JP2853312B2 - 位置合わせ装置及びそれを用いた露光装置 - Google Patents
位置合わせ装置及びそれを用いた露光装置Info
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- JP2853312B2 JP2853312B2 JP2270779A JP27077990A JP2853312B2 JP 2853312 B2 JP2853312 B2 JP 2853312B2 JP 2270779 A JP2270779 A JP 2270779A JP 27077990 A JP27077990 A JP 27077990A JP 2853312 B2 JP2853312 B2 JP 2853312B2
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- 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） 本発明は半導体素子製造用に好適な位置合わせ装置及
びそれを用いた露光装置に関し、特に第１物体としての
レチクルと第２物体としてのウエハとの相対的位置合わ
せをウエハ面上に設けたアライメントパターンの３次元
構造を捉えることにより高精度に行うことのできる位置
合わせ装置及びそれを用いた露光装置に関するものであ
る。
びそれを用いた露光装置に関し、特に第１物体としての
レチクルと第２物体としてのウエハとの相対的位置合わ
せをウエハ面上に設けたアライメントパターンの３次元
構造を捉えることにより高精度に行うことのできる位置
合わせ装置及びそれを用いた露光装置に関するものであ
る。
（従来の技術） 近年、半導体素子の回路パターンの微細化の要求に伴
い、半導体素子製造用の露光装置においてはレチクルと
ウエハとの高精度な相対的位置合わせが要求されてい
る、露光装置における位置合わせ方法の一つとして例え
ば特願平２−127005号で提案されている、所謂１次元パ
ターンマッチ検出方法というのがある。
い、半導体素子製造用の露光装置においてはレチクルと
ウエハとの高精度な相対的位置合わせが要求されてい
る、露光装置における位置合わせ方法の一つとして例え
ば特願平２−127005号で提案されている、所謂１次元パ
ターンマッチ検出方法というのがある。
第６図は特願平２−127005号で提案されている１次元
パターンマッチ検出方法を利用した露光装置の要部概略
図である。同図ではレクチルＲと撮像装置110との位置
関係は既に求められている。
パターンマッチ検出方法を利用した露光装置の要部概略
図である。同図ではレクチルＲと撮像装置110との位置
関係は既に求められている。
照明装置18から放射された露光光の波長と略等しい波
長の光束をミラー17で反射させ、照射光学系16で集光
し、偏光ビームスプリッター15で、所定方向に振動する
偏光光束を反射させて対物レンズ14に入射させている。
対物レンズ14に入射した光束はミラー13で反射し、その
うちレチクルＲの透過部を通過した光束は投影光学系12
を介して（入/4板11も通過する。）ウエハＷ面上のウエ
ハパターンWaを照明する。
長の光束をミラー17で反射させ、照射光学系16で集光
し、偏光ビームスプリッター15で、所定方向に振動する
偏光光束を反射させて対物レンズ14に入射させている。
対物レンズ14に入射した光束はミラー13で反射し、その
うちレチクルＲの透過部を通過した光束は投影光学系12
を介して（入/4板11も通過する。）ウエハＷ面上のウエ
ハパターンWaを照明する。
投影光学系12によりレクチルＲ面近傍に結像されたウ
エハパターン像（Wa′）をミラー13に、対物レンズ14、
偏光ビームスプリッタ15、そして検出光学系19により撮
像装置110の撮像面110a上に結像させている。
エハパターン像（Wa′）をミラー13に、対物レンズ14、
偏光ビームスプリッタ15、そして検出光学系19により撮
像装置110の撮像面110a上に結像させている。
第７図は、第６図の撮像装置110により得られたパタ
ーン像に関する２次元電気信号に関する説明図である。
ーン像に関する２次元電気信号に関する説明図である。
同図においてはレチクルの位置と撮像装置位置との関
係が予め求められている為、撮像装置の画面上でのウエ
ハ面上のアライメントパターン像の中心位置を決定すれ
ばレチクルとウエハの位置関係を決定することができ
る。
係が予め求められている為、撮像装置の画面上でのウエ
ハ面上のアライメントパターン像の中心位置を決定すれ
ばレチクルとウエハの位置関係を決定することができ
る。
第７図（Ａ）においてWa′は撮像面110aに形成された
ウエハパターン像である。撮像装置110からの２次元電
気信号をA/D変換装置111によって画素のXYアドレスに対
応した２次元離散ディジタル信号列に変換した後、積算
装置112によって所定の大きさの２次元窓70内でウエハ
パターンWaの長手方向（ｙ方向）に画素積算して第７図
（Ｂ）に示すような１次元離散電気信号である積算信号
ｔ（ｘ）を得る。そして中心値演算装置113によって次
のようにしてウエハパターンWaの中心位置を算出してい
る。
ウエハパターン像である。撮像装置110からの２次元電
気信号をA/D変換装置111によって画素のXYアドレスに対
応した２次元離散ディジタル信号列に変換した後、積算
装置112によって所定の大きさの２次元窓70内でウエハ
パターンWaの長手方向（ｙ方向）に画素積算して第７図
（Ｂ）に示すような１次元離散電気信号である積算信号
ｔ（ｘ）を得る。そして中心値演算装置113によって次
のようにしてウエハパターンWaの中心位置を算出してい
る。
まず第７図（Ｂ）に示すように積算信号ｔ（ｘ）に対
して評価用の１次元窓71を用意する。１次元窓71内の積
算信号ｔ（ｘ）に対してウエハパターンWaの断面形状を
考慮に入れた１次元パターンマッチングを行う。その際
に各点に対して最小自乗近似法によってマッチングする
積算信号とテンプレート（第７図（Ｃ）に示す２次関数
を使用したテンプレート）の差を最小にした後に積算信
号ｓ（ｘ）とテンプレートとの差の絶対値の１次元窓71
内の和の逆数とテンプレートと近似の際に利用した幾何
学的情報（２次関数の２次の係数の絶対値）との積をも
ってその相関度とする。このときの積算信号ｓ（ｘ）と
しては例えば第９図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）に
示すようなものがあり、それに対応してテンプレートと
して第10図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）の実線部で
示すものがある。
して評価用の１次元窓71を用意する。１次元窓71内の積
算信号ｔ（ｘ）に対してウエハパターンWaの断面形状を
考慮に入れた１次元パターンマッチングを行う。その際
に各点に対して最小自乗近似法によってマッチングする
積算信号とテンプレート（第７図（Ｃ）に示す２次関数
を使用したテンプレート）の差を最小にした後に積算信
号ｓ（ｘ）とテンプレートとの差の絶対値の１次元窓71
内の和の逆数とテンプレートと近似の際に利用した幾何
学的情報（２次関数の２次の係数の絶対値）との積をも
ってその相関度とする。このときの積算信号ｓ（ｘ）と
しては例えば第９図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）に
示すようなものがあり、それに対応してテンプレートと
して第10図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）の実線部で
示すものがある。
第６図に示す位置合わせにおいては相関度の最も高い
値を持つ点をもってウエハパターンの位置合わせの為の
中心位置としている。このようにして求めたウエハパタ
ーンの中心に対して位置合わせ制御装置114によってXY
ステージ10を駆動させてレクチルＲとウエハＷとの位置
合わせを行っている。
値を持つ点をもってウエハパターンの位置合わせの為の
中心位置としている。このようにして求めたウエハパタ
ーンの中心に対して位置合わせ制御装置114によってXY
ステージ10を駆動させてレクチルＲとウエハＷとの位置
合わせを行っている。
（発明が解決しようとする問題点） 従来の１次元パターンマッチ検出方法では３次元構造
を有したウエハパターンに基づく情報の次元を落とし、
２次元情報としてA/D変換して２次元電気信号を得て信
号処理を行っていた。
を有したウエハパターンに基づく情報の次元を落とし、
２次元情報としてA/D変換して２次元電気信号を得て信
号処理を行っていた。
しかしながら半導体素子の製造工程においてウエハパ
ターンには例えば第８図に示すように３次元的な非対称
構造が起きることが知られている。
ターンには例えば第８図に示すように３次元的な非対称
構造が起きることが知られている。
尚、第８図（Ａ），（Ｂ）はウエハパターンをウエハ
面と垂直方向から見たときの概略図と断面図を示してい
る。又第５図（Ａ）はウエハパターンの断面図である。
第５図において50はレジスト、51はウエハパターンであ
る。この為非対称構造のウエハパターンの中心位置を目
的に応じて適切に設立しないと位置合わせ精度が低下し
てくるという問題点があった。
面と垂直方向から見たときの概略図と断面図を示してい
る。又第５図（Ａ）はウエハパターンの断面図である。
第５図において50はレジスト、51はウエハパターンであ
る。この為非対称構造のウエハパターンの中心位置を目
的に応じて適切に設立しないと位置合わせ精度が低下し
てくるという問題点があった。
例えば第５図（Ａ）において52はウエハパターン51の
底辺Z2に対する中心位置であり、53はウエハパターン51
の上辺Z1に対する中心位置である。このように種々と定
義できる中心位置に対して半導体素子の製造工程におい
てはそのうちの１つを製造工程に対応して決定すること
が位置合わせ精度を高める為に重要となってくる。
底辺Z2に対する中心位置であり、53はウエハパターン51
の上辺Z1に対する中心位置である。このように種々と定
義できる中心位置に対して半導体素子の製造工程におい
てはそのうちの１つを製造工程に対応して決定すること
が位置合わせ精度を高める為に重要となってくる。
本発明はウエハパターンの断面形状が非対称であって
も、製造工程に対応してウエハパターンの中心位置を適
切に決定し、レチクルとウエハとの相対的位置合わせを
高精度に行うことのできる位置合わせ装置及びそれを用
いた露光装置の提供を目的とする。
も、製造工程に対応してウエハパターンの中心位置を適
切に決定し、レチクルとウエハとの相対的位置合わせを
高精度に行うことのできる位置合わせ装置及びそれを用
いた露光装置の提供を目的とする。
（問題点を解決するための手段） 本発明の位置合わせ装置は、物体面上に設けたアライ
メントパターンの像を投影光学系により所定面上に投影
し、該アライメントパターン像と該所定面上に配置した
微細パターンとを検出光学系により撮像手段面上に結像
させ、該撮像手段から得られる信号を利用して該物体と
該撮像手段との所定方向の相対的な位置合わせを行なう
際、該アライメントパターンはレリーフ状の３次元構造
をしており、該微細パターンは位置合わせ方向に平行に
複数の透光部と遮光部とから成る直線状マークを該物体
面上のアライメントパターンの上面からの反射光と下面
からの反射光が分離出来るピッチで配置されていること
を特徴としている。
メントパターンの像を投影光学系により所定面上に投影
し、該アライメントパターン像と該所定面上に配置した
微細パターンとを検出光学系により撮像手段面上に結像
させ、該撮像手段から得られる信号を利用して該物体と
該撮像手段との所定方向の相対的な位置合わせを行なう
際、該アライメントパターンはレリーフ状の３次元構造
をしており、該微細パターンは位置合わせ方向に平行に
複数の透光部と遮光部とから成る直線状マークを該物体
面上のアライメントパターンの上面からの反射光と下面
からの反射光が分離出来るピッチで配置されていること
を特徴としている。
又、このとき前記物体面上のアライメントパターンは
前記所定面上に配置した微細パターンの透光部又は／及
びその周辺の透光部を通過し、前記投影光学系を介した
光束で照明されていることを特徴としている。
前記所定面上に配置した微細パターンの透光部又は／及
びその周辺の透光部を通過し、前記投影光学系を介した
光束で照明されていることを特徴としている。
この他、本発明の位置合わせ装置としては投影光学系
を介してウエハと撮像手段との相対的な位置合わせを行
う際、該ウエハ面上にレリーフ状の３次元構造のアライ
メントパターンを設け、該アライメントパターンの該投
影光学系による結像面近傍に該アライメントパターンの
一辺と平行方向に複数の直線状の透光部と遮光部とを該
ウエハ面上のアライメントパターンの上面からの反射光
と下面からの反射光が分離出来るピッチで設けた微細パ
ターンを配置し、照明系からの光束で該微細パターンを
照明し該微細パターンの透光部又は／及びその周辺の透
光部を通過した光束で該投影光学系を介して該アライメ
ントパターンを照明し、該アライメントパターンを該投
影光学系により、該微細パターン面近傍に結像させ、該
アライメントパターン像と該微細パターンとを検出光学
系により撮像手段面上に結像させ、該撮像手段から得ら
れる信号を利用して該ウエハと該撮像手段との相対的な
位置合わせを行ったことを特徴としている。
を介してウエハと撮像手段との相対的な位置合わせを行
う際、該ウエハ面上にレリーフ状の３次元構造のアライ
メントパターンを設け、該アライメントパターンの該投
影光学系による結像面近傍に該アライメントパターンの
一辺と平行方向に複数の直線状の透光部と遮光部とを該
ウエハ面上のアライメントパターンの上面からの反射光
と下面からの反射光が分離出来るピッチで設けた微細パ
ターンを配置し、照明系からの光束で該微細パターンを
照明し該微細パターンの透光部又は／及びその周辺の透
光部を通過した光束で該投影光学系を介して該アライメ
ントパターンを照明し、該アライメントパターンを該投
影光学系により、該微細パターン面近傍に結像させ、該
アライメントパターン像と該微細パターンとを検出光学
系により撮像手段面上に結像させ、該撮像手段から得ら
れる信号を利用して該ウエハと該撮像手段との相対的な
位置合わせを行ったことを特徴としている。
そして本発明の露光装置としては前記位置合わせ装置
を利用してレチクル面上のパターンをウエハ面上に投影
し露光するようにしている。
を利用してレチクル面上のパターンをウエハ面上に投影
し露光するようにしている。
（実施例） 第１図は本発明の位置合わせ装置を用いた露光装置の
要部概略図である。
要部概略図である。
同図においてＲはレチクルであり、その面上には電子
回路パターンが形成されており、レチクルステージR1に
支持されている。又レチクルＲの一部分には第２図に示
すような形状の微細パターンＰが設けられている。Ｗは
ウエハであり、その表面の一部には位置検出用の３次元
構造の矩形状のウエハパターンWaが一辺が位置検出方向
と平行となるように形成されている（第５図（Ａ）参
照）。10はXYZ−ステージであり、ウエハＷを載置して
おり、XY方向及びＺ方向に移動可能となっている。12投
影光学系でありレクチルＲ面上の回路パターンをウエハ
Ｗ面上に縮小投影している。11は入/4板であり、投影光
学系12の瞳位置近傍に配置されている。18は照明装置で
あり、露光光の波長と略同一波長の光を放射している。
19は検出光学系であり、レチクルＲ面上の微細パターン
Ｐと投影光学系12により微細パターンＰ近傍に形成され
たウエハＷ面上のウエハパターンWaの像Wa′を各々撮像
装置110の撮像面110aに対物レンズ14を介して所定の倍
率で結像させている。
回路パターンが形成されており、レチクルステージR1に
支持されている。又レチクルＲの一部分には第２図に示
すような形状の微細パターンＰが設けられている。Ｗは
ウエハであり、その表面の一部には位置検出用の３次元
構造の矩形状のウエハパターンWaが一辺が位置検出方向
と平行となるように形成されている（第５図（Ａ）参
照）。10はXYZ−ステージであり、ウエハＷを載置して
おり、XY方向及びＺ方向に移動可能となっている。12投
影光学系でありレクチルＲ面上の回路パターンをウエハ
Ｗ面上に縮小投影している。11は入/4板であり、投影光
学系12の瞳位置近傍に配置されている。18は照明装置で
あり、露光光の波長と略同一波長の光を放射している。
19は検出光学系であり、レチクルＲ面上の微細パターン
Ｐと投影光学系12により微細パターンＰ近傍に形成され
たウエハＷ面上のウエハパターンWaの像Wa′を各々撮像
装置110の撮像面110aに対物レンズ14を介して所定の倍
率で結像させている。
撮像装置110は例えばITV、２次元イメージセンサ等の
光電変換手段を有しており、撮像面110a上に撮像した像
を２次元の電気信号に変換している。
光電変換手段を有しており、撮像面110a上に撮像した像
を２次元の電気信号に変換している。
本実施例の微細パターンＰは第２図に示すように位置
検出方向（ｘ方向）に平行に複数の透光部と遮光部とか
ら成る直線状マークを一定のピッチCPで配置した構成よ
り成っている。このときのピッチCPは後述するようにウ
エハ面状の３次元構造のアライメントパターンWaの上面
と下面からの反射光に基づく光学情報が分離出来るピッ
チとなっている。換言すると投影光学系12の光軸方向に
ウエハを変化させたときに該ウエハ面上のアライメント
パターンの明暗が微細パターンを介して精度良く検出す
ることができる程度に、即ち焦点深度が十分狭く、ウエ
ハ面状のアライメントパターンの上面が下面かを撮像手
段110で区別することが出来る程度に微細パターンＰの
ピッチCPは設定されている。
検出方向（ｘ方向）に平行に複数の透光部と遮光部とか
ら成る直線状マークを一定のピッチCPで配置した構成よ
り成っている。このときのピッチCPは後述するようにウ
エハ面状の３次元構造のアライメントパターンWaの上面
と下面からの反射光に基づく光学情報が分離出来るピッ
チとなっている。換言すると投影光学系12の光軸方向に
ウエハを変化させたときに該ウエハ面上のアライメント
パターンの明暗が微細パターンを介して精度良く検出す
ることができる程度に、即ち焦点深度が十分狭く、ウエ
ハ面状のアライメントパターンの上面が下面かを撮像手
段110で区別することが出来る程度に微細パターンＰの
ピッチCPは設定されている。
本実施例では基準状態ではウエハＷ面とレチクル面Ｒ
そしてレチクル面Ｒと撮像面110aは各々光学的に共役関
係となっている。
そしてレチクル面Ｒと撮像面110aは各々光学的に共役関
係となっている。
又、本実施例では予め適当な検出手段により、投影光
学系12、検出光学系19そして撮像装置110に対するレチ
クルＲの相対的位置関係は求められている。この為ウエ
ハＷと撮像装置110の撮像面との相対的位置検出を行い
これによりウエハＷとレチクルＲとの位置合わせを行っ
ている。
学系12、検出光学系19そして撮像装置110に対するレチ
クルＲの相対的位置関係は求められている。この為ウエ
ハＷと撮像装置110の撮像面との相対的位置検出を行い
これによりウエハＷとレチクルＲとの位置合わせを行っ
ている。
本実施例では照明装置18から放射された露光光の波長
と略等しい波長の光束をミラー17で反射させ、照明光学
系16で集光し、偏光ビームスプリッタ15で所定方向に振
動する偏光光束を反射させて対物レンズ14に入射させて
いる。対物レンズ14に入射した光束はミラー13で反射
し、レチクルＲ面上の微細パターンＰを照明する。又微
細パターンＰ及び、その周辺の透過部を通過した光束は
投影光学系12を介して（入/4板11も通過する。）ウエハ
Ｗ面上のウエハパターンWaを照明する。
と略等しい波長の光束をミラー17で反射させ、照明光学
系16で集光し、偏光ビームスプリッタ15で所定方向に振
動する偏光光束を反射させて対物レンズ14に入射させて
いる。対物レンズ14に入射した光束はミラー13で反射
し、レチクルＲ面上の微細パターンＰを照明する。又微
細パターンＰ及び、その周辺の透過部を通過した光束は
投影光学系12を介して（入/4板11も通過する。）ウエハ
Ｗ面上のウエハパターンWaを照明する。
このようにして照明された該ウエハパターンWaを投影
光学系12によりレチクルＲ面上の微細パターンＰの近傍
に結像している。
光学系12によりレチクルＲ面上の微細パターンＰの近傍
に結像している。
微細パターンＰとその近傍に結像されたウエハパター
ン像Wa′をミラー13、対物レンズ14、偏光ビームスプリ
ッタ15、そして検出光学系19により撮像装置110の撮像
面110a上に結像させている。そして微細パターン像Ｐ′
とウエハパターン像Wa′の双方の像のうちウエハパター
ン像の撮像面110a上での位置関係を検出することにより
撮像手段110とウエハＷと相対的な位置関係を検出して
いる。
ン像Wa′をミラー13、対物レンズ14、偏光ビームスプリ
ッタ15、そして検出光学系19により撮像装置110の撮像
面110a上に結像させている。そして微細パターン像Ｐ′
とウエハパターン像Wa′の双方の像のうちウエハパター
ン像の撮像面110a上での位置関係を検出することにより
撮像手段110とウエハＷと相対的な位置関係を検出して
いる。
第３図は撮像装置110の撮像面110a上に結像した微細
パターン像Ｐ′とウエハパターン像Wa′の説明図であ
る。
パターン像Ｐ′とウエハパターン像Wa′の説明図であ
る。
同図ではウエハパターン像Wa′の位置検出をする方向
をＸ方向としている。今、求めようとするウエハパター
ン像Wa′の中心X0対して、ウエハパターンWaのＸ方向の
断面形状が、例えば第５図（Ａ）に示すように非対称構
造になっていたとする。
をＸ方向としている。今、求めようとするウエハパター
ン像Wa′の中心X0対して、ウエハパターンWaのＸ方向の
断面形状が、例えば第５図（Ａ）に示すように非対称構
造になっていたとする。
第５図（Ａ）において50はレジスト、51はウエハパタ
ーンである。撮像装置110によって２次元の電気信号に
変換されたウエハパターン像Wa′は第１図のA/D変換装
置111によって投影光学系12と検出光学系19の光学倍率
及び撮像面110aの画素ピッチにより２次元の装置上の画
素のXY方向のアドレスに対応した二次元離散電気信号列
に変換される。
ーンである。撮像装置110によって２次元の電気信号に
変換されたウエハパターン像Wa′は第１図のA/D変換装
置111によって投影光学系12と検出光学系19の光学倍率
及び撮像面110aの画素ピッチにより２次元の装置上の画
素のXY方向のアドレスに対応した二次元離散電気信号列
に変換される。
第１図の積算装置112は第３図に示すウエハパターン
像Wa′の一部を含む所定の２次元のウインドウ30を設定
した後に第３図のウインドウ30内でＹ方向に画素積算を
行う。そして積算装置112からは例えば第４図に示すＸ
方向に離散的な電気信号列Ｓ（Ｘ）を出力する、このよ
うにして得られた積算信号Ｓ（Ｘ）は第５図（Ａ）に示
すにようにウエハパターンWaの断面形状に従い、ウエハ
Ｗ面の光学的位置に依存して第５図（Ｂ），（Ｃ）に示
すような形状となる。ここで電気信号Ｓ（Ｘ）は光度に
対応している。
像Wa′の一部を含む所定の２次元のウインドウ30を設定
した後に第３図のウインドウ30内でＹ方向に画素積算を
行う。そして積算装置112からは例えば第４図に示すＸ
方向に離散的な電気信号列Ｓ（Ｘ）を出力する、このよ
うにして得られた積算信号Ｓ（Ｘ）は第５図（Ａ）に示
すにようにウエハパターンWaの断面形状に従い、ウエハ
Ｗ面の光学的位置に依存して第５図（Ｂ），（Ｃ）に示
すような形状となる。ここで電気信号Ｓ（Ｘ）は光度に
対応している。
一般に投影光学系12の焦点深度が狭いため、照明系の
焦点位置以外の光軸方向の光学位置にあたるパターンは
暗く見える。このことは従来例での１次元テンプレート
マッチングを行う際には、電気情報としてマークが明で
あるか暗であるかは問題とならない。
焦点位置以外の光軸方向の光学位置にあたるパターンは
暗く見える。このことは従来例での１次元テンプレート
マッチングを行う際には、電気情報としてマークが明で
あるか暗であるかは問題とならない。
この様な構成においてXYZ−ステージ10を光軸方向に
動かすことにより、光学情報として光軸方向の選択が可
能となる。つまり半導体構造工程において必要とされる
アライメントパターンの位置合わせ中心を選択できる事
となる。そこで、求めたい位置合わせ中心に相当する光
学的位置を位置合わせ制御装置114に記憶させる。
動かすことにより、光学情報として光軸方向の選択が可
能となる。つまり半導体構造工程において必要とされる
アライメントパターンの位置合わせ中心を選択できる事
となる。そこで、求めたい位置合わせ中心に相当する光
学的位置を位置合わせ制御装置114に記憶させる。
位置合わせ制御装置114は、位置合わせを行う際にXYZ
−ステージ10を記憶された光学的位置に駆動させる。中
心値演算装置113において従来例で述べた位置合わせ方
法を使用して（他の位置合わせ方法でもよい）、位置合
わせ中心を算出する。再び位置合わせ制御装置114にお
いて算出された中心位置に対してXYZ−ステージ10を光
軸に対して垂直方向に駆動させ位置合わせをおえる。
−ステージ10を記憶された光学的位置に駆動させる。中
心値演算装置113において従来例で述べた位置合わせ方
法を使用して（他の位置合わせ方法でもよい）、位置合
わせ中心を算出する。再び位置合わせ制御装置114にお
いて算出された中心位置に対してXYZ−ステージ10を光
軸に対して垂直方向に駆動させ位置合わせをおえる。
本実施例では光源として露光光を使用しなかったが露
光光を位置合わせ様光源として使用すると、光学的に安
定となる、また位置合わせとして画像を使用した他の方
法を利用してもよい。
光光を位置合わせ様光源として使用すると、光学的に安
定となる、また位置合わせとして画像を使用した他の方
法を利用してもよい。
以上のように本実施例では前述したような所定形状の
微細パターンを用い本出願人が先に提案した特願平２−
127005号のパターンマッチング方法を参照し、ウエハ面
上の非対称性の３次元構造のアライメントパターンの中
心位置を検出し、該検出結果に基づいてウエハを撮像手
段との相対的な位置関係を検出している。
微細パターンを用い本出願人が先に提案した特願平２−
127005号のパターンマッチング方法を参照し、ウエハ面
上の非対称性の３次元構造のアライメントパターンの中
心位置を検出し、該検出結果に基づいてウエハを撮像手
段との相対的な位置関係を検出している。
そして予め求めておいた該撮像手段とレチクルとの相
対的位置関係を参照して、ウエハとレチルルとの相対的
位置関係を検出している。
対的位置関係を参照して、ウエハとレチルルとの相対的
位置関係を検出している。
本実施例において微細パターンＰは半導体プロセスパ
ターンを有したレチクルＲ面上に配置したが、レチクル
Ｒとは別に本発明においてアライメントを行なう為にそ
の面上に微細パターンＰを設けた透明板を用いても良
い。
ターンを有したレチクルＲ面上に配置したが、レチクル
Ｒとは別に本発明においてアライメントを行なう為にそ
の面上に微細パターンＰを設けた透明板を用いても良
い。
本発明に係る位置合わせ装置は半導体素子製造用の露
光装置の他に、３次元構造を有するパターンの位置を光
学的に検出する方法や装置も同様に適用することができ
る。例えばウエハ露光装置の位置合わせ精度を検出する
位置検出装置においても同様に適用することができる。
光装置の他に、３次元構造を有するパターンの位置を光
学的に検出する方法や装置も同様に適用することができ
る。例えばウエハ露光装置の位置合わせ精度を検出する
位置検出装置においても同様に適用することができる。
（発明の効果） 本発明によればウエハパターンの３次元断面形状が非
対称であっても、該ウエハパターンの３次元的構造情報
より半導体素子の製造工程に対応した２次元情報を得る
ことにより、レチクルとウエハとの相対的な位置合わせ
を高精度に行うことができる位置合わせ装置及びそれを
用いた露光装置を達成することができる。
対称であっても、該ウエハパターンの３次元的構造情報
より半導体素子の製造工程に対応した２次元情報を得る
ことにより、レチクルとウエハとの相対的な位置合わせ
を高精度に行うことができる位置合わせ装置及びそれを
用いた露光装置を達成することができる。
第１図は本発明の一実施例の要部概略図、第２図は本発
明に係るレチクルパターンの説明図、第３図は撮像面上
に形成されたレチクルパターンとウエハパターンとの関
係を示す説明図、第４図は本発明に係るウエハパターン
の積算信号の光学的位置依存性の説明図、第５図（Ａ）
はウエハパターンの断面形状の説明図、第５図（Ｂ），
（Ｃ）は同図（Ａ）の断面形状に基づく積算信号の説明
図、第６図は従来の露光装置の要部概略図、第７図は従
来のテンプレートを用いた信号処理の説明図、第８図
（Ａ），（Ｂ）はウエハパターンの説明図、第9,第10図
は積算信号とテンプレートに係る信号の説明図である。 図中、Ｒはレチクル、Ｐは微細パターン、Ｗはウエハ、
Ｍはウエハパターン、12は投影光学系、10はXYZ−ステ
ージ、18は照明装置、13,17はミラー、14は対物レン
ズ、15は偏光ビームスプリッター、16は照明光学系、19
は検出光学系、110は撮像装置である。
明に係るレチクルパターンの説明図、第３図は撮像面上
に形成されたレチクルパターンとウエハパターンとの関
係を示す説明図、第４図は本発明に係るウエハパターン
の積算信号の光学的位置依存性の説明図、第５図（Ａ）
はウエハパターンの断面形状の説明図、第５図（Ｂ），
（Ｃ）は同図（Ａ）の断面形状に基づく積算信号の説明
図、第６図は従来の露光装置の要部概略図、第７図は従
来のテンプレートを用いた信号処理の説明図、第８図
（Ａ），（Ｂ）はウエハパターンの説明図、第9,第10図
は積算信号とテンプレートに係る信号の説明図である。 図中、Ｒはレチクル、Ｐは微細パターン、Ｗはウエハ、
Ｍはウエハパターン、12は投影光学系、10はXYZ−ステ
ージ、18は照明装置、13,17はミラー、14は対物レン
ズ、15は偏光ビームスプリッター、16は照明光学系、19
は検出光学系、110は撮像装置である。
───────────────────────────────────────────────────── 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 (4)
- 【請求項１】物体面上に設けたアライメントパターンの
像を投影光学系により所定面上に投影し、該アライメン
トパターン像と該所定面上に配置した微細パターンとを
検出光学系により撮像手段面上に結像させ、該撮像手段
から得られる信号を利用して該物体と該撮像手段との所
定方向の相対的な位置合わせを行なう際、該アライメン
トパターンはレリーフ状の３次元構造をしており、該微
細パターンは位置合わせ方向に平行に複数の透光部と遮
光部とから成る直線状マークを該物体面上のアライメン
トパターンの上面からの反射光と下面からの反射光が分
離出来るピッチで配置されていることを特徴とする位置
合わせ装置。 - 【請求項２】前記物体面上のアライメントパターンは前
記所定面上に配置した微細パターンの透光部又は／及び
その周辺の透光部を通過し、前記投影光学系を介した光
束で照明されていることを特徴とする請求項１記載の位
置合わせ装置。 - 【請求項３】投影光学系を介してウエハと撮像手段との
相対的な位置合わせを行う際、該ウエハ面上にレリーフ
状の３次元構造のアライメントパターンを設け、該アラ
イメントパターンの該投影光学系による結合面近傍に該
アライメントパターンの一辺と平行方向に複数の直線状
の透光部と遮光部とを該ウエハ面上のアライメントパタ
ーンの上面からの反射光と下面からの反射光が分離出来
るピッチで設けた微細パターンを配置し、照明系からの
光束で該微細パターンを照明し該微細パターンの透光部
又は／及びその周辺の透光部を通過した光束で該投影光
学系を介して該アライメントパターンを照明し、該アラ
イメントパターンを該投影光学系により、該微細パター
ン面近傍に結像させ、該アライメントパターン像と該微
細のパターンとを検出光学系により撮像手段面上に結像
させ、該撮像手段から得られる信号を利用して該ウエハ
と該撮像手段との相対的な位置合わせを行ったことを特
徴とする位置合わせ装置。 - 【請求項４】請求項1,2又は３の位置合わせ装置を利用
してレチクルとウエハとの位置合わせを行いレチクル面
上のパターンをウエハ面上に投影し露光していることを
特徴とする露光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2270779A JP2853312B2 (ja) | 1990-10-09 | 1990-10-09 | 位置合わせ装置及びそれを用いた露光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2270779A JP2853312B2 (ja) | 1990-10-09 | 1990-10-09 | 位置合わせ装置及びそれを用いた露光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04147151A JPH04147151A (ja) | 1992-05-20 |
| JP2853312B2 true JP2853312B2 (ja) | 1999-02-03 |
Family
ID=17490882
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2270779A Expired - Fee Related JP2853312B2 (ja) | 1990-10-09 | 1990-10-09 | 位置合わせ装置及びそれを用いた露光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2853312B2 (ja) |
-
1990
- 1990-10-09 JP JP2270779A patent/JP2853312B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04147151A (ja) | 1992-05-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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