JP3299144B2 - 近接露光に適用される位置検出装置及び位置検出方法 - Google Patents
近接露光に適用される位置検出装置及び位置検出方法Info
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アライメント時の
位置検出方法、及び位置検出装置に関し、特に、近接露
光のスループット向上に適した位置検出方法、及び位置
検出装置に関する。
位置検出方法、及び位置検出装置に関し、特に、近接露
光のスループット向上に適した位置検出方法、及び位置
検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】レンズ系と画像処理系とを組み合わせた
アライメント装置において、アライメント時のウエハと
マスクの位置合わせ方法として、垂直検出法と斜方検出
法が知られている。垂直検出法は、アライメントマーク
をマスク面に垂直な方向から観測する方法であり、斜方
検出法は、斜めから観測する方法である。
アライメント装置において、アライメント時のウエハと
マスクの位置合わせ方法として、垂直検出法と斜方検出
法が知られている。垂直検出法は、アライメントマーク
をマスク面に垂直な方向から観測する方法であり、斜方
検出法は、斜めから観測する方法である。
【0003】垂直検出法で用いられる合焦方法として、
色収差二重焦点法が知られている。色収差二重焦点法
は、マスクに形成されたマスクマークとウエハに形成さ
れたアライメントマークとを異なる波長の光で観測し、
レンズ系の色収差を利用して同一平面に結像させる方法
である。色収差二重焦点法は、原理的にレンズの光学的
な分解能を高く設定できるため、絶対的な位置検出精度
を高めることができる。
色収差二重焦点法が知られている。色収差二重焦点法
は、マスクに形成されたマスクマークとウエハに形成さ
れたアライメントマークとを異なる波長の光で観測し、
レンズ系の色収差を利用して同一平面に結像させる方法
である。色収差二重焦点法は、原理的にレンズの光学的
な分解能を高く設定できるため、絶対的な位置検出精度
を高めることができる。
【0004】一方、アライメントマークを垂直方向から
観測するために、観測のための光学系が露光領域に入り
込む。このままで露光すると、光学系が露光光を遮るこ
とになるため、露光時には光学系を露光領域から退避さ
せる必要がある。退避させるための移動時間が必要にな
るため、スループットが低下する。また、露光時にアラ
イメントマークを観測できないため位置検出ができなく
なる。これは、露光中のアライメント精度低下の原因に
なる。
観測するために、観測のための光学系が露光領域に入り
込む。このままで露光すると、光学系が露光光を遮るこ
とになるため、露光時には光学系を露光領域から退避さ
せる必要がある。退避させるための移動時間が必要にな
るため、スループットが低下する。また、露光時にアラ
イメントマークを観測できないため位置検出ができなく
なる。これは、露光中のアライメント精度低下の原因に
なる。
【0005】斜方検出法は、光軸がマスク面に対して斜
めになるように光学系を配置するため、露光光を遮らな
いように配置することができる。このため、露光中に光
学系を退避させる必要がなく、露光中でもアライメント
マークを観測することができる。従って、スループット
を低下させることなく、かつ露光中の位置ずれを防止す
ることができる。
めになるように光学系を配置するため、露光光を遮らな
いように配置することができる。このため、露光中に光
学系を退避させる必要がなく、露光中でもアライメント
マークを観測することができる。従って、スループット
を低下させることなく、かつ露光中の位置ずれを防止す
ることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】斜方検出法は、アライ
メントマークとマスクマークを斜方から観測して結像さ
せるため、像歪により位置検出の絶対精度が低下する。
また、照明光の光軸と観測光の光軸が一致していないた
め、照明光の光軸を観測光の光軸と同軸に配置すること
ができない。従って、照明光軸が理想的な光軸からずれ
易くなる。照明光軸が理想的な光軸からずれると、像が
変化し正確な位置検出を行うことが困難になる。
メントマークとマスクマークを斜方から観測して結像さ
せるため、像歪により位置検出の絶対精度が低下する。
また、照明光の光軸と観測光の光軸が一致していないた
め、照明光の光軸を観測光の光軸と同軸に配置すること
ができない。従って、照明光軸が理想的な光軸からずれ
易くなる。照明光軸が理想的な光軸からずれると、像が
変化し正確な位置検出を行うことが困難になる。
【0007】本発明の目的は、スループットを落とすこ
となく、露光中も位置検出が可能な高精度なアライメン
トを行うことができる位置検出方法及び装置を提供する
ことである。
となく、露光中も位置検出が可能な高精度なアライメン
トを行うことができる位置検出方法及び装置を提供する
ことである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、入射光を散乱させる位置合わせ用のウエハマークが
形成された露光面を有するウエハと、入射光を散乱させ
る位置合わせ用のマスクマークが形成された露光マスク
とを、前記露光面が前記露光マスクに対向するように間
隙を挟んで配置する工程と、前記ウエハマーク及びマス
クマークに、第1の波長と第2の波長の光を含む照明光
を照射し、前記ウエハマークから散乱された前記第1の
波長の散乱光、及び前記マスクマークから散乱された前
記第2の波長の散乱光を、前記第1の波長と第2の波長
に対する焦点距離が相互に異なるレンズの軸上色収差を
利用した収束光学系を通して、受光画素が一次元に配列
した画素列を有する受光装置の該画素列上に結像させる
工程と、前記受光装置の画素列の位置に形成された一次
元の像に基づいて、前記ウエハと前記露光マスクとの相
対位置を検出する工程とを含み、前記レンズの光軸が、
前記ウエハの露光面に対して傾いており、前記照明光の
うち前記ウエハの露光面で正反射した光が、前記レンズ
に入射しないように、前記照明光と前記レンズとが配置
されている位置検出方法が提供される。
と、入射光を散乱させる位置合わせ用のウエハマークが
形成された露光面を有するウエハと、入射光を散乱させ
る位置合わせ用のマスクマークが形成された露光マスク
とを、前記露光面が前記露光マスクに対向するように間
隙を挟んで配置する工程と、前記ウエハマーク及びマス
クマークに、第1の波長と第2の波長の光を含む照明光
を照射し、前記ウエハマークから散乱された前記第1の
波長の散乱光、及び前記マスクマークから散乱された前
記第2の波長の散乱光を、前記第1の波長と第2の波長
に対する焦点距離が相互に異なるレンズの軸上色収差を
利用した収束光学系を通して、受光画素が一次元に配列
した画素列を有する受光装置の該画素列上に結像させる
工程と、前記受光装置の画素列の位置に形成された一次
元の像に基づいて、前記ウエハと前記露光マスクとの相
対位置を検出する工程とを含み、前記レンズの光軸が、
前記ウエハの露光面に対して傾いており、前記照明光の
うち前記ウエハの露光面で正反射した光が、前記レンズ
に入射しないように、前記照明光と前記レンズとが配置
されている位置検出方法が提供される。
【0009】本発明の他の観点によると、入射光を散乱
させる位置合わせ用のウエハマークが形成された露光面
を有するウエハと、入射光を散乱させる位置合わせ用の
マスクマークが形成されたマスク面を有し、前記露光面
に対向するように間隙を挟んで保持された露光マスク
に、第1の波長と第2の波長の光を含む照明光を照射す
る照明手段と、前記照明手段からの照明光のうち前記ウ
エハの露光面で正反射した光が入射しない位置に配置さ
れ、前記第1の波長と第2の波長に対する焦点距離が相
互に異なり、前記露光面に対して斜めの光軸を有し、前
記ウエハマーク及びマスクマークからの散乱光を結像さ
せる収束光学系と、前記収束光学系により結像された前
記ウエハマーク及びマスクマークからの散乱光による像
を観測するための1次元画素列とを有する位置検出装置
が提供される。
させる位置合わせ用のウエハマークが形成された露光面
を有するウエハと、入射光を散乱させる位置合わせ用の
マスクマークが形成されたマスク面を有し、前記露光面
に対向するように間隙を挟んで保持された露光マスク
に、第1の波長と第2の波長の光を含む照明光を照射す
る照明手段と、前記照明手段からの照明光のうち前記ウ
エハの露光面で正反射した光が入射しない位置に配置さ
れ、前記第1の波長と第2の波長に対する焦点距離が相
互に異なり、前記露光面に対して斜めの光軸を有し、前
記ウエハマーク及びマスクマークからの散乱光を結像さ
せる収束光学系と、前記収束光学系により結像された前
記ウエハマーク及びマスクマークからの散乱光による像
を観測するための1次元画素列とを有する位置検出装置
が提供される。
【0010】ウエハマーク及びマスクマークに入射光を
散乱させる部分を設けておくと、散乱光のうち観測光学
系の対物レンズの開口内にある光束によって像ができる
ため、このエッジ散乱光を観測することができる。ま
た、ウエハマーク及びマスクマークからの正反射光が観
測光学系に入射せず、エッジからの散乱光のみが入射す
るような方向から照明光を照射しても、エッジ散乱光を
観測することができる。
散乱させる部分を設けておくと、散乱光のうち観測光学
系の対物レンズの開口内にある光束によって像ができる
ため、このエッジ散乱光を観測することができる。ま
た、ウエハマーク及びマスクマークからの正反射光が観
測光学系に入射せず、エッジからの散乱光のみが入射す
るような方向から照明光を照射しても、エッジ散乱光を
観測することができる。
【0011】散乱光を斜方から観測するため、露光範囲
内に光学系を配置する必要がない。このため、露光時に
観測光学系を退避させる必要がなく、露光中も常時位置
検出を行うことができる。
内に光学系を配置する必要がない。このため、露光時に
観測光学系を退避させる必要がなく、露光中も常時位置
検出を行うことができる。
【0012】1次元画素列で画像信号を得るため、2次
元に配置された画素群で画像信号を得る場合に比べて、
より高速な処理が可能になる。
元に配置された画素群で画像信号を得る場合に比べて、
より高速な処理が可能になる。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を説明する前に、
本願発明者による先の提案について説明する。
本願発明者による先の提案について説明する。
【0014】図1は、先の提案による位置検出装置の基
本構成を示す。なお、図1は、本発明の実施例による位
置検出装置の基本構成をも示し、実施例の説明において
も参照される。先の提案による位置検出装置はウエハ/
マスク保持部10、光学系20、及び制御装置30を含
んで構成されている。
本構成を示す。なお、図1は、本発明の実施例による位
置検出装置の基本構成をも示し、実施例の説明において
も参照される。先の提案による位置検出装置はウエハ/
マスク保持部10、光学系20、及び制御装置30を含
んで構成されている。
【0015】ウエハ/マスク保持部10は、ウエハ保持
台15、マスク保持台16、及び駆動機構17から構成
されている。位置合わせ時には、ウエハ保持台15の上
面にウエハ11を保持し、マスク保持台16の下面にマ
スク12を保持する。ウエハ11とマスク12とは、ウ
エハ11の露光面とマスク12のウエハ側の面(マスク
面)との間に一定の間隙が形成されるように平行に配置
される。ウエハ11の露光面には、位置合わせ用のウエ
ハマーク13が形成され、マスク12のマスク面には位
置合わせ用のマスクマーク14が形成されている。
台15、マスク保持台16、及び駆動機構17から構成
されている。位置合わせ時には、ウエハ保持台15の上
面にウエハ11を保持し、マスク保持台16の下面にマ
スク12を保持する。ウエハ11とマスク12とは、ウ
エハ11の露光面とマスク12のウエハ側の面(マスク
面)との間に一定の間隙が形成されるように平行に配置
される。ウエハ11の露光面には、位置合わせ用のウエ
ハマーク13が形成され、マスク12のマスク面には位
置合わせ用のマスクマーク14が形成されている。
【0016】マスクマーク13及びウエハマーク14
は、入射光を散乱させるエッジ若しくは頂点を有する。
これらのマークに光が入射すると、エッジ若しくは頂点
に当たった入射光は散乱し、その他の領域に当たった入
射光は正反射する。ここで、正反射とは、入射光のうち
ほとんどの成分が、同一の反射方向に反射するような態
様の反射をいう。
は、入射光を散乱させるエッジ若しくは頂点を有する。
これらのマークに光が入射すると、エッジ若しくは頂点
に当たった入射光は散乱し、その他の領域に当たった入
射光は正反射する。ここで、正反射とは、入射光のうち
ほとんどの成分が、同一の反射方向に反射するような態
様の反射をいう。
【0017】駆動機構17は、ウエハ保持台15及びマ
スク保持台16を相対的に移動させることができる。図
の左から右にX軸、紙面に垂直な方向に表面から裏面に
向かってY軸、露光面の法線方向にZ軸をとると、ウエ
ハ11とマスク12は相対的に、X軸方向、Y軸方向、
Z軸方向、Z軸の回りの回転方向(θZ 方向)、X軸及
びY軸の回りの回転(あおり)方向(θX 及びθY 方
向)に移動可能である。
スク保持台16を相対的に移動させることができる。図
の左から右にX軸、紙面に垂直な方向に表面から裏面に
向かってY軸、露光面の法線方向にZ軸をとると、ウエ
ハ11とマスク12は相対的に、X軸方向、Y軸方向、
Z軸方向、Z軸の回りの回転方向(θZ 方向)、X軸及
びY軸の回りの回転(あおり)方向(θX 及びθY 方
向)に移動可能である。
【0018】光学系20は、像検出装置21、レンズ2
2、ハーフミラー23、及び光源24を含んで構成され
る。光学系20の光軸25は、XZ面に平行であり、か
つ露光面に対して斜めになるように配置されている。な
お、図1では1枚のレンズのみを表しているが、複数の
レンズで構成してもよく、必要に応じて適宜リレーレン
ズを配置してもよい。
2、ハーフミラー23、及び光源24を含んで構成され
る。光学系20の光軸25は、XZ面に平行であり、か
つ露光面に対して斜めになるように配置されている。な
お、図1では1枚のレンズのみを表しているが、複数の
レンズで構成してもよく、必要に応じて適宜リレーレン
ズを配置してもよい。
【0019】光源24から放射された照明光はハーフミ
ラー23で反射して光軸25に沿った光線束とされ、レ
ンズ22を通して露光面に斜入射される。光源24はレ
ンズ22の像側の焦点に配置されており、光源24から
放射された照明光はレンズ22でコリメートされてほぼ
平行な光線束になる。なお、光源24は、照射光の強度
を調整することができる。
ラー23で反射して光軸25に沿った光線束とされ、レ
ンズ22を通して露光面に斜入射される。光源24はレ
ンズ22の像側の焦点に配置されており、光源24から
放射された照明光はレンズ22でコリメートされてほぼ
平行な光線束になる。なお、光源24は、照射光の強度
を調整することができる。
【0020】ウエハマーク13及びマスクマーク14の
エッジ若しくは頂点で散乱された散乱光のうちレンズ2
2に入射する光は、レンズ22で収束されて像検出装置
21の結像面上に結像する。このように、光学系20に
よる照明はテレセン照明とされ、照明光軸と観測光軸は
同一光軸とされている。
エッジ若しくは頂点で散乱された散乱光のうちレンズ2
2に入射する光は、レンズ22で収束されて像検出装置
21の結像面上に結像する。このように、光学系20に
よる照明はテレセン照明とされ、照明光軸と観測光軸は
同一光軸とされている。
【0021】像検出装置21は、結像面上に結像したウ
エハマーク13及びマスクマーク14からの散乱光によ
る像を光電変換し画像信号を得る。画像信号は制御装置
30に入力される。
エハマーク13及びマスクマーク14からの散乱光によ
る像を光電変換し画像信号を得る。画像信号は制御装置
30に入力される。
【0022】制御装置30は、像検出装置21から入力
された画像信号を処理して、ウエハマーク13とマスク
マーク14の相対位置を検出する。さらに、ウエハマー
ク13とマスクマーク14が所定の相対位置関係になる
ように、駆動機構17に対して制御信号を送出する。駆
動機構17は、この制御信号に基づいてマスク保持台1
6を移動させる。
された画像信号を処理して、ウエハマーク13とマスク
マーク14の相対位置を検出する。さらに、ウエハマー
ク13とマスクマーク14が所定の相対位置関係になる
ように、駆動機構17に対して制御信号を送出する。駆
動機構17は、この制御信号に基づいてマスク保持台1
6を移動させる。
【0023】図2(A)は、ウエハマーク13及びマス
クマーク14の相対位置関係を示す平面図である。長方
形パターンをY軸方向に3個、X軸方向に14個、行列
状に配列して各ウエハマーク13A及び13Bが構成さ
れている。同様の長方形パターンをY軸方向に3個、X
軸方向に5個、行列状に配置して1つのマスクマーク1
4が構成されている。位置合わせが完了した状態では、
マスクマーク14は、Y軸方向に関してウエハマーク1
3Aと13Bとのほぼ中央に配置される。
クマーク14の相対位置関係を示す平面図である。長方
形パターンをY軸方向に3個、X軸方向に14個、行列
状に配列して各ウエハマーク13A及び13Bが構成さ
れている。同様の長方形パターンをY軸方向に3個、X
軸方向に5個、行列状に配置して1つのマスクマーク1
4が構成されている。位置合わせが完了した状態では、
マスクマーク14は、Y軸方向に関してウエハマーク1
3Aと13Bとのほぼ中央に配置される。
【0024】ウエハマーク13A、13B、及びマスク
マーク14の各長方形パターンの長辺はX軸と平行にさ
れ、短辺はY軸と平行にされている。各長方形パターン
の長辺の長さは2μm、短辺の長さは1μmであり、各
マーク内における長方形パターンのX軸及びY軸方向の
配列ピッチは4μmである。ウエハマーク13Aと13
Bとの中心間距離は、56μmである。
マーク14の各長方形パターンの長辺はX軸と平行にさ
れ、短辺はY軸と平行にされている。各長方形パターン
の長辺の長さは2μm、短辺の長さは1μmであり、各
マーク内における長方形パターンのX軸及びY軸方向の
配列ピッチは4μmである。ウエハマーク13Aと13
Bとの中心間距離は、56μmである。
【0025】図2(B)は、図2(A)の一点鎖線B2
−B2における断面図を示す。ウエハマーク13A及び
13Bは、例えば露光面上に形成したSiN膜、ポリシ
リコン膜等をパターニングして形成される。マスクマー
ク14は、例えばSiC等からなるメンブレンのマスク
面上に形成したTa4 B膜をパターニングして形成され
る。
−B2における断面図を示す。ウエハマーク13A及び
13Bは、例えば露光面上に形成したSiN膜、ポリシ
リコン膜等をパターニングして形成される。マスクマー
ク14は、例えばSiC等からなるメンブレンのマスク
面上に形成したTa4 B膜をパターニングして形成され
る。
【0026】図2(C)は、図2(A)の一点鎖線C2
−C2における断面図を示す。光軸25に沿ってウエハ
マーク13A、13B及びマスクマーク14に入射した
照明光は、図2(C)の各長方形パターンの短辺側のエ
ッジで散乱される。エッジ以外の領域に照射された光は
正反射し、図1のレンズ22には入射しない。従って、
像検出装置21でエッジからの散乱光のみを検出するこ
とができる。
−C2における断面図を示す。光軸25に沿ってウエハ
マーク13A、13B及びマスクマーク14に入射した
照明光は、図2(C)の各長方形パターンの短辺側のエ
ッジで散乱される。エッジ以外の領域に照射された光は
正反射し、図1のレンズ22には入射しない。従って、
像検出装置21でエッジからの散乱光のみを検出するこ
とができる。
【0027】図1の光学系20の物空間において光軸2
5に垂直な1つの平面上にある点からの散乱光が、像検
出装置21の結像面上に同時に結像する。結像面上に結
像している物空間内の物点の集合した平面を「物面」と
呼ぶこととする。
5に垂直な1つの平面上にある点からの散乱光が、像検
出装置21の結像面上に同時に結像する。結像面上に結
像している物空間内の物点の集合した平面を「物面」と
呼ぶこととする。
【0028】図2(C)において、ウエハマーク13
A、13B及びマスクマーク14の各エッジのうち、物
面27上にあるエッジからの散乱光は結像面上に合焦す
るが、物面上にないエッジからの散乱光は合焦せず物面
から遠ざかるに従ってピントがぼける。従って、各マー
クのエッジのうち物面に最も近い位置にあるエッジから
の散乱光による像が最も鮮明になり、物面から離れた位
置にあるエッジからの散乱光による像はぼける。図2
(A)に示すように、ウエハマーク13A、13B、及
びマスクマーク14の散乱箇所がX軸方向に複数配置さ
れているため、いずれかの散乱箇所からの散乱光が結像
面上に結像する。
A、13B及びマスクマーク14の各エッジのうち、物
面27上にあるエッジからの散乱光は結像面上に合焦す
るが、物面上にないエッジからの散乱光は合焦せず物面
から遠ざかるに従ってピントがぼける。従って、各マー
クのエッジのうち物面に最も近い位置にあるエッジから
の散乱光による像が最も鮮明になり、物面から離れた位
置にあるエッジからの散乱光による像はぼける。図2
(A)に示すように、ウエハマーク13A、13B、及
びマスクマーク14の散乱箇所がX軸方向に複数配置さ
れているため、いずれかの散乱箇所からの散乱光が結像
面上に結像する。
【0029】図3は、エッジからの散乱光による結像面
上の像のスケッチである。図3のu軸が図2(C)にお
ける物面27とXZ面との交線方向に相当し、v軸が図
2(C)におけるY軸に相当する。ウエハマーク13A
及び13Bからの散乱光による像40A及び40Bが、
v軸方向に離れて現れ、その間にマスクマーク14から
の散乱光による像41が現れる。
上の像のスケッチである。図3のu軸が図2(C)にお
ける物面27とXZ面との交線方向に相当し、v軸が図
2(C)におけるY軸に相当する。ウエハマーク13A
及び13Bからの散乱光による像40A及び40Bが、
v軸方向に離れて現れ、その間にマスクマーク14から
の散乱光による像41が現れる。
【0030】各長方形パターンの前方のエッジと後方の
エッジによる散乱光が観測されるため、1つの長方形パ
ターンに対して2つの点状もしくは短い線状の像が現れ
る。各像において、図2(C)の物面27近傍のエッジ
からの散乱光による像がはっきりと現れ、それから遠く
なるに従ってぼけた像となる。また、図2(C)に示す
ように、観測光軸25が露光面に対して傾いているた
め、ウエハマークからの散乱光による像40A及び40
Bの最もピントの合っている位置とマスクマークからの
散乱光による像41の最もピントの合っている位置と
は、u軸方向に関して一致しない。
エッジによる散乱光が観測されるため、1つの長方形パ
ターンに対して2つの点状もしくは短い線状の像が現れ
る。各像において、図2(C)の物面27近傍のエッジ
からの散乱光による像がはっきりと現れ、それから遠く
なるに従ってぼけた像となる。また、図2(C)に示す
ように、観測光軸25が露光面に対して傾いているた
め、ウエハマークからの散乱光による像40A及び40
Bの最もピントの合っている位置とマスクマークからの
散乱光による像41の最もピントの合っている位置と
は、u軸方向に関して一致しない。
【0031】マスクマークからの散乱光による像41
が、v軸方向に関して像40Aと40Bとの中央に位置
するように図1のウエハ保持台15とマスク保持台16
とを移動させることにより、Y軸方向に関してウエハ1
1とマスク12との位置合わせを行うことができる。
が、v軸方向に関して像40Aと40Bとの中央に位置
するように図1のウエハ保持台15とマスク保持台16
とを移動させることにより、Y軸方向に関してウエハ1
1とマスク12との位置合わせを行うことができる。
【0032】図1に示す位置検出装置では、ウエハマー
ク及びマスクマークを斜方から観測するため、光学系2
0を露光範囲内に配置する必要がない。このため、露光
時に光学系20を露光範囲外に退避させる必要がない。
また、位置合わせ完了後にウエハを露光する場合、露光
中も常時位置検出が可能である。さらに、照明光軸と観
測光軸を同軸にしているため、軸ずれがなく常に安定し
た像を得ることができる。
ク及びマスクマークを斜方から観測するため、光学系2
0を露光範囲内に配置する必要がない。このため、露光
時に光学系20を露光範囲外に退避させる必要がない。
また、位置合わせ完了後にウエハを露光する場合、露光
中も常時位置検出が可能である。さらに、照明光軸と観
測光軸を同軸にしているため、軸ずれがなく常に安定し
た像を得ることができる。
【0033】図4は、像検出装置21により得られた画
像信号を示す。横軸は図3のv軸に対応し、縦軸は光強
度を表す。なお、この画像信号は、図3においてv軸方
向に走査しながら、一走査毎にu軸方向に一定距離移動
して得られた画像信号のうち、像40A及び40Bの最
もピントの合っている位置の走査と像41の最もピント
の合っている位置の走査によって得られた画像信号を合
成したものである。
像信号を示す。横軸は図3のv軸に対応し、縦軸は光強
度を表す。なお、この画像信号は、図3においてv軸方
向に走査しながら、一走査毎にu軸方向に一定距離移動
して得られた画像信号のうち、像40A及び40Bの最
もピントの合っている位置の走査と像41の最もピント
の合っている位置の走査によって得られた画像信号を合
成したものである。
【0034】なお、図4は、ウエハマークがポリシリコ
ンで形成され、マスクマークがTa 4 Bで形成されてい
る場合を示す。
ンで形成され、マスクマークがTa 4 Bで形成されてい
る場合を示す。
【0035】図4に示すように、ほぼ中央にマスクマー
クに対応する3本のピークが現れ、その両側にウエハマ
ークに対応する3本のピークが現れている。
クに対応する3本のピークが現れ、その両側にウエハマ
ークに対応する3本のピークが現れている。
【0036】以下、図4に示す波形から、マスクマーク
とウエハマークとの相対位置を検出する方法の一例を簡
単に説明する。まず、マスクマークに対応するピーク波
形をv軸方向にずらせながら2つのウエハマークの各々
に対応するピーク波形との相関係数を計算する。最大の
相関係数を与えるずらし量が、ウエハマークとマスクマ
ークとの中心間距離に対応する。
とウエハマークとの相対位置を検出する方法の一例を簡
単に説明する。まず、マスクマークに対応するピーク波
形をv軸方向にずらせながら2つのウエハマークの各々
に対応するピーク波形との相関係数を計算する。最大の
相関係数を与えるずらし量が、ウエハマークとマスクマ
ークとの中心間距離に対応する。
【0037】マスクマークに対応するピーク波形とその
両側のウエハマークの各々に対応するピーク波形との間
隔が等しくなるように、ウエハとマスクとを移動するこ
とにより、図1のY軸方向に関して位置合わせを行うこ
とができる。
両側のウエハマークの各々に対応するピーク波形との間
隔が等しくなるように、ウエハとマスクとを移動するこ
とにより、図1のY軸方向に関して位置合わせを行うこ
とができる。
【0038】上記先の提案によると、図4に示す画像信
号を得るために、図3に示すuv面内の像を検出するた
めの2次元カメラが必要になる。標準的なNTSC方式
による撮像の場合、1フィールド分の画像信号の形成に
16msec、1フレーム分の画像信号の形成に33m
secの時間を必要とする。この時間が、位置検出の高
速化を妨げる要因になる。
号を得るために、図3に示すuv面内の像を検出するた
めの2次元カメラが必要になる。標準的なNTSC方式
による撮像の場合、1フィールド分の画像信号の形成に
16msec、1フレーム分の画像信号の形成に33m
secの時間を必要とする。この時間が、位置検出の高
速化を妨げる要因になる。
【0039】本発明の実施例では、NTSC方式による
撮像を行わないため、位置検出の高速化を図ることがで
きる。以下、本発明の実施例について説明する。
撮像を行わないため、位置検出の高速化を図ることがで
きる。以下、本発明の実施例について説明する。
【0040】本発明の実施例による位置検出装置の基本
構成は、図1に示す先の提案の位置検出装置と同様であ
る。以下、先の提案と本実施例との相違点に着目して説
明する。
構成は、図1に示す先の提案の位置検出装置と同様であ
る。以下、先の提案と本実施例との相違点に着目して説
明する。
【0041】本実施例においては、レンズ22として色
収差を利用した二重焦点レンズが用いられる。通常のレ
ンズは、連続スペクトルを有する光を用いたときに鮮明
な像を結ぶようにするために、色収差をなくすように設
計される。本実施例で用いられるレンズ22は、色収差
を積極的に利用し、かつ少なくとも2つの異なる波長の
光に対して鮮明な像を結ぶように設計されている。
収差を利用した二重焦点レンズが用いられる。通常のレ
ンズは、連続スペクトルを有する光を用いたときに鮮明
な像を結ぶようにするために、色収差をなくすように設
計される。本実施例で用いられるレンズ22は、色収差
を積極的に利用し、かつ少なくとも2つの異なる波長の
光に対して鮮明な像を結ぶように設計されている。
【0042】また、本実施例で用いられる像検出装置2
1は、受光素子が1次元に配列した画素列を有する。制
御装置30は、1次元の画素列から得られた画像信号を
処理する。
1は、受光素子が1次元に配列した画素列を有する。制
御装置30は、1次元の画素列から得られた画像信号を
処理する。
【0043】次に、図5を参照して、1次元の画素列を
用いて位置合わせに必要な画像信号を得る原理を説明す
る。
用いて位置合わせに必要な画像信号を得る原理を説明す
る。
【0044】図5は、位置合わせすべきウエハ11とマ
スク12、レンズ22、及び像検出装置21を示す。ウ
エハ11とマスク12が、共にXY平面に平行に、かつ
間隔δを隔てて配置されている。レンズ22の光軸25
は、ウエハ11の露光面の法線と角度θをなし、かつX
Z平面に平行である。
スク12、レンズ22、及び像検出装置21を示す。ウ
エハ11とマスク12が、共にXY平面に平行に、かつ
間隔δを隔てて配置されている。レンズ22の光軸25
は、ウエハ11の露光面の法線と角度θをなし、かつX
Z平面に平行である。
【0045】ウエハ11及びマスク12に第1の波長と
第2の波長を含む照明光を照射する。ウエハ11とマス
ク12との間隔がδのときに、光軸25とウエハ11の
露光面との交点Pから散乱した第1の波長の散乱光及び
光軸25とマスク12のマスク面との交点Qから散乱し
た第2の波長の散乱光が、像検出装置21の画素列の位
置に同時に結像するように設計されている。
第2の波長を含む照明光を照射する。ウエハ11とマス
ク12との間隔がδのときに、光軸25とウエハ11の
露光面との交点Pから散乱した第1の波長の散乱光及び
光軸25とマスク12のマスク面との交点Qから散乱し
た第2の波長の散乱光が、像検出装置21の画素列の位
置に同時に結像するように設計されている。
【0046】実際に位置合わせを行うときには、駆動機
構17がウエハ保持台15もしくはマスク保持台16を
Z軸方向に平行移動させ、露光面とマスク面との間隔が
δになるように調節する。
構17がウエハ保持台15もしくはマスク保持台16を
Z軸方向に平行移動させ、露光面とマスク面との間隔が
δになるように調節する。
【0047】このように設計された図5に示す光学系の
光軸25を、図2(C)に示す光軸25に一致させて、
図2(A)に示すウエハマーク13A、13Bとマスク
マーク14とを観測する場合を考える。
光軸25を、図2(C)に示す光軸25に一致させて、
図2(A)に示すウエハマーク13A、13Bとマスク
マーク14とを観測する場合を考える。
【0048】図6は、像検出装置21の画素列26を含
む仮想的なuv平面上に結像する像の一例を示す。u軸
とv軸の方向は図3の場合と同様である。図2(A)に
示すウエハマーク13A、13B及びマスクマーク14
からの散乱光による像40A、40B及び41が現れ
る。これらの像は、v軸に平行に配置された画素列26
の位置で合焦しており、画素列26からu軸方向に離れ
るに従って徐々にぼける。
む仮想的なuv平面上に結像する像の一例を示す。u軸
とv軸の方向は図3の場合と同様である。図2(A)に
示すウエハマーク13A、13B及びマスクマーク14
からの散乱光による像40A、40B及び41が現れ
る。これらの像は、v軸に平行に配置された画素列26
の位置で合焦しており、画素列26からu軸方向に離れ
るに従って徐々にぼける。
【0049】図3に示すように、ウエハマークからの散
乱光による像40A、40Bと、マスクマークからの散
乱光による像41とがu軸方向に関して異なる位置に現
れる場合には、各像のv軸方向の相対位置を検出するた
めに、これらの像を2次元画像として認識する必要があ
った。
乱光による像40A、40Bと、マスクマークからの散
乱光による像41とがu軸方向に関して異なる位置に現
れる場合には、各像のv軸方向の相対位置を検出するた
めに、これらの像を2次元画像として認識する必要があ
った。
【0050】図6に示すように、各像がu軸方向に関し
て同じ位置に現れる場合には、1次元画像として認識す
れば足りる。すなわち、1次元の画素列26により、各
像に対応するピークを有する図4に示すような画像信号
を得ることができる。この画像信号を得るために必要な
時間は、NTSC方式の1フレーム分の画像信号を得る
ために必要となる時間に比べて短い。このため、より高
速に位置検出を行うことが可能になる。
て同じ位置に現れる場合には、1次元画像として認識す
れば足りる。すなわち、1次元の画素列26により、各
像に対応するピークを有する図4に示すような画像信号
を得ることができる。この画像信号を得るために必要な
時間は、NTSC方式の1フレーム分の画像信号を得る
ために必要となる時間に比べて短い。このため、より高
速に位置検出を行うことが可能になる。
【0051】図6に示すように、ウエハマーク及びマス
クマークからの散乱光による像は、u軸方向に離散的に
配列した点像もしくは線像により構成される。これらの
点像もしくは線像の少なくとも1つが、安定して画素列
26の受光領域内に位置するようにするために、画素列
26の受光領域の幅を、点像もしくは線像の配列ピッチ
よりも広くすることが望ましい。ただし、広すぎると、
ぼけた点像もしくは線像までも検出してしまうため、レ
ンズの被写界深度に相当する幅以下とすることが好まし
い。
クマークからの散乱光による像は、u軸方向に離散的に
配列した点像もしくは線像により構成される。これらの
点像もしくは線像の少なくとも1つが、安定して画素列
26の受光領域内に位置するようにするために、画素列
26の受光領域の幅を、点像もしくは線像の配列ピッチ
よりも広くすることが望ましい。ただし、広すぎると、
ぼけた点像もしくは線像までも検出してしまうため、レ
ンズの被写界深度に相当する幅以下とすることが好まし
い。
【0052】より具体的には、図5においてレンズ22
の被写界深度をd、倍率をAとしたとき、画素列26の
受光領域の幅をA・d/tanθ以下とすることが好ま
しい。また、ウエハマーク及びマスクマークの散乱箇所
のX軸方向の配列ピッチを、d/sinθ以下とするこ
とが好ましい。
の被写界深度をd、倍率をAとしたとき、画素列26の
受光領域の幅をA・d/tanθ以下とすることが好ま
しい。また、ウエハマーク及びマスクマークの散乱箇所
のX軸方向の配列ピッチを、d/sinθ以下とするこ
とが好ましい。
【0053】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
【0054】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ウエハマーク及びマスクマークからの散乱光を斜方から
観測して、高精度に位置検出することができる。位置合
わせを行った後にウエハを露光する場合、露光範囲に光
学系を配置する必要がないため、露光期間中も常時位置
検出を行うことができる。このため、高精度な露光が可
能になる。また、1次元画素列で画像信号を得るため、
2次元に配置された画素群で画像信号を得る場合に比べ
て、より高速な処理が可能になる。
ウエハマーク及びマスクマークからの散乱光を斜方から
観測して、高精度に位置検出することができる。位置合
わせを行った後にウエハを露光する場合、露光範囲に光
学系を配置する必要がないため、露光期間中も常時位置
検出を行うことができる。このため、高精度な露光が可
能になる。また、1次元画素列で画像信号を得るため、
2次元に配置された画素群で画像信号を得る場合に比べ
て、より高速な処理が可能になる。
【図1】先の提案、及び本発明の実施例による位置検出
装置の基本構成を示す図である。
装置の基本構成を示す図である。
【図2】ウエハマークとマスクマークの平面図及び断面
図である。
図である。
【図3】先の提案による位置検出装置を用いてウエハマ
ークとマスクマークからの散乱光を観測した場合の像を
示す図である。
ークとマスクマークからの散乱光を観測した場合の像を
示す図である。
【図4】ウエハマークとマスクマークからの散乱光によ
る像から得られる画像信号を示すグラフである。
る像から得られる画像信号を示すグラフである。
【図5】実施例による位置検出装置の光学系、及びウエ
ハとマスクを示す概略断面図である。
ハとマスクを示す概略断面図である。
【図6】実施例による位置検出装置を用いてウエハマー
クとマスクマークからの散乱光を観測した場合の像を示
す図である。
クとマスクマークからの散乱光を観測した場合の像を示
す図である。
10 ウエハ/マスク保持部 11 ウエハ 12 マスク 13 ウエハマーク 14 マスクマーク 15 ウエハ保持台 16 マスク保持台 17 駆動機構 20 光学系 21 像検出装置 22 レンズ 23 ハーフミラー 24 光源 25 光軸 26 画素列 30 制御装置 40A、40B ウエハマークからの散乱光による像 41 マスクマークからの散乱光による像
───────────────────────────────────────────────────── 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 (7)
- 【請求項1】 入射光を散乱させる位置合わせ用のウエ
ハマークが形成された露光面を有するウエハと、入射光
を散乱させる位置合わせ用のマスクマークが形成された
露光マスクとを、前記露光面が前記露光マスクに対向す
るように間隙を挟んで配置する工程と、 前記ウエハマーク及びマスクマークに、第1の波長と第
2の波長の光を含む照明光を照射し、前記ウエハマーク
から散乱された前記第1の波長の散乱光、及び前記マス
クマークから散乱された前記第2の波長の散乱光を、前
記第1の波長と第2の波長に対する焦点距離が相互に異
なるレンズの軸上色収差を利用した収束光学系を通し
て、受光画素が一次元に配列した画素列を有する受光装
置の該画素列上に結像させる工程と、 前記受光装置の画素列の位置に形成された一次元の像に
基づいて、前記ウエハと前記露光マスクとの相対位置を
検出する工程とを含み、 前記レンズの光軸が、前記ウエハの露光面に対して傾い
ており、 前記照明光のうち前記ウエハの露光面で正反射した光
が、前記レンズに入射しないように、前記照明光と前記
レンズとが配置されている位置検出方法。 - 【請求項2】 前記ウエハマークが、入射光を散乱さ
せる散乱箇所を複数個有し、該散乱箇所が前記照明光の
入射面と、前記ウエハの露光面との交線に平行な直線に
沿って配置されており、 前記マスクマークが、入射光を散乱させる散乱箇所を複
数個有し、該散乱箇所が前記照明光の入射面と、前記露
光マスクのマスクマークが形成された面との交線に平行
な直線に沿って配置されており、 前記結像させる工程において、前記ウエハマーク及びマ
スクマークの各々の複数の散乱箇所のうち少なくとも1
つの散乱箇所から散乱された散乱光を前記画素列上に結
像させる請求項1に記載の位置検出方法。 - 【請求項3】 前記照明光は、前記レンズでコリメー
トされて、前記ウエハマーク及びマスクマークに照射さ
れる請求項1または2に記載の位置検出方法。 - 【請求項4】 入射光を散乱させる位置合わせ用のウエ
ハマークが形成された露光面を有するウエハと、入射光
を散乱させる位置合わせ用のマスクマークが形成された
マスク面を有し、前記露光面に対向するように間隙を挟
んで保持された露光マスクに、第1の波長と第2の波長
の光を含む照明光を照射する照明手段と、 前記照明手段からの照明光のうち前記ウエハの露光面で
正反射した光が入射しない位置に配置され、前記第1の
波長と第2の波長に対する焦点距離が相互に異なり、前
記露光面に対して斜めの光軸を有し、前記ウエハマーク
及びマスクマークからの散乱光を結像させる収束光学系
と、 前記収束光学系により結像された前記ウエハマーク及び
マスクマークからの散乱光による像を観測するための1
次元画素列とを有する位置検出装置。 - 【請求項5】 前記1次元画素列の各画素の配列方向
が、前記収束光学系の光軸と前記露光面の法線とを含む
仮想平面に垂直な方向に対応している請求項4に記載の
位置検出装置。 - 【請求項6】 さらに、前記収束光学系により前記第
1の波長の光を結像させたとき、前記1次元画素列の位
置に像を結ぶ物点が前記露光面上に位置し、前記第2の
波長の光を結像させたとき、前記1次元画素列の位置に
像を結ぶ物点が前記マスク面上に位置するように、前記
ウエハとマスクとの間隔を調節する間隔調節手段を有す
る請求項4または5に記載の位置検出装置。 - 【請求項7】 前記照明手段からの照明光の光軸が前記
収束光学系の光軸に一致する請求項4〜6のいずれかに
記載の位置検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18521197A JP3299144B2 (ja) | 1997-07-10 | 1997-07-10 | 近接露光に適用される位置検出装置及び位置検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18521197A JP3299144B2 (ja) | 1997-07-10 | 1997-07-10 | 近接露光に適用される位置検出装置及び位置検出方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1131644A JPH1131644A (ja) | 1999-02-02 |
JP3299144B2 true JP3299144B2 (ja) | 2002-07-08 |
Family
ID=16166824
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18521197A Expired - Fee Related JP3299144B2 (ja) | 1997-07-10 | 1997-07-10 | 近接露光に適用される位置検出装置及び位置検出方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3299144B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101109966B1 (ko) * | 2003-11-19 | 2012-02-24 | 뉴 인덱스 에이에스 | 근접 검출기 |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004044966A1 (ja) * | 2002-11-13 | 2004-05-27 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | 近接露光における位置合わせ方法と位置合わせ装置 |
JP5747306B2 (ja) * | 2011-05-23 | 2015-07-15 | 株式会社ブイ・テクノロジー | 露光装置のアライメント装置 |
-
1997
- 1997-07-10 JP JP18521197A patent/JP3299144B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101109966B1 (ko) * | 2003-11-19 | 2012-02-24 | 뉴 인덱스 에이에스 | 근접 검출기 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH1131644A (ja) | 1999-02-02 |
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