JP2827312B2 - Position detection device - Google Patents
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (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
写するプロキシミティ露光を行う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。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a position detecting device, for example, in an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor element, on a first object surface such as a mask or a reticle (hereinafter, referred to as a “mask”). Position detection suitable for performing relative positioning (alignment) between a mask and a wafer when performing proximity exposure for exposing and transferring a fine electronic circuit pattern formed on a second object surface such as a wafer. It concerns the device.
(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。2. Description of the Related Art Conventionally, in an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor, relative positioning between a mask and a wafer has been an important factor for improving performance. In particular, in recent aligners in an exposure apparatus, for high integration of semiconductor elements,
For example, one having a positioning accuracy of sub-micron or less is required.
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レーザ等の光源からの光束を照
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。In many alignment apparatuses, a so-called alignment pattern for alignment is provided on a mask and a wafer surface, and both alignments are performed using positional information obtained from the alignment patterns. As an alignment method at this time, for example, the amount of deviation between the two alignment patterns is detected by performing image processing, or alignment is proposed as proposed in U.S. Pat. No. 4,037,969 or Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-157033. This is performed by irradiating the zone plate with a light beam from a light source such as a laser using a zone plate as a pattern, and detecting the position of a condensing point on a predetermined surface of the light beam emitted from the zone plate.
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。Generally, an alignment method using a zone plate has a feature that relatively high-precision alignment can be performed without being affected by a defect in an alignment pattern, as compared with a method using a simple alignment pattern.
このようなフレネルゾーンプレート等の物理光学素子
を用いてマスクとウエハとの相対的な位置合わせを行う
場合、光源としては高輝度で指向性が良く、しかもコヒ
ーレンシの良いHe−Neレーザや半導体レーザ等が用いら
れている。When using a physical optical element such as a Fresnel zone plate to perform relative positioning between a mask and a wafer, the light source is a He-Ne laser or semiconductor laser with high luminance, good directivity, and good coherency. Etc. are used.
しかしながらこのようなレーザからの光束をマスクや
ウエハ面上に設けた位置合わせ用のアライメントマーク
に照射し、該アライメントマークからの信号光を所定面
上に配置したセンサで受光して位置合わせをする場合、
マスク面上のアライメントパターンからの反射光とウエ
ハ面上のアライメントパターンからの反射光との間で干
渉が生じたり、マスク面上とウエハ面上のアライメント
パターンからの散乱光により生ずる干渉の為にセンサ面
上に所謂スペックルが発生したりする。However, a light beam from such a laser is irradiated onto a mask or alignment mark provided on a wafer surface for alignment, and signal light from the alignment mark is received by a sensor arranged on a predetermined surface to perform alignment. If
Interference occurs between the reflected light from the alignment pattern on the mask surface and the reflected light from the alignment pattern on the wafer surface, or interference caused by scattered light from the alignment pattern on the mask surface and the wafer surface So-called speckles occur on the sensor surface.
この他アライメント信号光と散乱光等の不要光が干渉
を起こし、同様に光学的なノイズを発生してくることが
ある。このような光学的なノイズが増加するとセンサか
らの出力信号のS/N比を悪化させ、位置合わせ精度を低
下させる大きな原因となってくる。In addition, unnecessary light such as alignment signal light and scattered light may cause interference, and similarly, optical noise may be generated. When such optical noise increases, the S / N ratio of the output signal from the sensor deteriorates, which is a major cause of lowering the positioning accuracy.
特に半導体素子の製造方法の1つであるプロキシミテ
ィ型の露光装置のようにマスクとウエハとの間隔が非常
に小さな場合にはマスクからの反射(回折)光とウエハ
からの反射(回折)光とが非常に干渉しやすい状態とな
ってくる。In particular, when the distance between the mask and the wafer is very small as in a proximity type exposure apparatus, which is one of the methods for manufacturing a semiconductor device, reflected (diffractive) light from the mask and reflected (diffractive) light from the wafer. And it becomes very easy to interfere.
(発明が解決しようとする問題点) 本発明は前述従来例の欠点に鑑み、特にプロキシミテ
ィ露光においてマスクとウエハのそれぞれからの反射
(回折)光による干渉等の影響を殆ど受けずに高精度に
マスクとウエハ間との相対位置検出を行なうことが可能
な位置検出装置の提供を目的とする。(Problems to be Solved by the Invention) In view of the above-mentioned drawbacks of the conventional example, the present invention has a high accuracy with almost no influence of interference (reflection) by reflected (diffraction) light from each of a mask and a wafer in proximity exposure. Another object of the present invention is to provide a position detecting device capable of detecting a relative position between a mask and a wafer.
例えば本発明は転写すべきパターンが形成されている
第1物体と該パターンを転写すべき第2物体面上に設け
たアライメントマークに光束を入射させ、該アライメン
トマークからの光束を利用して第1物体と第2物体との
相対的な位置検出を行う際、光源からの光束例えばレー
ザからの光束の波長幅を調整し、該光束のコヒーレンシ
を低下させてセンサ等が配置されている所定面上におけ
るスペックルの発生を軽減させてセンサS/N比を向上さ
せ高精度な位置検出を可能とした位置検出装置の提供を
目的とする。For example, according to the present invention, a light beam is made incident on a first object on which a pattern to be transferred is formed and an alignment mark provided on a second object surface on which the pattern is to be transferred, and a light beam from the alignment mark is utilized by using the light beam from the alignment mark. When detecting a relative position between the first object and the second object, a predetermined surface on which a sensor or the like is arranged by adjusting a wavelength width of a light beam from a light source, for example, a light beam from a laser, reducing coherency of the light beam It is an object of the present invention to provide a position detection device capable of reducing the occurrence of speckles above, improving the sensor S / N ratio, and enabling highly accurate position detection.
(問題点を解決するための手段) 本発明の位置検出装置は、転写すべきパターンを有す
る第1物体と該パターンを転写すべき第2物体とをプロ
キシミティ露光を行う為に近接対向配置し、該第1物体
と第2物体との相対位置を検出する位置検出装置におい
て、該第1物体及び第2物体に光源手段からの光束の波
長をλnmとしたとき、スペクトルの半値全幅が(λ2/20
0000)nm〜60nmの光束を照射し、該第1物体及び第2物
体からの光束を光束検出手段で検出し、該光束検出手段
からの出力信号を利用して位置検出手段で該第1物体と
第2物体との相対位置を検出するようにしたことを特徴
としている。(Means for Solving the Problems) The position detecting apparatus of the present invention is arranged such that a first object having a pattern to be transferred and a second object to which the pattern is to be transferred are opposed to each other in order to perform proximity exposure. In a position detecting device for detecting the relative position between the first object and the second object, when the wavelength of the light flux from the light source means is λ nm for the first object and the second object, the full width at half maximum of the spectrum is (λ 2/20
A light beam of 0000) nm to 60 nm is irradiated, light beams from the first object and the second object are detected by light beam detecting means, and the first object is detected by position detecting means using an output signal from the light beam detecting means. A relative position between the first object and the second object is detected.
特に本発明では、前記光源手段をレーザ光源と該レー
ザ光源の駆動電流値を制御して発生光束のスペクトルの
半値全幅を制御する光源駆動制御部とを有するように構
成したこと、又は前記光源手段をスーパールミネッセン
トダイオードより構成したことを特徴としている。In particular, in the present invention, the light source unit is configured to include a laser light source and a light source drive control unit that controls a driving current value of the laser light source to control a full width at half maximum of a spectrum of a generated light beam, or the light source unit. Is composed of a super luminescent diode.
(実施例) 本発明の位置検出装置を利用した半導体素子製造方法
の1つである。プロキシミティ露光においてはマスクと
ウエハとの間隔gが例えば50μmであるとするとマスク
からの反射(回折)光とウエハからの反射(回折)光と
の光路差は2g=100μmとなる。(Example) This is one of the semiconductor element manufacturing methods using the position detection device of the present invention. In the proximity exposure, assuming that the distance g between the mask and the wafer is, for example, 50 μm, the optical path difference between the reflected (diffracted) light from the mask and the reflected (diffraction) light from the wafer is 2 g = 100 μm.
一方、他のレーザ光源に比べ比較的スペクトル幅が広
い。即ち、可干渉距離の短いレーザである半導体レー
ザ、例えばHL7832G(商品名;株式会社日立製作所製)
のレーザではそのスペクトル幅は半値全幅Δλ=2mm、
この時の可干渉距離lc≒312μmである。従って、可干
渉距離lcが光路差2gより大きくなる為、マスクからの反
射(回折)光とウエハからの反射(回折)光とはコヒー
レントな関係となり、従って両者の間に干渉が発生す
る。On the other hand, the spectrum width is relatively wide as compared with other laser light sources. That is, a semiconductor laser having a short coherence length, for example, HL7832G (trade name; manufactured by Hitachi, Ltd.)
The spectral width of the laser is the full width at half maximum Δλ = 2 mm,
At this time, the coherent distance l c ≒ 312 μm. Therefore, the coherence length l c is to become larger than the optical path difference 2g, reflected from the mask (diffraction) becomes coherent relationship between light and reflected from the wafer (diffraction) light, hence the interference therebetween may occur.
一方で可干渉性の非常に短い、例えば白色光源等をフ
レネルゾーンプレート等の物理光学素子照明用の光源と
して用いた場合、物理光学素子によってセンサ面上に収
束される位置検出用光束は光束のスペクトルの広がりに
起因する色収差によるボケを発生する、この為、センサ
面上でのスポット径が充分小さくならず、低エネルギー
密度になる為にS/N比が悪化してくる。On the other hand, when a very short coherence light source, such as a white light source, is used as a light source for illuminating a physical optical element such as a Fresnel zone plate, the position detecting light flux converged on the sensor surface by the physical optical element is a light flux. Blurring due to chromatic aberration due to the spread of the spectrum is generated. Therefore, the spot diameter on the sensor surface is not sufficiently reduced, and the S / N ratio is deteriorated due to low energy density.
そこで本発明ではプロキシミティ露光において最良の
位置検出精度を与える可干渉性を有する光束を用いてマ
スクとウエハの相対位置検出を行なっていることを特徴
としている。以下、具体的な実施例について説明する。Therefore, the present invention is characterized in that the relative position between the mask and the wafer is detected by using a light beam having coherence that gives the best position detection accuracy in proximity exposure. Hereinafter, specific examples will be described.
第1図(A)はゾーンプレートを利用した本発明の第
1実施例の位置検出装置の概略図である。FIG. 1A is a schematic diagram of a position detecting device according to a first embodiment of the present invention using a zone plate.
同図において光源10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、第1物体としてのマスクM面上のマスクアライメン
トパターン3M及び支持台62に載置した第2物体としての
ウエハW面上のウエハアライメントパターン4Wを照射す
る。これらのアライメントパターン3M,4W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
検出器(センサとも言う。)8面上に導光して検出して
いる。In the figure, a parallel light beam emitted from a light source 10 passes through a half mirror 74, and is condensed at a converging point 78 by a converging lens 76. Then, a mask alignment pattern 3M on a mask M surface as a first object and a support A wafer alignment pattern 4W on the surface of the wafer W as a second object placed on the table 62 is irradiated. These alignment patterns 3M and 4W are configured by reflection type zone plates, and form light converging points on a plane orthogonal to the optical axis including the light converging point 78. At this time, the amount of shift of the condensing point on the plane is detected by guiding the light to the detector (also referred to as a sensor) 8 by the condensing lenses 76 and 80.
そして検出器8からの出力信号に基づいて制御回路84
により駆動機構64でマスクMとウエハWとを駆動してマ
スクMとウエハWの相対的な位置決めを行っている。Then, based on the output signal from the detector 8, the control circuit 84
The drive mechanism 64 drives the mask M and the wafer W to perform relative positioning between the mask M and the wafer W.
第1図(A)は第1図(B)に示したマスクアライメ
ントパターン3Mとウエハアライメントパターン4Wからの
光束の結像関係を示した説明図である。FIG. 1A is an explanatory diagram showing an image forming relationship of a light beam from the mask alignment pattern 3M and the wafer alignment pattern 4W shown in FIG. 1B.
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3M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Mを0次透過光として
透過し、波面を変えずにウエハW面上のウエハアライメ
ントパターン4W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4Wにより回折された後、再びマスクM
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W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Mは単なる素通し状態としての作用をす
る。このように本実施例ではゾーンプレート1つで1つ
の集光点を形成する。In the figure, a part of the luminous flux diverging from the focal point 78 is diffracted from the mask alignment pattern 3M, and a focal point 78a indicating the mask position is formed near the focal point 78.
Further, a part of the other light flux passes through the mask M as the zero-order transmission light, and enters the wafer alignment pattern 4W on the wafer W without changing the wavefront. At this time, the luminous flux is diffracted by the wafer alignment pattern 4W, and then the mask M
Is transmitted as zero-order transmitted light, and is condensed in the vicinity of a converging point 78 to form a converging point 78b representing a wafer position. In the figure, when the light beam diffracted by the wafer W forms a focal point, the mask M acts as a simple transparent state. Thus, in this embodiment, one converging point is formed by one zone plate.
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4Wによる集光点78bの位置は、ウエハWのマスクM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。The position of the focal point 78b due to the wafer alignment pattern 4W thus formed is determined along the plane orthogonal to the optical axis including the focal point 78 according to the deviation Δσ of the wafer W with respect to the mask M. The deviation amount Δ of the amount corresponding to Δσ
σ '.
同図に示す位置検出装置においては、相対的な位置ず
れ量を求める際にマスクとウエハ面上に設けたゾーンプ
レートからの光を評価すべき所定面上に独立に結像させ
て両方の結像点の基準とする即ちマスク・ウエハにずれ
のない時の相対位置関係からのずれ量を求めている。こ
の時の基準となる相対位置関係は設計値により求まる
が、ためし焼により求めても良い。In the position detection device shown in FIG. 1, when calculating the relative displacement, light from a mask and a zone plate provided on the wafer surface are independently imaged on a predetermined surface to be evaluated, and both the image formations are performed. The amount of deviation from the relative positional relationship as a reference for the image point, that is, when there is no deviation in the mask / wafer, is determined. The relative positional relationship serving as a reference at this time is determined by design values, but may be determined by trial firing.
次に本実施例で用いている光源10について説明する。 Next, the light source 10 used in the present embodiment will be described.
一般にレーザ光は可干渉性が高い。例えば市販のHe−
Neレーザは3〜4本の縦モードを有し、可干渉性距離は
数10cm程度ある。又半導体レーザを1mW以上の光出力で
駆動させたときの可干渉距離は数100cm以上になってく
る。この為、本実施例のような構成の位置合わせ装置に
光源として、これらのコヒーレンシの良いレーザ光を用
いた場合、マスク面とウエハ面からの反射光やアライメ
ントマークからの散乱光そしてアライメント信号光以外
の不要光等が互いに干渉をしてセンサ面上に干渉縞やス
ペックルパターンが発生してくる。Generally, laser light has high coherence. For example, commercially available He-
The Ne laser has three to four longitudinal modes, and the coherence length is about several tens of cm. When the semiconductor laser is driven with an optical output of 1 mW or more, the coherence length becomes several hundred cm or more. Therefore, when the laser light having good coherency is used as the light source in the alignment apparatus having the configuration as in the present embodiment, the reflected light from the mask surface and the wafer surface, the scattered light from the alignment mark, and the alignment signal light Unnecessary light and the like other than the above interfere with each other to generate interference fringes and speckle patterns on the sensor surface.
例えば第2図に示すように光源からの光束47はマスク
MとウエハW上のアライメントパターン3M,4Wを介して
アライメント信号47′としてセンサ8に入射するがセン
サ8にはこの他マスクアライメントパターン3M表面から
の反射(回折)光が不要光47″としてセンサ8に入射
し、アライメント信号光47′と干渉して干渉光を発生す
る。For example, as shown in FIG. 2, a light beam 47 from the light source enters the sensor 8 as an alignment signal 47 'via the mask M and the alignment patterns 3M and 4W on the wafer W. Light reflected (diffracted) from the surface enters the sensor 8 as unnecessary light 47 ", and interferes with the alignment signal light 47 'to generate interference light.
このときの干渉光はセンサ8のS/N比を低下させ位置
合わせ精度を大きく低下ささせる原因となってくる。The interference light at this time causes a reduction in the S / N ratio of the sensor 8 and a significant reduction in the positioning accuracy.
次に本実施例においてセンサ面上の干渉パターンの強
度分布を第3図を用いて説明する。Next, the intensity distribution of the interference pattern on the sensor surface in this embodiment will be described with reference to FIG.
第3図(A)に示す様に、センサ8上で位置合わせ用
のアライメント信号光47′と不要光47″とが干渉性を有
して重なる時、センサ8面上の光強度分布は一般に第3
図(B)の様にランダムに変化する干渉光ノイズを有す
る。As shown in FIG. 3 (A), when the alignment signal light 47 'for positioning and the unnecessary light 47 "overlap with interference on the sensor 8, the light intensity distribution on the surface of the sensor 8 generally increases. Third
As shown in FIG. 7B, the light has interference light noise that changes at random.
センサ上のある点での信号光の複素振幅を 不要光の複素振幅を とすると、複素振幅の合成は、 ここでAsは信号光の振幅、ANは不要光の振幅、ωは光の
周波数、φ1は信号光の初期位相、φ2は不要光の初期
位相となりこの時、光の強度、すなわち振幅Aの2乗は となる。このように信号光と不要光が合成されると信号
光だけを受けた時の強さAs2と不要光だけを受けた時の
強さAN2に加えて、第3項の干渉効果による強さ、即ち
2・As・ANcos(φ2−φ1)の項があらわれる。ま
た、上記の場合は信号光と不要光が完全にコヒーレント
な場合であるが第3項を・2・As・ANcos・(φ2−φ
1)・γ(0≦γ≦1)と書き直して、2つの光が完全
にコヒーレントな場合をγ=1、完全にインコヒーレン
トな場合をγ=0、部分的にコヒーレントな場合を0<
γ<1として考えれば、そのときの強度が適切に得られ
る。The complex amplitude of the signal light at a certain point on the sensor Complex amplitude of unwanted light Then, the composite of the complex amplitude is Here, As is the amplitude of the signal light, AN is the amplitude of the unnecessary light, ω is the frequency of the light, φ 1 is the initial phase of the signal light, and φ 2 is the initial phase of the unnecessary light. Is the square of Becomes As described above, when the signal light and the unnecessary light are combined, in addition to the intensity As 2 when only the signal light is received and the intensity AN 2 when only the unnecessary light is received, the intensity due to the interference effect of the third term is obtained. That is, a term of 2 · As · ANcos (φ 2 −φ 1 ) appears. In the above case, the signal light and the unnecessary light are completely coherent, but the third term is given by .2 · As · ANcos · (φ 2 −φ
1 ) · γ (0 ≦ γ ≦ 1), γ = 1 when two lights are completely coherent, γ = 0 when they are completely incoherent, and 0 <when they are partially coherent.
Assuming that γ <1, the strength at that time can be obtained appropriately.
一般にプロキシミティ露光の場合、マスクアライメン
トマーク3Mとウエハアライメントマーク4Wの間隔gは10
μm〜数100μmであり、この範囲では半導体レーザー
を数mWで出力した場合には、コヒーレンスの程度γはγ
≒1となる。よってセンサー面上で信号光と不要光が重
なると、そこでの光の強度は A2=As2+AN2+2・As・ANcos (φ2−φ1)・γ (γ≒1) となり、γ≒1であることにより、第3項の影響が無視
できない大きさとなる。たとえば、信号光と不要光の位
相差φ2−φ1は、λ=0.8μmとするとλ/2≒0.4μm
程度の2つの光束の相対位置変動でπだけ変化するため
にA2は A2=As2+AN2−2・As・AN と A2=As2+AN2+2・As・AN の間でランダムに変動することになる。Generally, in the case of proximity exposure, the distance g between the mask alignment mark 3M and the wafer alignment mark 4W is 10
μm to several hundred μm. In this range, when the semiconductor laser is output at several mW, the degree of coherence γ is γ
≒ 1. Therefore, when the signal light and the unnecessary light overlap on the sensor surface, the intensity of the light thereat becomes A 2 = As 2 + AN 2 + 2 · As · ANcos (φ 2 −φ 1 ) · γ (γ ≒ 1), and γ ≒ When the value is 1, the effect of the third term cannot be ignored. For example, the phase difference φ 2 −φ 1 between the signal light and the unnecessary light is λ / 2 ≒ 0.4 μm when λ = 0.8 μm.
A 2 is randomly between the A 2 = As 2 + AN 2 -2 · As · AN and A 2 = As 2 + AN 2 +2 · As · AN to change by π at a relative positional change of two beams degree Will fluctuate.
この様にして第3図(B)に示した様にセンサ8上で
互いに干渉性を有する2つ以上の光束が重なった時、セ
ンサ8の光強度は0.1μm程度のマスク・ウエハ間隔の
変動に対しても形状が干渉効果の影響を受けて大きく変
化するために位置検出精度が著しく悪化する。When two or more light beams having coherence with each other overlap on the sensor 8 as shown in FIG. 3B in this manner, the light intensity of the sensor 8 varies by a mask-wafer interval of about 0.1 μm. However, since the shape greatly changes under the influence of the interference effect, the position detection accuracy is significantly deteriorated.
一方、γ=0、即ち信号光47′と不要光47″が完全に
インコヒーレントな場合には第3図(C)に示すように
センサ面上の光強度分布は信号光47′と不要光47″の強
度の和となり、干渉による影響はなくなるため、例え信
号光47′と不要光47″センサ面上で重なったとしても電
気的な信号処理により不要光の影響は取り除くことが可
能となる。例えば第3図(A)について不要光47″の強
度分布を知ることにより信号光47′と不要光47″の和信
号から不要光47″による信号成分を引くことにより信号
光47′のみによる信号出力を得ることができる。On the other hand, when γ = 0, that is, when the signal light 47 ′ and the unnecessary light 47 ″ are completely incoherent, the light intensity distribution on the sensor surface is as shown in FIG. Since the intensity is 47 "and the influence of interference is eliminated, even if the signal light 47 'and the unnecessary light 47" overlap on the sensor surface, the influence of the unnecessary light can be removed by electrical signal processing. For example, the signal component of the unnecessary light 47 "is subtracted from the sum signal of the signal light 47 'and the unnecessary light 47" by knowing the intensity distribution of the unnecessary light 47 "in FIG. A signal output can be obtained.
次にマスクとウエハの間隔をgとした時、マスクから
の反射光とウエハからの反射光の干渉性がγ=0となる
ためのスペクトル幅(スペクトルの半値全幅)Δλの条
件について述べる。Next, the condition of the spectral width (full width at half maximum of the spectrum) Δλ for the coherence of the reflected light from the mask and the reflected light from the wafer to be γ = 0 when the distance between the mask and the wafer is g will be described.
一般に光の可干渉距離lcと波長λそしてスペクトル幅
Δλの間にはlc=λ2/Δλの関係がある。例えば半導体
レーザとして前述のHL7832Gを閾値以下で駆動し、スペ
クトル幅Δλ=16nm、中心波長0.79μmとした時の可干
渉距離lcは(ともに株式会社アドバンテスト社の光スペ
クトルアナライザーTQ8345で測定)40μmであり、これ
は理論値λ2/Δλ=39μmとよく一致した。以下の議論
にはこの理論式lc=λ2/Δλを用いる。Generally, there is a relation of l c = λ 2 / Δλ between the coherence length l c of light, the wavelength λ, and the spectral width Δλ. For example the aforementioned HL7832G as a semiconductor laser is driven below the threshold, the spectral width [Delta] [lambda] = 16 nm, the coherence length l c of when the center wavelength 0.79μm in (both measured with an optical spectrum analyzer TQ8345 of by Advantest Corporation) 40 [mu] m This was in good agreement with the theoretical value λ 2 / Δλ = 39 μm. In the following discussion, this theoretical formula l c = λ 2 / Δλ is used.
lc=λ2/ΔλよりΔλ=λ2/lc、一方でマスクからの
反射光とウエハからの反射光が干渉しないための条件は
lc≦2gである。よってマスク・ウエハ間隔gが与えられ
た時の干渉を防ぐためにスペクトル幅に必要な条件は Δλ≧λ2/2g となる。ここで干渉を防ぐためにはスペクトル幅は広い
ほどよく、又波長は短かい程良いことが分かる。From l c = λ 2 / Δλ, Δλ = λ 2 / l c . On the other hand, the condition for preventing the reflected light from the mask and the reflected light from the wafer from interfering with each other is as follows.
l c ≦ 2g. Therefore, the condition required for the spectrum width to prevent interference when the mask-wafer distance g is given is Δλ ≧ λ 2 / 2g. Here, in order to prevent interference, it is understood that the wider the spectral width is, the better, and the shorter the wavelength, the better.
プロキシミティ露光装置の場合、通常マスクとウエハ
との間隔が100μm、あるいはそれ以下になっても干渉
を防ぐことが必要である。間隔100μmにおいて干渉を
防止する条件はスペクトル幅Δλ≧λ2/2gより Δλ≧λ2/200000 ……(1) (ただしΔλ、λの単位はnm) となる。In the case of a proximity exposure apparatus, it is usually necessary to prevent interference even when the distance between the mask and the wafer becomes 100 μm or less. Conditions to prevent interference in spacing 100μm becomes spectral width Δλ ≧ λ 2 / 2g than Δλ ≧ λ 2/200000 ...... ( 1) ( provided that [Delta] [lambda], the unit of lambda is nm).
一方、可干渉距離を短かくする為、光源のスペクトル
幅を広げていくと物理光学素子が波長依存性を有するた
め、センサ面での信号スポットが大きくなると共に、セ
ンサに入射する光量は一定であることから信号のピーク
値が下がる。ノイズレベルが変化しないことより、一定
の条件を越えて光源のスペクトル幅が広がると、S/Nの
低下をきたし、位置検出において充分な精度が得られな
くなる。On the other hand, if the spectral width of the light source is increased to shorten the coherence distance, the physical optical element has wavelength dependence, so that the signal spot on the sensor surface becomes large and the amount of light incident on the sensor is constant. Because of this, the peak value of the signal decreases. Since the noise level does not change, if the spectrum width of the light source is widened beyond a certain condition, the S / N is reduced, and sufficient accuracy in position detection cannot be obtained.
ゾーンプレート等の物理光学素子を用いた各種位置検
出装置において各方式に依存して光源の光出力、物理光
学素子の回折効率等が異なるが、各方式ともに位置検出
に物理光学素子を用いスポットを検出する限り、その物
理光学素子の波長依存性に起因する光源のスペクトル幅
が広がっている場合の結像スポットの広がりによるS/N
の低下は問題となる。In various position detection devices using physical optical elements such as zone plates, the light output of the light source and the diffraction efficiency of the physical optical element differ depending on each method. As long as it is detected, the S / N due to the spread of the imaging spot when the spectrum width of the light source due to the wavelength dependence of the physical optical element is wide
Is a problem.
このことを第1図(A)に示した方式の部分概略図で
ある第4図を用いて説明する。This will be described with reference to FIG. 4 which is a partial schematic diagram of the method shown in FIG. 1 (A).
第4図において3M(4W)はマスク(またはウエハ)上
の物理光学素子である。78は信号スポットの結像点であ
り、この点のある面78aはセンサ面位置に共役である。
aは物理光学素子の大きさ、wは光源にスペクトル広が
りのない場合のスポット径、w′は光源にΔλのスペク
トル広がりがある場合の結像位置におけるスポット径、
w″は光源にΔλのスペクトル広がりがある場合のセン
サ面と共役位置78aにおけるスポット径、ΔはΔλの波
長変化がある場合の物理光学素子3Mの焦点距離の変化量
を示す。In FIG. 4, 3M (4W) is a physical optical element on a mask (or wafer). Reference numeral 78 denotes an image forming point of the signal spot, and a surface 78a having this point is conjugate to the sensor surface position.
a is the size of the physical optical element, w is the spot diameter when the light source has no spectral spread, w 'is the spot diameter at the image forming position when the light source has a spectral spread of Δλ,
w ″ indicates the spot diameter at the conjugate position 78a with the sensor surface when the light source has a spectral spread of Δλ, and Δ indicates the amount of change in the focal length of the physical optical element 3M when the wavelength changes by Δλ.
第4図において光源にスペクトル広がりがない場合の
センサ面と共役位置78aにおけるスポット径wは光源の
波長をλとすると、w=(1.4λf)/aで記述される。
ここでfは波長λにおける物理光学素子3M(4W)の焦点
距離である。In FIG. 4, when the light source has no spectrum spread, the spot diameter w at the conjugate position 78a with the sensor surface is described as w = (1.4λf) / a, where λ is the wavelength of the light source.
Here, f is the focal length of the physical optical element 3M (4W) at the wavelength λ.
一方、光源にΔλだけのスペクトル広がりがある場合
を考える。波長がλから に変化した場合に物理光学素子3Mの焦点距離は、 に変化し、その結果、スポット位置がセンサ位置78から だけ移動し、そこでのスポット径w′は となる。On the other hand, consider the case where the light source has a spectrum spread of Δλ. Wavelength from λ When the focal length of the physical optical element 3M changes to And the spot position changes from the sensor position 78 as a result. And the spot diameter w 'there is Becomes
この時、センサ面と共役位置78aでのスポット径を
w″とすると より である。At this time, if the spot diameter at the conjugate position 78a with the sensor surface is w ″, Than It is.
この波長 の光束のスポット径w″がスペクトル幅Δλを持つ光束
のスポット径と略一致する。This wavelength Is approximately equal to the spot diameter of the light beam having the spectral width Δλ.
光源のスペクトル幅が ふえた場合のセンサ面共役位置78aにおけるスポット径
の変化量は で記述される。If the spectral width of the light source is The change in spot diameter at the sensor surface conjugate position 78a Is described.
今、スペクトル広がりがある場合とない場合でセンサ
面上のトータル信号光量が同一とすると、スポット径が
wからw″に広がったことにより信号出力のピーク値は
スポット径の広がりに反比例してw/w″倍となる。つま
りセンサ上での信号光のエネルギー密度が低下し、S/N
が悪化して充分な精度が得られなくなる。Now, assuming that the total signal light amount on the sensor surface is the same with and without the spectral spread, the peak value of the signal output becomes inversely proportional to the spread of the spot diameter because the spot diameter spreads from w to w ″. / w ″ times. In other words, the energy density of the signal light on the sensor decreases, and the S / N
Deteriorates and sufficient accuracy cannot be obtained.
次にスペクトル幅の広がりによるS/Nの低下を考慮
し、充分な精度を得るのに必要とされるスペクトル幅の
上限値について述べる。Next, the upper limit of the spectrum width required for obtaining sufficient accuracy will be described in consideration of the decrease in S / N due to the spread of the spectrum width.
第1図(A)においてレンズ76と80でセンサ8上に拡
大投影し、その位置を判定するためには物理光学素子3M
(または4M)でできるスポットはある程度小さくするこ
とが好ましい。In FIG. 1 (A), enlarged projection is performed on the sensor 8 by the lenses 76 and 80, and the physical optical element 3M is used to determine the position.
(Or 4M) is preferably reduced to some extent.
具体的にはスポット径は先に示したように(1.4λ
f)/aで定まるが、これは10μm以下が好ましい。More specifically, the spot diameter is set to (1.4λ
f) / a, which is preferably 10 μm or less.
一方、フレネルゾーンプレート等の物理光学素子の製
作上はfが長い程、パターンピッチが大きくできる為、
長い程有利であるが、先の条件を考えると物理光学素子
の焦点距離fは1mm以下が一般的と考えられる。又光源
として光半導体デバイス、特に半導体レーザー、SLD等
において、最も一般的な波長領域としては0.8μm付近
の波長が考えられる。又、物理光学素子の大きさaはウ
エハ上でアライメントマークに許容される専有面積より
100μm程度が一般的と考えられる。On the other hand, in the production of a physical optical element such as a Fresnel zone plate, the longer the f, the larger the pattern pitch can be.
Although it is more advantageous as the length is longer, considering the above conditions, it is generally considered that the focal length f of the physical optical element is 1 mm or less. In an optical semiconductor device as a light source, particularly in a semiconductor laser, an SLD, or the like, a wavelength in the vicinity of 0.8 μm is considered as the most common wavelength region. The size a of the physical optical element is larger than the occupied area allowed for the alignment mark on the wafer.
A thickness of about 100 μm is generally considered.
第1図(A)の位置検出方式における一般的な例とし
てf=1mm、λ=0.85λ、そしてスペクトル幅Δλ=±3
0nmとすると、スペクトル幅の広がりがない場合に比較
してスペクトル幅Δλ=±30nmの場合のスポット径の広
がる割合w″/wは約1.25になり、このことからスペクト
ル幅の広がりが±30nm程度広がるとセンサ上での信号光
のピーク値が20%程低下し、このためS/N比が悪化して
充分な位置検出精度を得るのに好ましからざる影響を及
ぼすことになる。As a general example in the position detection method of FIG. 1A, f = 1 mm, λ = 0.85λ, and spectrum width Δλ = ± 3
Assuming 0 nm, the ratio w ″ / w of the spread of the spot diameter when the spectral width Δλ = ± 30 nm is about 1.25 as compared with the case where the spectral width is not spread, which indicates that the spread of the spectral width is about ± 30 nm. If it is spread, the peak value of the signal light on the sensor is reduced by about 20%, so that the S / N ratio is deteriorated, which has an unfavorable effect on obtaining sufficient position detection accuracy.
従って第1図(A)に示した様な位置検出方式におい
ては、一般に光源のスペクトル幅は60nm以下であること
が好ましい。即ち Δλ≦60(nm) ……(2) が条件となる。(1),(2)式よりプロキシミティ露
光で物理光学素子の1回の集光によりスポットを形成す
る方式においては λ2/200000≦Δλ≦60 (単位nm) が干渉光の影響、スポット拡大によるS/N比の低下を軽
減させる適切な範囲として得られる。Therefore, in the position detection method as shown in FIG. 1A, it is generally preferable that the light source has a spectral width of 60 nm or less. That is, the condition is Δλ ≦ 60 (nm) (2). (1), (2) one condenser by λ 2/200000 ≦ Δλ ≦ 60 ( unit nm) in system to form a spot effect of interference light of physical optic element in a proximity exposure from the equation, the spot enlargement Is obtained as an appropriate range for reducing the decrease in the S / N ratio due to
次に光源10からの光束の発振波長幅が前述の範囲内と
なるように光源駆動制御手段100により制御し、光束の
コヒーレンシを低下させて、センサ面上に生ずる干渉光
の影響、S/N比の劣化を軽減させる方法の一実施例につ
いて述べる。Next, the light source drive control means 100 controls the oscillation wavelength width of the light beam from the light source 10 to be within the above-described range, lowers the coherency of the light beam, and influences the S / N of the interference light generated on the sensor surface. An embodiment of a method for reducing the deterioration of the ratio will be described.
例えば光源としてレーザを用いた場合には、該レーザ
の駆動の際のしきい値電流値Ithに対して1.1倍以下の駆
動電流で駆動してセンサ面上に生ずる干渉光の影響を軽
減させている。When using a laser, for example, as a light source and reduce the effects of the interference light generated on the sensor surface driven at 1.1 times or less of the drive current to the threshold current value I th upon driving of the laser ing.
第5図(A)は本実施例において半導体レーザを用
い、そのときの駆動電流の駆動領域を示した概略図であ
る。同図においては領域S1と領域S2をレーザのしきい値
電流値をIthとしたとき、駆動電流値が1.1×Ithとなる
点を境にして区切っている。一般にS1はコヒーレンシの
小さな領域、S2は領域S1に比べてコヒーレンシの大きな
領域を示している。FIG. 5A is a schematic diagram showing a driving region of a driving current at this time using a semiconductor laser in this embodiment. When the laser threshold current value of the area S1 and the area S2 are in the drawing was I th, the driving current value is divided by the boundary point at which the 1.1 × I th. In general, S1 indicates a region having a small coherency, and S2 indicates a region having a large coherency as compared with the region S1.
本実施例では前述の如くレーザを領域S1に示すように
駆動電流を1.1Ith以下で駆動させてコヒーレンシの低下
を図っている。The as described above the laser is driven by the following 1.1i th driving current as shown in areas S1 thereby achieving a reduction in the coherency in the present embodiment.
第5図(B)は本実施例において光源として、半導体
レーザHL8314G(商品名;株式会社日立製作所製)を用
いたときの発振特性を示す一実施例の説明図である。FIG. 5 (B) is an explanatory diagram of one embodiment showing the oscillation characteristics when a semiconductor laser HL8314G (trade name; manufactured by Hitachi, Ltd.) is used as a light source in this embodiment.
図中、横軸は半導体レーザに印加する電流値で縦軸は
各電流値における光出力である。半導体レーザの光出力
はしきい電流値Ith(約46mA)を越えると急に増加し始
める。同図に示すように半導体レーザHL8314G(以下「H
L8314G」という。)のしきい電流値Ithは約46mAであ
る。又同図には参考の為に駆動電流値IがI=40mA,46m
A,48mA,54mAのときの発振波長のスペクトル分布の一例
をそれぞれ41,42,43,44に示している。In the figure, the horizontal axis represents the current value applied to the semiconductor laser, and the vertical axis represents the light output at each current value. When the optical output of the semiconductor laser exceeds a threshold current value I th (about 46 mA), it suddenly starts increasing. As shown in the figure, the semiconductor laser HL8314G (hereinafter “H
L8314G. " ) Has a threshold current value I th of about 46 mA. In the same figure, the driving current value I is 40 mA, 46 m for reference.
Examples of the spectral distribution of the oscillation wavelength at A, 48 mA, and 54 mA are shown at 41, 42, 43, and 44, respectively.
同図に示す半導体レーザ光のスペクトル分布はしきい
電流Ith付近まではマルチモードであるが、I=54mA
(≒1.2Ith)(光出力は4.5mW)程の印加電流を加える
とHL8314Gの様なシングルモードレーザでは、シングル
モードで発振する。HL8314GにおいてはI=1.1Ithまで
はマルチモード発振である。また光スペクトルアナライ
ザー(株式会社アドバンテスト製TQ8345)で測定したコ
ヒーレント長はI=40mAの時のスペクトル図41(スペク
トル巾は10.5nm)で約60μm、I=46mAの時のスペクト
ル図42(スペクトル巾は4.5nm)で約120μm、I=48mA
の時のスペクトル図43(スペクトル巾は0.45nm)で約12
00μm、I=54mAの時のスペクトル図44(スペクトル巾
は0.3nm以下)で約1mm以上であった。また光出力はI=
40mAのスペクトル図41の時約0.1mW,I=46mAのスペクト
ル図42の時、約0.5mWであった。又FFP(Far Field Pa
ttern)の半値全角はI=40mA以上では、θN=30゜、
θ⊥=20゜で一定であった。Although the spectral distribution of the semiconductor laser light shown in the figure is a multi-mode up to about the threshold current I th, I = 54mA
When an applied current of (≒ 1.2I th ) (optical output is 4.5 mW) is applied, a single mode laser such as HL8314G oscillates in a single mode. It is a multi-mode oscillation up to I = 1.1I th in HL8314G. The coherent length measured with an optical spectrum analyzer (TQ8345 manufactured by Advantest Co., Ltd.) is about 60 μm in the spectrum diagram 41 when I = 40 mA (spectrum width is 10.5 nm), and the spectrum diagram 42 when I = 46 mA (spectrum width is 4.5nm) about 120μm, I = 48mA
In Figure 43 (spectral width 0.45 nm), about 12
The spectrum at 44 μm and I = 54 mA (spectrum width 0.3 nm or less) was about 1 mm or more. The light output is I =
It was about 0.1 mW in the spectrum of FIG. 41 at 40 mA, and about 0.5 mW in the spectrum of FIG. 42 at I = 46 mA. FFP (Far Field Pa
ttern), when I = 40 mA or more, θ N = 30 °,
was θ ⊥ = 20 ° constant.
このようにしきい電流値以上ではシングルモードで発
振する半導体レーザを本実施例ではしきい電流値以下で
駆動させ、これによりスペクトルがマルチモードで放出
光のFFPの指向性が保たれたまま高輝度でかつ干渉性の
少ない、即ちコヒーレンシの低いかつS/N比の高い光束
として用いている。In this embodiment, the semiconductor laser that oscillates in a single mode above the threshold current value is driven at a threshold current value or less in the present embodiment, whereby the spectrum is multi-mode, and high brightness is maintained while maintaining the FFP directivity of the emitted light. It is used as a light beam with low coherency and high S / N ratio with low coherence.
この他本発明においては光源としてコヒーレンシが低
いスーパールミネッセントダイオード(SLD,「スーパー
ラディエントダイオード」ともいう。)を使用すること
も可能である。In addition, in the present invention, a super luminescent diode (SLD, also referred to as “super radiant diode”) having low coherency can be used as a light source.
第6図(A),(B)にSLD,L330z(商品名;浜松フ
ォトニクス製)の活性層面に対して垂直方向と平行方向
の放射光の指向特性を、同図(C)にSLDに印加電流値
IをI=120mAとした場合の発光スペクトル分布を、そ
して同図(D)にSLDの電流−光出力特性を示す。6 (A) and 6 (B) show the directional characteristics of the emitted light in the direction perpendicular and parallel to the active layer surface of SLD, L330z (trade name; manufactured by Hamamatsu Photonics), and FIG. The emission spectrum distribution when the current value I is I = 120 mA is shown, and the current-light output characteristics of the SLD are shown in FIG.
SLDは一般的な発光ダイオードに比べて光の指向性が
良く、光出力が高いにもかかわらず発光スペクトル幅が
広く、コヒーレンシが比較的低い為に本発明に係る位置
合わせ装置用の光源としては好適である。SLDs have better directivity of light than general light emitting diodes, have a wide light emission spectrum width despite high light output, and have relatively low coherency, so they are used as a light source for the alignment device according to the present invention. It is suitable.
第6図(C)に示した発光スペクトル巾の半値全幅は
約10nmであり、これは先の実施例に示した半導体レーザ
のI=40mAの場合のスペクトル幅に相当する干渉性を有
する。この時のコヒーレント長は約60μmであり、間隔
が30μm以上でマスクとウエハが設定されている場合に
は、位置検出信号光と不要光の干渉による位置検出信号
のS/N比の悪化を良好に防止することが可能となる。The full width at half maximum of the emission spectrum width shown in FIG. 6C is about 10 nm, which has coherence corresponding to the spectrum width when I = 40 mA of the semiconductor laser shown in the previous embodiment. At this time, the coherent length is about 60 μm, and when the distance between the mask and the wafer is set to 30 μm or more, the deterioration of the S / N ratio of the position detection signal due to the interference between the position detection signal light and unnecessary light is good. Can be prevented.
また、I=130mA程電流を流せばスペクトル幅は、ほ
ぼ同じで光出力として2mW以上の値を得ることができ
る。またSLDの発光部分の大きさは6μm×2μm以下
の小面積にすることが可能であり、射出光束の指向性の
良さと相まって高輝度でかつ干渉性の小さな光源とし
て、使用することができるという特長を有している。If a current of about I = 130 mA is passed, the spectrum width is almost the same and a value of 2 mW or more can be obtained as the optical output. In addition, the size of the light emitting portion of the SLD can be reduced to a small area of 6 μm × 2 μm or less, and it can be used as a light source having high brightness and small coherence in combination with good directivity of the emitted light beam. Has features.
第7図は本発明を所謂プロキシミティ法による半導体
製造用の露光装置に適用したときの他の一実施例の要部
概略図である。FIG. 7 is a schematic view of a main part of another embodiment when the present invention is applied to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor by a so-called proximity method.
図中、Mはマスク、Wはウエハであり各々相対的な位
置合わせを行う第1物体と第2物体に相当している。3
M′はマスクM面上のマスクアライメントパターンで第
1物理光学素子に相当し、4W′はウエハ4面上のウエハ
アライメントパターンで反射型の第2物理光学素子に相
当している。In the figure, M is a mask, and W is a wafer, which respectively correspond to a first object and a second object for performing relative positioning. Three
M 'is a mask alignment pattern on the mask M surface and corresponds to the first physical optical element, and 4W' is a wafer alignment pattern on the wafer 4 surface and corresponds to the reflective second physical optical element.
本実施例において、アライメントパターン3M′,4W′
はそれぞれ集光発散作用を有する物理光学素子より成る
所謂凸凹系のアライメント系を構成している。同図にお
いて波長幅可変の光源10から出射された光束を投光レン
ズ系11で平行光束とし、ハーフミラー12を介してマスク
アライメントパターン3M′を照射している。マスクアラ
イメントパターン3M′は入射光束をウエハWの方の点Q
で集光させるゾーンプレートより成っている。点Qに集
光する光束は点Qに進む途中でしウエハアライメントパ
ターン4W′に入射する。In this embodiment, the alignment patterns 3M 'and 4W'
Constitute a so-called uneven alignment system composed of physical optical elements each having a condensing and diverging action. In the figure, a light beam emitted from a light source 10 having a variable wavelength width is converted into a parallel light beam by a light projecting lens system 11, and the mask alignment pattern 3M 'is irradiated via a half mirror 12. The mask alignment pattern 3M 'converts the incident light beam to a point Q on the wafer W.
Consists of a zone plate for focusing. The light beam condensed at the point Q is on the way to the point Q and enters the wafer alignment pattern 4W '.
ウエハアライメントパターン4W′は反射型のゾーンプ
レートより成っており、入射光束を反射させマスクMと
ハーフミラー12とを通過させた後、検出器8の検出面9
上に集光している。The wafer alignment pattern 4W 'is composed of a reflection-type zone plate. After reflecting the incident light beam and passing it through the mask M and the half mirror 12, the detection surface 9 of the detector 8 is detected.
Focusing on top.
この集光点の重心位置を位置検出回路24で求め、制御
装置23へ位置信号を送っている。The position of the center of gravity of the converging point is obtained by the position detection circuit 24, and a position signal is sent to the control device 23.
ここで重心とは、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、各点の光強度を乗算
したものを検出面全面で積分した時に積分値が0ベクト
ルになる点のことである。Here, the center of gravity is defined as a zero vector when a value obtained by multiplying a position vector of each point in the detection plane from this point by the light intensity of each point in the light beam detection plane is integrated over the entire detection plane. It is a point.
制御装置23ではウエハの位置ずれ量を評価し、位置合
わせ信号をウエハステージコントローラー22へ送ってい
る。そしてウエハステージコントローラー22によりウエ
ハステージ21を移動し、マスクとウエハの位置ずれを補
正している。尚100は光源駆動制御手段であり、後述す
るように光源10からの光束の発振波長幅を制御してい
る。15はアライナー本体、16はマスクチャック、17はメ
ンブレン、20はウエハチャックである。The control device 23 evaluates the amount of wafer displacement and sends a positioning signal to the wafer stage controller 22. Then, the wafer stage 21 is moved by the wafer stage controller 22 to correct the positional deviation between the mask and the wafer. Reference numeral 100 denotes a light source drive control unit that controls the oscillation wavelength width of the light beam from the light source 10 as described later. 15 is an aligner body, 16 is a mask chuck, 17 is a membrane, and 20 is a wafer chuck.
以上の様な構成をとることによりマスクMに対しウエ
ハWがΔδだけ横ずれを起こすと、マスクアライメント
ターン3M′及びウエハアライメントパターン4W′でそれ
ぞれレンズ(集光)作用を受けた光束の出射角が変化
し、検出面9上で集光点が重心ずれを起こす。出射角が
小さい時、マスクMとウエハWとが平行方向にΔσwず
れており、マスクのアライメントマークの焦点距離をa
w、ウエハのアライメントマーク4W′を通過して集光し
た光束の集光点までの距離をLとすると検出面9上での
集光点の重心ずれ量Δδwは となる。例えば適切な例としてマスクMとウエハWとの
間隔gをg=30μmとし、 aw= 214.7228μm L =18657μm とすれば、−100倍の感度が得られる。With the above configuration, when the wafer W shifts by Δδ with respect to the mask M, the exit angle of the light beam that has been subjected to the lens (light focusing) action by the mask alignment turn 3M ′ and the wafer alignment pattern 4W ′, respectively. And the focal point shifts on the detection surface 9. When the emission angle is small, the mask M and the wafer W are shifted by Δσw in the parallel direction, and the focal length of the alignment mark of the mask is set to a
w, assuming that the distance from the converged light flux passing through the alignment mark 4W 'of the wafer to the converging point is L, the center-of-gravity shift amount Δδw of the converging point on the detection surface 9 is Becomes For example, as an appropriate example, if the distance g between the mask M and the wafer W is g = 30 μm and aw = 214.7228 μm L = 18657 μm, a sensitivity of -100 times can be obtained.
即ち、本実施例においてはΔδw=1.0μm精度で測
定できれば位置ずれ量Δσwは0.01μmまで評価するこ
とができるという特長を有している。That is, the present embodiment has a feature that if the measurement can be performed with an accuracy of Δδw = 1.0 μm, the positional deviation amount Δσw can be evaluated up to 0.01 μm.
尚、このときウエハの焦点距離bwは−186.570μmと
なる。At this time, the focal length bw of the wafer is -186.570 μm.
具体的な位置ずれ量の検出法を述べる。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時
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(1)式からマスク・ウエハの相対ずれ量を
求めることができる。このように本実施例ではマスクと
ウエハのそれぞれの面上に形成された物理光学素子の2
つによって1つの集光点を形成する。A specific method for detecting the amount of displacement will be described. At the time of mask setting, the center of gravity position where there is no misalignment between the mask and the wafer due to trial printing is determined as a reference position, and at the time of position detection, how much the center of gravity position deviates from the reference position in the x direction is detected. The relative displacement amount of the mask / wafer can be obtained from the equation (3). As described above, in this embodiment, the physical optical elements 2 formed on the respective surfaces of the mask and the wafer are used.
One condensed point is formed by the two.
本実施例においても光源10からの光束の発振波長幅が
干渉の影響、スポット径拡大によるS/N比の劣化を軽減
するような範囲となるように光源駆動制御手段100によ
り制御している。光源10としては前述の半導体レーザ、
SLD等があげられる。光源駆動制御手段100は具体的に以
下に述べるようなスペクトル幅になるように光源制御を
行なう。Also in the present embodiment, the light source drive control unit 100 controls the oscillation wavelength width of the light beam from the light source 10 so as to fall within a range that reduces the influence of interference and the deterioration of the S / N ratio due to the increase in the spot diameter. As the light source 10, the aforementioned semiconductor laser,
SLD and the like. The light source drive control means 100 controls the light source so as to have a spectrum width as specifically described below.
第7図に示したような位置検出装置において、充分な
位置検出精度を得るのにあたり、許容できるスペクトル
幅を示す。許容できるセンサ上での信号光のエネルギー
密度の低下は前述のようにピーク値から20%信号レベル
が低下する点である。In the position detection device as shown in FIG. 7, an allowable spectrum width is shown for obtaining sufficient position detection accuracy. An acceptable reduction in the energy density of the signal light on the sensor is that the signal level is reduced by 20% from the peak value as described above.
第7図においてマスク及びウエハの焦点距離を先に示
した数値例の通り各々aw=214.7228μm、bw=−186.57
0μm、マスク・ウエハ間のギャップδ=30μm、ウエ
ハ・センサ間の距離L=18657μmとし、光源波長をSLD
等で一般的な0.85μmとする。In FIG. 7, the aw = 214.7228 μm and the bw = −186.57, respectively, as shown in the numerical examples of the focal lengths of the mask and the wafer.
0 μm, mask-wafer gap δ = 30 μm, wafer-sensor distance L = 18657 μm, and light source wavelength SLD
It is set to a general value of 0.85 μm.
この条件のもとでスペクトル全幅を40nmとして、その
半値が20nmであることより、以下ではΔλ/2=20nmとし
て計算する。Under this condition, the full width of the spectrum is 40 nm, and the half value is 20 nm. Therefore, in the following, the calculation is performed with Δλ / 2 = 20 nm.
フレネルゾーンプレートの焦点距離fは波長変化をΔ
λとすると変化後の焦点距離f′は、 となることから、 aw=214.7228μm、bw=−182.9118μm λ=0.85μmを代入すると aw= 209.6705μm、 bw=−178.6080μm となり、 より、幾何光学的、結像点が30202.9μmとなる。The focal length f of the Fresnel zone plate changes the wavelength by Δ
Assuming λ, the changed focal length f ′ is Aw = 214.7228 μm, bw = −182.9118 μm Substituting λ = 0.85 μm gives aw = 209.6705 μm, bw = −178.6080 μm, Thus, the geometrical optical point is 30202.9 μm.
このときセンサは当然前に示した値18657μmのまま
であるからセンサ上のスポットはウエハのフレネルゾー
ンプレートの出射窓のアライメント方向の径をaとして
0.3823aだけのスポットとなる。従ってaを仮りに100μ
mとすると0.3823aの値は38μmとなる。これはλ=0.8
5μmの時の波動光学的スポット径が1.4λF(FはFナ
ンバであり、F=f/a)であるから 1.4×0.85×18657/100≒222[μm] であり、これが222μmと38μmの和より約260μmに変
化する。即ち17%広がることを意味し、ピーク値の低下
はスポット径の広がりに反比例するからピークが15%程
度下がることとなる。At this time, the sensor naturally remains at the value of 18657 μm shown above, so that the spot on the sensor has the diameter a in the alignment direction of the exit window of the Fresnel zone plate of the wafer.
The spot is only 0.3823a. Therefore, if a is 100μ
Assuming m, the value of 0.3823a is 38 μm. This is λ = 0.8
Since the wave optical spot diameter at 5 μm is 1.4λF (F is the F number and F = f / a), 1.4 × 0.85 × 18657/100 ≒ 222 [μm], which is the sum of 222 μm and 38 μm It changes to about 260 μm. That is, it means that the peak value is spread by 17%, and the decrease in the peak value is inversely proportional to the spread of the spot diameter, so that the peak value is reduced by about 15%.
つまり、スペクトル幅が±20nmの時、ピーク値は15%
程度下がる。この数値例から外そうするとピーク値が20
%程度下がるのはスペクトル半幅が±30nmの時である。
つまりスペクトル幅が±30nmの時、ピーク値が約80%程
度となり、信号検出のS/Nの確保の為必要なレベルは確
保できる。In other words, when the spectrum width is ± 20 nm, the peak value is 15%
About a degree. If you remove from this numerical example, the peak value will be 20
The decrease by about% is when the half width of the spectrum is ± 30 nm.
That is, when the spectrum width is ± 30 nm, the peak value is about 80%, and the necessary level for securing S / N of signal detection can be secured.
またこれを越えるスペクトル幅とすると前述のピーク
値は80%以下となり、特にアライメント信号光の回折効
率が少ない時の散乱成分が多くS/Nの低いウエハを推定
すると精度確保が困難となる。If the spectrum width exceeds this range, the above-mentioned peak value will be 80% or less, and it will be difficult to secure accuracy especially when estimating a wafer having a large scattering component and a low S / N when the diffraction efficiency of the alignment signal light is low.
従って光源のスペクトル半幅は±30nm以下であること
が好ましい。。従って、 Δλ≦60 (nm) ……(4) がスポット径拡大によるS/N比劣化を軽減する為の条件
となる。干渉の影響を軽減する条件は前述の第1図
(A)の実施例と同じで(1)式で与えられる。従って
(1),(4)式より λ2/200000≦Δλ≦60 (単位nm) がこの様な装置での条件となる。Therefore, the half width of the spectrum of the light source is preferably ± 30 nm or less. . Therefore, Δλ ≦ 60 (nm) (4) is a condition for reducing the deterioration of the S / N ratio due to the enlargement of the spot diameter. Conditions for reducing the influence of interference are the same as those in the embodiment of FIG. 1A, and are given by equation (1). Thus (1), (4) from equation λ 2/200000 ≦ Δλ ≦ 60 ( unit nm) is a condition in such a device.
尚、本実施例においてはコヒーレンシの低い光源とし
てキセノンランプや白色ランプ等の広いスペクトル幅を
有する光源が使用可能である。In this embodiment, a light source having a wide spectral width, such as a xenon lamp or a white lamp, can be used as a light source having low coherency.
しかしながら、これらの光源は一般に輝度が低く、又
光源の面積が数10μm程度の半導体デバイスに比べて極
めて大きい、又スペクトル幅が大きすぎてスポット径が
小さくならないという問題点がある。However, these light sources generally have low brightness, are extremely large in comparison with semiconductor devices having an area of several tens of μm, and have a problem that the spectral width is too large and the spot diameter is not reduced.
この為、本実施例では光源としてSLD等を用い、光束
のコヒーレンシを前述の方法により低下させ、これによ
り高精度な位置合わせ装置を達成している。For this reason, in the present embodiment, an SLD or the like is used as a light source, and the coherency of the light beam is reduced by the above-described method, thereby achieving a highly accurate alignment device.
(発明の効果) 以上のように本発明によれば第1物体面上と第2物体
面上に設けたアライメントマークからの光束を利用して
第1物体と第2物体との位置合わせを行う際、前述の如
くアライメントマークを照明する光源からの光束の発振
波長幅を制御することにより、センサー面上に生ずるス
ペックルパターンを軽減させセンサからの出力信号のS/
N比を向上させ高輝度な位置合わせを可能としたプロキ
シミティ露光に好適な位置検出装置を達成することがで
きる。(Effect of the Invention) As described above, according to the present invention, the first object and the second object are aligned using the light beams from the alignment marks provided on the first object plane and the second object plane. At this time, by controlling the oscillation wavelength width of the light beam from the light source illuminating the alignment mark as described above, the speckle pattern generated on the sensor surface is reduced, and the S / S of the output signal from the sensor is reduced.
It is possible to achieve a position detection device suitable for proximity exposure that has improved the N ratio and enabled high-luminance alignment.
第1図(A),(B)は本発明の第1実施例の要部概略
図、第2図は第1図の一部分の説明図、第3図(A),
(B),(C)はセンサ面上の信号光と不要光の光強度
分布を説明する概略図、第4図はスポットの形成状態を
説明する部分概略図、第5図(A)は本発明においてレ
ーザを駆動させる電流値の説明図、第5図(B)は半導
体レーザの特性を示す説明図、第6図はスーパールミネ
ッセントダイオードの特性を示す説明図、第7図は本発
明の第2実施例の要部概略図である。 図中、Mはマスク(第1物体)、Wはウエハ(第2物
体)、3Mはマスクアライメントマーク、4Wはウエハアラ
イメントマーク、10は光源、11は投光レンズ系、12はハ
ーフミラー、8は検出器、24は位置検出回路、23は制御
装置、22はコントローラ、21はステージ、100は光源駆
動制御手段である。1 (A) and 1 (B) are schematic views of a main part of a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory view of a part of FIG. 1, and FIGS.
(B) and (C) are schematic diagrams for explaining light intensity distributions of signal light and unnecessary light on the sensor surface, FIG. 4 is a partial schematic diagram for explaining a spot forming state, and FIG. FIG. 5B is an explanatory diagram showing characteristics of a semiconductor laser, FIG. 6 is an explanatory diagram showing characteristics of a superluminescent diode, and FIG. 7 is a diagram showing the present invention. It is the principal part schematic of 2nd Example of this. In the figure, M is a mask (first object), W is a wafer (second object), 3M is a mask alignment mark, 4W is a wafer alignment mark, 10 is a light source, 11 is a light projecting lens system, 12 is a half mirror, 8 Denotes a detector, 24 denotes a position detection circuit, 23 denotes a control device, 22 denotes a controller, 21 denotes a stage, and 100 denotes light source drive control means.
───────────────────────────────────────────────────── 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 G03F 9/00──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) G01B 11/00-11/30 H01L 21/30 G03F 9/00
Claims (3)
パターンを転写すべき第2物体とをプロキシミティ露光
を行う為に近接対向配置し、該第1物体と第2物体との
相対位置を検出する位置検出装置において、該第1物体
及び第2物体に光源手段からの光束の波長をλnmとした
とき、スペクトルの半値全幅が(λ2/200000)nm〜60nm
の光束を照射し、該第1物体又は第2物体からの光束を
光束検出手段で検出し、該光束検出手段からの出力信号
を利用して位置検出手段で該第1物体と第2物体との相
対位置を検出するようにしたことを特徴とする位置検出
装置。A first object having a pattern to be transferred and a second object to which the pattern is to be transferred are disposed in close proximity to each other for performing proximity exposure, and a relative position between the first object and the second object is provided. the position detecting device for detecting a, when the wavelength of the light beam from the light source means to said first object and second object and [lambda] nm, FWHM of the spectrum (λ 2/200000) nm~60nm
Of the first object or the second object is detected by the light beam detecting means, and the first object and the second object are detected by the position detecting means using an output signal from the light beam detecting means. A position detecting device for detecting a relative position of the position.
の駆動電流値を制御して発生光束のスペクトルの半値全
幅を制御する光源駆動制御部とを有していることを特徴
とする請求項1記載の位置検出装置。2. The apparatus according to claim 1, wherein said light source means includes a laser light source and a light source drive control unit for controlling a drive current value of said laser light source to control a full width at half maximum of a spectrum of a generated light beam. 2. The position detecting device according to 1.
イオードより構成したことを特徴とする請求項1記載の
位置検出装置。3. The position detecting device according to claim 1, wherein said light source means is constituted by a super luminescent diode.
Priority Applications (1)
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JP63-225812 | 1988-09-09 | ||
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