JP3327781B2 - 位置検出装置及びその検定方法と調整方法 - Google Patents
位置検出装置及びその検定方法と調整方法Info
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は位置検出装置及びそ
の検定方法と調整方法に関するものであり、特に半導体
ＩＣやＬＳＩを製造する際に、レチクル面上のパターン
をウエハに投影する為の投影露光装置において、レチク
ルやウエハ等の物体の位置情報を該物体の像を観察する
ことによって高精度に検出し、該検出した位置情報に基
づいて物体の位置合わせを行う際に好適なものである。
の検定方法と調整方法に関するものであり、特に半導体
ＩＣやＬＳＩを製造する際に、レチクル面上のパターン
をウエハに投影する為の投影露光装置において、レチク
ルやウエハ等の物体の位置情報を該物体の像を観察する
ことによって高精度に検出し、該検出した位置情報に基
づいて物体の位置合わせを行う際に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子の製造技術の進展は近年ます
ます速度を増しており、それに伴って微細加工技術の進
展も著しいものがある。特にその中心をなすレチクル面
上のパターンをウエハに投影する投影露光装置を用いた
光加工技術は１ＭＤＲＡＭを境にサブミクロンの領域に
及んでいる。
ます速度を増しており、それに伴って微細加工技術の進
展も著しいものがある。特にその中心をなすレチクル面
上のパターンをウエハに投影する投影露光装置を用いた
光加工技術は１ＭＤＲＡＭを境にサブミクロンの領域に
及んでいる。
【０００３】投影パターン像の解像力を向上させる手段
として投影露光装置に対して過去より行われてきた方法
に露光光の波長を固定して投影光学系のＮＡを大きくし
ていく手法や、露光波長をｇ線からｉ線、さらにはエキ
シマレ−ザの発振波長というようにより短波長化してい
く手法がある。また最近では位相シフトマスクや変形照
明等により、光露光による光加工の限界を広げる試みが
行われている。
として投影露光装置に対して過去より行われてきた方法
に露光光の波長を固定して投影光学系のＮＡを大きくし
ていく手法や、露光波長をｇ線からｉ線、さらにはエキ
シマレ−ザの発振波長というようにより短波長化してい
く手法がある。また最近では位相シフトマスクや変形照
明等により、光露光による光加工の限界を広げる試みが
行われている。
【０００４】一方、解像力の向上に伴って、投影露光装
置においてウエハとレチクルとを相対的に位置合わせす
るアライメントについても高精度化が必要とされてい
る。半導体素子製造用の投影露光装置は露光装置と同時
に位置検出装置としての機能も必要となっている。
置においてウエハとレチクルとを相対的に位置合わせす
るアライメントについても高精度化が必要とされてい
る。半導体素子製造用の投影露光装置は露光装置と同時
に位置検出装置としての機能も必要となっている。
【０００５】図３は従来の半導体素子製造用の投影露光
装置におけるアライメント用の位置検出系の構成を示し
たものである。ウエハ４の表面内に図に示したように
ｘ、ｙ軸を取るが、投影露光装置の位置検出系はｘ及び
ｙ方向が同様なので、ここではｙ方向の計測について説
明する。ここで位置検出光学系（位置検出系）とは光源
から検出に到るまでの全ての光学系を総称した名称とす
る。
装置におけるアライメント用の位置検出系の構成を示し
たものである。ウエハ４の表面内に図に示したように
ｘ、ｙ軸を取るが、投影露光装置の位置検出系はｘ及び
ｙ方向が同様なので、ここではｙ方向の計測について説
明する。ここで位置検出光学系（位置検出系）とは光源
から検出に到るまでの全ての光学系を総称した名称とす
る。
【０００６】不図示のHe-Ne レ−ザ−等の光源から出射
した光は、ファイバ−１２を通して照明光学系１１に導
かれる。光は偏光ビ−ムスプリッタ１０により紙面に垂
直なＳ偏光成分が反射され、λ/4板７を透過して円偏光
に変換される。その後、光は結像光学系６、５、ミラー
３０、投影露光光学系１を介し、ｘｙｚ方向に駆動可能
なステ−ジ２の上に置かれたウエハ４上に作成されたマ
−ク（アライメントマーク）３１をケ−ラ−照明する。
マ−ク３１からの反射光、あるいは散乱光は再び投影露
光光学系１、ミラー３０、結像光学系５、６を通過した
後、λ/4板７を経て今度は紙面内成分であるＰ偏光に変
換される。Ｐ偏光に変換されたため、光は偏光ビ−ムス
プリッタ１０を透過し、結像レンズ８によってＣＣＤカ
メラ等の光電変換素子９上に前記マ−ク３１の像を結像
する。該光電変換素子９で検出されたマーク像の信号は
画像処理されてマ−ク３１の位置が高精度で検出され、
該検出値からステ−ジ２を駆動してウエハ４の位置合わ
せを行っている。
した光は、ファイバ−１２を通して照明光学系１１に導
かれる。光は偏光ビ−ムスプリッタ１０により紙面に垂
直なＳ偏光成分が反射され、λ/4板７を透過して円偏光
に変換される。その後、光は結像光学系６、５、ミラー
３０、投影露光光学系１を介し、ｘｙｚ方向に駆動可能
なステ−ジ２の上に置かれたウエハ４上に作成されたマ
−ク（アライメントマーク）３１をケ−ラ−照明する。
マ−ク３１からの反射光、あるいは散乱光は再び投影露
光光学系１、ミラー３０、結像光学系５、６を通過した
後、λ/4板７を経て今度は紙面内成分であるＰ偏光に変
換される。Ｐ偏光に変換されたため、光は偏光ビ−ムス
プリッタ１０を透過し、結像レンズ８によってＣＣＤカ
メラ等の光電変換素子９上に前記マ−ク３１の像を結像
する。該光電変換素子９で検出されたマーク像の信号は
画像処理されてマ−ク３１の位置が高精度で検出され、
該検出値からステ−ジ２を駆動してウエハ４の位置合わ
せを行っている。
【０００７】
【発明が解決しようとしている課題】図３に示す従来の
位置検出系では位置検出精度を低下させるいくつかの問
題点が存在している。
位置検出系では位置検出精度を低下させるいくつかの問
題点が存在している。
【０００８】第１に挙げられるのは検出波長に伴う問題
である。このような位置検出系ではアライメント用の光
源として、マーク像の検出時の露光を防ぐため非露光光
を用いている。投影露光光学系１は露光波長に対して諸
収差が最適化されているため、非露光光の波長では収差
が発生し、また製造誤差による影響もあって位置検出時
に計測誤差を発生させる要因となる。
である。このような位置検出系ではアライメント用の光
源として、マーク像の検出時の露光を防ぐため非露光光
を用いている。投影露光光学系１は露光波長に対して諸
収差が最適化されているため、非露光光の波長では収差
が発生し、また製造誤差による影響もあって位置検出時
に計測誤差を発生させる要因となる。
【０００９】第２の要因はケ−ラ−照明に関する問題で
ある。該照明法において照明をσ＝0 で使用するのは、
光量や結像時における空間周波数のカットオフの問題が
あるため実用上困難で、一般には有限の大きさの発光面
を持った光源が用いられる。例えば実際にはレ−ザ−光
源からの光をファイバ−で照明系に導光したり、ランプ
そのものを光源として用いたりしている。
ある。該照明法において照明をσ＝0 で使用するのは、
光量や結像時における空間周波数のカットオフの問題が
あるため実用上困難で、一般には有限の大きさの発光面
を持った光源が用いられる。例えば実際にはレ−ザ−光
源からの光をファイバ−で照明系に導光したり、ランプ
そのものを光源として用いたりしている。
【００１０】σがゼロでないため位置検出面のウエハ面
では光軸に対してある角度を持った照明光が存在する。
ケ−ラ−照明は検出面を一様に照明する手法であるが、
検出光学系の瞳面の分布である有効光源の一様性まで保
証するものではない。従って有効発光面の光強度分布が
マ−クの計測方向に対して対称でない場合、即ち検出面
に対する照明光の入射角分布が非対称な場合、観察され
るマーク像の光強度分布が対称に照明されたものと異な
り、計測誤差を発生させるという問題を生じる。
では光軸に対してある角度を持った照明光が存在する。
ケ−ラ−照明は検出面を一様に照明する手法であるが、
検出光学系の瞳面の分布である有効光源の一様性まで保
証するものではない。従って有効発光面の光強度分布が
マ−クの計測方向に対して対称でない場合、即ち検出面
に対する照明光の入射角分布が非対称な場合、観察され
るマーク像の光強度分布が対称に照明されたものと異な
り、計測誤差を発生させるという問題を生じる。
【００１１】図４（ａ）はｙ方向の計測マ−ク３１の鳥
瞰図、図４（ｂ）は該マ−クをｘ方向から見た断面図、
図４（ｃ）は観察される信号波形を示す。
瞰図、図４（ｂ）は該マ−クをｘ方向から見た断面図、
図４（ｃ）は観察される信号波形を示す。
【００１２】有効発光面の光強度分布は光源の発光強度
分布と等価なので、検出面では該発光領域の強度に依存
した入射角度の強度分布を生じる。図４で３２ａをマ−
ク３１に対して垂直に入射する光、３２ｂと３２ｃをそ
れぞれ垂直方向に対して角度が等しいが方向の異なる方
向からの入射光とし、段差構造を持ったマ−ク３１を照
明して位置検出を行うケ−スを考える。図に示すように
斜方向から入射する光３２ｂの照明光強度が、斜方向か
ら入射する光３２ｃの照明光強度より弱いとすると、マ
−ク３１を検出する場合、マ−クエッジ部の散乱光強度
に差が発生し正確な位置検出ができないという問題が発
生してくる。簡単のためマ−ク３１の断面形状が完全に
対称と仮定すれば、マ−クエッジからの散乱光の干渉条
件の差は考慮しなくてよいが、このように理想的な場合
でも、光３２ｃの方が光３２ｂよりも強度が強ければマ
−クエッジ部での光の散乱の様子が異なり、得られるマ
−クの画像信号は図４（ｃ）に見られるように非対称と
なる。即ち、マ−ク自体が対称であるにもかかわらず、
照明条件が非対称だと検出する画像信号の波形が歪んで
しまい、正確なマ−ク位置の検出が困難となる。勿論、
光３２ｂと光３２ｃの強度が等しければ対称性より、波
形は完全に対称な形となる。
分布と等価なので、検出面では該発光領域の強度に依存
した入射角度の強度分布を生じる。図４で３２ａをマ−
ク３１に対して垂直に入射する光、３２ｂと３２ｃをそ
れぞれ垂直方向に対して角度が等しいが方向の異なる方
向からの入射光とし、段差構造を持ったマ−ク３１を照
明して位置検出を行うケ−スを考える。図に示すように
斜方向から入射する光３２ｂの照明光強度が、斜方向か
ら入射する光３２ｃの照明光強度より弱いとすると、マ
−ク３１を検出する場合、マ−クエッジ部の散乱光強度
に差が発生し正確な位置検出ができないという問題が発
生してくる。簡単のためマ−ク３１の断面形状が完全に
対称と仮定すれば、マ−クエッジからの散乱光の干渉条
件の差は考慮しなくてよいが、このように理想的な場合
でも、光３２ｃの方が光３２ｂよりも強度が強ければマ
−クエッジ部での光の散乱の様子が異なり、得られるマ
−クの画像信号は図４（ｃ）に見られるように非対称と
なる。即ち、マ−ク自体が対称であるにもかかわらず、
照明条件が非対称だと検出する画像信号の波形が歪んで
しまい、正確なマ−ク位置の検出が困難となる。勿論、
光３２ｂと光３２ｃの強度が等しければ対称性より、波
形は完全に対称な形となる。
【００１３】実際の信号の非対称性はマ−ク段差の構造
の違いや、レジスト等の半導体製造工程の違いによって
も生じる。また、エッジの散乱特性は入射光の強度に比
例したり、反比例したりと千差万別な様相を示して信号
の非対称性の発生を複雑化させる。しかしながら、装置
自身としてはまず測定方向における照明光の入射角強度
の非対称性によるマ−クの計測誤差を取り除くのが重要
である。
の違いや、レジスト等の半導体製造工程の違いによって
も生じる。また、エッジの散乱特性は入射光の強度に比
例したり、反比例したりと千差万別な様相を示して信号
の非対称性の発生を複雑化させる。しかしながら、装置
自身としてはまず測定方向における照明光の入射角強度
の非対称性によるマ−クの計測誤差を取り除くのが重要
である。
【００１４】このような現象を解決する方法としては位
置検出系の瞳面や像面に拡散板等のフィルタを配置し、
光強度分布及び角度分布の均一化を図っている。ところ
がこのように拡散板を用いると光強度の均一度に反比例
して物体面での光量の減少を引き起こし、半導体素子の
製造工程によってアライメントマ−クの検出が困難にな
る場合がある。本発明は上記の点及び幾つかの実験を通
して判明した事実を考慮し、投影露光光学系も含む位置
検出光学系の諸収差を除去するよう、該位置検出光学系
の照明条件を最適化し、位置検出精度の向上を図り、高
集積度の半導体素子を製造する際に好適な位置検出装置
及びその検定方法と調整方法の提供を目的とする。
置検出系の瞳面や像面に拡散板等のフィルタを配置し、
光強度分布及び角度分布の均一化を図っている。ところ
がこのように拡散板を用いると光強度の均一度に反比例
して物体面での光量の減少を引き起こし、半導体素子の
製造工程によってアライメントマ−クの検出が困難にな
る場合がある。本発明は上記の点及び幾つかの実験を通
して判明した事実を考慮し、投影露光光学系も含む位置
検出光学系の諸収差を除去するよう、該位置検出光学系
の照明条件を最適化し、位置検出精度の向上を図り、高
集積度の半導体素子を製造する際に好適な位置検出装置
及びその検定方法と調整方法の提供を目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記説明したように位置
検出装置の位置検出光学系の瞳面に当たる像面のフ−リ
エ変換面の一次元、あるいは二次元の光強度分布は、検
出対象物体のマ−クをケ−ラ−照明する光の角度特性に
対応する。そして該角度特性によって検出するべきマ−
クの画像信号は影響を受ける。投影露光光学系を含む位
置検出光学系が検出光に対して無収差の場合、検出され
る画像信号を対称にするためには、照明光の角度特性が
マ−クの中心に対して対称になるようにすればよい。つ
まり、瞳面での光強度分布を光軸に対して対称になるよ
うにすることが必要となる。なおここでの瞳面強度に要
求される対称性はマ−クの計測方向に関するものであ
る。
検出装置の位置検出光学系の瞳面に当たる像面のフ−リ
エ変換面の一次元、あるいは二次元の光強度分布は、検
出対象物体のマ−クをケ−ラ−照明する光の角度特性に
対応する。そして該角度特性によって検出するべきマ−
クの画像信号は影響を受ける。投影露光光学系を含む位
置検出光学系が検出光に対して無収差の場合、検出され
る画像信号を対称にするためには、照明光の角度特性が
マ−クの中心に対して対称になるようにすればよい。つ
まり、瞳面での光強度分布を光軸に対して対称になるよ
うにすることが必要となる。なおここでの瞳面強度に要
求される対称性はマ−クの計測方向に関するものであ
る。
【００１６】更に発明者の実験によれば、検出されるマ
−クの画像信号が特に光強度分布の重心位置に依存して
顕著に変化することが確認された。投影露光光学系を含
む位置検出光学系自体に収差が存在する場合、これらの
影響によるマ−クの画像信号の非対称性は瞳面の光学重
心（光強度分布の重心位置）の調整によってキャンセル
できること、及びこの光学重心の変化に対して信号が敏
感に反応する構造のマ−クのあることも発明者によって
確認された。本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、位置検出光学系を光学重心の調整可能な照明系で構
成し、ある特定の画像信号を観察して照明条件を最適化
することで、マ−クの位置検出精度の向上を図ったこと
を特徴としている。次に具体的に各請求項の発明の構成
を示す。 請求項１の発明の位置検出装置は、波長λの光
を用いて被検物体を光電変換素子上に結像する位置検出
光学系と、前記位置検出光学系によりλ／８の奇数倍或
いはその近辺の段差を有する基準マークを前記光電変換
素子上に結像させた際に前記光電変換素子から得られる
画像信号を用いて前記位置検出光学系の収差に起因する
画像信号の非対称性を検定する手段とを有し、移動ステ
ージ上に設けられた、前記位置検出光学系の光軸方向に
移動可能で且つ光軸回りに回転可能な機構の上に前記基
準マークが設けられており、前記検定する手段は、前記
画像信号を前記基準マークを互いに１８０°回転した関
係にある２つの状態で得て、該２つの状態での画像信号
を用いて前記被対称性に関する評価値を計算し、該評価
値が所定の基準値から外れていた場合に、前記位置検出
光学系の照明系が前記被検物体を照明する照明光の入射
角度分布を調整する手段を有することを特徴としてい
る。請求項２の発明の位置検出装置は、波長λの光を用
いて被検物体を光電変換素子上に結像する位置検出光学
系と、前記位置検出光学系によりλ／８の奇数倍或いは
その近辺の段差を有する基準マークを前記光電変換素子
上に結像させた際に前記光電変換素子から得られる画像
信号を用いて前記位置検出光学系の収差に起因する画像
信号の非対称性を検定する手段とを有し、 移動ステージ
上に設けられた、前記位置検出光学系の光軸方向に移動
可能で且つ光軸回りに回転可能な機構の上に前記基準マ
ークが設けられており、前記検定する手段は、複数個の
位置検出光学系に関しての前記画素信号の非対称性を、
前記基準マークを共通に用いることによって検定し、該
検定手段の結果に基づいて、前記位置検出光学系の照明
系が前記被検物体を照明する照明光の入射角度分布を調
整する手段を有することを特徴としている。請求項３の
発明は請求項２の発明において前記検定を行う手段が、
前記画像信号の非対称性を前記共通の基準マークを用い
て検定するとき、前記基準マークを所定の角度回転して
用いることを特徴としている。請求項４の位置検出装置
の検定方法の発明は、位置検出光学系により波長λの光
を用いて被検物体を光電変換素子上に結像する工程と、
前記位置検出光学系によりλ／８の奇数倍或いはその近
辺の段差を有する基準マークを前記光電変換素子上に結
像させた際に前記光電変換素子から得られる画像信号を
用いて前記位置検出光学系の収差に起因する画像信号の
非対称性を検定する工程とを有し、移動ステージ上に設
けられた、前記位置検出光学系の光軸方向に移動可能で
且つ光軸回りに回転可能な機構の上に前記基準マークが
設けられており、前記検定する工程において、前記画像
信号を前記基準マークを互いに１８０°回転した関係に
ある２つの状態で得て、該２つの状態での画像信号を用
いて前記被対称性に関する評価値を計算し、前記評価値
が所定の基準値から外れていた場合に、前記位置検出光
学系の照明系が前記被検物体を照明する照明光の入射角
度分布を調整する工程を有することを特徴としている。
請求項５の位置検出装置の検定方法の発明は、位置検出
光学系により波長λの光を用いて被検物体を光電変換素
子上に結像する工程と、前記位置検出光学系によりλ／
８の奇数倍或いはその近辺の段差を有する基準マークを
前記光電変換素子上に結像させた際に前記光電変換素子
から得られる画像信号を用いて前記位置検出光学系の収
差に起因する画像信号の非対称性を検定する工程とを有
し、 移動ステージ上に設けられた、前記位置検出光学系
の光軸方向に移動可能で且つ光軸回りに回転可能な機構
の上に前記基準マークが設けられており、前記検定する
工程において、複数個の位置検出光学系に関しての前記
画素信号の非対称性を、前記基準マークを共通に用いる
ことによって検定し、該検定手段の結果に基づいて、前
記位置検出光学系の照明系が前記被検物体を照明する照
明光の入射角度分布を調整する工程を有することを特徴
としている。請求項６の位置検出装置の検定方法の発明
は、前記検定する工程において、前記画像信号の非対称
性を前記共通の基準マークを用いて検定するとき、前期
基準マークを所定の角度回転して用いることを特徴とし
ている。
−クの画像信号が特に光強度分布の重心位置に依存して
顕著に変化することが確認された。投影露光光学系を含
む位置検出光学系自体に収差が存在する場合、これらの
影響によるマ−クの画像信号の非対称性は瞳面の光学重
心（光強度分布の重心位置）の調整によってキャンセル
できること、及びこの光学重心の変化に対して信号が敏
感に反応する構造のマ−クのあることも発明者によって
確認された。本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、位置検出光学系を光学重心の調整可能な照明系で構
成し、ある特定の画像信号を観察して照明条件を最適化
することで、マ−クの位置検出精度の向上を図ったこと
を特徴としている。次に具体的に各請求項の発明の構成
を示す。 請求項１の発明の位置検出装置は、波長λの光
を用いて被検物体を光電変換素子上に結像する位置検出
光学系と、前記位置検出光学系によりλ／８の奇数倍或
いはその近辺の段差を有する基準マークを前記光電変換
素子上に結像させた際に前記光電変換素子から得られる
画像信号を用いて前記位置検出光学系の収差に起因する
画像信号の非対称性を検定する手段とを有し、移動ステ
ージ上に設けられた、前記位置検出光学系の光軸方向に
移動可能で且つ光軸回りに回転可能な機構の上に前記基
準マークが設けられており、前記検定する手段は、前記
画像信号を前記基準マークを互いに１８０°回転した関
係にある２つの状態で得て、該２つの状態での画像信号
を用いて前記被対称性に関する評価値を計算し、該評価
値が所定の基準値から外れていた場合に、前記位置検出
光学系の照明系が前記被検物体を照明する照明光の入射
角度分布を調整する手段を有することを特徴としてい
る。請求項２の発明の位置検出装置は、波長λの光を用
いて被検物体を光電変換素子上に結像する位置検出光学
系と、前記位置検出光学系によりλ／８の奇数倍或いは
その近辺の段差を有する基準マークを前記光電変換素子
上に結像させた際に前記光電変換素子から得られる画像
信号を用いて前記位置検出光学系の収差に起因する画像
信号の非対称性を検定する手段とを有し、 移動ステージ
上に設けられた、前記位置検出光学系の光軸方向に移動
可能で且つ光軸回りに回転可能な機構の上に前記基準マ
ークが設けられており、前記検定する手段は、複数個の
位置検出光学系に関しての前記画素信号の非対称性を、
前記基準マークを共通に用いることによって検定し、該
検定手段の結果に基づいて、前記位置検出光学系の照明
系が前記被検物体を照明する照明光の入射角度分布を調
整する手段を有することを特徴としている。請求項３の
発明は請求項２の発明において前記検定を行う手段が、
前記画像信号の非対称性を前記共通の基準マークを用い
て検定するとき、前記基準マークを所定の角度回転して
用いることを特徴としている。請求項４の位置検出装置
の検定方法の発明は、位置検出光学系により波長λの光
を用いて被検物体を光電変換素子上に結像する工程と、
前記位置検出光学系によりλ／８の奇数倍或いはその近
辺の段差を有する基準マークを前記光電変換素子上に結
像させた際に前記光電変換素子から得られる画像信号を
用いて前記位置検出光学系の収差に起因する画像信号の
非対称性を検定する工程とを有し、移動ステージ上に設
けられた、前記位置検出光学系の光軸方向に移動可能で
且つ光軸回りに回転可能な機構の上に前記基準マークが
設けられており、前記検定する工程において、前記画像
信号を前記基準マークを互いに１８０°回転した関係に
ある２つの状態で得て、該２つの状態での画像信号を用
いて前記被対称性に関する評価値を計算し、前記評価値
が所定の基準値から外れていた場合に、前記位置検出光
学系の照明系が前記被検物体を照明する照明光の入射角
度分布を調整する工程を有することを特徴としている。
請求項５の位置検出装置の検定方法の発明は、位置検出
光学系により波長λの光を用いて被検物体を光電変換素
子上に結像する工程と、前記位置検出光学系によりλ／
８の奇数倍或いはその近辺の段差を有する基準マークを
前記光電変換素子上に結像させた際に前記光電変換素子
から得られる画像信号を用いて前記位置検出光学系の収
差に起因する画像信号の非対称性を検定する工程とを有
し、 移動ステージ上に設けられた、前記位置検出光学系
の光軸方向に移動可能で且つ光軸回りに回転可能な機構
の上に前記基準マークが設けられており、前記検定する
工程において、複数個の位置検出光学系に関しての前記
画素信号の非対称性を、前記基準マークを共通に用いる
ことによって検定し、該検定手段の結果に基づいて、前
記位置検出光学系の照明系が前記被検物体を照明する照
明光の入射角度分布を調整する工程を有することを特徴
としている。請求項６の位置検出装置の検定方法の発明
は、前記検定する工程において、前記画像信号の非対称
性を前記共通の基準マークを用いて検定するとき、前期
基準マークを所定の角度回転して用いることを特徴とし
ている。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態１の半導
体素子製造用の投影露光装置を示すものである。図中、
従来例と同一の構成要素には同じ記号が付されている。
ウエハ４の表面内に図に示したようにｘ、ｙ軸を取る
が、本実施形態の投影露光装置の位置検出光学系はｘ及
びｙ方向の計測は同等なので、ｙ方向の計測についての
み説明する。
体素子製造用の投影露光装置を示すものである。図中、
従来例と同一の構成要素には同じ記号が付されている。
ウエハ４の表面内に図に示したようにｘ、ｙ軸を取る
が、本実施形態の投影露光装置の位置検出光学系はｘ及
びｙ方向の計測は同等なので、ｙ方向の計測についての
み説明する。
【００１８】図１でHeNeレ−ザ−あるいはその他の非露
光光源で構成される光源１３から出射した光はファイバ
−１２を通して照明光学系１１に入射する。光は偏光ビ
−ムスプリッタ１０により紙面に垂直なＳ偏光成分が反
射され、λ/4板７を透過して円偏光に変換される。その
後、光は結像光学系６、５、ミラー３０、投影露光光学
系１を介してｘｙｚ方向に駆動可能なステ−ジ２の上に
置かれたウエハ４上に作成されたマ−クあるいは調整用
の基準マ−ク１４を照明する。マ−クからの反射光、あ
るいは散乱光は再び投影露光光学系１、ミラー３０、結
像光学系５、６を通過した後、λ/4板７を経て今度は紙
面内成分であるＰ偏光に変換される。Ｐ偏光に変換され
たため、光は偏光ビ−ムスプリッタ１０を透過し、結像
レンズ８によってＣＣＤカメラ等の光電変換素子９上に
前記マ−クの像を結像させる。該光電変換素子９で検出
された信号は画像処理されてマ−クの位置が検出され、
該検出値からステ−ジ２を駆動してウエハ４の位置合わ
せを行っている。
光光源で構成される光源１３から出射した光はファイバ
−１２を通して照明光学系１１に入射する。光は偏光ビ
−ムスプリッタ１０により紙面に垂直なＳ偏光成分が反
射され、λ/4板７を透過して円偏光に変換される。その
後、光は結像光学系６、５、ミラー３０、投影露光光学
系１を介してｘｙｚ方向に駆動可能なステ−ジ２の上に
置かれたウエハ４上に作成されたマ−クあるいは調整用
の基準マ−ク１４を照明する。マ−クからの反射光、あ
るいは散乱光は再び投影露光光学系１、ミラー３０、結
像光学系５、６を通過した後、λ/4板７を経て今度は紙
面内成分であるＰ偏光に変換される。Ｐ偏光に変換され
たため、光は偏光ビ−ムスプリッタ１０を透過し、結像
レンズ８によってＣＣＤカメラ等の光電変換素子９上に
前記マ−クの像を結像させる。該光電変換素子９で検出
された信号は画像処理されてマ−クの位置が検出され、
該検出値からステ−ジ２を駆動してウエハ４の位置合わ
せを行っている。
【００１９】本発明は光学重心の調整用の基準マ−ク１
４をステージ２上に設けたことを特徴としている。調整
用の基準マ−ク１４は図９に示す構造を持ったメカニズ
ムの上に形成されている。即ち基準マ−ク１４は第２基
板２１の上に取り付けられているが、第２基板２１はｚ
軸方向の調整が可能となるようにピエゾ素子等の歪電素
子２２を介して第１基板２３の上に設置されており、更
に第１基板２３は回転軸２４によって保持されている。
このような構造を持っているためピエゾ素子２２の印加
電圧を制御することで基準マ−ク１４のフォ−カスを調
整し、更に基準マ−ク１４を所定の角度回転することが
可能となっている。特に基準マ−ク１４を 180°回転さ
せて観察し、回転前の観察と比較して、基準マ−ク１４
の構造自体の非対称性による影響を削除するようにして
いる。本実施形態では、調整用の基準マ−ク１４のよう
な特別なマ−クを装置に設け、これによってウエハと関
係なく簡易に計測でき、且つ安定した調整基準を持つこ
とを可能としている。
４をステージ２上に設けたことを特徴としている。調整
用の基準マ−ク１４は図９に示す構造を持ったメカニズ
ムの上に形成されている。即ち基準マ−ク１４は第２基
板２１の上に取り付けられているが、第２基板２１はｚ
軸方向の調整が可能となるようにピエゾ素子等の歪電素
子２２を介して第１基板２３の上に設置されており、更
に第１基板２３は回転軸２４によって保持されている。
このような構造を持っているためピエゾ素子２２の印加
電圧を制御することで基準マ−ク１４のフォ−カスを調
整し、更に基準マ−ク１４を所定の角度回転することが
可能となっている。特に基準マ−ク１４を 180°回転さ
せて観察し、回転前の観察と比較して、基準マ−ク１４
の構造自体の非対称性による影響を削除するようにして
いる。本実施形態では、調整用の基準マ−ク１４のよう
な特別なマ−クを装置に設け、これによってウエハと関
係なく簡易に計測でき、且つ安定した調整基準を持つこ
とを可能としている。
【００２０】ここでは特別にステ−ジ２上に調整用の基
準マ−ク１４を設けたが、同じことは同様のマ−クを持
つウエハあるいはそれに類するマ−クを持つウエハを用
いて行うことも可能である。
準マ−ク１４を設けたが、同じことは同様のマ−クを持
つウエハあるいはそれに類するマ−クを持つウエハを用
いて行うことも可能である。
【００２１】ここで位置検出光学系の瞳面の光学重心が
計測方向を含む面内で光軸に関して対称ではあるが、検
出波長の光に対して投影露光光学系を含む位置検出光学
系が偏心コマ収差を持つ場合を例に考える。図６は本実
施形態で得られる検出信号の模式図である。図６（ａ）
は計測方向断面の段差形状を持ったマ−クと照明光４
１、及び偏心コマを考慮した散乱光４２ａ、４２ｂを示
す。図６（ｂ）は図６（ａ）の状態での基準マ−クの画
像信号である。マ−クエッジ部からの検出光はマ−ク中
心に対して非対称な波形となる。ここで一方のエッジの
強度をａ、もう一方のエッジの強度をｂ、マ−ク全体の
強度をｃとして、評価値Ｅを、 Ｅ＝（ａ−ｂ）／ｃ (1) とする。評価値Ｅは波形歪みを表すパラメ−タ−と考え
られる。このような定義の下、シリコン（Ｓｉ）で矩形
段差構造を持つアライメントマ−クの段差の高さｄを幾
つか変え、そのときの評価値Ｅを計測した結果を図７に
示す。図で横軸は検出光の HeNe レ−ザ−の波長λでmo
dulus を取った段差（高さ）ｄ、縦軸は評価値Ｅであ
る。検討の結果、評価値Ｅは図７（ａ）に示すように周
期関数的に変化することが実験及びシミュレ−ションか
ら確認された。
計測方向を含む面内で光軸に関して対称ではあるが、検
出波長の光に対して投影露光光学系を含む位置検出光学
系が偏心コマ収差を持つ場合を例に考える。図６は本実
施形態で得られる検出信号の模式図である。図６（ａ）
は計測方向断面の段差形状を持ったマ−クと照明光４
１、及び偏心コマを考慮した散乱光４２ａ、４２ｂを示
す。図６（ｂ）は図６（ａ）の状態での基準マ−クの画
像信号である。マ−クエッジ部からの検出光はマ−ク中
心に対して非対称な波形となる。ここで一方のエッジの
強度をａ、もう一方のエッジの強度をｂ、マ−ク全体の
強度をｃとして、評価値Ｅを、 Ｅ＝（ａ−ｂ）／ｃ (1) とする。評価値Ｅは波形歪みを表すパラメ−タ−と考え
られる。このような定義の下、シリコン（Ｓｉ）で矩形
段差構造を持つアライメントマ−クの段差の高さｄを幾
つか変え、そのときの評価値Ｅを計測した結果を図７に
示す。図で横軸は検出光の HeNe レ−ザ−の波長λでmo
dulus を取った段差（高さ）ｄ、縦軸は評価値Ｅであ
る。検討の結果、評価値Ｅは図７（ａ）に示すように周
期関数的に変化することが実験及びシミュレ−ションか
ら確認された。
【００２２】これに対し図７（ｂ）は投影露光光学系を
含む位置検出光学系に収差がない状態で、図１に示した
ファイバ−１２の端面（瞳面）が偏心した時の段差に対
する評価値Ｅを示したものである。実線は瞳面での光学
重心の偏心を計測方向に検出系のＮＡの 3% ずらした場
合の特性、破線は同様に 1.5% 偏心させた時の特性を示
す。縦軸、及び横軸は図７（ａ）と同じである。瞳面で
の光学重心の偏心量に応じて評価値Ｅが振幅を持って変
化していることが分かる。即ち位置検出光学系に収差が
存在しない場合は、瞳面の光学重心を光軸上に調整する
ことで、段差の高さに依存しない、つまり多数ある半導
体製造工程間でマ−クの構造に依存したオフセット（工
程間オフセット）の少ない位置検出光学系を達成するこ
とができる。
含む位置検出光学系に収差がない状態で、図１に示した
ファイバ−１２の端面（瞳面）が偏心した時の段差に対
する評価値Ｅを示したものである。実線は瞳面での光学
重心の偏心を計測方向に検出系のＮＡの 3% ずらした場
合の特性、破線は同様に 1.5% 偏心させた時の特性を示
す。縦軸、及び横軸は図７（ａ）と同じである。瞳面で
の光学重心の偏心量に応じて評価値Ｅが振幅を持って変
化していることが分かる。即ち位置検出光学系に収差が
存在しない場合は、瞳面の光学重心を光軸上に調整する
ことで、段差の高さに依存しない、つまり多数ある半導
体製造工程間でマ−クの構造に依存したオフセット（工
程間オフセット）の少ない位置検出光学系を達成するこ
とができる。
【００２３】図７（ａ）と図７（ｂ）の両者は類似した
正弦波状の特性を持っている。従って投影露光光学系を
含む位置検出光学系に偏心コマ成分がある場合、偏心コ
マによるマ−クに基づく画像信号の波形歪みを打ち消す
方向に光学重心を調整することで、理想的な場合と同様
に段差の高さに影響されない位置検出光学系を達成する
ことができる。また図７（ａ），（ｂ）より段差がλ/
8、または 3λ/8近辺の段差を持つマ−クを用いること
で敏感に、且つ効率よく光学重心の調整を行うことがで
きることも分かった。実際の調整ではＳｉウエハを使っ
て矩形段差マ−クを作成すると、段差量ｄの制御が容易
であるため都合が良い。しかしながらその他の材質を用
いてこれに類似するマ−ク、つまり矩形段差構造を持
ち、検出光に対してエッジ部のみ干渉現象を持つような
マ−クを用いても同様の効果が達成できる。また、図７
で示した様に段差に対する評価値は周期的に変化するの
で、λ/8，3/8λに限定されず、1/8λの奇数倍の段差を
用いることで、同様の効果が得られることは、このグラ
フからも容易に推測できる。
正弦波状の特性を持っている。従って投影露光光学系を
含む位置検出光学系に偏心コマ成分がある場合、偏心コ
マによるマ−クに基づく画像信号の波形歪みを打ち消す
方向に光学重心を調整することで、理想的な場合と同様
に段差の高さに影響されない位置検出光学系を達成する
ことができる。また図７（ａ），（ｂ）より段差がλ/
8、または 3λ/8近辺の段差を持つマ−クを用いること
で敏感に、且つ効率よく光学重心の調整を行うことがで
きることも分かった。実際の調整ではＳｉウエハを使っ
て矩形段差マ−クを作成すると、段差量ｄの制御が容易
であるため都合が良い。しかしながらその他の材質を用
いてこれに類似するマ−ク、つまり矩形段差構造を持
ち、検出光に対してエッジ部のみ干渉現象を持つような
マ−クを用いても同様の効果が達成できる。また、図７
で示した様に段差に対する評価値は周期的に変化するの
で、λ/8，3/8λに限定されず、1/8λの奇数倍の段差を
用いることで、同様の効果が得られることは、このグラ
フからも容易に推測できる。
【００２４】図５は実際の調整手順を示したフローチャ
ートである。調整はこれまで説明したように段差がλ/
8、または λ/8近辺の段差を持つウエハを用いても行う
ことができるが、ここでは図１に従って、調整用の基準
マ−ク１４を用いた場合について説明する。
ートである。調整はこれまで説明したように段差がλ/
8、または λ/8近辺の段差を持つウエハを用いても行う
ことができるが、ここでは図１に従って、調整用の基準
マ−ク１４を用いた場合について説明する。
【００２５】まず調整用の基準マ−ク１４を回転がない
初期状態においてピエゾ２２を用いてフォ−カス位置に
駆動して、該基準マ−ク１４の画像デ−タの取り込みを
行う。この状態での計測を添字 nを付けて表す事とし、
得られた画像デ−タのエッジ信号の高さをａn、ｂn 、信
号の全体強度をｃn とすると、 (1)式より評価値Ｅnを
計算することができる。
初期状態においてピエゾ２２を用いてフォ−カス位置に
駆動して、該基準マ−ク１４の画像デ−タの取り込みを
行う。この状態での計測を添字 nを付けて表す事とし、
得られた画像デ−タのエッジ信号の高さをａn、ｂn 、信
号の全体強度をｃn とすると、 (1)式より評価値Ｅnを
計算することができる。
【００２６】次に調整用の基準マ−ク１４を回転軸２４
により 180°回転し、再びピエゾ２２によりフォ−カス
駆動を行って画像デ−タを取り込む。この状態での計測
を添字rを付けて表す事とし、得られた画像デ−タのエ
ッジ信号の高さをａr、ｂr、信号の全体強度をｃrとすれ
ば、(1)式より評価値Ｅnを計算することができる。その
後、２つの評価値を平均化して Ｅ0＝（Ｅn＋Ｅr）／2 (2) を最終評価値とする。評価値Ｅ0が所定の判断基準Ｅth
よりも小さければ、検出光学系の調整が十分になされて
いることになり通常のアライメント・ル−チンを続ける
ことができる。なお、判断基準Ｅthは位置検出光学系ご
とに、発生する工程間オフセットが許容範囲となるよう
な判断基準値として予め設定されている。評価値Ｅ0が
条件(2)を満足しない場合は評価値Ｅ0に関する情報をＣ
ＲＴ等の表示手段に表示する。この場合は位置検出光学
系の調整が不十分であるため評価値Ｅ0の値が判断基準
Ｅth以下になるまで光学重心の最適化が繰り返し行われ
る。
により 180°回転し、再びピエゾ２２によりフォ−カス
駆動を行って画像デ−タを取り込む。この状態での計測
を添字rを付けて表す事とし、得られた画像デ−タのエ
ッジ信号の高さをａr、ｂr、信号の全体強度をｃrとすれ
ば、(1)式より評価値Ｅnを計算することができる。その
後、２つの評価値を平均化して Ｅ0＝（Ｅn＋Ｅr）／2 (2) を最終評価値とする。評価値Ｅ0が所定の判断基準Ｅth
よりも小さければ、検出光学系の調整が十分になされて
いることになり通常のアライメント・ル−チンを続ける
ことができる。なお、判断基準Ｅthは位置検出光学系ご
とに、発生する工程間オフセットが許容範囲となるよう
な判断基準値として予め設定されている。評価値Ｅ0が
条件(2)を満足しない場合は評価値Ｅ0に関する情報をＣ
ＲＴ等の表示手段に表示する。この場合は位置検出光学
系の調整が不十分であるため評価値Ｅ0の値が判断基準
Ｅth以下になるまで光学重心の最適化が繰り返し行われ
る。
【００２７】以上述べたように調整用の基準マ−ク１４
の回転しない画像と、180 °回転した画像を用いること
で、使用する基準マ−ク１４が保有する非対称性による
オフセットの影響を除去している。従って基準マ−ク１
４の段差構造がマ−ク中心に対して完全に対称なことが
予め分かっている場合は 180°回転して計測するという
操作を割愛することができる。また 180°の回転により
発生するオフセット量が予め分かっている場合も、回転
操作を割愛し、代わりに該オフセット量を評価値Ｅn に
反映させて最終評価値Ｅ0 を求めることができる。
の回転しない画像と、180 °回転した画像を用いること
で、使用する基準マ−ク１４が保有する非対称性による
オフセットの影響を除去している。従って基準マ−ク１
４の段差構造がマ−ク中心に対して完全に対称なことが
予め分かっている場合は 180°回転して計測するという
操作を割愛することができる。また 180°の回転により
発生するオフセット量が予め分かっている場合も、回転
操作を割愛し、代わりに該オフセット量を評価値Ｅn に
反映させて最終評価値Ｅ0 を求めることができる。
【００２８】これまでの説明は一方向の調整、即ち図１
のｙ方向の計測の調整について述べてきたが、最終的な
位置合わせは二次元的になされねばならない。その場
合、前記ｙ方向と直交するｘ方向、即ち図１のｘ方向に
ついての調整も同様に行うことができる。即ちｘ方向に
ついては調整用の基準マ−ク１４を90°、 270°と回転
させ、ｙ方向と同様に互いに 180°異なる２つの状態に
して計測を行えば、一つの調整用マ−ク１４でｘ、ｙ両
方向を賄うことができる。一つのマ−クを用いると省ス
ペ−スとなると同時に、マ−ク自体が２つの方向で共通
となるため、オフセットの管理上からも実用的に価値が
大きい。
のｙ方向の計測の調整について述べてきたが、最終的な
位置合わせは二次元的になされねばならない。その場
合、前記ｙ方向と直交するｘ方向、即ち図１のｘ方向に
ついての調整も同様に行うことができる。即ちｘ方向に
ついては調整用の基準マ−ク１４を90°、 270°と回転
させ、ｙ方向と同様に互いに 180°異なる２つの状態に
して計測を行えば、一つの調整用マ−ク１４でｘ、ｙ両
方向を賄うことができる。一つのマ−クを用いると省ス
ペ−スとなると同時に、マ−ク自体が２つの方向で共通
となるため、オフセットの管理上からも実用的に価値が
大きい。
【００２９】図２は本発明の実施形態２の要部概略図で
ある。本実施形態は半導体素子製造用の投影露光装置等
の位置検出装置によって光学重心の最適化を自動的に行
う補正システムを備えたことを特徴としている。図２に
おいても前に説明したものと同一の部材については同一
の符号が付されている。本実施形態の最も特徴となって
いる部分は位置検出光学系の照明部の構成で、その他は
図１と同じなのでここでは照明部に着目して説明を行
う。
ある。本実施形態は半導体素子製造用の投影露光装置等
の位置検出装置によって光学重心の最適化を自動的に行
う補正システムを備えたことを特徴としている。図２に
おいても前に説明したものと同一の部材については同一
の符号が付されている。本実施形態の最も特徴となって
いる部分は位置検出光学系の照明部の構成で、その他は
図１と同じなのでここでは照明部に着目して説明を行
う。
【００３０】ファイバ−１２から出射した光源１３から
の光は照明系レンズ１５を通過した後、ファイバ−端面
（瞳面）の像を照明系１１内で少なくとも１度結像す
る。該結像位置には検出系のσが１以下となる開口１
６、またはそれと同等な空間フィルタが配置される。照
明系レンズ１５はファイバ−端面を開口１６の位置に開
口部の大きさより十分大きい大きさで結像させるため、
開口１６の位置を照明系の光軸に対して直交する方向に
動かすことで光学重心を調整でき、最適な位置検出系を
達成している。
の光は照明系レンズ１５を通過した後、ファイバ−端面
（瞳面）の像を照明系１１内で少なくとも１度結像す
る。該結像位置には検出系のσが１以下となる開口１
６、またはそれと同等な空間フィルタが配置される。照
明系レンズ１５はファイバ−端面を開口１６の位置に開
口部の大きさより十分大きい大きさで結像させるため、
開口１６の位置を照明系の光軸に対して直交する方向に
動かすことで光学重心を調整でき、最適な位置検出系を
達成している。
【００３１】開口１６の駆動は実施形態１で説明した評
価値Ｅ0 をもとに演算処理装置１７で開口１６の最適移
動量を算出して行っている。該算出値に従い基板５４上
に設けたピエゾ素子等の駆動装置５３を使って開口１６
を駆動し、自動で且つ容易に高精度な位置検出光学系の
調整を行っている。
価値Ｅ0 をもとに演算処理装置１７で開口１６の最適移
動量を算出して行っている。該算出値に従い基板５４上
に設けたピエゾ素子等の駆動装置５３を使って開口１６
を駆動し、自動で且つ容易に高精度な位置検出光学系の
調整を行っている。
【００３２】このような自動補正シ−ケンスは装置の定
期メンテナンス時や、装置に不具合が発生した時に行う
とよい。評価値Ｅ0 の計測値が判断基準Ｅthより大きけ
れば、自動補正のクロ−ズト・ル−プ・シ−ケンスに入
り、小さければ前述のとうり通常のアライメント・ル−
チンに入る。
期メンテナンス時や、装置に不具合が発生した時に行う
とよい。評価値Ｅ0 の計測値が判断基準Ｅthより大きけ
れば、自動補正のクロ−ズト・ル−プ・シ−ケンスに入
り、小さければ前述のとうり通常のアライメント・ル−
チンに入る。
【００３３】図８は本発明の実施形態３の要部概略図で
ある。これまでの実施形態では位置検出光学系として、
投影露光光学系を介して位置検出する所謂 TTLオフアク
シス系について説明してきたが、図８は投影露光光学系
を介さない単純なオフアクシスの位置検出光学系に本発
明を適用した場合を示している。図中これまでの説明図
で用いたものと同じ構成要素については同じ符号を付し
てある。光源１３から出射した光は位置検出光学系５０
に導光され、ウエハまたは調整用の基準マ−ク１４を照
明する。調整用の基準マ−ク１４はステ−ジ２上に載せ
られており、図９に示す構造を持っていることは他の実
施形態と同様である。基準マ−ク１４からの反射光はＣ
ＣＤカメラ等の光電変換素子９上に結像されて、電気信
号に変換される。該電気信号から得られた情報より演算
処理装置１７が評価値Ｅ0 の値を計算し、判断基準Ｅth
と比較する。照明系の光学重心の位置を調整するか否か
を決定する以降の手順は先の２つの実施形態１，２と同
一である。
ある。これまでの実施形態では位置検出光学系として、
投影露光光学系を介して位置検出する所謂 TTLオフアク
シス系について説明してきたが、図８は投影露光光学系
を介さない単純なオフアクシスの位置検出光学系に本発
明を適用した場合を示している。図中これまでの説明図
で用いたものと同じ構成要素については同じ符号を付し
てある。光源１３から出射した光は位置検出光学系５０
に導光され、ウエハまたは調整用の基準マ−ク１４を照
明する。調整用の基準マ−ク１４はステ−ジ２上に載せ
られており、図９に示す構造を持っていることは他の実
施形態と同様である。基準マ−ク１４からの反射光はＣ
ＣＤカメラ等の光電変換素子９上に結像されて、電気信
号に変換される。該電気信号から得られた情報より演算
処理装置１７が評価値Ｅ0 の値を計算し、判断基準Ｅth
と比較する。照明系の光学重心の位置を調整するか否か
を決定する以降の手順は先の２つの実施形態１，２と同
一である。
【００３４】またレチクル５１を通してウエハ上のマ−
クを観察する所謂 TTRオンアクシス位置検出系について
も、実施形態１〜３と同様の機能及び手段を持つこと
で、検出光学系の調整状態をチェックし、位置検出精度
の向上を図ることができる。
クを観察する所謂 TTRオンアクシス位置検出系について
も、実施形態１〜３と同様の機能及び手段を持つこと
で、検出光学系の調整状態をチェックし、位置検出精度
の向上を図ることができる。
【００３５】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明は半導
体素子製造用の投影露光装置のような位置検出装置にお
ける位置検出光学系を光学重心の調整可能な照明系で構
成し、ある特定の画像信号を観察して照明条件を最適化
することで、マ−クの位置検出精度の向上を可能として
いる。また本発明では特定の画像信号を得るためにステ
−ジ上に所定の条件を持つ調整用の基準マ−クを配置す
ることにより、位置検出光学系の調整状態を自動で簡単
に評価することを可能とした。調整が不良な場合には位
置検出光学系内の照明系の開口部の位置を光軸と直交す
る方向に動かして検出光学系の光学重心の最適化を行
い、各種誤差成分をキヤンセルできるため、工程間オフ
セットの少ない位置検出装置を実現して、位置検出精度
の向上を図っている。
体素子製造用の投影露光装置のような位置検出装置にお
ける位置検出光学系を光学重心の調整可能な照明系で構
成し、ある特定の画像信号を観察して照明条件を最適化
することで、マ−クの位置検出精度の向上を可能として
いる。また本発明では特定の画像信号を得るためにステ
−ジ上に所定の条件を持つ調整用の基準マ−クを配置す
ることにより、位置検出光学系の調整状態を自動で簡単
に評価することを可能とした。調整が不良な場合には位
置検出光学系内の照明系の開口部の位置を光軸と直交す
る方向に動かして検出光学系の光学重心の最適化を行
い、各種誤差成分をキヤンセルできるため、工程間オフ
セットの少ない位置検出装置を実現して、位置検出精度
の向上を図っている。
【図１】 本発明の実施形態１の位置検出装置の構成図
【図２】 本発明の実施形態２の位置検出装置の構成図
【図３】 従来の位置検出装置の構成図
【図４】 アライメント・マ−クと照明光と信号の関係
を示す図
を示す図
【図５】 光学重心最適化のフロ−チャ−ト
【図６】 位置検出光学系に収差がある場合の検出信号
【図７】 位置検出光学系の調整状態によるマ−クの段
差量と評価量との関係を示す図
差量と評価量との関係を示す図
【図８】 本発明の実施形態３の位置検出装置の構成図
【図９】 ステ−ジ上に配置する調整用基準マ−クの構
成図
成図
１ 投影露光光学系 ２ ＸＹＺステ
−ジ ３ ウエハチヤック材 ４ ウエハ ５ 検出光学系 ６ 検出光学系 ７ λ/4板 ８ 結像光学系 ９ 光電変換素子 １０ 偏光ビ−ム
スプリッタ １１ 照明光学系 １２ ファイバ
− １３ 光源 １４ 調整用基
準マ−ク １５ 照明系レンズ １６ 開口 １７ 演算処理装置 ２１ 第一基板 ２２ 歪電素子 ２３ 第二基板 ２４ 回転軸 ３０ ミラ− ３１ アライメ
ントマ−ク ３２ 照明光 ３４ マ−ク中
心 ４１ 照明光 ４２ エッジ散
乱光 ５０ 位置検出光学系 ５１ レチクル ５２ 露光照明系 ５３ 駆動装置 ５４ 駆動基板
−ジ ３ ウエハチヤック材 ４ ウエハ ５ 検出光学系 ６ 検出光学系 ７ λ/4板 ８ 結像光学系 ９ 光電変換素子 １０ 偏光ビ−ム
スプリッタ １１ 照明光学系 １２ ファイバ
− １３ 光源 １４ 調整用基
準マ−ク １５ 照明系レンズ １６ 開口 １７ 演算処理装置 ２１ 第一基板 ２２ 歪電素子 ２３ 第二基板 ２４ 回転軸 ３０ ミラ− ３１ アライメ
ントマ−ク ３２ 照明光 ３４ マ−ク中
心 ４１ 照明光 ４２ エッジ散
乱光 ５０ 位置検出光学系 ５１ レチクル ５２ 露光照明系 ５３ 駆動装置 ５４ 駆動基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/30 ５２５Ｔ
Claims (6)
- 【請求項１】 波長λの光を用いて被検物体を光電変換
素子上に結像する位置検出光学系と、前記位置検出光学
系によりλ／８の奇数倍或いはその近辺の段差を有する
基準マークを前記光電変換素子上に結像させた際に前記
光電変換素子から得られる画像信号を用いて前記位置検
出光学系の収差に起因する画像信号の非対称性を検定す
る手段とを有し、 移動ステージ上に設けられた、前記位置検出光学系の光
軸方向に移動可能で且つ光軸回りに回転可能な機構の上
に前記基準マークが設けられており、 前記検定する手段は、前記画像信号を前記基準マークを
互いに１８０°回転した関係にある２つの状態で得て、
該２つの状態での画像信号を用いて前記被対称性に関す
る評価値を計算し、 該評価値が所定の基準値から外れていた場合に、前記位
置検出光学系の照明系が前記被検物体を照明する照明光
の入射角度分布を調整する手段を有することを特徴とす
る位置検出装置。 - 【請求項２】 波長λの光を用いて被検物体を光電変換
素子上に結像する位置検出光学系と、前記位置検出光学
系によりλ／８の奇数倍或いはその近辺の段差を有する
基準マークを前記光電変換素子上に結像させた際に前記
光電変換素子から得られる画像信号を用いて前記位置検
出光学系の収差に起因する画像信号の非対称性を検定す
る手段とを有し、 移動ステージ上に設けられた、前記位置検出光学系の光
軸方向に移動可能で且つ光軸回りに回転可能な機構の上
に前記基準マークが設けられており、 前記検定する手段は、複数個の位置検出光学系に関して
の前記画素信号の非対称性を、前記基準マークを共通に
用いることによって検定し、 該検定手段の結果に基づいて、前記位置検出光学系の照
明系が前記被検物体を照明する照明光の入射角度分布を
調整する手段を有することを特徴とする位置検出装置。 - 【請求項３】 前記検定を行う手段が、前記画像信号の
非対称性を前記共通の基準マークを用いて検定すると
き、前記基準マークを所定の角度回転して用いることを
特徴とする請求項２記載の位置検出装置。 - 【請求項４】 位置検出光学系により波長λの光を用い
て被検物体を光電変換素子上に結像する工程と、 前記位置検出光学系によりλ／８の奇数倍或いはその近
辺の段差を有する基準マークを前記光電変換素子上に結
像させた際に前記光電変換素子から得られる画像信号を
用いて前記位置検出光学系の収差に起因する画像信号の
非対称性を検定する工程とを有し、 移動ステージ上に設けられた、前記位置検出光学系の光
軸方向に移動可能で且つ光軸回りに回転可能な機構の上
に前記基準マークが設けられており、 前記検定する工程において、前記画像信号を前記基準マ
ークを互いに１８０°回転した関係にある２つの状態で
得て、該２つの状態での画像信号を用いて前記被対称性
に関する評価値を計算し、 前記評価値が所定の基準値から外れていた場合に、前記
位置検出光学系の照明系が前記被検物体を照明する照明
光の入射角度分布を調整する工程を有することを特徴と
する位置検出装置の検定方法。 - 【請求項５】 位置検出光学系により波長λの光を用い
て被検物体を光電変換素子上に結像する工程と、 前記位置検出光学系によりλ／８の奇数倍或いはその近
辺の段差を有する基準マークを前記光電変換素子上に結
像させた際に前記光電変換素子から得られる画像信号を
用いて前記位置検出光学系の収差に起因する画像信号の
非対称性を検定する工程とを有し、 移動ステージ上に設けられた、前記位置検出光学系の光
軸方向に移動可能で且つ光軸回りに回転可能な機構の上
に前記基準マークが設けられており、 前記検定する工程において、複数個の位置検出光学系に
関しての前記画素信号の非対称性を、前記基準マークを
共通に用いることによって検定し、 該検定手段の結果に基づいて、前記位置検出光学系の照
明系が前記被検物体を照明する照明光の入射角度分布を
調整する工程を有することを特徴とする位置検出装置の
検定方法。 - 【請求項６】 前記検定する工程において、前記画像信
号の非対称性を前記共通の基準マークを用いて検定する
とき、前期基準マークを所定の角度回転して 用いること
を特徴とする請求項５記載の位置検出装置の検定方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20785696A JP3327781B2 (ja) | 1995-10-13 | 1996-07-17 | 位置検出装置及びその検定方法と調整方法 |
| US08/727,230 US5943135A (en) | 1995-10-13 | 1996-10-08 | Position detecting method and position detecting system using the same |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7-292223 | 1995-10-13 | ||
| JP29222395 | 1995-10-13 | ||
| JP20785696A JP3327781B2 (ja) | 1995-10-13 | 1996-07-17 | 位置検出装置及びその検定方法と調整方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002131589A Division JP3658378B2 (ja) | 1995-10-13 | 2002-05-07 | 投影露光装置及び位置検出装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09167738A JPH09167738A (ja) | 1997-06-24 |
| JP3327781B2 true JP3327781B2 (ja) | 2002-09-24 |
Family
ID=26516509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20785696A Expired - Fee Related JP3327781B2 (ja) | 1995-10-13 | 1996-07-17 | 位置検出装置及びその検定方法と調整方法 |
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|---|---|
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| JP (1) | JP3327781B2 (ja) |
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| JP3574640B2 (ja) * | 2000-04-05 | 2004-10-06 | リットン システムズ、 インコーポレーテッド | 適応的整合のための光相関器及び光相関方法 |
| US6628406B1 (en) * | 2000-04-20 | 2003-09-30 | Justin L. Kreuzer | Self referencing mark independent alignment sensor |
| US20030020889A1 (en) * | 2000-08-02 | 2003-01-30 | Nikon Corporation | Stage unit, measurement unit and measurement method, and exposure apparatus and exposure method |
| JP2002093691A (ja) | 2000-09-20 | 2002-03-29 | Canon Inc | 露光装置、結像性能測定方法、デバイス製造方法、半導体製造工場および露光装置の保守方法 |
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| JP2003092248A (ja) | 2001-09-17 | 2003-03-28 | Canon Inc | 位置検出装置、位置決め装置及びそれらの方法並びに露光装置及びデバイスの製造方法 |
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| JP2004356193A (ja) * | 2003-05-27 | 2004-12-16 | Canon Inc | 露光装置及び露光方法 |
| JP2005166785A (ja) * | 2003-12-01 | 2005-06-23 | Canon Inc | 位置検出装置及び方法、並びに、露光装置 |
| US7511826B2 (en) * | 2006-02-27 | 2009-03-31 | Asml Holding N.V. | Symmetrical illumination forming system and method |
| JP5036429B2 (ja) | 2007-07-09 | 2012-09-26 | キヤノン株式会社 | 位置検出装置、露光装置、デバイス製造方法及び調整方法 |
| JP4944690B2 (ja) * | 2007-07-09 | 2012-06-06 | キヤノン株式会社 | 位置検出装置の調整方法、位置検出装置、露光装置及びデバイス製造方法 |
| JP5203675B2 (ja) * | 2007-11-02 | 2013-06-05 | キヤノン株式会社 | 位置検出器、位置検出方法、露光装置及びデバイス製造方法 |
| TW201248336A (en) | 2011-04-22 | 2012-12-01 | Mapper Lithography Ip Bv | Lithography system for processing a target, such as a wafer, and a method for operating a lithography system for processing a target, such as a wafer |
| KR101780089B1 (ko) * | 2011-04-22 | 2017-09-19 | 마퍼 리쏘그라피 아이피 비.브이. | 부분 반사 위치 마크를 갖는 기판을 사용한 리소그래피 시스템에서의 위치 결정 |
| JP5932023B2 (ja) | 2011-05-13 | 2016-06-08 | マッパー・リソグラフィー・アイピー・ビー．ブイ． | ターゲットの少なくとも一部を処理するためのリソグラフィシステム |
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| JP6285666B2 (ja) * | 2013-09-03 | 2018-02-28 | キヤノン株式会社 | 検出装置、リソグラフィ装置、物品の製造方法及び検出方法 |
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|---|---|---|---|---|
| US5686996A (en) * | 1995-05-25 | 1997-11-11 | Advanced Micro Devices, Inc. | Device and method for aligning a laser |
-
1996
- 1996-07-17 JP JP20785696A patent/JP3327781B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1996-10-08 US US08/727,230 patent/US5943135A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09167738A (ja) | 1997-06-24 |
| US5943135A (en) | 1999-08-24 |
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