JP3359950B2 - 位置合せ装置 - Google Patents

位置合せ装置

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JP3359950B2 JP08011493A JP8011493A JP3359950B2 JP 3359950 B2 JP3359950 B2 JP 3359950B2 JP 08011493 A JP08011493 A JP 08011493A JP 8011493 A JP8011493 A JP 8011493A JP 3359950 B2 JP3359950 B2 JP 3359950B2
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    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • 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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、対向配置された第1の
物体と第2の物体とを相対位置合せするときに用いられ
る位置合せ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】最近では、超LSIの回路パターンをX
線露光装置を使って等倍露光で転写する試みが成されて
いる。このような装置を用いてパターン転写を行う場
合、露光に先だってマスクとウェハとを高精度に位置合
せする必要がある。
【0003】対向配置されたマスクとウェハとを高精度
に相対位置合せする装置としては、特願昭 63-329731号
や特願平 2-25836号などに示されているように、回折格
子を用いた光ヘテロダイン式の位置合せ装置が考えられ
ている。
【0004】図2には光ヘテロダイン式の代表的な位置
合せ装置、ここには対向方向と直交する面内で位置合せ
する位置合わせ装置の要部が模式的に示されている。
【0005】この位置合せ装置では、図示しないマスク
に回折格子1を設けるとともに、この回折格子1に対向
する関係に図示しないウェハに回折格子2を設けてい
る。
【0006】今、図に示す直角座標上のX軸方向が位置
合せ方向であるとする。回折格子1はY軸方向に配置さ
れた第1格子3aと第2格子3bとで構成される。同様
に、回折格子2もY軸方向に配置された第1格子4aと
第2格子4bとで構成される。すなわち、この位置合せ
装置では、回折格子1の第1格子3aと回折格子2の第
1格子4aとをペアとし、回折格子1の第2格子3bと
回折格子2の第2格子4bとをペアとしている。
【0007】回折格子1を構成している第1格子3aは
Y軸方向に延びるストライプパターンをX軸方向にPx
のピッチで設けたものとなっており、第2格子3bは透
明のウインドウに構成されている。また、回折格子2を
構成している第1格子4aはX軸方向に延びるストライ
プパターンをY軸方向にPy2のピッチで設けたものとな
っており、第2格子4bは市松模様のパターンをX軸方
向にはPx のピッチで、Y軸方向にはPy1のピッチで設
けたものとなっている。
【0008】この位置合せ装置では、回折格子1を構成
している第1格子3aおよび第2格子3bの上面に向
け、かつ位置合せ方向と直交する面を境にして左右対称
に、具体的にはsin - θx =±mλ/PX (ただし、P
X は格子ピッチ、mは整数、λは波長、θの添字 Xは±
m)を満たす方向から異なる周波数f1 ,f2 の2本の
光ビーム5,6を照射する。なお、これらの光ビーム
5,6は、たとえばレーザ発信器から放射されたビーム
をハーフミラーで2分割した後、音響光学素子で異なっ
た周波数f1 ,f2 に変調して得られたものである。
【0009】このように光ビーム5,6を照射すると、
ペアを組む第1格子3a,4a側では、第1格子3a→
第1格子4a→第1格子3aの経路でビームが通過する
ときに、{-1,(0,1),0},{0,(0,1),-1}の回折光と、
{+1,(0,1),0},{0,(0,1),+1}の回折光とが互いに干
渉し合う。この干渉光を回折格子1の上方で、位置合せ
方向には0次、Y軸方向には1次の位置で検出すると、
Δf=(f1 −f2 )なるビート信号IM (0,1) が得ら
れる。このビート信号IM (0,1) と参照信号との間の位
相差を検出することによって回折格子2に対する回折格
子1、つまりウェハに対するマスクの位置ずれを知るこ
とができる。
【0010】一方、ペアを組む第2格子3b,4b側で
は、第2格子3b→第2格子4b→第2格子3bの経路
でビームが通過するときに、{0,(0,1),-1}の回折光
と、{0,(0,1),+1}の回折光とが互いに干渉し合う。こ
の干渉光を回折格子1の上方で、位置合せ方向には0
次、Y軸方向には1次の位置で検出すると、Δf=(f
1−f2 )なるビート信号IW (0,1) が得られる。この
ビート信号IW (0,1) と参照信号との間の位相差を検出
することによって回折格子1に対する回折格子2、つま
りマスクに対するウェハの位置ずれを知ることができ
る。
【0011】そこで、この位置合せ装置では、IM (0,
1) とIW (0,1) との間の位相差、つまり、 Δφ=IM (0,1) −IW (0,1) を求め、この値Δφからマスクとウェハとの間の位置合
せ方向の位置ずれ量を求めている。そして、この値に基
いてアクチュエータを制御して位置合せするようにして
いる。
【0012】ところで、この位置合せ装置では、前述の
如く回折格子1の上面に向け、かつ位置合せ方向と直交
する面を境にして左右対称に、sin - θx =±mλ/P
X を満たす方向から異なる周波数f1 ,f2 の2本の光
ビーム5,6を照射する必要がある。
【0013】そこで、この装置では図3に示す機構を使
って上記条件に設定するようにしている。すなわち、図
中11は前述した回折格子1の設けられたマスクを示
し、また12は回折格子2の設けられたウェハを示して
いる。
【0014】マスク11の前面には、マスク11上に焦
点を位置させた焦点距離fの対物レンズ13が配置され
ており、この対物レンズ13を介して前述した周波数の
異なる2本の光ビーム5,6が回折格子1に照射され
る。すなわち、対物レンズに対向する位置には1つの光
源から出た光ビームを2分割し、これらを変調して得ら
れた周波数の異なる2本の光ビーム5,6を対物レンズ
13の光軸14と平行に出射させる光ビーム出射手段が
配置されている。そして、この光ビーム出射手段から出
射された光ビーム5,6をそれぞれプレーンパラレル1
5,16および17,18を介して対物レンズ13に入
射させるようにしている。
【0015】実際にθX を設定に当っては、まず入射し
た光ビーム5,6が光軸14を中心とする対称位置線上
にあるように、プレーンパラレル15,16の回転角θ
1 を調整する。この位置合せは、その中心が光軸14に
一致するように配置され、かつ上記中心を境にして対称
的な位置にピンホールを備えた補助具を使って行われる
場合が多い。
【0016】次に、プレーンパラレル16,18の回転
角θ2 をそれぞれ同じ量だけ調整し、光軸14から光ビ
ーム5,6までの距離LX がそれぞれLX =f・tan θ
X となるように追い込んでいく。このようにして回折格
子1への入射角をθX に合せるようにしている。
【0017】しかしながら、上記のように構成された従
来の位置合せ装置にあっては、特にプレーンパラレル1
6,18を同じ量だけ回転させることが難しく、このた
め2本の光ビーム5,6の入射角に僅かではあるが差が
生じ易く、これが原因して位置合せ精度が低下する問題
があった。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の光
ヘテロダイン式の位置合せ装置にあっては、特に周波数
の異なる2本の光ビームを回折格子に対して対称関係に
入射させることが困難で、これが原因して高い位置合せ
精度を確保することが困難であった。
【0019】そこで本発明は、上述した不具合を解消で
きる位置合せ装置を提供することを目的としている。
【0020】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、位置合せすべき第1の物体と上記第2の
物体とに対向関係に回折格子を設けるとともに、1つの
光源から出た光ビームを2分割し、これらを変調して得
られた周波数の異なる2本の光ビームを対物レンズ系を
介して上記第1の物体に設けられた回折格子に対して上
記対物レンズ系の光軸を境にして左右対称に定められた
入射角度で照射し、この照射によって得られた回折光の
うちの特定次数の回折光を位置情報として用いるように
した光ヘテロダイン式の位置合せ装置において、前記周
波数の異なる2本の光ビームを前記光軸と平行に出射さ
せる手段と、この手段によって出射された各光ビームを
前記光軸を中心とする対称位置線上に位置合せする非対
称修正手段と、この手段によって位置修正された前記各
光ビームを前記光軸と直交する方向に反射案内する一対
の案内手段と、前記光軸と平行する方向に移動可能に設
けられたステージと、このステージによって支持され、
前記一対の案内手段で反射案内された各光ビームを前記
光軸を中心とする対称関係を保って前記対物レンズ系に
入射させる1つの台形プリズムとを備えている。
【0021】
【作用】ステージを移動させると、これに伴って台形プ
リズムが移動し、この台形プリズムの移動で2本の光ビ
ームの回折格子への入射角を同時に、かつ同じ量ずつ変
えることができる。したがって、ステージとしてミクロ
ンオーダの調整が可能なものを用いることによって、入
射角を同時に、かつ高精度に、しかも容易に調整するこ
とが可能となる。
【0022】
【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。
【0023】図1には本発明の一実施例に係る位置合せ
装置における要部の概略構成が示されている。なお、こ
の図では図3に示される要素と同一要素部分が同一符号
で示されている。したがって、重複する部分の詳しい説
明は省略する。
【0024】この実施例に係る位置合せ装置では、図示
しない出射装置から光軸14と平行に出射された周波数
の異なる2本の光ビーム5,6をプレーンパラレル1
5,17からなる、いわゆる非対称修正手段によって各
光ビーム5,6を光軸14を中心とする対称位置線上に
位置合するようにしている。そして、位置修正された各
光ビーム5,6をそれぞれプリズム21,22で光軸1
4方向に、かつ光軸14と直交するように反射させ、反
射した各光ビーム5,6を台形プリズム23の反射面2
4a,24bで光軸14と平行する方向に反射させて対
物レンズ13に入射させるようにしている。
【0025】台形プリズム24は、光軸14と平行な方
向にミクロンオーダの分解能で移動可能なステージ25
に、このステージ25の移動に伴ってその中心軸26が
光軸14上を移動するように取付けられている。
【0026】このような構成であると、プレーンパラレ
ル15,16の回転角度θ1 を調整し、各光ビーム5,
6を光軸14を中心とする対称位置線上に位置させた
後、ステージ25を移動させれば光ビーム5,6の回折
格子1に対する入射角θX を同時に、かつ高精度に、し
かも容易に設定することが可能となる。
【0027】なお、上述した実施例では、マスク11と
ウェハ12との対向方向と直交する面内での位置合せを
対象にしているが、光ヘテロダイン式でマスク11とウ
ェハ12との間のギャップ長を合せる装置にも適用でき
る。また、本発明はマスクとウェハとの位置合せにその
対象が限定されるものではない。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光ヘテロダイン式を採用し、しかも精度の高い位置合せ
が可能な位置合せ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る位置合せ装置における
要部の概略構成図
【図2】光ヘテロダイン式位置合せ装置の位置合せ原理
を説明するための図
【図3】従来の光ヘテロダイン式位置合せ装置における
要部の概略構成図
【符号の説明】
1,2…回折格子 5,6…光ビー
ム 11…マスク 12…ウェハ 13…対物レンズ 14…光軸 15,17…プレーンパラレル 21,22…プ
リズム 23…台形プリズム 24a,24b
…反射面 25…ステージ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−326002(JP,A) 特開 平5−332730(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】対向配置された第1の物体と第2の物体と
    の相対位置合せを行うために、前記第1の物体と前記
    2の物体の対向面にそれぞれ回折格子を設けるととも
    に、周波数の異なる2本の光ビームを対物レンズ系を介
    して前記回折格子に対して前記対物レンズの光軸を基準
    して左右対称に定められた入射角度で照射し、この照
    射によって得られた回折光のうちの特定次数の回折光を
    位置情報として用いることによって前記相対位置合せを
    する光ヘテロダイン式の位置合せ装置において、 前記周波数の異なる2本の平行な光ビームを出射する出
    手段と、 この出射手段によって出射された前記光ビームを前記光
    軸を中心とする対称位置線上に位置合せする非対称修正
    手段と、 この非対称修正手段によって位置合せされた前記光ビー
    ムを前記光軸と直交する方向に反射案内する一対の案内
    手段と、 前記光軸と平行方向に移動可能ステージと、 このステージによって支持され、前記反射案内手段で反
    射案内された前記光ビームを前記光軸を中心とする対称
    関係を保って前記対物レンズ系に入射させる台形プリズ
    ムとを具備してなることを特徴とする位置合せ装置。
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