JP2819855B2 - 格子状マークを用いた位置検出方法及び位置検出装置 - Google Patents
格子状マークを用いた位置検出方法及び位置検出装置Info
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- JP2819855B2 JP2819855B2 JP3099523A JP9952391A JP2819855B2 JP 2819855 B2 JP2819855 B2 JP 2819855B2 JP 3099523 A JP3099523 A JP 3099523A JP 9952391 A JP9952391 A JP 9952391A JP 2819855 B2 JP2819855 B2 JP 2819855B2
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、格子状マークを用いた
位置検出方法及び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レチクル等の第１物体面上
に形成されている電子回路パターンをウエハー等の第２
物体面上に投影レンズにより投影し露光転写する際のレ
チクル、ウエハー間の相対的な位置合わせを行う場合に
好適なものである。
位置検出方法及び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レチクル等の第１物体面上
に形成されている電子回路パターンをウエハー等の第２
物体面上に投影レンズにより投影し露光転写する際のレ
チクル、ウエハー間の相対的な位置合わせを行う場合に
好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子製造用の露光装置において、
レチクルとウエハの相対的な位置合わせは高精度化を図
る為の重要な１要素となっている。特に最近では半導体
素子の高集積化に伴ってサブミクロン以下の位置合わせ
精度が要求されている。
レチクルとウエハの相対的な位置合わせは高精度化を図
る為の重要な１要素となっている。特に最近では半導体
素子の高集積化に伴ってサブミクロン以下の位置合わせ
精度が要求されている。
【０００３】位置合わせ方法としては従来より幾つもの
方法が考案されている。その１つとして格子状マークの
位相情報を利用するものがある。図８は、この方法によ
る位置合わせ装置を有した半導体素子製造用の露光装置
の要部概略図である。同図により示された露光装置は、
照明装置ＩＬからの露光光により照明されたレチクルＲ
面上の電子回路パターンを、投影レンズ１によりウエハ
ーステージＳ上に載置したウエハーＷ面上に縮小投影
し、露光転写を行っている。このときのレチクルＲおよ
びウエハーＷ間の相対的な位置合わせは、露光を行う前
に次のようにして行われている。
方法が考案されている。その１つとして格子状マークの
位相情報を利用するものがある。図８は、この方法によ
る位置合わせ装置を有した半導体素子製造用の露光装置
の要部概略図である。同図により示された露光装置は、
照明装置ＩＬからの露光光により照明されたレチクルＲ
面上の電子回路パターンを、投影レンズ１によりウエハ
ーステージＳ上に載置したウエハーＷ面上に縮小投影
し、露光転写を行っている。このときのレチクルＲおよ
びウエハーＷ間の相対的な位置合わせは、露光を行う前
に次のようにして行われている。
【０００４】直線偏光のＨｅ−Ｎｅレーザ２から放射さ
れたレーザ光を回転している回転拡散板３に入射する。
回転拡散板３を通り、レンズ４で集光したレーザ光は偏
光ビームスプリッタ５で反射し、λ／４板６、レンズ
７、ミラー８および投影レンズ１を介してウエハＷ上の
ウエハマークＧＷを照明している。ウエハマークＧＷか
らの反射光束は再び投影レンズ１を通過し、ミラー８、
レンズ７、λ／４板６、そして偏光ビームスプリッタ５
を通過する。そしてレンズ９、ビームスプリッタ１０を
通過して固体撮像素子１１に導かれその撮像面１１ａ上
にウエハマークＧＷの像を形成している。
れたレーザ光を回転している回転拡散板３に入射する。
回転拡散板３を通り、レンズ４で集光したレーザ光は偏
光ビームスプリッタ５で反射し、λ／４板６、レンズ
７、ミラー８および投影レンズ１を介してウエハＷ上の
ウエハマークＧＷを照明している。ウエハマークＧＷか
らの反射光束は再び投影レンズ１を通過し、ミラー８、
レンズ７、λ／４板６、そして偏光ビームスプリッタ５
を通過する。そしてレンズ９、ビームスプリッタ１０を
通過して固体撮像素子１１に導かれその撮像面１１ａ上
にウエハマークＧＷの像を形成している。
【０００５】また一方では、ウエハマークＧＷの照明光
の波長と異なる波長を放射するＬＥＤ等の光源１２から
の光束をコンデンサーレンズ１３により集光し、基準マ
スク１４面上に形成されている基準マークＧS を照明し
ている。基準マークＧS は例えば図２に示すようなウエ
ハマークＧＷと同様な格子状マークより成っている。同
図では斜線部が透明領域でその他が不透明領域になって
いる。
の波長と異なる波長を放射するＬＥＤ等の光源１２から
の光束をコンデンサーレンズ１３により集光し、基準マ
スク１４面上に形成されている基準マークＧS を照明し
ている。基準マークＧS は例えば図２に示すようなウエ
ハマークＧＷと同様な格子状マークより成っている。同
図では斜線部が透明領域でその他が不透明領域になって
いる。
【０００６】固体撮像素子１１面上に形成された基準マ
ークＧS の像とウエハマークＧＷの像は、例えば図３に
示すようになっている。このとき予め基準マークＧS の
ピッチＬS とウエハーマークＧＷのピッチＬｗは、各々
の結像倍率に対応させて決定されており、固体撮像素子
１１の撮像面１１ａ上において同一ピッチとなるように
なっている。そして基準マークＧS の像とウエハマーク
ＧＷの像の基本周期の位相差Δδを求めることにより基
準マークＧS とウエハマークＧＷの相対的な位置ズレ量
Δｘを次式により求めている。
ークＧS の像とウエハマークＧＷの像は、例えば図３に
示すようになっている。このとき予め基準マークＧS の
ピッチＬS とウエハーマークＧＷのピッチＬｗは、各々
の結像倍率に対応させて決定されており、固体撮像素子
１１の撮像面１１ａ上において同一ピッチとなるように
なっている。そして基準マークＧS の像とウエハマーク
ＧＷの像の基本周期の位相差Δδを求めることにより基
準マークＧS とウエハマークＧＷの相対的な位置ズレ量
Δｘを次式により求めている。
【０００７】Δｘ＝Δδ／２π
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】図８に示す位置合わせ
装置においては、各マーク像の位相から相対的な位置ず
れ量Δｘを求めている。このとき基準マークＧS とウエ
ハーマークＧＷとの位置ズレ量Δｘは図３に示すように
予め双方のマークの基本周期ＰS の１／２未満になって
いる必要がある。これはマーク像が情報として周期性を
持っているためである。
装置においては、各マーク像の位相から相対的な位置ず
れ量Δｘを求めている。このとき基準マークＧS とウエ
ハーマークＧＷとの位置ズレ量Δｘは図３に示すように
予め双方のマークの基本周期ＰS の１／２未満になって
いる必要がある。これはマーク像が情報として周期性を
持っているためである。
【０００９】したがってこの場合は予め別の方法により
粗い位置検出を行ってウエハーステージＳを駆動し、ウ
エハーマークＧＷの位置を追い込んでおく必要がある。
そのために従来はマークのピッチがウエハーマークＧＷ
よりも大きい別のウエハーマークＧＷ′をウエハー上の
別の位置に設けておき、これを用いて粗く位置合わせを
するか、異なる形状のマークを用いて別の処理方式によ
り位置合せを行っておく必要があった。このためウエハ
ー内におけるマークの占有面積が増加し、又マーク位置
までウエハーステージ駆動を行うため処理速度が低下し
てくる等の問題点があった。
粗い位置検出を行ってウエハーステージＳを駆動し、ウ
エハーマークＧＷの位置を追い込んでおく必要がある。
そのために従来はマークのピッチがウエハーマークＧＷ
よりも大きい別のウエハーマークＧＷ′をウエハー上の
別の位置に設けておき、これを用いて粗く位置合わせを
するか、異なる形状のマークを用いて別の処理方式によ
り位置合せを行っておく必要があった。このためウエハ
ー内におけるマークの占有面積が増加し、又マーク位置
までウエハーステージ駆動を行うため処理速度が低下し
てくる等の問題点があった。
【００１０】本発明は、ウエハ面上に形成した格子状マ
ーク像の位相情報を用いて基準マークと格子状マークと
の位置合せを行う際に同一のマーク像情報よりマーク間
の粗い位置検出を行うことのできる格子状マークを用い
た位置検出方法及び位置検出装置を提供することを目的
とする。
ーク像の位相情報を用いて基準マークと格子状マークと
の位置合せを行う際に同一のマーク像情報よりマーク間
の粗い位置検出を行うことのできる格子状マークを用い
た位置検出方法及び位置検出装置を提供することを目的
とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の位置検出装置
は、第１物体面上のパターンを第２物体面上に投影する
投影レンズを介して基準マークと該第２物体面に設けた
一定ピッチの格子状マークとの相対的な位置検出を行う
際、光源手段からの光束により該格子状マークを照明
し、該格子状マークからの反射回折光のうち所定次数の
回折光を用いて該格子状マーク像を該基準マーク像が形
成されている所定面上に形成し、コントラスト演算回路
により該格子状マーク像のコントラストの空間分布を検
出すると共に該コントラストの分布から該格子状マーク
の中心位置を求め、該中心位置を利用して位置検出回路
により該基準マークと格子状マークとの位置検出を行っ
たことを特徴としている。
は、第１物体面上のパターンを第２物体面上に投影する
投影レンズを介して基準マークと該第２物体面に設けた
一定ピッチの格子状マークとの相対的な位置検出を行う
際、光源手段からの光束により該格子状マークを照明
し、該格子状マークからの反射回折光のうち所定次数の
回折光を用いて該格子状マーク像を該基準マーク像が形
成されている所定面上に形成し、コントラスト演算回路
により該格子状マーク像のコントラストの空間分布を検
出すると共に該コントラストの分布から該格子状マーク
の中心位置を求め、該中心位置を利用して位置検出回路
により該基準マークと格子状マークとの位置検出を行っ
たことを特徴としている。
【００１２】この他本発明では、前記位置検出回路から
の信号に基づいて駆動手段により前記第２物体を前記基
準マークと前記格子状マークとの相対的位置ずれ量が前
記格子状マークのピッチの少なくとも１／２以下となる
ように駆動制御したことを特徴としている。
の信号に基づいて駆動手段により前記第２物体を前記基
準マークと前記格子状マークとの相対的位置ずれ量が前
記格子状マークのピッチの少なくとも１／２以下となる
ように駆動制御したことを特徴としている。
【００１３】又位置検出方法としては、第１物体面上の
パターンを第２物体面上に投影する投影レンズを介して
基準マークと該第２物体面に設けた一定ピッチの格子状
マークとの相対的な位置検出を行う際、光源手段からの
光束により該格子状マークを照明し、該格子状マークか
らの反射回折光のうち所定次数の回折光を用いて該格子
状マーク像を該基準マーク像が形成されている所定面上
に形成し、コントラスト演算回路により該格子状マーク
像のコントラストの空間分布を検出すると共に該コント
ラストの分布から該格子状マークの中心位置を求め、該
中心位置を利用して位置検出回路により該基準マークと
特定マークとの相対的位置関係を求め、次いで該位置検
出回路からの信号に基づいて駆動手段により前記第２物
体を前記基準マークと前記格子状マークとの相対的位置
ずれ量が前記格子状マークのピッチの少なくとも１／２
以下となるように駆動させ、その後該基準マークと該格
子状マークとの相対的位置検出を行ったことを特徴とし
ている。本発明の位置検出装置は、第１物体面上のパタ
ーンを第２物体面上に投影する投影レンズを介して基準
マークと該第２物体面に設けた一定ピッチの格子状マー
クとの相対的な位置検出を行う際、光源手段からの光束
により該格子状マークを照明し、該格子状マークからの
反射回折光のうち所定次数の回折光を用いて該格子状マ
ーク像を該基準マーク像が形成されている所定面上に形
成し、コントラスト演算回路により該格子状マーク像の
コントラストの空間分布を検出すると共に該コントラス
トの分布から該格子状マークの位置を求め、該位置を利
用して位置検出回路により該基準マークと格子状マーク
との位置検出を行ったことを特徴としている。この他本
発明では、前記位置検出回路からの信号に基づいて駆動
手段により前記第２物体を前記基準マークと前記格子状
マークとの相対的位置ずれ量が前記格子状マークのピッ
チの少なくとも１／２以下となるように駆動制御したこ
とを特徴としている。又位置検出方法としては、第１物
体面上のパターンを第２物体面上に投影する投影レンズ
を介して基準マークと該第２物体面に設けた一定ピッチ
の格子状マークとの相対的な位置検出を行う際、光源手
段からの光束により該格子状マークを照明し、該格子状
マークからの反射回折光のうち所定次数の回折光を用い
て該格子状マーク像を該基準マーク像が形成されている
所定面上に形成し、コントラスト演算回路により該格子
状マーク像のコントラストの空間分布を検出すると共に
該コントラストの分布から該格子状マークの位置を求
め、該位置を利用して位置検出回路により該基準マーク
と特定マークとの相対的位置関係を求め、次いで該位置
検出回路からの信号に基づいて駆動手段により前記第２
物体を前記基準マークと前記格子状マークとの相対的位
置ずれ量が前記格子状マークのピッチの少なくとも１／
２以下となるように駆動させ、その後該基準マークと該
格子状マークとの相対的位置検出を行ったことを特徴と
している。
パターンを第２物体面上に投影する投影レンズを介して
基準マークと該第２物体面に設けた一定ピッチの格子状
マークとの相対的な位置検出を行う際、光源手段からの
光束により該格子状マークを照明し、該格子状マークか
らの反射回折光のうち所定次数の回折光を用いて該格子
状マーク像を該基準マーク像が形成されている所定面上
に形成し、コントラスト演算回路により該格子状マーク
像のコントラストの空間分布を検出すると共に該コント
ラストの分布から該格子状マークの中心位置を求め、該
中心位置を利用して位置検出回路により該基準マークと
特定マークとの相対的位置関係を求め、次いで該位置検
出回路からの信号に基づいて駆動手段により前記第２物
体を前記基準マークと前記格子状マークとの相対的位置
ずれ量が前記格子状マークのピッチの少なくとも１／２
以下となるように駆動させ、その後該基準マークと該格
子状マークとの相対的位置検出を行ったことを特徴とし
ている。本発明の位置検出装置は、第１物体面上のパタ
ーンを第２物体面上に投影する投影レンズを介して基準
マークと該第２物体面に設けた一定ピッチの格子状マー
クとの相対的な位置検出を行う際、光源手段からの光束
により該格子状マークを照明し、該格子状マークからの
反射回折光のうち所定次数の回折光を用いて該格子状マ
ーク像を該基準マーク像が形成されている所定面上に形
成し、コントラスト演算回路により該格子状マーク像の
コントラストの空間分布を検出すると共に該コントラス
トの分布から該格子状マークの位置を求め、該位置を利
用して位置検出回路により該基準マークと格子状マーク
との位置検出を行ったことを特徴としている。この他本
発明では、前記位置検出回路からの信号に基づいて駆動
手段により前記第２物体を前記基準マークと前記格子状
マークとの相対的位置ずれ量が前記格子状マークのピッ
チの少なくとも１／２以下となるように駆動制御したこ
とを特徴としている。又位置検出方法としては、第１物
体面上のパターンを第２物体面上に投影する投影レンズ
を介して基準マークと該第２物体面に設けた一定ピッチ
の格子状マークとの相対的な位置検出を行う際、光源手
段からの光束により該格子状マークを照明し、該格子状
マークからの反射回折光のうち所定次数の回折光を用い
て該格子状マーク像を該基準マーク像が形成されている
所定面上に形成し、コントラスト演算回路により該格子
状マーク像のコントラストの空間分布を検出すると共に
該コントラストの分布から該格子状マークの位置を求
め、該位置を利用して位置検出回路により該基準マーク
と特定マークとの相対的位置関係を求め、次いで該位置
検出回路からの信号に基づいて駆動手段により前記第２
物体を前記基準マークと前記格子状マークとの相対的位
置ずれ量が前記格子状マークのピッチの少なくとも１／
２以下となるように駆動させ、その後該基準マークと該
格子状マークとの相対的位置検出を行ったことを特徴と
している。
【００１４】
【実施例】図１は本発明の実施例１の要部概略図であ
る。同図において照明装置ＩＬからの露光光により照明
されたレチクルＲ面上の電子回路パターンを投影レンズ
１によりウエハーステージＳ上に載置したウエハーＷ面
上に縮小投影し、露光転写している。
る。同図において照明装置ＩＬからの露光光により照明
されたレチクルＲ面上の電子回路パターンを投影レンズ
１によりウエハーステージＳ上に載置したウエハーＷ面
上に縮小投影し、露光転写している。
【００１５】直線偏光を放射する光源手段としてのＨｅ
−Ｎｅレーザ２からの露光光の波長とは異なる波長の光
束をＡＯ（音響光学）素子３に入射させ、これによりミ
ラー４へ向かう光量を制御している。そしてミラー４は
２軸方向に回転可能となっており、入射したレーザ光を
Ｆθレンズ５に入射させている。Ｆθレンズ５に入射し
たレーザ光束は偏光ビームスプリッタ９で反射し、λ／
４板８、レンズ７、ミラー６、そして投影レンズ１を介
してウエハーＷに導光している。そしてウエハマークＧ
Ｗを照明している。ウエハマークＧＷは図３に示すよう
に一定ピッチの格子状マークより成っている。
−Ｎｅレーザ２からの露光光の波長とは異なる波長の光
束をＡＯ（音響光学）素子３に入射させ、これによりミ
ラー４へ向かう光量を制御している。そしてミラー４は
２軸方向に回転可能となっており、入射したレーザ光を
Ｆθレンズ５に入射させている。Ｆθレンズ５に入射し
たレーザ光束は偏光ビームスプリッタ９で反射し、λ／
４板８、レンズ７、ミラー６、そして投影レンズ１を介
してウエハーＷに導光している。そしてウエハマークＧ
Ｗを照明している。ウエハマークＧＷは図３に示すよう
に一定ピッチの格子状マークより成っている。
【００１６】このときの照明光は、投影レンズ１と２つ
のレンズ５、７で構成される光学系の瞳面において、Ａ
Ｏ素子３による光量制御およびミラー４の回動によって
図７に示すような有効光源を形成するように制御されて
いる。同図においてＶ、Ｗは光学系の瞳面上における座
標系である。ここで有効光源のピッチＷ０はＬｗをウエ
ハマークＧＷのピッチとすると Ｗ０＝λ／Ｌｗ（λはＨｅ−Ｎｅレーザ２からの発振波
長） である。ウエハーＷ面上のウエハーマークＧＷからの光
束は投影レンズ１を通過した後、順次ミラー６、レンズ
７、λ／４板８、偏光ビームスプリッタ９、レンズ１
０、そしてビームスプリッタ１５を通過して位置Ａにウ
エハーマークＧＷの空中像を形成している。
のレンズ５、７で構成される光学系の瞳面において、Ａ
Ｏ素子３による光量制御およびミラー４の回動によって
図７に示すような有効光源を形成するように制御されて
いる。同図においてＶ、Ｗは光学系の瞳面上における座
標系である。ここで有効光源のピッチＷ０はＬｗをウエ
ハマークＧＷのピッチとすると Ｗ０＝λ／Ｌｗ（λはＨｅ−Ｎｅレーザ２からの発振波
長） である。ウエハーＷ面上のウエハーマークＧＷからの光
束は投影レンズ１を通過した後、順次ミラー６、レンズ
７、λ／４板８、偏光ビームスプリッタ９、レンズ１
０、そしてビームスプリッタ１５を通過して位置Ａにウ
エハーマークＧＷの空中像を形成している。
【００１７】この空中像はさらにフーリエ変換レンズ１
６を介し、ストッパー１７によってウエハーマークＧＷ
からの反射光のうち、ウエハーＷ面上での角度が±ｓｉ
ｎ-1Ｗ０に相当する光束のみを透過させてフーリエ逆変
換レンズ１８に入射させている。そしてフーリエ逆変換
レンズ１８を介し固体撮像素子１９の撮像面１９ａにウ
エハーマークＧＷの像を結像している。
６を介し、ストッパー１７によってウエハーマークＧＷ
からの反射光のうち、ウエハーＷ面上での角度が±ｓｉ
ｎ-1Ｗ０に相当する光束のみを透過させてフーリエ逆変
換レンズ１８に入射させている。そしてフーリエ逆変換
レンズ１８を介し固体撮像素子１９の撮像面１９ａにウ
エハーマークＧＷの像を結像している。
【００１８】一方ウエハーマークＧＷの照明光と異なる
波長を持つＬＥＤ等の光源１１からの光束はコンデンサ
ーレンズ１２により集光し、基準マスク１３面上に形成
されている基準マークＧS を照明している。基準マーク
ＧS は図２に示すように格子状マークより成っている。
この基準マークＧS からの光束は、レンズ１４によりビ
ームスプリッタ１５へ導光している。そしてビームスプ
リッタ１５により反射し、Ａ面上に基準マークＧSの空
中像を形成している。この空中像はウエハーマークＧＷ
の像と同様に固体撮像素子１９の撮像面１９ａ上に結像
している。本実施例ではフーリエ変換レンズ１６，１８
で構成される光学系１０１はＨｅ−Ｎｅレーザ２からの
照明光の波長とＬＥＤ１１からの照明光の波長の２波長
で良好に収差補正している。
波長を持つＬＥＤ等の光源１１からの光束はコンデンサ
ーレンズ１２により集光し、基準マスク１３面上に形成
されている基準マークＧS を照明している。基準マーク
ＧS は図２に示すように格子状マークより成っている。
この基準マークＧS からの光束は、レンズ１４によりビ
ームスプリッタ１５へ導光している。そしてビームスプ
リッタ１５により反射し、Ａ面上に基準マークＧSの空
中像を形成している。この空中像はウエハーマークＧＷ
の像と同様に固体撮像素子１９の撮像面１９ａ上に結像
している。本実施例ではフーリエ変換レンズ１６，１８
で構成される光学系１０１はＨｅ−Ｎｅレーザ２からの
照明光の波長とＬＥＤ１１からの照明光の波長の２波長
で良好に収差補正している。
【００１９】尚、本実施例では基準マークＧS とレチク
ルＲの相対的な位置関係は予め別のシーケンス又は焼き
付けにより求められている。従って基準マークＧS とウ
エハマークＧＷとの相対的位置関係を求めれば、レチク
ルＲとウエハＷとの相対的位置関係を求めることができ
る。
ルＲの相対的な位置関係は予め別のシーケンス又は焼き
付けにより求められている。従って基準マークＧS とウ
エハマークＧＷとの相対的位置関係を求めれば、レチク
ルＲとウエハＷとの相対的位置関係を求めることができ
る。
【００２０】尚、１０２はＡＯ素子３を駆動させる為の
駆動手段であり、光束通過のスイッチング動作を行って
いる。又、図２に示す基準マークＧS は図３に示すウエ
ハーマークＧＷと同様な格子状マークより成っており、
同図では斜線部が透明領域でその他が不透明領域であ
る。
駆動手段であり、光束通過のスイッチング動作を行って
いる。又、図２に示す基準マークＧS は図３に示すウエ
ハーマークＧＷと同様な格子状マークより成っており、
同図では斜線部が透明領域でその他が不透明領域であ
る。
【００２１】本実施例においてレーザ２からの光束に基
づくウエハー照明光がウエハーＷ面上に入射し、ウエハ
ーマークＧＷから反射したときの反射光の強度分布は、
ストッパー１７の位置においては例えば図４（Ａ）に示
すようになっている。ここでストッパー１７の光束に対
する透過率分布ｔを図４（Ｂ）とすると固体撮像素子１
９に入射する光束は図５（Ａ）に示す特定次数の回折光
（同図では±１次回折光）のみが選択される。このよう
にウエハＷに入射する光束の入射角およびウエハＷから
の出射角を制限することにより固体撮像素子１９上に形
成されるウエハマークＧＷの像の強度分布は、瞳面上の
複素振幅分布が Ｆ（ｗ）＝Ｇ（ｗ）ｅIH(W) で有効光源がｗ＝±ｎｗ０のときに Ｉ（ｎ，−ｎ）＝２［Ｇ（（ｎ＋１）ｗ０）2 ］ ＋４Ｇ（（ｎ＋１）ｗ０）Ｇ（（ｎ−１）ｗ０） ＊ｃｏｓ（Ｈ（ｎ＋１）−Ｈ（ｎ−１）） ＊ｃｏｓ（２π（２ｘ／ｐ−２Δｘ／ｐ）） （ｎ＝０，１，２，・・） となる。ただしΔｘはウエハマークＧＷの光軸からのず
れ量である。このＩ（ｎ，−ｎ）は周期がｐ／２のｃｏ
ｓ関数であり、しかも図５（Ｂ）に示すように瞳面上で
のスペクトル分布の広がりによって振幅変調された信号
波形となり、その振幅は一般にウエハーマークＧＷの中
心で最も大きくなる。つまり格子状のウエハーマークＧ
Ｗの中心の格子状マークにおいてコントラストが最も高
くなる。
づくウエハー照明光がウエハーＷ面上に入射し、ウエハ
ーマークＧＷから反射したときの反射光の強度分布は、
ストッパー１７の位置においては例えば図４（Ａ）に示
すようになっている。ここでストッパー１７の光束に対
する透過率分布ｔを図４（Ｂ）とすると固体撮像素子１
９に入射する光束は図５（Ａ）に示す特定次数の回折光
（同図では±１次回折光）のみが選択される。このよう
にウエハＷに入射する光束の入射角およびウエハＷから
の出射角を制限することにより固体撮像素子１９上に形
成されるウエハマークＧＷの像の強度分布は、瞳面上の
複素振幅分布が Ｆ（ｗ）＝Ｇ（ｗ）ｅIH(W) で有効光源がｗ＝±ｎｗ０のときに Ｉ（ｎ，−ｎ）＝２［Ｇ（（ｎ＋１）ｗ０）2 ］ ＋４Ｇ（（ｎ＋１）ｗ０）Ｇ（（ｎ−１）ｗ０） ＊ｃｏｓ（Ｈ（ｎ＋１）−Ｈ（ｎ−１）） ＊ｃｏｓ（２π（２ｘ／ｐ−２Δｘ／ｐ）） （ｎ＝０，１，２，・・） となる。ただしΔｘはウエハマークＧＷの光軸からのず
れ量である。このＩ（ｎ，−ｎ）は周期がｐ／２のｃｏ
ｓ関数であり、しかも図５（Ｂ）に示すように瞳面上で
のスペクトル分布の広がりによって振幅変調された信号
波形となり、その振幅は一般にウエハーマークＧＷの中
心で最も大きくなる。つまり格子状のウエハーマークＧ
Ｗの中心の格子状マークにおいてコントラストが最も高
くなる。
【００２２】更に本実施例においては、ウエハマークＧ
Ｗの像コントラストの分布を求め重み付き平均処理によ
って、コントラストが最大となる位置を求めている。そ
して、このコントラストが最大となる位置と、予め計測
されている基準マークＧS の位置から粗アライメントを
行っている。これによりウエハーマークＧＷと基準マー
クＧS とが基準周期の１／２ピッチ以上ずれた場合であ
っても、相対的な位置ずれ量が１／２ピッチ以内になる
ように駆動手段で駆動制御している。そして、その後微
アライメントを行うようにしている。
Ｗの像コントラストの分布を求め重み付き平均処理によ
って、コントラストが最大となる位置を求めている。そ
して、このコントラストが最大となる位置と、予め計測
されている基準マークＧS の位置から粗アライメントを
行っている。これによりウエハーマークＧＷと基準マー
クＧS とが基準周期の１／２ピッチ以上ずれた場合であ
っても、相対的な位置ずれ量が１／２ピッチ以内になる
ように駆動手段で駆動制御している。そして、その後微
アライメントを行うようにしている。
【００２３】次に本実施例の各処理回路について順に説
明する。
明する。
【００２４】図１の固体撮像素子１９により検出したウ
エハーマークＧＷの画像信号をＡＤ変換回路１０３によ
りディジタル信号に変換し、微分回路１０５を介してコ
ントラスト演算回路１０６に送出している。またウイン
ドウ発生回路１０４によりあらかじめ設定されたウイン
ドウの位置に対応した信号を発生し、コントラスト演算
回路１０６に入力している。ここでウインドウの位置は
図６に示すようにウエハーマークＧＷのマーク要素の並
ぶ方向に沿ってｋ個設定している。
エハーマークＧＷの画像信号をＡＤ変換回路１０３によ
りディジタル信号に変換し、微分回路１０５を介してコ
ントラスト演算回路１０６に送出している。またウイン
ドウ発生回路１０４によりあらかじめ設定されたウイン
ドウの位置に対応した信号を発生し、コントラスト演算
回路１０６に入力している。ここでウインドウの位置は
図６に示すようにウエハーマークＧＷのマーク要素の並
ぶ方向に沿ってｋ個設定している。
【００２５】本実施例ではその大きさをＳとしている。
ここでコントラスト演算回路１０６は微分回路１０５よ
り入力したウエハーマークＧＷの画像信号の微分値ｆｄ
（ｐ）および、ウインドウ発生回路１０４から入力した
ウインドウ位置に対応した部分各々についてコントラス
トｆｅ（ｎ）を以下の方法で算出している。
ここでコントラスト演算回路１０６は微分回路１０５よ
り入力したウエハーマークＧＷの画像信号の微分値ｆｄ
（ｐ）および、ウインドウ発生回路１０４から入力した
ウインドウ位置に対応した部分各々についてコントラス
トｆｅ（ｎ）を以下の方法で算出している。
【００２６】ｆｅ（ｎ）＝ｍａｘ（ｆｄ（ｐ）） ｐ＝１，２，３，・・・・Ｓ ｎ＝１，２，３，・・・・ｋ 位置検出回路１０７はコントラスト演算回路１０６で求
めたコントラストｆｅ（ｎ）（ｎ＝１，・・，ｋ）およ
びウインドウ位置ｘｎを順次入力し、次式を用いてウエ
ハーマークＧＷの位置ｘｒ、即ち特定マークを求めてい
る。
めたコントラストｆｅ（ｎ）（ｎ＝１，・・，ｋ）およ
びウインドウ位置ｘｎを順次入力し、次式を用いてウエ
ハーマークＧＷの位置ｘｒ、即ち特定マークを求めてい
る。
【００２７】
【数１】 このようにして特定マークの位置ｘｒを求めればウエハ
ーＷが投影レンズ１の下に送り込まれた際、ウエハーマ
ークＧＷが固体撮像素子１９の視野内にあれば、その位
置ずれが図３に示す格子状マークのピッチＰS の１／２
以上であってもウエハーマークＧＷの位置を求めること
ができる。そしてこのようにして求めた位置ｘｒと基準
マークＧS との差は駆動手段としてのＸＹステージドラ
イバ１０９に送出し、これによりＸＹステージ２０を駆
動してウエハーＷの粗位置合わせを行い、このときウエ
ハーマークＧＷと基準マークＧS の相対的な位置ずれ量
がウエハーマークＧＷのピッチの１／２未満になるよう
に駆動制御している。
ーＷが投影レンズ１の下に送り込まれた際、ウエハーマ
ークＧＷが固体撮像素子１９の視野内にあれば、その位
置ずれが図３に示す格子状マークのピッチＰS の１／２
以上であってもウエハーマークＧＷの位置を求めること
ができる。そしてこのようにして求めた位置ｘｒと基準
マークＧS との差は駆動手段としてのＸＹステージドラ
イバ１０９に送出し、これによりＸＹステージ２０を駆
動してウエハーＷの粗位置合わせを行い、このときウエ
ハーマークＧＷと基準マークＧS の相対的な位置ずれ量
がウエハーマークＧＷのピッチの１／２未満になるよう
に駆動制御している。
【００２８】次にこのようにして粗位置合わせ（粗アラ
イメント）を行ったウエハーマークＧＷの像を再び固体
撮像素子１９を用いて入力し、ＡＤ変換回路１０３を介
して今度は位相検出回路１０８に送出する。位相検出回
路１０８は基準マークＧS の像とウエハーマークＧＷの
像の位相差Δδを検出し、基準マークＧS とウエハーマ
ークＧＷの位置ずれΔｘを Δｘ＝Ｌｗ・Δδ／２π から求めている。これにより微アライメントを行ってい
る。そして予め求めておいた基準マークＧS とレチクル
Ｒとの相対位置からレチクルＲとウエハーマークＧＷの
相対的な位置ずれを演算し、これによりレチクルＲとウ
エハーＷの位置合わせを行っている。
イメント）を行ったウエハーマークＧＷの像を再び固体
撮像素子１９を用いて入力し、ＡＤ変換回路１０３を介
して今度は位相検出回路１０８に送出する。位相検出回
路１０８は基準マークＧS の像とウエハーマークＧＷの
像の位相差Δδを検出し、基準マークＧS とウエハーマ
ークＧＷの位置ずれΔｘを Δｘ＝Ｌｗ・Δδ／２π から求めている。これにより微アライメントを行ってい
る。そして予め求めておいた基準マークＧS とレチクル
Ｒとの相対位置からレチクルＲとウエハーマークＧＷの
相対的な位置ずれを演算し、これによりレチクルＲとウ
エハーＷの位置合わせを行っている。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば前述の如く各要素を設定
することにより基準マークとウエハ面上の格子状マーク
（アライメントマーク）との位置検出を行う際に粗位置
合わせと密位置合わせを同じ格子状マーク像から行うこ
とが可能となり、異なる格子状マークを別個に設ける必
要がなく、ウエハー内に占める格子状マークの占有面積
の増大を抑えると共に格子状マーク像の撮像のためのス
テージ駆動回数を抑えた格子状マークを用いた位置検出
方法及び位置検出装置を達成することができる。
することにより基準マークとウエハ面上の格子状マーク
（アライメントマーク）との位置検出を行う際に粗位置
合わせと密位置合わせを同じ格子状マーク像から行うこ
とが可能となり、異なる格子状マークを別個に設ける必
要がなく、ウエハー内に占める格子状マークの占有面積
の増大を抑えると共に格子状マーク像の撮像のためのス
テージ駆動回数を抑えた格子状マークを用いた位置検出
方法及び位置検出装置を達成することができる。
【図１】本発明の実施例１の要部概略図
【図２】図１の基準マークの説明図
【図３】図１の基準マークとアライメントマークとの関
係を示す説明図
係を示す説明図
【図４】図１の所定面上における格子状マーク像の強度
分布の説明図
分布の説明図
【図５】図１の所定面上における格子状マーク像の強度
分布の説明図
分布の説明図
【図６】図１の格子状マークと処理ウインドウとの説明
図
図
【図７】図１の所定面上における有効光源の説明図
【図８】従来の位置検出装置の要部概略図
１ 投影レンズ ２ Ｈｅ−Ｎｅレーザ ３ ＡＯ素子 ４ ミラー ５，７，１０，１２，１４ レンズ ８ λ／４板 ６ ミラー ９，１５ 偏光ビームスプリッター １１ ＬＥＤ １３ 基準マスク １６ フーリエ変換レンズ １７ ストッパー １８ フーリエ逆変換レンズ １９ 固体撮像素子 ２０ ウエハーステージ １０１ フーリエ変換光学系 １０２ ＡＯ素子ドライバー １０３ ＡＤ変換回路 １０４ ウインドウ発生回路 １０５ 微分回路 １０６ コントラスト演算回路 １０７ 位置検出回路 １０８ 位相検出回路 １０９ ウエハーステージドライバー ＩＬ 照明装置 Ｒ レチクル Ｗ ウエハー ＧS 基準マーク ＧＷ 格子状マーク（ウエハーマーク）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 9/00
Claims (6)
- 【請求項１】 第１物体面上のパターンを第２物体面上
に投影する投影レンズを介して基準マークと該第２物体
面に設けた一定ピッチの格子状マークとの相対的な位置
検出を行う際、光源手段からの光束により該格子状マー
クを照明し、該格子状マークからの反射回折光のうち所
定次数の回折光を用いて該格子状マーク像を該基準マー
ク像が形成されている所定面上に形成し、コントラスト
演算回路により該格子状マーク像のコントラストの空間
分布を検出すると共に該コントラストの分布から該格子
状マークの中心位置を求め、該中心位置を利用して位置
検出回路により該基準マークと格子状マークとの位置検
出を行ったことを特徴とする位置検出装置。 - 【請求項２】 前記位置検出回路からの信号に基づいて
駆動手段により前記第２物体を前記基準マークと前記格
子状マークとの相対的位置ずれ量が前記格子状マークの
ピッチの少なくとも１／２以下となるように駆動制御し
たことを特徴とする請求項１の位置検出装置。 - 【請求項３】 第１物体面上のパターンを第２物体面上
に投影する投影レンズを介して基準マークと該第２物体
面に設けた一定ピッチの格子状マークとの相対的な位置
検出を行う際、光源手段からの光束により該格子状マー
クを照明し、該格子状マークからの反射回折光のうち所
定次数の回折光を用いて該格子状マーク像を該基準マー
ク像が形成されている所定面上に形成し、コントラスト
演算回路により該格子状マーク像のコントラストの空間
分布を検出すると共に該コントラストの分布から該格子
状マークの中心位置を求め、該中心位置を利用して位置
検出回路により該基準マークと特定マークとの相対的位
置関係を求め、次いで該位置検出回路からの信号に基づ
いて駆動手段により前記第２物体を前記基準マークと前
記格子状マークとの相対的位置ずれ量が前記格子状マー
クのピッチの少なくとも１／２以下となるように駆動さ
せ、その後該基準マークと該格子状マークとの相対的位
置検出を行ったことを特徴とする位置検出方法。 - 【請求項４】 第１物体面上のパターンを第２物体面上
に投影する投影レンズを介して基準マークと該第２物体
面に設けた一定ピッチの格子状マークとの相対的な位置
検出を行う際、光源手段からの光束により該格子状マー
クを照明し、該格子状マークからの反射回折光のうち所
定次数の回折光を用いて該格子状マーク像を該基準マー
ク像が形成されている所定面上に形成し、コントラスト
演算回路により該格子状マーク像のコントラストの空間
分布を検出すると共に該コントラストの分布から該格子
状マークの位置を求め、該位置を利用して位置検出回路
により該基準マークと格子状マークとの位置検出を行っ
たことを特徴とする位置検出装置。 - 【請求項５】 前記位置検出回路からの信号に基づいて
駆動手段により前記第２物体を前記基準マークと前記格
子状マークとの相対的位置ずれ量が前記格子状マークの
ピッチの少なくとも１／２以下となるように駆動制御し
たことを特徴とする請求項４の位置検出装置。 - 【請求項６】 第１物体面上のパターンを第２物体面上
に投影する投影レンズを介して基準マークと該第２物体
面に設けた一定ピッチの格子状マークとの相対的な位置
検出を行う際、光源手段からの光束により該格子状マー
クを照明し、該格子状マークからの反射回折光のうち所
定次数の回折光を用いて該格子状マーク像を該基準マー
ク像が形成されている所定面上に形成し、コントラスト
演算回路により該格子状マーク像のコントラストの空間
分布を検出すると共に該コントラストの分布から該格子
状マークの位置を求め、該位置を利用して位置検出回路
により該基準マークと特定マークとの相対的位置関係を
求め、次いで該位置検出回路からの信号に基づいて駆動
手段により前記第２物体を前記基準マークと前記格子状
マークとの相対的位置ずれ量が前記格子状マークのピッ
チの少なくとも１／２以下となるように駆動させ、その
後該基準マークと該格子状マークとの相対的位置検出を
行ったことを特徴とする位置検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3099523A JP2819855B2 (ja) | 1991-04-04 | 1991-04-04 | 格子状マークを用いた位置検出方法及び位置検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3099523A JP2819855B2 (ja) | 1991-04-04 | 1991-04-04 | 格子状マークを用いた位置検出方法及び位置検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04307722A JPH04307722A (ja) | 1992-10-29 |
| JP2819855B2 true JP2819855B2 (ja) | 1998-11-05 |
Family
ID=14249597
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3099523A Expired - Fee Related JP2819855B2 (ja) | 1991-04-04 | 1991-04-04 | 格子状マークを用いた位置検出方法及び位置検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2819855B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005302970A (ja) * | 2004-04-09 | 2005-10-27 | Nikon Corp | レシピ作成方法、位置検出装置、および、位置ずれ検出装置 |
-
1991
- 1991-04-04 JP JP3099523A patent/JP2819855B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04307722A (ja) | 1992-10-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |