信号強度を連続的に測定する。すると、Ｙ方向につい
ての回折光の信号強度は、発明の原理の欄でも述べたよ
うに例えば図２(b) に示す波形を示す。特に、この実施
例では、レーザービーム１０ＹがＹマーク３Ｙの傾斜部
８（図２(a) ）に対しＰ偏光となるようにしているの
で、回折光の信号強度波形が理想的なものに近づき、Ｙ
マーク３Ｙに対応する信号強度のピーク位置を正確に求
めることができる。なお、その理由については、すでに
詳細に説明しているため、ここでは省略する。

【００３１】制御ユニット９０では、光干渉計７０Ｙか
らの信号に基づき、強度ピークが生じた時点でのＸＹテ
ーブル５０のＹ座標をＹマーク３Ｙの位置としてメモリ
（図示省略）に記憶する。

【００３２】さらに、上記と同様にして、レーザービー
ム１０Ｘを半導体ウエハ１に対しＸ方向に相対的に走査
しながら受光センサ８２Ｘで半導体ウエハ１からの回折
光の信号強度を連続的に測定することにより、Ｘマーク
３ＸのＸ座標を求め、メモリに記憶する。こうして、ア
ライメントマークとして機能するＸ及びＹマーク３Ｘ，
３Ｙを検出する。

【００３３】以上のように、この実施例では、Ｙマーク
３Ｙの検出については、その振動方向がＹマーク３Ｙを
構成する回折格子列６に直交する方向（Ｙ方向）と一致
する偏光レーザービーム１０Ｙを照射して、回折格子６
からずれた位置での回折光の信号強度を低く抑えている
ので、アライメントマークとして機能するＹマーク３Ｙ
の座標を精度よく検出することができる。また、Ｘマー
ク３Ｘの検出についても、その振動方向がＸマーク３Ｘ
を構成する回折格子列６に直交する方向（Ｘ方向）と一
致する偏光レーザービーム１０Ｘを照射しているので、
Ｘマーク３Ｘの座標を精度よく検出することができる。

【００３４】なお、Ｈｅ−Ｎｅレーザー２０からのレー
ザービーム２１から所定の２つの偏光レーザービーム１
０Ｘ，１０Ｙを取り出すための偏光ユニット３０は図５
に示す構成に限定されるものではなく、図７あるいは図
８に示すように構成された偏光ユニット３０Ａ，３０Ｂ
を用いてもよい。

【００３５】図７において、偏光ビームスプリッター３
３の代わりにハーフミラー３３Ａを設けて、レーザービ
ーム２１を２本のレーザービーム２１Ｘ，２１Ｙに分割
している。そして、ビーム整形板３６Ｘとハーフミラー
３７Ｘとの間に偏光子３８Ｘを配置して、レーザービー
ム２１Ｘを所定の偏光レーザービーム１０Ｘに変える。
また、ビーム整形板３６Ｙとハーフミラー３７Ｙの間に
設けられた偏光子３８Ｙによって、レーザービーム２１
Ｙを所定の偏光レーザービーム１０Ｙに変えている。な
お、こうして形成された偏光レーザービーム１０Ｘ，１
０Ｙはそれぞれ上記と同様にして半導体ウエハ１のＸ及
びＹマーク３Ｘ，３Ｙの検出に供される。

【００３６】また、図８において、Ｈｅ−Ｎｅレーザー
２０とミラー３１の間に偏光子３９Ｙが配置されて、レ
ーザー２０からのレーザービーム２１をＹマーク３Ｙの
検出に適した偏光成分を有するレーザービーム２１Ｙに
変えている。そして、偏光ビームスプリッター３３の代
わりにハーフミラー３３Ａを設けて、このレーザービー
ム２１Ｙを２本のレーザービームに分割している。これ
ら２本のレーザービームのうちハーフミラー３３Ａを透
過したレーザービームをＹマーク検出用のレーザービー
ム１０Ｙとし、半導体ウエハ１に導かれる。一方、ハー
フミラー３３Ａで反射されたレーザービームは、ハーフ
ミラー３３Ａとビーム整形板３６Ｘとの間に設けられた
偏光子３９Ｘによって、Ｘマーク３Ｘの検出に適した偏
光成分を有するレーザービーム１０Ｘに変えられた後、
半導体ウエハ１に照射される。

【００３７】図９及び図１０は、この発明にかかるアラ
イメントマーク検出方法を適用することができるアライ
メントマーク検出装置の別の実施例を示す概略構成図で
ある。この実施例にかかる検出装置が先に説明した実施
例（図５及び図６）と大きく相違する点は、偏光ユニッ
ト３０の代わりにＨｅ−Ｎｅレーザー２０からのレーザ
ービーム２１を２本のレーザービーム２１Ｘ，２１Ｙに
分割する分割ユニット３０´が設けられている点（図
９）と、受光ユニットに偏光子８３Ｘ，８３Ｙがさらに
挿入されている点（図１０）である。その他の構成は同
一であるので、ここではその説明を省略する。

【００３８】この分割ユニット３０´では、図９に示す
ように、２枚のミラー３１，３２によってＨｅ−Ｎｅレ
ーザー２０からのレーザービーム２１がハーフミラー３
３Ａ導かれ、２本のレーザービーム２１Ｘ，２１Ｙに分
割される。ただし、このハーフミラー３３Ａは偏光特性
を有していないため、各レーザービーム２１Ｘ，２１Ｙ
の振動方向はレーザービーム２１と同様にランダムとな
っている。

【００３９】そして、一方のレーザービーム２１Ｘはレ
ンズ３４Ｘを経てビーム整形板３６Ｘに入射され、さら
にビーム整形板３６Ｘを通過してハーフミラー３７Ｘを
介して投影レンズ４０に入射される。また、レーザービ
ーム２１Ｙについても同様にして投影レンズ４０に入射
される。

【００４０】また、投影レンズ４０を透過したレーザー
ビーム２１Ｘ，２１Ｙは、それぞれ所定位置（レーザー
ビーム照射位置）に照射される。こうしてレーザービー
ム２１Ｘ，２１Ｙを照射したままでＸＹステージ５０に
より半導体ウエハ１をＸおよびＹ方向にそれぞれ移動す
るとともに、受光センサ８２Ｘ，８２Ｙで半導体ウエハ
１からの回折光の信号強度を連続的に測定する。この実
施例では、受光センサ８２Ｘの手前に偏光子８３Ｘを配
置し、Ｘマーク３Ｘの回折格子列６に直交する方向（Ｘ
方向）に振動する偏光成分を有する偏光レーザービーム
を受光センサ８２Ｘに入射するようにしている。また、
受光センサ８２Ｙ側についても、上記と同様に、偏光子
８３Ｙを設け、Ｙマーク３Ｙの回折格子列６に直交する
方向（Ｙ方向）に振動する偏光成分を有する偏光レーザ
ービームを受光センサ８２Ｙに入射するようにしてい
る。

【００４１】したがって、レーザービーム２１Ｘ，２１
Ｙを照射しながら半導体ウエハ１を、例えばＹ方向に移
動するとともに、受光センサ８２Ｙで半導体ウエハ１か
らの回折光の信号強度を連続的に測定することによっ
て、Ｙ方向についての回折光の信号強度が、例えば図２
(b) に示すように理想的な波形を示す。このため、Ｙマ
ーク３Ｙに対応する信号強度のピーク位置を正確に求め
ることができ、Ｙマーク３Ｙを精度よく検出することが
できる。また、Ｘマーク３Ｘについても、Ｙマーク３Ｙ
と同様にして精度よく検出することができる。

【００４２】上記において説明した検査装置では、Ｘ及
びＹマーク３Ｘ，３Ｙが図１４に示すように非対称な形
状の場合だけはなく、図１３に示すような理想形状の場
合にも、レーザービームに偏光処理を行っている。しか
しながら、Ｘ及びＹマーク３Ｘ，３Ｙが理想的な回折格
子で形成されている場合には、特に偏光処理を施すこと
なく、通常のレーザービームを用いてＸ及びＹマーク３
Ｘ，３Ｙの検出を行うことができ、むしろ偏光処理を行
うことによって信号強度が低下し、Ｓ／Ｎ比が悪化して
アライメントマークの検出精度が低下するおそれがあ
る。そのため、例えば図１１に示すような切替装置を上
記検査装置に付加して、回折格子の形状に応じて偏光処
理の切り替えを行うのが好適である。

【００４３】図１１は、検出装置に適用可能な偏光処理
の切替を行うための偏光切替装置を示す斜視図である。
この偏光切替装置は回転軸１００Ａ回りに回転自在なプ
レートに適当な偏光子１０１〜１０３が取り付けられて
いる。なお、同図において、１０４は開口を示してい
る。

【００４４】同図に示すように、レーザービームＬの光
路上に偏光子１０１が位置するようにプレート１００を
位置決めすると、ランダムな振動方向を有するレーザー
ビームＬが偏光子１０１によって、所定方向に振動する
偏光レーザービームＬ´に変えられる。一方、開口１０
４が光路上に位置すると、開口１０４を通過したレーザ
ービームＬ´の振動方向はランダムのままである。この
ように、プレート１００を回転位置決めることによっ
て、偏光処理を行ったり、あるいは行わないようにする
ことができる。すなわち、Ｘ及びＹマーク３Ｘ，３Ｙが
理想的な回折格子６（図１３）からなる場合には開口１
０４をレーザービームの光路上に位置させてランダムな
振動方向を有するレーザービームによってＸ及びＹマー
ク３Ｘ，３Ｙを検出する一方、例えば非対称な形状の回
折格子６（図１４）からなる場合には偏光子１０１，１
０２，１０３をレーザービームの光路上に選択的に位置
させて所定の偏光レーザービームを形成し、Ｘ及びＹマ
ーク３Ｘ，３Ｙを検出する。

【００４５】

【発明の効果】以上のように、請求項１及び３の発明に
よれば、アライメントマークとして機能する回折格子列
に対し直交する方向に振動する偏光成分からなるレーザ
ービームを半導体ウエハに照射しながらその半導体ウエ
ハを回折格子列に対し直交する方向に移動させるととも
に、前記半導体ウエハからの回折光を受光し、その回折
光の信号強度を求め、その信号強度に基づき前記回折格
子列を検出しているので、半導体ウエハに設けられたア
ライメントマークを精度よく検出することができる。

【００４６】また、請求項２及び４の発明によれば、光
源からレーザービームを半導体ウエハに照射しながら前
記半導体ウエハを回折格子列に対し直交する方向に移動
させるとともに、前記半導体ウエハからの回折光をアラ
イメントマークとして機能する回折格子列に対し直交す
る方向に振動する偏光成分からなる光に変えた後、その
光を受光して、その光の信号強度が求め、さらにその信
号強度に基づき前記回折格子列を検出しているので、半
導体ウエハに設けられたアライメントマークを精度よく
検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかるアライメントマーク検出方法
の原理を説明するための図である。

【図２】この発明にかかるアライメントマーク検出方法
の原理を説明するための図である。

【図３】入射角に対するＰ偏光及びＳ偏光の反射率を示
すグラフである。

【図４】この発明にかかるアライメントマーク検出方法
の原理を説明するための図である。

【図５】この発明にかかるアライメントマーク検出方法
を適用可能なアライメントマーク検出装置を示す概略構
成図である。

【図６】この発明にかかるアライメントマーク検出方法
を適用可能なアライメントマーク検出装置を示す概略構
成図である。

【図７】偏光ユニットの他の実施例を示す図である。

【図８】偏光ユニットの別の実施例を示す図である。

【図９】偏光ユニットのさらに別の実施例を示す図であ
る。

【図１０】この発明にかかるアライメントマーク検出方
法を適用することができるアライメントマーク検出装置
の別の実施例を示す概略構成図である。

【図１１】この発明にかかるアライメントマーク検出方
法を適用することができるアライメントマーク検出装置
の別の実施例を示す概略構成図である。

【図１２】アライメントマークの一例を示す図である。

【図１３】従来のアライメント方法を説明するための説
明図である。

【図１４】非対称な形状を有する回折格子を示す図であ
る。

【図１５】図１３の回折格子からの回折光の強度とレー
ザービーム照射位置との関係を示すグラフである。

【図１６】図１４の回折格子からの回折光の強度とレー
ザービーム照射位置との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１半導体ウエハ３ＸＸマーク（アライメントマーク）３ＹＹマーク（アライメントマーク）６回折格子１０Ｘ，１０Ｙ偏光レーザービーム２０Ｈｅ−Ｎｅレーザー３０偏光ユニット５０ＸＹステージ６０ＸＸ軸ドライバ６０ＹＹ軸ドライバ８２Ｘ，８２Ｙ受光センサ８３Ｘ，８３Ｙ偏光子

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所定方向に列をなしアライメントマーク
として機能する回折格子列を備えた半導体ウエハにレー
ザービームを照射しながらそのレーザービームを前記半
導体ウエハに対し相対的に走査させるとともに、前記半
導体ウエハからの回折光を受光し、その回折光の信号強
度に基づき前記回折格子列を検出するアライメントマー
ク検出方法であって、前記レーザービームが前記回折格子列に対し直交する方
向に振動する偏光成分からなることを特徴とするアライ
メントマーク検出方法。
【請求項２】所定方向に列をなしアライメントマーク
として機能する回折格子列を備えた半導体ウエハにレー
ザービームを照射しながらそのレーザービームを前記半
導体ウエハに対し相対的に走査させるとともに、前記半
導体ウエハからの回折光のうち前記回折格子列に対し直
交する方向に振動する偏光成分のみを受光し、その偏光
成分の信号強度に基づき前記回折格子列を検出すること
を特徴とするアライメントマーク検出方法。
【請求項３】半導体ウエハで所定方向に列をなしアラ
イメントマークとして機能する回折格子列を検出するア
ライメントマーク検出装置であって、レーザービームを発生する光源と、前記光源からのレーザービームから、前記半導体ウエハ
において前記回折格子列に対し直交する方向に振動する
偏光成分からなる偏光レーザービームを取り出す偏光手
段と、前記半導体ウエハを搭載するステージと、前記ステージを２次元的に駆動して、前記ステージ上の
前記半導体ウエハを移動させる駆動手段と、前記半導体ウエハからの回折光を受光する受光手段とを
備え、前記偏光レーザービームを前記半導体ウエハに照射しな
がら前記半導体ウエハを前記回折格子列に対し直交する
方向に移動させるとともに、前記半導体ウエハからの回
折光を受光し、その回折光の信号強度に基づき前記回折
格子列を検出することを特徴とするアライメントマーク
検出装置。
【請求項４】半導体ウエハで所定方向に列をなしアラ
イメントマークとして機能する回折格子列を検出するア
ライメントマーク検出装置であって、レーザービームを発生する光源と、前記半導体ウエハを搭載するステージと、前記ステージを２次元的に駆動して、前記ステージ上の
前記半導体ウエハを移動させる駆動手段と、入射される光を、前記半導体ウエハにおいて前記回折格
子列に対し直交する方向に振動する偏光成分からなる光
に変える偏光子と、その偏光子からの光を受光する受光手段とを備え、前記光源からのレーザービームを前記半導体ウエハに照
射しながら前記半導体ウエハを前記回折格子列に対し直
交する方向に移動させるとともに、前記半導体ウエハか
らの回折光を前記回折格子列に対し直交する方向に振動
する偏光成分からなる光に変えた後、その光を受光し
て、その光の信号強度に基づき前記回折格子列を検出す
ることを特徴とするアライメントマーク検出装置。