JP3286246B2 - 変形フレネルゾーンプレートを用いた位置検出方法及び位置検出装置 - Google Patents
変形フレネルゾーンプレートを用いた位置検出方法及び位置検出装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超精密位置計測
（０．０１μｍオーダー）方法及びその装置に係り、特
に、マスクとウェハを０．０１μｍオーダーで位置検出
可能とする、フレネルゾーンプレートを用いた位置検出
方法及び位置検出装置の改良に関する。
（０．０１μｍオーダー）方法及びその装置に係り、特
に、マスクとウェハを０．０１μｍオーダーで位置検出
可能とする、フレネルゾーンプレートを用いた位置検出
方法及び位置検出装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】マスク面上の回路パターンをＸ線露光光
を用いてウェハに転写する工程において、マスクとウェ
ハのアライメントのために、微小距離離間して重ね合わ
されたマスクとウェハの相対位置を検出する位置検出装
置が、従来より実用に供されている。この従来の位置検
出装置により、マスクとウェハの相対位置を検出する検
出方法について図８乃至図１２を用いて説明する。
を用いてウェハに転写する工程において、マスクとウェ
ハのアライメントのために、微小距離離間して重ね合わ
されたマスクとウェハの相対位置を検出する位置検出装
置が、従来より実用に供されている。この従来の位置検
出装置により、マスクとウェハの相対位置を検出する検
出方法について図８乃至図１２を用いて説明する。
【０００３】図８は、上記従来の位置検出装置５０によ
り、マスク８０とウェハ９０の相対位置を検出する方法
を説明するため、当該位置検出装置５０の概略構成を示
した側面図である。同図に示すように、従来の位置検出
装置５０は、主要構成として照明光学装置６０と、検出
光学装置７０を備え、Ｘ線露光によるマスク８０面上の
回路パターンをウェハ９０に転写する妨げとならないよ
うに、夫々Ｘ線露光光領域Ｒの外に対向するように配置
されている。また、マスク８０及びウェハ９０はＸ線露
光光の光軸Ｒｘの方向に微小距離（４０μｍ程度）離間
させて重ね合わされ、所定位置に、夫々アライメントマ
ークとして、後述する逆台形形状のフレネルゾーンマー
ク８２、９２（以下符号８２、９２を夫々「マスクマー
ク」及び、「ウェハマーク」というか、或いはこれらを
単に「マーク」という場合がある。）が形成されてい
る。
り、マスク８０とウェハ９０の相対位置を検出する方法
を説明するため、当該位置検出装置５０の概略構成を示
した側面図である。同図に示すように、従来の位置検出
装置５０は、主要構成として照明光学装置６０と、検出
光学装置７０を備え、Ｘ線露光によるマスク８０面上の
回路パターンをウェハ９０に転写する妨げとならないよ
うに、夫々Ｘ線露光光領域Ｒの外に対向するように配置
されている。また、マスク８０及びウェハ９０はＸ線露
光光の光軸Ｒｘの方向に微小距離（４０μｍ程度）離間
させて重ね合わされ、所定位置に、夫々アライメントマ
ークとして、後述する逆台形形状のフレネルゾーンマー
ク８２、９２（以下符号８２、９２を夫々「マスクマー
ク」及び、「ウェハマーク」というか、或いはこれらを
単に「マーク」という場合がある。）が形成されてい
る。
【０００４】照明光学装置６０は、Ｈｅ−Ｎｅレーザー
６２とミラー６４を備え、Ｈｅ−Ｎｅレーザー６２より
発生した波長λ＝６３３ｎｍのレーザー光をミラー６４
で斜め下方に反射させ、上記マーク８２、９２に夫々照
射するようにしている。マスクマーク８２、及びウェハ
マーク９２に照射された光は、回折作用によりマスクマ
ーク８２、及びウェハマーク９２の斜め上方に、当該マ
ーク８２、９２のフレネル回折像を結像する。
６２とミラー６４を備え、Ｈｅ−Ｎｅレーザー６２より
発生した波長λ＝６３３ｎｍのレーザー光をミラー６４
で斜め下方に反射させ、上記マーク８２、９２に夫々照
射するようにしている。マスクマーク８２、及びウェハ
マーク９２に照射された光は、回折作用によりマスクマ
ーク８２、及びウェハマーク９２の斜め上方に、当該マ
ーク８２、９２のフレネル回折像を結像する。
【０００５】一方、検出光学装置７０は、対物レンズ７
２、リレーレンズ７４、シリンドリカルレンズ７６及び
リニアセンサ７８より構成される。対物レンズ７２は、
後述するように、マーク８２、９２のフレネル回折像の
主焦点面と当該対物レンズ７２の主焦点面が一致するよ
うに設置され、対物レンズ７２、リレーレンズ７４及び
シリンドリカルレンズ７６によって、図８に示すＹ方向
に細長い検出領域を有するリニアセンサ７８上に夫々重
ね合わせて結像する。
２、リレーレンズ７４、シリンドリカルレンズ７６及び
リニアセンサ７８より構成される。対物レンズ７２は、
後述するように、マーク８２、９２のフレネル回折像の
主焦点面と当該対物レンズ７２の主焦点面が一致するよ
うに設置され、対物レンズ７２、リレーレンズ７４及び
シリンドリカルレンズ７６によって、図８に示すＹ方向
に細長い検出領域を有するリニアセンサ７８上に夫々重
ね合わせて結像する。
【０００６】以上の構成により、従来の位置検出装置５
０により、マスク８０とウェハ９０の相対位置を検出す
る方法について図８乃至図１２を用いて具体的に説明す
る。先ず、図８に示すように、照明光学装置６０からの
レーザー光を、マーク８２、９２に光軸Ａ方向より夫々
照射すると、マスクマーク８２、ウェハマーク９２の夫
々について、レーザー光がフレネル回折され、上述した
ように、マスクマーク８２、ウェハマーク９２の上方の
所定位置に、フレネル回折像の主焦点面が形成される。
０により、マスク８０とウェハ９０の相対位置を検出す
る方法について図８乃至図１２を用いて具体的に説明す
る。先ず、図８に示すように、照明光学装置６０からの
レーザー光を、マーク８２、９２に光軸Ａ方向より夫々
照射すると、マスクマーク８２、ウェハマーク９２の夫
々について、レーザー光がフレネル回折され、上述した
ように、マスクマーク８２、ウェハマーク９２の上方の
所定位置に、フレネル回折像の主焦点面が形成される。
【０００７】次に、このマスクマーク８２とウェハマー
ク９２の関係を図９乃至図１０を用いて説明する。図９
は、マスクマーク８２とウェハマーク９２の関係を示す
要部拡大平面図である。一方、図１０は、マスクマーク
８２の主焦点面とウェハマーク９２の主焦点面との関係
を示す側面図である。図９に示すように、マスクマーク
８２はマスク８０上の所定位置に逆台形形状に形成され
た１つのフレネルゾーンプレートより構成され、ウェハ
マーク９２は、マスク８０の下方にはウェハ９０上に、
マスクマーク８２が中間に位置するように逆台形形状に
形成された１対のフレネルゾーンプレートより構成され
る。また、マスク８０上にはウェハマーク９２上方の対
応位置に、入射光及び回折光が透過するための透明なマ
スクウィンドウ８４が用意されている。
ク９２の関係を図９乃至図１０を用いて説明する。図９
は、マスクマーク８２とウェハマーク９２の関係を示す
要部拡大平面図である。一方、図１０は、マスクマーク
８２の主焦点面とウェハマーク９２の主焦点面との関係
を示す側面図である。図９に示すように、マスクマーク
８２はマスク８０上の所定位置に逆台形形状に形成され
た１つのフレネルゾーンプレートより構成され、ウェハ
マーク９２は、マスク８０の下方にはウェハ９０上に、
マスクマーク８２が中間に位置するように逆台形形状に
形成された１対のフレネルゾーンプレートより構成され
る。また、マスク８０上にはウェハマーク９２上方の対
応位置に、入射光及び回折光が透過するための透明なマ
スクウィンドウ８４が用意されている。
【０００８】この際、マスクマーク８２の光軸Ａ′上の
主焦点距離ｆｍが、ウェハマーク９２の光軸Ａ′上の主
焦点距離ｆｗよりもδ／ｓｉｎθ[μｍ]だけ短くなるよ
うに、マスクマーク８２及びウェハマーク９２を形成す
る。ここで、図１０に示すδ[μｍ]は、マスク８０とウ
ェハ９０のギャップ、また後述する図１２に示すように
θは光軸Ａ′とマスク８０及びウェハ９０の上面となす
角度である。このようにマスクマーク８２及びウェハマ
ーク９２を形成すると、夫々のマーク８２、９２による
フレネルの回折像の主焦点面は、図１０に示すように、
同一面ＦＰ上に形成される。なお、フレネルゾーンマー
ク８２、９２の形状とその主焦点面との関係は、後に詳
しく述べる。
主焦点距離ｆｍが、ウェハマーク９２の光軸Ａ′上の主
焦点距離ｆｗよりもδ／ｓｉｎθ[μｍ]だけ短くなるよ
うに、マスクマーク８２及びウェハマーク９２を形成す
る。ここで、図１０に示すδ[μｍ]は、マスク８０とウ
ェハ９０のギャップ、また後述する図１２に示すように
θは光軸Ａ′とマスク８０及びウェハ９０の上面となす
角度である。このようにマスクマーク８２及びウェハマ
ーク９２を形成すると、夫々のマーク８２、９２による
フレネルの回折像の主焦点面は、図１０に示すように、
同一面ＦＰ上に形成される。なお、フレネルゾーンマー
ク８２、９２の形状とその主焦点面との関係は、後に詳
しく述べる。
【０００９】ところで、マスクマーク８２、又はウェハ
マーク９２がＸ線露光光の光軸Ｒｘ方向にΔδ[μｍ]ず
れると、主焦点面も同じ方向に同じ量のΔδ[μｍ]ずれ
ることになる。マスクマーク８２及びウェハマーク９２
は、上記したように、マスク８０及びウェハ９０に形成
されているので、この主焦点面のずれΔδ[μｍ]は、マ
スク８０、又はウェハ９０のずれとみなすことができ
る。
マーク９２がＸ線露光光の光軸Ｒｘ方向にΔδ[μｍ]ず
れると、主焦点面も同じ方向に同じ量のΔδ[μｍ]ずれ
ることになる。マスクマーク８２及びウェハマーク９２
は、上記したように、マスク８０及びウェハ９０に形成
されているので、この主焦点面のずれΔδ[μｍ]は、マ
スク８０、又はウェハ９０のずれとみなすことができ
る。
【００１０】主焦点面にできるフレネル回折像を図８に
示す検出光学装置７０の対物レンズ７２で結像させ、か
つ、この対物レンズ７２によりこの主焦点面のずれΔδ
[μｍ]を拡大して（拡大率Ｎとする）、リレーレンズ７
４、シリンドリカルレンズ７６を介して、Ｙ方向に走査
するリニアセンサ７８上に結像させると、この結像面上
における主焦点面の移動量はΔδ[μｍ]のＮ倍に拡大さ
れ、この移動量をマスク８０及びウェハ９０についてリ
ニアセンサ７８からの信号を処理することによって求
め、両者のマーク位置を検出する。この位置検出装置５
０により検出した双方の相対位置を基に、図示しない駆
動装置により、マスク８０及びウェハ９０のアライメン
トを行うようにしている。このように、照明光学装置６
０及び検出光学装置７０をＸ線露光光領域Ｒの外に配置
し、照明光や検出光の光軸Ａ、Ａ′をマスク８０及びウ
ェハ９０の垂直線から傾斜させるようにしたので、Ｘ線
露光光と干渉せず、また、位置検出装置５０を退避させ
ることなく、高速度でマスク８０面上の回路パターンを
ウェハ９０に転写することが可能になる。
示す検出光学装置７０の対物レンズ７２で結像させ、か
つ、この対物レンズ７２によりこの主焦点面のずれΔδ
[μｍ]を拡大して（拡大率Ｎとする）、リレーレンズ７
４、シリンドリカルレンズ７６を介して、Ｙ方向に走査
するリニアセンサ７８上に結像させると、この結像面上
における主焦点面の移動量はΔδ[μｍ]のＮ倍に拡大さ
れ、この移動量をマスク８０及びウェハ９０についてリ
ニアセンサ７８からの信号を処理することによって求
め、両者のマーク位置を検出する。この位置検出装置５
０により検出した双方の相対位置を基に、図示しない駆
動装置により、マスク８０及びウェハ９０のアライメン
トを行うようにしている。このように、照明光学装置６
０及び検出光学装置７０をＸ線露光光領域Ｒの外に配置
し、照明光や検出光の光軸Ａ、Ａ′をマスク８０及びウ
ェハ９０の垂直線から傾斜させるようにしたので、Ｘ線
露光光と干渉せず、また、位置検出装置５０を退避させ
ることなく、高速度でマスク８０面上の回路パターンを
ウェハ９０に転写することが可能になる。
【００１１】ところで、アライメントマークとして、マ
スク８０及びウェハ９０に逆台形形状のフレネルゾーン
プレート８２、９２を形成していると述べたが、次に、
このフレネルゾーンプレート８２、９２について図１１
を用いて詳述する。図１１は、マスク８０又はウェハ９
０の所定位置に形成されたフレネルゾーンプレート８
２、９２の形状を示す平面図である。
スク８０及びウェハ９０に逆台形形状のフレネルゾーン
プレート８２、９２を形成していると述べたが、次に、
このフレネルゾーンプレート８２、９２について図１１
を用いて詳述する。図１１は、マスク８０又はウェハ９
０の所定位置に形成されたフレネルゾーンプレート８
２、９２の形状を示す平面図である。
【００１２】例えば、各フレネルゾーンが中心軸に平行
なリニアフレネルゾーンプレートでは、プレート面の上
方に、プレート面に平行な主焦点面を形成する。しか
し、図８に示すように、当該位置検出装置５０では、検
出光学装置７０をＸ線露光光領域Ｒの外に設置するため
に、検出光の光軸Ａ′はフレネルゾーンプレート８２、
９２の垂直線より傾斜している。従って、アライメント
マークとして、リニアフレネルゾーンプレートを用いる
ようにすると、フレネルゾーンプレートが形成する主焦
点面が、検出光学装置７０の対物レンズ７２の主焦点面
に対して傾斜して形成されるために、鮮明なフレネル回
折像が得られず、位置検出精度が低下するという問題が
生じる。
なリニアフレネルゾーンプレートでは、プレート面の上
方に、プレート面に平行な主焦点面を形成する。しか
し、図８に示すように、当該位置検出装置５０では、検
出光学装置７０をＸ線露光光領域Ｒの外に設置するため
に、検出光の光軸Ａ′はフレネルゾーンプレート８２、
９２の垂直線より傾斜している。従って、アライメント
マークとして、リニアフレネルゾーンプレートを用いる
ようにすると、フレネルゾーンプレートが形成する主焦
点面が、検出光学装置７０の対物レンズ７２の主焦点面
に対して傾斜して形成されるために、鮮明なフレネル回
折像が得られず、位置検出精度が低下するという問題が
生じる。
【００１３】この対策として、特開昭６１−２３６１１
８号公報及び特開平２−３０４３０３号公報に、図１１
に示すような逆台形形状（扇形形状）のフレネルゾーン
プレートをアライメントマークとして用いるようにした
位置検出方法が開示されている。この逆台形形状のフレ
ネルゾーンプレートについて詳述すると、図１１に示す
ように、中心軸Ｃ1に沿って略扇形に伸びる透明部分８
２ａ（９２ａ）と不透明部分８２ｂ（９２ｂ）からなる
フレネルゾーンＹ1〜Ｙ8を左右対称に形成し、全体を逆
台形形状とすることによりフレネルゾーンプレート８
２、９２が構成される。また、中心軸Ｃ1からｍ（ｍは
自然数）次のゾーンエッジへの距離をｒmとし、そのフ
レネルゾーンの主焦点距離をｆとすると、距離ｒmと主
焦点距離ｆとには次式のような関係がある。 ｒm 2＝ｍｆλ＋ｍ2λ2／４ （１） ここで、フレネルゾーンプレートに照射する光の波長を
λとした。
８号公報及び特開平２−３０４３０３号公報に、図１１
に示すような逆台形形状（扇形形状）のフレネルゾーン
プレートをアライメントマークとして用いるようにした
位置検出方法が開示されている。この逆台形形状のフレ
ネルゾーンプレートについて詳述すると、図１１に示す
ように、中心軸Ｃ1に沿って略扇形に伸びる透明部分８
２ａ（９２ａ）と不透明部分８２ｂ（９２ｂ）からなる
フレネルゾーンＹ1〜Ｙ8を左右対称に形成し、全体を逆
台形形状とすることによりフレネルゾーンプレート８
２、９２が構成される。また、中心軸Ｃ1からｍ（ｍは
自然数）次のゾーンエッジへの距離をｒmとし、そのフ
レネルゾーンの主焦点距離をｆとすると、距離ｒmと主
焦点距離ｆとには次式のような関係がある。 ｒm 2＝ｍｆλ＋ｍ2λ2／４ （１） ここで、フレネルゾーンプレートに照射する光の波長を
λとした。
【００１４】従って、フレネルゾーンプレート８２、９
２を構成するフレネルゾーンの各形状を調整することに
より主焦点距離ｆを調節することができるので、フレネ
ルゾーンプレートの上端の主焦点距離をｆ1とした場
合、フレネルゾーンプレートの上端におけるｍ次のゾー
ンエッジのフレネルゾーンプレートの中心軸からの距離
ｒm1が、 ｒm1 2＝ｍｆ1λ＋ｍ2λ2／４ （２） となるようにし、下端における主焦点距離をｆ2、フレ
ネルゾーンプレートの下端におけるｍ次のゾーンエッジ
のフレネルゾーンプレートの中心軸からの距離ｒm2が、 ｒm2 2＝ｍｆ2λ＋ｍ2λ2／４ （３） となるようにし、各上下端でのゾーンエッジを夫々直線
的に結ぶことにより、所望の主焦点面を備えた逆台形形
状のフレネルゾーンプレートに形成することが可能であ
る。
２を構成するフレネルゾーンの各形状を調整することに
より主焦点距離ｆを調節することができるので、フレネ
ルゾーンプレートの上端の主焦点距離をｆ1とした場
合、フレネルゾーンプレートの上端におけるｍ次のゾー
ンエッジのフレネルゾーンプレートの中心軸からの距離
ｒm1が、 ｒm1 2＝ｍｆ1λ＋ｍ2λ2／４ （２） となるようにし、下端における主焦点距離をｆ2、フレ
ネルゾーンプレートの下端におけるｍ次のゾーンエッジ
のフレネルゾーンプレートの中心軸からの距離ｒm2が、 ｒm2 2＝ｍｆ2λ＋ｍ2λ2／４ （３） となるようにし、各上下端でのゾーンエッジを夫々直線
的に結ぶことにより、所望の主焦点面を備えた逆台形形
状のフレネルゾーンプレートに形成することが可能であ
る。
【００１５】次に、フレネルゾーンプレート８２、９２
の主焦点面と対物レンズ７２の主焦点面との関係を図１
２を用いて説明する。上述したように、上端の主焦点距
離ｆ1と下端における主焦点距離をｆ2を選択し、各フレ
ネルゾーンをそれに合わせて形成することにより、フレ
ネルゾーンプレートの主焦点面をフレネルゾーンプレー
ト面に対して任意に傾斜させることが可能であるため
（図示のものでは光軸Ａ、Ａ′とマークとのなす角が
θ）、上端の主焦点距離ｆ1と下端における主焦点距離
ｆ2を、図１２に示すように、検出光学装置７０の対物
レンズ７２の主焦点面ＦＰに一致するように選択する
と、フレネルゾーンプレートの回折像を鮮明に図８に示
すリニアセンサ７８上に結像させることができ、位置分
解能が向上し、従って位置検出装置５０の検出精度を向
上させることができる。
の主焦点面と対物レンズ７２の主焦点面との関係を図１
２を用いて説明する。上述したように、上端の主焦点距
離ｆ1と下端における主焦点距離をｆ2を選択し、各フレ
ネルゾーンをそれに合わせて形成することにより、フレ
ネルゾーンプレートの主焦点面をフレネルゾーンプレー
ト面に対して任意に傾斜させることが可能であるため
（図示のものでは光軸Ａ、Ａ′とマークとのなす角が
θ）、上端の主焦点距離ｆ1と下端における主焦点距離
ｆ2を、図１２に示すように、検出光学装置７０の対物
レンズ７２の主焦点面ＦＰに一致するように選択する
と、フレネルゾーンプレートの回折像を鮮明に図８に示
すリニアセンサ７８上に結像させることができ、位置分
解能が向上し、従って位置検出装置５０の検出精度を向
上させることができる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記特開昭
６１−２３６１１８号公報及び特開平２−３０４３０３
号公報に開示されている先行技術では、上記逆台形形状
のフレネルゾーンプレートの主焦点の軌跡は、図１３の
線分Ｆで示すように直線的になると説明されていたが、
厳密な計算によると、図１３に曲線Ｋで示すように、上
端から下端にかけて弓状に窪んだ形状であることが解明
された。
６１−２３６１１８号公報及び特開平２−３０４３０３
号公報に開示されている先行技術では、上記逆台形形状
のフレネルゾーンプレートの主焦点の軌跡は、図１３の
線分Ｆで示すように直線的になると説明されていたが、
厳密な計算によると、図１３に曲線Ｋで示すように、上
端から下端にかけて弓状に窪んだ形状であることが解明
された。
【００１７】例えば、以下の条件下での上記先行技術で
示された主焦点距離と厳密な計算によって算出された主
焦点距離との相違を具体的な計算例によって示す。 フレネルゾーンの次数ｍ：７ ゾーンエッジと中心軸との距離（上端）ｒm1：１８．５
６１２μｍ ゾーンエッジと中心軸との距離（下端）ｒm2：１５．５
５７５μｍ 主焦点距離（上端）ｆ1：１００μｍ 主焦点距離（下端）ｆ2：７０μｍ フレネルゾーンマーク長さＬ：６０μｍ 入射光の波長λ：０．４８８μｍ とすると、この条件下で、フレネルゾーンプレート８
２、９２の上端と下端の中間位置での主焦点距離ｆ3′
は、式（１）に代入すると、 ｒm3 2＝ｍｆ3′λ＋ｍ2λ2／４ から、これよりｆ3′＝８４．３４μｍと算出できる。
ここで、中間位置でのゾーンエッジと中心軸との距離ｒ
m3は、ｒm3＝（ｒm1＋ｒm2）／２＝１７．０５９３μｍ
である。一方、上記先行技術では、主焦点距離の軌跡は
直線状になるので、この先行技術の説明による中間点の
主焦点距離ｆ3は、ｆ3＝（ｆ1＋ｆ2）／２＝８５μｍと
なる。
示された主焦点距離と厳密な計算によって算出された主
焦点距離との相違を具体的な計算例によって示す。 フレネルゾーンの次数ｍ：７ ゾーンエッジと中心軸との距離（上端）ｒm1：１８．５
６１２μｍ ゾーンエッジと中心軸との距離（下端）ｒm2：１５．５
５７５μｍ 主焦点距離（上端）ｆ1：１００μｍ 主焦点距離（下端）ｆ2：７０μｍ フレネルゾーンマーク長さＬ：６０μｍ 入射光の波長λ：０．４８８μｍ とすると、この条件下で、フレネルゾーンプレート８
２、９２の上端と下端の中間位置での主焦点距離ｆ3′
は、式（１）に代入すると、 ｒm3 2＝ｍｆ3′λ＋ｍ2λ2／４ から、これよりｆ3′＝８４．３４μｍと算出できる。
ここで、中間位置でのゾーンエッジと中心軸との距離ｒ
m3は、ｒm3＝（ｒm1＋ｒm2）／２＝１７．０５９３μｍ
である。一方、上記先行技術では、主焦点距離の軌跡は
直線状になるので、この先行技術の説明による中間点の
主焦点距離ｆ3は、ｆ3＝（ｆ1＋ｆ2）／２＝８５μｍと
なる。
【００１８】即ち、上記先行技術では、十分な検証せず
に、フレネルゾーンマークを逆台形形状にすれば、図１
３に直線Ｆで示すように、検出光学装置の対物レンズの
主焦点面に一致した直線状の主焦点面を得られると説明
されていたが、実際は、同図に曲線Ｋで示すように、主
焦点の軌跡は弓状に窪んだ曲線形状で、特にフレネルゾ
ーンプレートの中間点においては、先行技術の説明によ
る主焦点距離ｆ3と、実際の厳密な計算による主焦点距
離ｆ3′との間には、Δｆ＝ｆ3−ｆ3′＝０．０６６μ
ｍの差ができる。従って、従来の逆台形形状のフレネル
ゾーンプレートをアライメントマークとした場合のフレ
ネルゾーンプレートの主焦点面は検出光学装置の対物レ
ンズの主焦点面に厳密には一致せず、その結果、フレネ
ルゾーンプレートの回折像が不鮮明となり、マスクとウ
ェハの相対位置検出精度が低下するという問題がある。
に、フレネルゾーンマークを逆台形形状にすれば、図１
３に直線Ｆで示すように、検出光学装置の対物レンズの
主焦点面に一致した直線状の主焦点面を得られると説明
されていたが、実際は、同図に曲線Ｋで示すように、主
焦点の軌跡は弓状に窪んだ曲線形状で、特にフレネルゾ
ーンプレートの中間点においては、先行技術の説明によ
る主焦点距離ｆ3と、実際の厳密な計算による主焦点距
離ｆ3′との間には、Δｆ＝ｆ3−ｆ3′＝０．０６６μ
ｍの差ができる。従って、従来の逆台形形状のフレネル
ゾーンプレートをアライメントマークとした場合のフレ
ネルゾーンプレートの主焦点面は検出光学装置の対物レ
ンズの主焦点面に厳密には一致せず、その結果、フレネ
ルゾーンプレートの回折像が不鮮明となり、マスクとウ
ェハの相対位置検出精度が低下するという問題がある。
【００１９】本発明は、上記課題（問題点）を解決し、
フレネルゾーンプレートの回折像が鮮明で、マスクとウ
ェハの相対位置検出精度を向上させ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。
フレネルゾーンプレートの回折像が鮮明で、マスクとウ
ェハの相対位置検出精度を向上させ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。
【００２０】
【課題を解決するための手段】本発明の変形フレネルゾ
ーンプレートを用いた位置検出方法では、上記課題を解
決するために、請求項１に記載のものでは、照明光学装
置及び検出光学装置をＸ線露光域外に配置し、Ｘ線露光
光の光軸方向に微小距離離間したマスクとウェハの夫々
の所定位置に形成したアライメントマークに、前記照明
光学装置から斜め上方より所定波長の光を夫々照射し、
前記検出光学装置の受光素子（２次元センサとリニアセ
ンサの両方を含む。）に前記アライメントマークの回折
像を夫々結像させることにより露光光の光軸に直交する
方向の前記マスクとウェハの相対位置を検出するように
した位置検出方法において、前記アライメントマークと
して、各フレネルゾーンのゾーンエッジの形状が逆台形
形状よりも斜辺が中心軸に沿って外側に膨らんだ形状に
形成された変形フレネルゾーンプレートを用いるように
構成した。フレネルゾーンプレートの形状をこのように
形成することにより、フレネルゾーンプレートの主焦点
面が検出光学装置の対物レンズの主焦点面に従来の逆台
形形状のフレネルゾーンプレートの場合よりも、相対的
に近づけることができるようになるので、フレネルゾー
ンプレートの回折像が鮮明になり、マスクとウェハの相
対位置検出精度を向上させることができる。
ーンプレートを用いた位置検出方法では、上記課題を解
決するために、請求項１に記載のものでは、照明光学装
置及び検出光学装置をＸ線露光域外に配置し、Ｘ線露光
光の光軸方向に微小距離離間したマスクとウェハの夫々
の所定位置に形成したアライメントマークに、前記照明
光学装置から斜め上方より所定波長の光を夫々照射し、
前記検出光学装置の受光素子（２次元センサとリニアセ
ンサの両方を含む。）に前記アライメントマークの回折
像を夫々結像させることにより露光光の光軸に直交する
方向の前記マスクとウェハの相対位置を検出するように
した位置検出方法において、前記アライメントマークと
して、各フレネルゾーンのゾーンエッジの形状が逆台形
形状よりも斜辺が中心軸に沿って外側に膨らんだ形状に
形成された変形フレネルゾーンプレートを用いるように
構成した。フレネルゾーンプレートの形状をこのように
形成することにより、フレネルゾーンプレートの主焦点
面が検出光学装置の対物レンズの主焦点面に従来の逆台
形形状のフレネルゾーンプレートの場合よりも、相対的
に近づけることができるようになるので、フレネルゾー
ンプレートの回折像が鮮明になり、マスクとウェハの相
対位置検出精度を向上させることができる。
【００２１】請求項２に記載の変形フレネルゾーンプレ
ートを用いた位置検出方法では、上記フレネルゾーンプ
レートの上端の主焦点距離をｆ1、下端における主焦点
距離をｆ2、前記フレネルゾーンプレートのマーク長を
Ｌ、フレネルゾーンプレートに照射する光の波長をλと
した場合、フレネルゾーンプレートのｍ（ｍは自然数）
次のゾーンを、上端におけるゾーンエッジと中心軸まで
の距離ｒm1が、 ｒm1 2＝ｍｆ1λ＋ｍ2λ2／４ となるようにし、下端におけるゾーンエッジと中心軸ま
での距離ｒm2が、 ｒm2 2＝ｍｆ2λ＋ｍ2λ2／４ となるようにし、上端から下端方向への距離ｘにおける
ゾーンエッジと中心軸までの距離ｒmxが、 ｒmx 2＝ｍｆxλ＋ｍ2λ2／４ （但し、ｆx＝｛（ｆ2−ｆ1）／Ｌ｝ｘ＋ｆ1）となるよ
うに各ｍ次のフレネルゾーンを形成した変形フレネルゾ
ーンプレートを用いるように構成した。各ゾーンエッジ
の形状をこのようにすることにより、フレネルゾーンプ
レートの主焦点面を、検出光学装置の対物レンズの主焦
点面に一致させることができるので、フレネルゾーンプ
レートの回折像が最も鮮明になり、アライメントマーク
としては最適なものであり、従って、マスクとウェハの
相対位置検出精度を一層向上させることができる。
ートを用いた位置検出方法では、上記フレネルゾーンプ
レートの上端の主焦点距離をｆ1、下端における主焦点
距離をｆ2、前記フレネルゾーンプレートのマーク長を
Ｌ、フレネルゾーンプレートに照射する光の波長をλと
した場合、フレネルゾーンプレートのｍ（ｍは自然数）
次のゾーンを、上端におけるゾーンエッジと中心軸まで
の距離ｒm1が、 ｒm1 2＝ｍｆ1λ＋ｍ2λ2／４ となるようにし、下端におけるゾーンエッジと中心軸ま
での距離ｒm2が、 ｒm2 2＝ｍｆ2λ＋ｍ2λ2／４ となるようにし、上端から下端方向への距離ｘにおける
ゾーンエッジと中心軸までの距離ｒmxが、 ｒmx 2＝ｍｆxλ＋ｍ2λ2／４ （但し、ｆx＝｛（ｆ2−ｆ1）／Ｌ｝ｘ＋ｆ1）となるよ
うに各ｍ次のフレネルゾーンを形成した変形フレネルゾ
ーンプレートを用いるように構成した。各ゾーンエッジ
の形状をこのようにすることにより、フレネルゾーンプ
レートの主焦点面を、検出光学装置の対物レンズの主焦
点面に一致させることができるので、フレネルゾーンプ
レートの回折像が最も鮮明になり、アライメントマーク
としては最適なものであり、従って、マスクとウェハの
相対位置検出精度を一層向上させることができる。
【００２２】請求項３に記載の変形フレネルゾーンを用
いた位置検出装置では、照明光学装置及び検出光学装置
をＸ線露光域外に配置し、Ｘ線露光光の光軸方向に微小
距離離間したマスクとウェハの夫々の所定位置に形成し
たアライメントマークに、前記照明光学装置から斜め上
方より所定波長の光を夫々照射し、前記検出光学装置の
受光素子に前記アライメントマークの回折像を夫々結像
させることにより露光光の光軸に直交する方向の前記マ
スクとウェハの相対位置を検出するようにした位置検出
装置において、前記アライメントマークとして、請求項
１又は２に記載の変形フレネルゾーンプレートを用い、
この変形フレネルゾーンプレートの回折像を画像処理す
ることにより前記マスクとウェハの相対位置を算出する
計算機能を備えた構成とした。このように、変形フレネ
ルゾーンプレートの回折像を画像処理することにより前
記マスクとウェハの相対位置を算出する計算機能を付加
することにより、マスクとウェハの相対位置検出精度を
一層向上させた位置検出装置とすることができる。
いた位置検出装置では、照明光学装置及び検出光学装置
をＸ線露光域外に配置し、Ｘ線露光光の光軸方向に微小
距離離間したマスクとウェハの夫々の所定位置に形成し
たアライメントマークに、前記照明光学装置から斜め上
方より所定波長の光を夫々照射し、前記検出光学装置の
受光素子に前記アライメントマークの回折像を夫々結像
させることにより露光光の光軸に直交する方向の前記マ
スクとウェハの相対位置を検出するようにした位置検出
装置において、前記アライメントマークとして、請求項
１又は２に記載の変形フレネルゾーンプレートを用い、
この変形フレネルゾーンプレートの回折像を画像処理す
ることにより前記マスクとウェハの相対位置を算出する
計算機能を備えた構成とした。このように、変形フレネ
ルゾーンプレートの回折像を画像処理することにより前
記マスクとウェハの相対位置を算出する計算機能を付加
することにより、マスクとウェハの相対位置検出精度を
一層向上させた位置検出装置とすることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】本発明の変形フレネルゾーンプレ
ートを用いた位置検出方法の一実施の形態を図１
（Ａ）、（Ｂ）乃至図３を用いて説明する。図１（Ａ）
は、本発明の位置検出方法に用いる変形フレネルゾーン
プレート３０の形状を示す平面図、同図（Ｂ）は、同図
（Ａ）の一部拡大図、図２は、当該フレネルゾーンプレ
ート３０の主焦点面を示す斜視図、図３は、本発明の位
置検出方法に用いる位置検出装置１０の概略構成を示す
側面図である。なお、図３において、図８に示す従来の
位置検出方法に用いる位置検出装置と同一の構成につい
ては、同一の符号を付し、その説明は省略する。
ートを用いた位置検出方法の一実施の形態を図１
（Ａ）、（Ｂ）乃至図３を用いて説明する。図１（Ａ）
は、本発明の位置検出方法に用いる変形フレネルゾーン
プレート３０の形状を示す平面図、同図（Ｂ）は、同図
（Ａ）の一部拡大図、図２は、当該フレネルゾーンプレ
ート３０の主焦点面を示す斜視図、図３は、本発明の位
置検出方法に用いる位置検出装置１０の概略構成を示す
側面図である。なお、図３において、図８に示す従来の
位置検出方法に用いる位置検出装置と同一の構成につい
ては、同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００２４】本発明の位置検出方法では、図３に示すよ
うに、位置検出装置１０としては図８に示したものとほ
ぼ同一の構成のものを用いるが、アライメントマークと
しては図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、複数（図示の
ものでは７）の各フレネルゾーンＺ1〜Ｚ7のゾーンエッ
ジＥ1〜Ｅ7の形状が逆台形形状よりも中心軸Ｃ2に沿っ
て斜辺が弓状に外側に膨らんだ形状に形成された変形フ
レネルゾーンプレート３０を用いるものとする。なお、
図３乃至図６において、７９は受像素子で、これには図
８に示すリニアセンサ７８や２次元センサ（別称イメー
ジセンサ）の両方を含むものとする。
うに、位置検出装置１０としては図８に示したものとほ
ぼ同一の構成のものを用いるが、アライメントマークと
しては図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、複数（図示の
ものでは７）の各フレネルゾーンＺ1〜Ｚ7のゾーンエッ
ジＥ1〜Ｅ7の形状が逆台形形状よりも中心軸Ｃ2に沿っ
て斜辺が弓状に外側に膨らんだ形状に形成された変形フ
レネルゾーンプレート３０を用いるものとする。なお、
図３乃至図６において、７９は受像素子で、これには図
８に示すリニアセンサ７８や２次元センサ（別称イメー
ジセンサ）の両方を含むものとする。
【００２５】以下、本発明の位置検出方法の一実施の形
態を具体的に説明する。先ず、当該フレネルゾーンプレ
ート３０の形状について図１（Ａ）、（Ｂ）及び図２を
用いて詳述する。図１（Ａ）、（Ｂ）において、Ｚ1〜
Ｚ7はフレネルゾーンプレート３０を構成するゾーン、
Ｅ1〜Ｅ7はゾーンエッジ、Ｄは従来の逆台形形状のフレ
ネルゾーンプレートのゾーンエッジ、Ｃ2は中心軸であ
る。図２に示すように、当該フレネルゾーンプレートの
上端の主焦点距離をｆ1、下端における主焦点距離を
ｆ2、フレネルゾーンプレート３０の上端から下端まで
の距離（マーク長さ）をＬ、フレネルゾーンプレート３
０に照射する光の波長をλとした場合、フレネルゾーン
プレート３０の上端におけるｍ次のゾーンエッジＺmの
フレネルゾーンプレートの中心軸Ｃ2からの距離ｒ
m1が、式（２）に示すように、 ｒm1 2＝ｍｆ1λ＋ｍ2λ2／４ となるように各ゾーンＺ1〜Ｚ7のゾーンエッジＥ1〜Ｅ7
の上端部における位置を選択する。
態を具体的に説明する。先ず、当該フレネルゾーンプレ
ート３０の形状について図１（Ａ）、（Ｂ）及び図２を
用いて詳述する。図１（Ａ）、（Ｂ）において、Ｚ1〜
Ｚ7はフレネルゾーンプレート３０を構成するゾーン、
Ｅ1〜Ｅ7はゾーンエッジ、Ｄは従来の逆台形形状のフレ
ネルゾーンプレートのゾーンエッジ、Ｃ2は中心軸であ
る。図２に示すように、当該フレネルゾーンプレートの
上端の主焦点距離をｆ1、下端における主焦点距離を
ｆ2、フレネルゾーンプレート３０の上端から下端まで
の距離（マーク長さ）をＬ、フレネルゾーンプレート３
０に照射する光の波長をλとした場合、フレネルゾーン
プレート３０の上端におけるｍ次のゾーンエッジＺmの
フレネルゾーンプレートの中心軸Ｃ2からの距離ｒ
m1が、式（２）に示すように、 ｒm1 2＝ｍｆ1λ＋ｍ2λ2／４ となるように各ゾーンＺ1〜Ｚ7のゾーンエッジＥ1〜Ｅ7
の上端部における位置を選択する。
【００２６】また、フレネルゾーンプレート３０の下端
におけるｍ次のゾーンエッジＺmのフレネルゾーンプレ
ートの中心軸Ｃ2からの距離ｒm2が、式（３）に示すよ
うに、 ｒm2 2＝ｍｆ2λ＋ｍ2λ2／４ となるように各ゾーンＺ1〜Ｚ7のゾーンエッジＥ1〜Ｅ7
の下端における位置を選択する。
におけるｍ次のゾーンエッジＺmのフレネルゾーンプレ
ートの中心軸Ｃ2からの距離ｒm2が、式（３）に示すよ
うに、 ｒm2 2＝ｍｆ2λ＋ｍ2λ2／４ となるように各ゾーンＺ1〜Ｚ7のゾーンエッジＥ1〜Ｅ7
の下端における位置を選択する。
【００２７】次に、フレネルゾーンプレート３０の上端
から下端方向への距離ｘにおける前記ｍ次のゾーンエッ
ジＺmのフレネルゾーンプレートの中心軸Ｃ2からの距離
ｒmxが、図１（Ａ）に示すように ｒmx 2＝ｍｆxλ＋ｍ2λ2／４ （４） 但し、ｆx＝｛（ｆ2−ｆ1）／Ｌ｝ｘ＋ｆ1 （５） となるように各フレネルゾーンＺ1〜Ｚ7を形成する。な
お、各ゾーンＺ1〜Ｚ7は、図３に示すマスク８０及びウ
ェハ９０の所定位置に、透明部分Ｚ1、Ｚ3、Ｚ5、Ｚ7と
不透明部分Ｚ2、Ｚ4、Ｚ6を交互に縞状に形成すること
により構成される。
から下端方向への距離ｘにおける前記ｍ次のゾーンエッ
ジＺmのフレネルゾーンプレートの中心軸Ｃ2からの距離
ｒmxが、図１（Ａ）に示すように ｒmx 2＝ｍｆxλ＋ｍ2λ2／４ （４） 但し、ｆx＝｛（ｆ2−ｆ1）／Ｌ｝ｘ＋ｆ1 （５） となるように各フレネルゾーンＺ1〜Ｚ7を形成する。な
お、各ゾーンＺ1〜Ｚ7は、図３に示すマスク８０及びウ
ェハ９０の所定位置に、透明部分Ｚ1、Ｚ3、Ｚ5、Ｚ7と
不透明部分Ｚ2、Ｚ4、Ｚ6を交互に縞状に形成すること
により構成される。
【００２８】次に、本発明の位置検出方法に用いる変形
フレネルゾーンプレート３０の形状と、従来の逆台形形
状のフレネルゾーンプレートの形状の相違を、図１
（Ａ）、（Ｂ）を用いて以下に示す具体的な計算によっ
て説明する。 計算例： フレネルゾーンの次数ｍ：７ ゾーンエッジと中心軸との距離（上端）ｒm1：１８．５
６１２μｍ ゾーンエッジと中心軸との距離（下端）ｒm2：１５．５
５７５μｍ 主焦点距離（上端）ｆ1：１００μｍ 主焦点距離（下端）ｆ2：７０μｍ フレネルゾーンマーク長さＬ：６０μｍ 入射光の波長λ：０．４８８μｍ とすると、この条件下で、従来の逆台形形状のフレネル
ゾーンプレートの上端と下端の中間位置では、 主焦点距離： ｆ3＝８４．３４μｍ 中心軸Ｃ2からの距離： ｒm3＝１７．０５９３μｍ であることは上述した。一方、変形フレネルゾーンプレ
ート３０では、 主焦点距離： ｆ3′＝８５．０μｍ 中心軸Ｃ2からの距離： ｒm3′＝１７．１２５μｍ となり、図１（Ｂ）の拡大図に示すように、Δｒ＝０．
０６６μｍ、率にしてΔｒ／ｒ＝０．３８％の分、中心
軸Ｃ2の方向から外側に膨らんだ形状となっている。
フレネルゾーンプレート３０の形状と、従来の逆台形形
状のフレネルゾーンプレートの形状の相違を、図１
（Ａ）、（Ｂ）を用いて以下に示す具体的な計算によっ
て説明する。 計算例： フレネルゾーンの次数ｍ：７ ゾーンエッジと中心軸との距離（上端）ｒm1：１８．５
６１２μｍ ゾーンエッジと中心軸との距離（下端）ｒm2：１５．５
５７５μｍ 主焦点距離（上端）ｆ1：１００μｍ 主焦点距離（下端）ｆ2：７０μｍ フレネルゾーンマーク長さＬ：６０μｍ 入射光の波長λ：０．４８８μｍ とすると、この条件下で、従来の逆台形形状のフレネル
ゾーンプレートの上端と下端の中間位置では、 主焦点距離： ｆ3＝８４．３４μｍ 中心軸Ｃ2からの距離： ｒm3＝１７．０５９３μｍ であることは上述した。一方、変形フレネルゾーンプレ
ート３０では、 主焦点距離： ｆ3′＝８５．０μｍ 中心軸Ｃ2からの距離： ｒm3′＝１７．１２５μｍ となり、図１（Ｂ）の拡大図に示すように、Δｒ＝０．
０６６μｍ、率にしてΔｒ／ｒ＝０．３８％の分、中心
軸Ｃ2の方向から外側に膨らんだ形状となっている。
【００２９】従って、今まで詳しく述べてきたように、
図１１に示す従来の逆台形形状のフレネルゾーンプレー
ト８２、９２は、その主焦点距離が図１３に曲線Ｋで示
すように、弓状に窪んだ軌跡を描くが、フレネルゾーン
プレートの各ゾーンを式（２）乃至式（４）の条件で形
成すると、各ゾーンの主焦点の軌跡を図２の斜視図にＦ
Ｐで示すように、直線状とすることができる。また、ゾ
ーン上端の主焦点距離ｆ1、ゾーン下端の主焦点距離ｆ2
を、図３に示す検出光学装置７０の対物レンズ７２の主
焦点面に合わせると、理論的にフレネルゾーンプレート
の主焦点面と対物レンズ７２の主焦点面を厳密に一致さ
せることができることになる。
図１１に示す従来の逆台形形状のフレネルゾーンプレー
ト８２、９２は、その主焦点距離が図１３に曲線Ｋで示
すように、弓状に窪んだ軌跡を描くが、フレネルゾーン
プレートの各ゾーンを式（２）乃至式（４）の条件で形
成すると、各ゾーンの主焦点の軌跡を図２の斜視図にＦ
Ｐで示すように、直線状とすることができる。また、ゾ
ーン上端の主焦点距離ｆ1、ゾーン下端の主焦点距離ｆ2
を、図３に示す検出光学装置７０の対物レンズ７２の主
焦点面に合わせると、理論的にフレネルゾーンプレート
の主焦点面と対物レンズ７２の主焦点面を厳密に一致さ
せることができることになる。
【００３０】次に、以上の構成により、本発明の変形フ
レネルゾーンプレートを用いた位置検出方法について図
３を用いて具体的に説明する。本発明の位置検出方法の
特徴は、上述したようにアライメントマークとして、従
来の位置検出方法に用いていた逆台形形状のフレネルゾ
ーンプレートを、上記した変形フレネルゾーンプレート
（以下「変形マスクマーク」、「変形ウェハマーク」或
いは単に「変形マーク」という場合がある。）３０に変
更した点にあるので、本発明の位置検出方法に用いる位
置検出装置の概略構成は図８に示したものと同様であ
る。但し、形状の異なるアライメントマーク３０を用い
る関係上、マーク３０の回折像を画像処理する計算機能
において、その構成上の相違点が存在する。
レネルゾーンプレートを用いた位置検出方法について図
３を用いて具体的に説明する。本発明の位置検出方法の
特徴は、上述したようにアライメントマークとして、従
来の位置検出方法に用いていた逆台形形状のフレネルゾ
ーンプレートを、上記した変形フレネルゾーンプレート
（以下「変形マスクマーク」、「変形ウェハマーク」或
いは単に「変形マーク」という場合がある。）３０に変
更した点にあるので、本発明の位置検出方法に用いる位
置検出装置の概略構成は図８に示したものと同様であ
る。但し、形状の異なるアライメントマーク３０を用い
る関係上、マーク３０の回折像を画像処理する計算機能
において、その構成上の相違点が存在する。
【００３１】従って、先ず、図３に示すように、照明光
学装置６０から照射されたレーザー光で、光軸Ａ方向よ
りマスク８０とウェハ９０に形成した変形フレネルゾー
ンマーク３２、３４に夫々照射すると、変形マスクマー
ク３２、変形ウェハマーク３４の夫々について、レーザ
ー光がフレネル回折され、変形マーク３２、３４の上方
の所定位置に、フレネル回折像が結像する。ところで、
上述したように変形マーク３２、３４の夫々について主
焦点面が直線状で、検出光学装置７０の対物レンズ７２
の主焦点面と厳密に一致しているので、対物レンズ７２
の主焦点面に最も鮮明な回折像を結像することになる。
学装置６０から照射されたレーザー光で、光軸Ａ方向よ
りマスク８０とウェハ９０に形成した変形フレネルゾー
ンマーク３２、３４に夫々照射すると、変形マスクマー
ク３２、変形ウェハマーク３４の夫々について、レーザ
ー光がフレネル回折され、変形マーク３２、３４の上方
の所定位置に、フレネル回折像が結像する。ところで、
上述したように変形マーク３２、３４の夫々について主
焦点面が直線状で、検出光学装置７０の対物レンズ７２
の主焦点面と厳密に一致しているので、対物レンズ７２
の主焦点面に最も鮮明な回折像を結像することになる。
【００３２】次に、この最も鮮明な変形マスクマーク３
２、変形ウェハマーク３４の回折像は、検出光学装置７
０の対物レンズ７２、リレーレンズ７４及びシリンドリ
カルレンズ７６によって受像素子７９上に結像する。な
お、図示による説明は省略するが、受像素子７９上に結
像したこの回折像の画像データは計算機能に転送される
ようになっている。従って、従来の位置測定方法と同様
に、マスク８０、又はウェハ９０のＸ線露光光の光軸方
向のずれΔδ[μｍ]を、対物レンズ７２により拡大して
（拡大率Ｎとする）、Ｙ方向に走査する受像素子７９上
に結像させ、受像素子７９からの信号を処理することに
よって求める。この際、予め上記計算機能には変形マス
クマーク３２、変形ウェハマーク３４の形状が記憶され
ており、この変形マーク３２、３４の回折像は上述した
ように最も鮮明なものであるために、画像を対比して、
計算処理する際の分解能が向上し、従って位置検出の精
度を向上させることができる。即ち、アライメントマー
クとして、上述した変形フレネルゾーンプレート３０を
用いた本発明の位置検出方法を用いるようにすると、マ
スク８０とウェハ９０の相対位置の検出精度を向上させ
ることができる。
２、変形ウェハマーク３４の回折像は、検出光学装置７
０の対物レンズ７２、リレーレンズ７４及びシリンドリ
カルレンズ７６によって受像素子７９上に結像する。な
お、図示による説明は省略するが、受像素子７９上に結
像したこの回折像の画像データは計算機能に転送される
ようになっている。従って、従来の位置測定方法と同様
に、マスク８０、又はウェハ９０のＸ線露光光の光軸方
向のずれΔδ[μｍ]を、対物レンズ７２により拡大して
（拡大率Ｎとする）、Ｙ方向に走査する受像素子７９上
に結像させ、受像素子７９からの信号を処理することに
よって求める。この際、予め上記計算機能には変形マス
クマーク３２、変形ウェハマーク３４の形状が記憶され
ており、この変形マーク３２、３４の回折像は上述した
ように最も鮮明なものであるために、画像を対比して、
計算処理する際の分解能が向上し、従って位置検出の精
度を向上させることができる。即ち、アライメントマー
クとして、上述した変形フレネルゾーンプレート３０を
用いた本発明の位置検出方法を用いるようにすると、マ
スク８０とウェハ９０の相対位置の検出精度を向上させ
ることができる。
【００３３】ところで、上記一実施の形態では、図３に
示す検出光学装置７０にシリンドリカルレンズ７６を用
いた例で説明したが、このシリンドリカルレンズ７６
は、光学的なラスター圧縮の作用を有し、検出応答性の
高速化が可能になるという効果を備えている。しかし、
本発明の位置測定方法及び位置検出装置１０に用いる検
出光学装置７０には、このシリンドリカルレンズ７６を
用いない構成の検出光学装置７０′としてもよい。
示す検出光学装置７０にシリンドリカルレンズ７６を用
いた例で説明したが、このシリンドリカルレンズ７６
は、光学的なラスター圧縮の作用を有し、検出応答性の
高速化が可能になるという効果を備えている。しかし、
本発明の位置測定方法及び位置検出装置１０に用いる検
出光学装置７０には、このシリンドリカルレンズ７６を
用いない構成の検出光学装置７０′としてもよい。
【００３４】この例の位置検出装置１０′の構成を図４
に示すが、この場合は、主焦点面にできる変形フレネル
ゾーンマーク３２、３４の回折像を検出光学装置７０′
の対物レンズ７２で結像させ、かつ、この対物レンズ７
２により、マスク８０又はウェハ９０上の変形マーク３
２、３４の主焦点面のずれΔδ[μｍ]を拡大して（拡大
率Ｎとする）、リレーレンズ７４を介して、受像素子７
９上に結像させると、この結像面上における主焦点面の
移動量はΔδ[μｍ]のＮ倍に拡大され、この移動量をマ
スク８０及びウェハ９０について受像素子７９からの信
号を処理することによって求め、両者のマーク位置を検
出する。
に示すが、この場合は、主焦点面にできる変形フレネル
ゾーンマーク３２、３４の回折像を検出光学装置７０′
の対物レンズ７２で結像させ、かつ、この対物レンズ７
２により、マスク８０又はウェハ９０上の変形マーク３
２、３４の主焦点面のずれΔδ[μｍ]を拡大して（拡大
率Ｎとする）、リレーレンズ７４を介して、受像素子７
９上に結像させると、この結像面上における主焦点面の
移動量はΔδ[μｍ]のＮ倍に拡大され、この移動量をマ
スク８０及びウェハ９０について受像素子７９からの信
号を処理することによって求め、両者のマーク位置を検
出する。
【００３５】以下、受像素子７９に結像したマーク画像
のラスター圧縮について、図５乃至図７を用いて補足説
明を行う。図５及び図６は、デジタル的なラスター圧縮
を行うための画像処理機能２０、２６の構成を示すブロ
ック図である。図５において、２２はフレームメモリー
で、２４はＣＰＵである。受像素子７９から送られ、フ
レームメモリー２２に記録されていたディジタル画像を
パソコン等のＣＰＵ２４で取り込み、このＣＰＵ２４で
デジタル的なラスター圧縮をするようにする。また、図
６において、フレームメモリー２２とＣＰＵ２４の間に
ラスター圧縮専用装置２８を設けるようにしても良い。
いずれの場合でも、本発明の位置検出装置１０′は、図
７に示す１次元アライメント信号波形を得ることが可能
である。
のラスター圧縮について、図５乃至図７を用いて補足説
明を行う。図５及び図６は、デジタル的なラスター圧縮
を行うための画像処理機能２０、２６の構成を示すブロ
ック図である。図５において、２２はフレームメモリー
で、２４はＣＰＵである。受像素子７９から送られ、フ
レームメモリー２２に記録されていたディジタル画像を
パソコン等のＣＰＵ２４で取り込み、このＣＰＵ２４で
デジタル的なラスター圧縮をするようにする。また、図
６において、フレームメモリー２２とＣＰＵ２４の間に
ラスター圧縮専用装置２８を設けるようにしても良い。
いずれの場合でも、本発明の位置検出装置１０′は、図
７に示す１次元アライメント信号波形を得ることが可能
である。
【００３６】本発明の変形フレネルゾーンプレートを用
いた位置検出方法及び位置検出装置は、上記実施の形態
には限定されず様々な変更が可能である。上記実施の形
態では、フレネルゾーンプレートの各ゾーンのゾーンエ
ッジの形状が式（４）で示す曲線の例で説明したが、こ
の形状についても種々の変更が可能である。即ち、従来
の位置検出方法で用いたフレネルゾーンプレートの形状
である逆台形形状よりも斜辺が外側に膨らんだ形状に形
成されたフレネルゾーンプレートを用いた位置検出方法
は、本発明の位置検出方法に含まれる。例えば、ゾーン
エッジの上下端の位置と中間点のゾーンエッジの位置を
夫々定めて、夫々上端と中間点のゾーンエッジ、下端と
中間点のゾーンエッジを直線で結び比較的形成し易くし
た６角形形状のフレネルゾーンプレートを用いたとして
も、本発明の範囲に含まれるのは勿論のことである。
いた位置検出方法及び位置検出装置は、上記実施の形態
には限定されず様々な変更が可能である。上記実施の形
態では、フレネルゾーンプレートの各ゾーンのゾーンエ
ッジの形状が式（４）で示す曲線の例で説明したが、こ
の形状についても種々の変更が可能である。即ち、従来
の位置検出方法で用いたフレネルゾーンプレートの形状
である逆台形形状よりも斜辺が外側に膨らんだ形状に形
成されたフレネルゾーンプレートを用いた位置検出方法
は、本発明の位置検出方法に含まれる。例えば、ゾーン
エッジの上下端の位置と中間点のゾーンエッジの位置を
夫々定めて、夫々上端と中間点のゾーンエッジ、下端と
中間点のゾーンエッジを直線で結び比較的形成し易くし
た６角形形状のフレネルゾーンプレートを用いたとして
も、本発明の範囲に含まれるのは勿論のことである。
【００３７】
【発明の効果】本発明の変形フレネルゾーンプレートを
用いた位置検出方法又は位置検出装置は、上述のように
構成したために以下のような優れた効果を有する。 （１）請求項１に記載したようにアライメントマークに
用いるフレネルゾーンプレートの形状を形成すると、フ
レネルゾーンプレートの主焦点面が検出光学装置の対物
レンズの主焦点面に従来の逆台形形状のフレネルゾーン
プレートの場合よりも、相対的に近づけることができる
ようになるので、フレネルゾーンプレートの回折像が鮮
明になり、マスクとウェハの相対位置検出精度を向上さ
せることができる。
用いた位置検出方法又は位置検出装置は、上述のように
構成したために以下のような優れた効果を有する。 （１）請求項１に記載したようにアライメントマークに
用いるフレネルゾーンプレートの形状を形成すると、フ
レネルゾーンプレートの主焦点面が検出光学装置の対物
レンズの主焦点面に従来の逆台形形状のフレネルゾーン
プレートの場合よりも、相対的に近づけることができる
ようになるので、フレネルゾーンプレートの回折像が鮮
明になり、マスクとウェハの相対位置検出精度を向上さ
せることができる。
【００３８】（２）請求項２に記載したようにアライメ
ントマークに用いるフレネルゾーンプレートの各ゾーン
エッジの形状を形成すると、フレネルゾーンプレートの
主焦点が検出光学装置の対物レンズの主焦点面に一致さ
せることができるので、フレネルゾーンプレートの回折
像が最も鮮明になり、アライメントマークとしては最適
なものであり、従って、マスクとウェハの相対位置検出
精度を一層向上させることができる。
ントマークに用いるフレネルゾーンプレートの各ゾーン
エッジの形状を形成すると、フレネルゾーンプレートの
主焦点が検出光学装置の対物レンズの主焦点面に一致さ
せることができるので、フレネルゾーンプレートの回折
像が最も鮮明になり、アライメントマークとしては最適
なものであり、従って、マスクとウェハの相対位置検出
精度を一層向上させることができる。
【００３９】（３）請求項３に記載したように、予め変
形フレネルゾーンプレートの形状を記憶させておき、こ
の変形フレネルゾーンマークの回折像を画像処理し、マ
スクとウェハの相対位置を算出する計算機能を付加する
ことにより、マスクとウェハの相対位置検出精度を一層
向上させた位置検出装置とすることができる。
形フレネルゾーンプレートの形状を記憶させておき、こ
の変形フレネルゾーンマークの回折像を画像処理し、マ
スクとウェハの相対位置を算出する計算機能を付加する
ことにより、マスクとウェハの相対位置検出精度を一層
向上させた位置検出装置とすることができる。
【図１】本発明の変形フレネルゾーンプレートを用いた
位置検出方法に用いるフレネルゾーンプレートの形状を
示す図で、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）は同図
（Ａ）のＢ部分の拡大図である。
位置検出方法に用いるフレネルゾーンプレートの形状を
示す図で、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）は同図
（Ａ）のＢ部分の拡大図である。
【図２】本発明の変形フレネルゾーンプレートを用いた
位置検出方法に用いるフレネルゾーンプレートの主焦点
面を示す斜視図である。
位置検出方法に用いるフレネルゾーンプレートの主焦点
面を示す斜視図である。
【図３】本発明の変形フレネルゾーンプレートを用いた
位置検出方法の一実施の形態を示す側面図である。
位置検出方法の一実施の形態を示す側面図である。
【図４】本発明の変形フレネルゾーンプレートを用いた
位置検出方法の他の実施の形態を示す側面図である。
位置検出方法の他の実施の形態を示す側面図である。
【図５】ラスター圧縮を行うための画像処理機能の構成
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図６】ラスター圧縮を行うための画像処理機能の構成
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図７】ラスター圧縮により得られる１次元アライメン
ト信号波形図である。
ト信号波形図である。
【図８】従来のフレネルゾーンプレートを用いた位置検
出方法の概略構成を示す側面図である。
出方法の概略構成を示す側面図である。
【図９】従来の検出方法に用いるマスクマークとウェハ
マークの関係を説明するための平面図である。
マークの関係を説明するための平面図である。
【図１０】従来の検出方法に用いるマスクマークの主焦
点面とウェハマークの主焦点面の関係を説明するための
側面図である。
点面とウェハマークの主焦点面の関係を説明するための
側面図である。
【図１１】従来の逆台形形状のフレネルゾーンプレート
の形状を示す平面図である。
の形状を示す平面図である。
【図１２】従来のフレネルゾーンプレートの主焦点面と
対物レンズの主焦点面との関係を示す側面図である。
対物レンズの主焦点面との関係を示す側面図である。
【図１３】従来の逆台形形状のフレネルゾーンプレート
の真の主焦点の軌跡を示す斜視図である。
の真の主焦点の軌跡を示す斜視図である。
１０、１０′：位置検出装置 ３０、３２、３４：変形フレネルゾーンプレート ６０：照明光学装置 ７０、７０′：検出光学装置 ７８：リニアセンサ ７９：受像素子 ８０：マスク ９０：ウェハ ｆ1、ｆ2、ｆ3、ｆx：主焦点距離 ｒm1、ｒm2、ｒm3、ｒmx：中心軸とゾーンエッジとの距
離 Ｃ1、Ｃ2：フレネルゾーンマークの中心軸 Ｚ1〜Ｚ7：フレネルゾーン Ｅ1〜Ｅ7：ゾーンエッジ Ｒ：Ｘ線露光光領域 Ｒｘ：露光光の光軸
離 Ｃ1、Ｃ2：フレネルゾーンマークの中心軸 Ｚ1〜Ｚ7：フレネルゾーン Ｅ1〜Ｅ7：ゾーンエッジ Ｒ：Ｘ線露光光領域 Ｒｘ：露光光の光軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/027 G01B 11/00
Claims (3)
- 【請求項１】 照明光学装置及び検出光学装置をＸ線露
光域外に配置し、Ｘ線露光光の光軸方向に微小距離離間
したマスクとウェハの夫々の所定位置に形成したアライ
メントマークに、前記照明光学装置から斜め上方より所
定波長の光を夫々照射し、前記検出光学装置の受光素子
（２次元センサとリニアセンサの両方を含む。）に前記
アライメントマークの回折像を夫々結像させることによ
り露光光の光軸に直交する方向の前記マスクとウェハの
相対位置を検出するようにした位置検出方法において、 前記アライメントマークとして、各フレネルゾーンのゾ
ーンエッジの形状が逆台形形状よりも斜辺が中心軸に沿
って外側に膨らんだ形状に形成された変形フレネルゾー
ンプレートを用いるようにしたことを特徴とする位置検
出方法。 - 【請求項２】 上記フレネルゾーンプレートの上端の主
焦点距離をｆ1、下端における主焦点距離をｆ2、前記フ
レネルゾーンプレートのマーク長をＬ、フレネルゾーン
プレートに照射する光の波長をλとした場合、 フレネルゾーンプレートのｍ（ｍは自然数）次のゾーン
を、 上端におけるゾーンエッジと中心軸までの距離ｒm1が、 ｒm1 2＝ｍｆ1λ＋ｍ2λ2／４ となるようにし、下端におけるゾーンエッジと中心軸ま
での距離ｒm2が、 ｒm2 2＝ｍｆ2λ＋ｍ2λ2／４ となるようにし、上端から下端方向への距離ｘにおける
ゾーンエッジと中心軸までの距離ｒmxが、 ｒmx 2＝ｍｆxλ＋ｍ2λ2／４ （但し、ｆx＝｛（ｆ2−ｆ1）／Ｌ｝ｘ＋ｆ1）となるよ
うに各ｍ次のフレネルゾーンを形成した変形フレネルゾ
ーンプレートを用いるようにしたことを特徴とする請求
項１に記載の位置検出方法。 - 【請求項３】 照明光学装置及び検出光学装置をＸ線露
光域外に配置し、Ｘ線露光光の光軸方向に微小距離離間
したマスクとウェハの夫々の所定位置に形成したアライ
メントマークに、前記照明光学装置から斜め上方より所
定波長の光を夫々照射し、前記検出光学装置の受光素子
に前記アライメントマークの回折像を夫々結像させるこ
とにより露光光の光軸に直交する方向の前記マスクとウ
ェハの相対位置を検出するようにした位置検出装置にお
いて、 前記アライメントマークとして、請求項１又は２に記載
の変形フレネルゾーンプレートを用い、この変形フレネ
ルゾーンプレートの回折像を画像処理することにより前
記マスクとウェハの相対位置を算出する計算機能を備え
たことを特徴とする変形フレネルゾーンプレートを用い
た位置検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10176398A JP3286246B2 (ja) | 1998-03-31 | 1998-03-31 | 変形フレネルゾーンプレート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 |
|---|---|---|---|
| JP10176398A JP3286246B2 (ja) | 1998-03-31 | 1998-03-31 | 変形フレネルゾーンプレートを用いた位置検出方法及び位置検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11283916A JPH11283916A (ja) | 1999-10-15 |
| JP3286246B2 true JP3286246B2 (ja) | 2002-05-27 |
Family
ID=14309279
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10176398A Expired - Fee Related JP3286246B2 (ja) | 1998-03-31 | 1998-03-31 | 変形フレネルゾーンプレートを用いた位置検出方法及び位置検出装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3286246B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4773329B2 (ja) * | 2005-12-22 | 2011-09-14 | パナソニック株式会社 | 界面位置測定方法および測定装置、層厚測定方法および測定装置、並びに、光ディスクの製造方法および製造装置 |
| CN105807579B (zh) * | 2014-12-31 | 2018-10-16 | 上海微电子装备（集团）股份有限公司 | 一种硅片和基板预对准测量装置和方法 |
-
1998
- 1998-03-31 JP JP10176398A patent/JP3286246B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH11283916A (ja) | 1999-10-15 |
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