JP3428829B2 - 位置合わせ方法及びそれを用いた投影露光装置 - Google Patents
位置合わせ方法及びそれを用いた投影露光装置Info
- Publication number
- JP3428829B2 JP3428829B2 JP24413896A JP24413896A JP3428829B2 JP 3428829 B2 JP3428829 B2 JP 3428829B2 JP 24413896 A JP24413896 A JP 24413896A JP 24413896 A JP24413896 A JP 24413896A JP 3428829 B2 JP3428829 B2 JP 3428829B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mark
- light
- image
- spatial frequency
- alignment
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
- G03F9/7088—Alignment mark detection, e.g. TTR, TTL, off-axis detection, array detector, video detection
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
- G03F9/7049—Technique, e.g. interferometric
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子の製造用
に好適な位置合わせ方法及びそれを用いた投影露光装置
に関し、特にウエハと共役関係にあるレチクルと同期
（位置合わせ）をとった撮像手段との相対的位置合わせ
をウエハ面上に設けた周期性の格子状マーク（ウエハマ
ーク、アライメントマーク）から発生する反射回折光に
基づく干渉像を利用することにより、高精度に行い、高
集積性の半導体素子を製造する際に好適なものである。
に好適な位置合わせ方法及びそれを用いた投影露光装置
に関し、特にウエハと共役関係にあるレチクルと同期
（位置合わせ）をとった撮像手段との相対的位置合わせ
をウエハ面上に設けた周期性の格子状マーク（ウエハマ
ーク、アライメントマーク）から発生する反射回折光に
基づく干渉像を利用することにより、高精度に行い、高
集積性の半導体素子を製造する際に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】最近の半導体素子の製造技術の進展は目
覚ましく、又それに伴う微細加工技術の進展も著しい。
特に光加工技術は１ＭＤＲＡＭの半導体素子の製造を境
にサブミクロンの解像力を有する微細加工技術まで達し
ている。
覚ましく、又それに伴う微細加工技術の進展も著しい。
特に光加工技術は１ＭＤＲＡＭの半導体素子の製造を境
にサブミクロンの解像力を有する微細加工技術まで達し
ている。
【０００３】ＩＣ，ＬＳＩの微細化が年々進み、これら
半導体素子の集積度を上げていくにつれ、マスクパター
ンと感光基板パターンとの整合状態の許容範囲も年々厳
しくなってきている。従来より、レチクルとウエハとの
位置合わせを行う方法として感光基板、いわゆるウエハ
の位置情報を得て行う方法があり、このときのウエハ面
上のアライメントマークの観察方式が種々と提案されて
いる。
半導体素子の集積度を上げていくにつれ、マスクパター
ンと感光基板パターンとの整合状態の許容範囲も年々厳
しくなってきている。従来より、レチクルとウエハとの
位置合わせを行う方法として感光基板、いわゆるウエハ
の位置情報を得て行う方法があり、このときのウエハ面
上のアライメントマークの観察方式が種々と提案されて
いる。
【０００４】本出願人は特開平５−３４３２９１号公報
においてウエハ面上に設けた周期性の格子状マークから
発生する反射回折光に基づく干渉像をテレビ画像として
採用し、ＦＦＴ処理による位相検出法を利用した計測分
解能の高い方法を提案している。
においてウエハ面上に設けた周期性の格子状マークから
発生する反射回折光に基づく干渉像をテレビ画像として
採用し、ＦＦＴ処理による位相検出法を利用した計測分
解能の高い方法を提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】最近、半導体素子の微
細化が進み、これら半導体素子の集積度を上げるために
投影露光装置において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重要になってきている。
位置合わせを撮像手段で得たテレビ画像を利用して行う
検出方法において位置合わせを高精度に行うには観察し
ているウエハ面上の観察結像倍率を、より高倍率化する
必要がある。
細化が進み、これら半導体素子の集積度を上げるために
投影露光装置において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重要になってきている。
位置合わせを撮像手段で得たテレビ画像を利用して行う
検出方法において位置合わせを高精度に行うには観察し
ているウエハ面上の観察結像倍率を、より高倍率化する
必要がある。
【０００６】しかしながら結像倍率の高倍率化を図ろう
とすると検出信号の光強度が低下してくる。例えば計測
分解能を２倍にするために倍率を２倍にした場合、光強
度はラインセンサーで１／２、２次元ＣＣＤだと１／４
にまで光量が低下してしまう。その為、光量不足で検出
不能になる危険が生じ、高精度化の妨げとなっている。
とすると検出信号の光強度が低下してくる。例えば計測
分解能を２倍にするために倍率を２倍にした場合、光強
度はラインセンサーで１／２、２次元ＣＣＤだと１／４
にまで光量が低下してしまう。その為、光量不足で検出
不能になる危険が生じ、高精度化の妨げとなっている。
【０００７】本発明は、レチクルと同期（位置合わせ）
をとった撮像手段とウエハとの相対的な位置合わせを観
察光学系によるウエハ面の観察倍率を上げることなく、
適切に設定したウエハ面上に設けたマークに基づくビー
ト信号を利用することによって高精度に行うことのでき
る位置合わせ方法及びそれを用いた投影露光装置の提供
を目的とする。
をとった撮像手段とウエハとの相対的な位置合わせを観
察光学系によるウエハ面の観察倍率を上げることなく、
適切に設定したウエハ面上に設けたマークに基づくビー
ト信号を利用することによって高精度に行うことのでき
る位置合わせ方法及びそれを用いた投影露光装置の提供
を目的とする。
【０００８】特にウエハマークＧｗの干渉像Ｍとマーク
Ｇｓの干渉像Ｍｓを同時に固体撮像素子上に形成し、信
号強度の重ね合わせ信号像Ｍｂを信号として、該信号像
Ｍｂのビート信号の周波数に対してＦＦＴ処理における
位相差検出を行うことによって、ウエハマークＧＷの位
置情報を求めるように構成し、これにより検出系のウエ
ハ面の観察倍率を上げることなく、ビート信号を用いて
検出分解能を向上させてウエハマークＧＷの干渉像Ｍの
信号強度を倍率拡大で損なわずに、又光量不足による検
出率の低下の問題も発生せずに高精度な位置合わせを達
成することができる位置合わせ方法及びそれを用いた投
影露光装置の提供を目的とする。
Ｇｓの干渉像Ｍｓを同時に固体撮像素子上に形成し、信
号強度の重ね合わせ信号像Ｍｂを信号として、該信号像
Ｍｂのビート信号の周波数に対してＦＦＴ処理における
位相差検出を行うことによって、ウエハマークＧＷの位
置情報を求めるように構成し、これにより検出系のウエ
ハ面の観察倍率を上げることなく、ビート信号を用いて
検出分解能を向上させてウエハマークＧＷの干渉像Ｍの
信号強度を倍率拡大で損なわずに、又光量不足による検
出率の低下の問題も発生せずに高精度な位置合わせを達
成することができる位置合わせ方法及びそれを用いた投
影露光装置の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の位置合わせ方法
は、 （１−１）物体上に設けた格子状マークを光源からの光
束で照明し、該格子状マークからの反射回折光のうち±
ｎ次光（ｎ＝１，２，３，‥‥）を用いて撮像手段面上
に該格子状マークに基づくマーク干渉像を形成し、該マ
ーク干渉像の映像信号の周期性に基づいて固有に現れる
空間周波数成分を選択し該格子状マークの位置を検出す
ることにより、該物体を所定位置に合わせる第１の位置
合わせを行い、該第１の位置合わせ後、該マーク干渉像
とは干渉しない周期性の異なる基準マークの基準干渉像
を該撮像手段面上に該マーク干渉像と重ねて形成し、該
重ねて形成したマーク干渉像と基準干渉像との合成映像
信号の周期性に基づいて固有に現われる空間周波数成分
を選択し、該格子状マークの位置を検出することによ
り、該物体を第１の位置合わせより高精度に所定位置に
合わせる第２の位置合わせをしたことを特徴としてい
る。
は、 （１−１）物体上に設けた格子状マークを光源からの光
束で照明し、該格子状マークからの反射回折光のうち±
ｎ次光（ｎ＝１，２，３，‥‥）を用いて撮像手段面上
に該格子状マークに基づくマーク干渉像を形成し、該マ
ーク干渉像の映像信号の周期性に基づいて固有に現れる
空間周波数成分を選択し該格子状マークの位置を検出す
ることにより、該物体を所定位置に合わせる第１の位置
合わせを行い、該第１の位置合わせ後、該マーク干渉像
とは干渉しない周期性の異なる基準マークの基準干渉像
を該撮像手段面上に該マーク干渉像と重ねて形成し、該
重ねて形成したマーク干渉像と基準干渉像との合成映像
信号の周期性に基づいて固有に現われる空間周波数成分
を選択し、該格子状マークの位置を検出することによ
り、該物体を第１の位置合わせより高精度に所定位置に
合わせる第２の位置合わせをしたことを特徴としてい
る。
【００１０】（１−２）物体上に設けられた格子状マー
クを単色光で照明し、該格子状マークからの反射回折光
のうち±ｎ次光（ｎ＝１，２，３，‥‥）を用いて撮像
手段面上にマーク干渉像を形成し、該撮像手段で得られ
る映像信号に対して、直交変換により空間周波数領域に
変換し、該空間周波数領域上で該映像信号より該格子状
マークの周期性に基づいて固有に現れる空間周波数成分
を選択し、該格子状マークの位置を検出することによ
り、該物体を所定位置に位置合わせする第１の位置合わ
せを行い、該第１の位置合わせ後、該マーク干渉像に、
互いに干渉しない周期性の異なる基準干渉像を該撮像手
段上で重ね合わせ、それより得られる合成映像信号を直
交変換により空間周波数領域に変換し、該空間周波数領
域上で該合成映像信号の周期性に基づいて固有に現れる
空間周波数成分を選択し、該格子状マークの位置を検出
することにより、該物体を該第１の位置合わせより高精
度に所定位置に合わせる第２の位置合わせをすることを
特徴としている。
クを単色光で照明し、該格子状マークからの反射回折光
のうち±ｎ次光（ｎ＝１，２，３，‥‥）を用いて撮像
手段面上にマーク干渉像を形成し、該撮像手段で得られ
る映像信号に対して、直交変換により空間周波数領域に
変換し、該空間周波数領域上で該映像信号より該格子状
マークの周期性に基づいて固有に現れる空間周波数成分
を選択し、該格子状マークの位置を検出することによ
り、該物体を所定位置に位置合わせする第１の位置合わ
せを行い、該第１の位置合わせ後、該マーク干渉像に、
互いに干渉しない周期性の異なる基準干渉像を該撮像手
段上で重ね合わせ、それより得られる合成映像信号を直
交変換により空間周波数領域に変換し、該空間周波数領
域上で該合成映像信号の周期性に基づいて固有に現れる
空間周波数成分を選択し、該格子状マークの位置を検出
することにより、該物体を該第１の位置合わせより高精
度に所定位置に合わせる第２の位置合わせをすることを
特徴としている。
【００１１】
【００１２】本発明の投影露光装置は，
（２−１）露光光で照明した第１物体面上のパターンを
投影光学系を介して第２物体面上に投影する投影露光装
置において、該第２物体面に設けた格子状マークを照明
手段からの光で該投影レンズを介して照明し、該格子状
マークからの反射回折光のうち±ｎ次光（ｎ＝１，２，
３，‥‥）を用いて撮像手段面上にマーク干渉像を形成
し、該マーク干渉像の映像信号の周期性に基づいて固有
に現れる空間周波数成分を選択し該格子状マークの位置
を検出することにより、該物体を所定位置に合わせる第
１の位置合わせを行い、該第１の位置合わせ後、該マー
ク干渉像とは干渉しない周期性の異なる基準マークの基
準干渉像を該撮像手段面上に該マーク干渉像と重ねて形
成し、該重ねて形成したマーク干渉像と基準干渉像との
合成映像信号の周期性に基づいて固有に現れる空間周波
数成分を選択し、該格子状マークの位置を検出すること
により、該第２物体を第１の位置合わせより高精度に所
定位置に合わせる第２の位置合わせを行っていることを
特徴としている。
投影光学系を介して第２物体面上に投影する投影露光装
置において、該第２物体面に設けた格子状マークを照明
手段からの光で該投影レンズを介して照明し、該格子状
マークからの反射回折光のうち±ｎ次光（ｎ＝１，２，
３，‥‥）を用いて撮像手段面上にマーク干渉像を形成
し、該マーク干渉像の映像信号の周期性に基づいて固有
に現れる空間周波数成分を選択し該格子状マークの位置
を検出することにより、該物体を所定位置に合わせる第
１の位置合わせを行い、該第１の位置合わせ後、該マー
ク干渉像とは干渉しない周期性の異なる基準マークの基
準干渉像を該撮像手段面上に該マーク干渉像と重ねて形
成し、該重ねて形成したマーク干渉像と基準干渉像との
合成映像信号の周期性に基づいて固有に現れる空間周波
数成分を選択し、該格子状マークの位置を検出すること
により、該第２物体を第１の位置合わせより高精度に所
定位置に合わせる第２の位置合わせを行っていることを
特徴としている。
【００１３】（２−２）第１物体に形成されたパターン
を、投影光学系を介して露光光で第２物体上に投影露光
する投影露光装置において、該第２物体上に設けられた
格子状マークを単色光で照明し、該格子状マークからの
反射回折光のうち±ｎ次光（ｎ＝１，２，３，‥‥）を
用いて撮像手段面上にマーク干渉像を形成し、該撮像手
段で得られる映像信号に対して、直交変換により空間周
波数領域に変換し、該空間周波数領域上で該映像信号よ
り該格子状マークの周期性に基づいて固有に現れる空間
周波数成分を選択し、該格子状マークの位置を検出する
ことにより、該第２物体を所定位置に位置合わせする第
１の位置合わせを行い、該第１の位置合わせ後、該マー
ク干渉像に、互いに干渉しない周期性の異なる基準干渉
像を該撮像手段上で重ね合わせ、それより得られる合成
映像信号を直交変換により空間周波数領域に変換し、該
空間周波数領域上で該合成映像信号の周期性に基づいて
固有に現れる空間周波数成分を選択し、該格子状マーク
の位置を検出する事により、該第２物体を該第１の位置
合わせよりも高精度に所定位置に合わせる第２の位置合
わせをすることを特徴としている。
を、投影光学系を介して露光光で第２物体上に投影露光
する投影露光装置において、該第２物体上に設けられた
格子状マークを単色光で照明し、該格子状マークからの
反射回折光のうち±ｎ次光（ｎ＝１，２，３，‥‥）を
用いて撮像手段面上にマーク干渉像を形成し、該撮像手
段で得られる映像信号に対して、直交変換により空間周
波数領域に変換し、該空間周波数領域上で該映像信号よ
り該格子状マークの周期性に基づいて固有に現れる空間
周波数成分を選択し、該格子状マークの位置を検出する
ことにより、該第２物体を所定位置に位置合わせする第
１の位置合わせを行い、該第１の位置合わせ後、該マー
ク干渉像に、互いに干渉しない周期性の異なる基準干渉
像を該撮像手段上で重ね合わせ、それより得られる合成
映像信号を直交変換により空間周波数領域に変換し、該
空間周波数領域上で該合成映像信号の周期性に基づいて
固有に現れる空間周波数成分を選択し、該格子状マーク
の位置を検出する事により、該第２物体を該第１の位置
合わせよりも高精度に所定位置に合わせる第２の位置合
わせをすることを特徴としている。
【００１４】特に構成(2-1) 及び(2-2) において、(2-2
-1) 前記照明手段からの光は前記第２物体面上に塗布し
た感光体が感光しない波長の光であり、該格子状マーク
からの反射回折光を、該投影光学系を再び通過した後、
露光光路外に取り出していることを特徴としている。
-1) 前記照明手段からの光は前記第２物体面上に塗布し
た感光体が感光しない波長の光であり、該格子状マーク
からの反射回折光を、該投影光学系を再び通過した後、
露光光路外に取り出していることを特徴としている。
【００１５】
【００１６】本発明の半導体デバイスの製造方法は、
(3-1) 構成(1-1) 又は(1-2) の位置合わせ方法を用いて
デバイスパターンを基板上にプリントする段階を含むこ
とを特徴としている。
デバイスパターンを基板上にプリントする段階を含むこ
とを特徴としている。
【００１７】(3-2) 構成(2-1) 又は(2-2) の投影露光装
置を用いてデバイスパターンを基板上にプリントする段
階を含むことを特徴としている。
置を用いてデバイスパターンを基板上にプリントする段
階を含むことを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１は本発明の投影露光装置の要
部概略図である。同図においては照明装置ＩＬからの露
光光により照明されたレチクル（第１物体）Ｒ面上の電
子回路パターンを投影レンズ（投影光学系）１によりウ
エハステージＳＴ上に載置したウエハ（第２物体）Ｗ面
上に縮小投影し、電子回路パターンの露光転写を行って
いる。
部概略図である。同図においては照明装置ＩＬからの露
光光により照明されたレチクル（第１物体）Ｒ面上の電
子回路パターンを投影レンズ（投影光学系）１によりウ
エハステージＳＴ上に載置したウエハ（第２物体）Ｗ面
上に縮小投影し、電子回路パターンの露光転写を行って
いる。
【００１９】次に図１の位置合わせ手段の各要素につい
て説明する。５３は基準マークＧｓを有する検出光学
系、１０１は固体撮像素子１４を有する撮像装置、ＧＷ
はウエハ面に設けたウエハマーク（格子状マーク、アラ
イメントマークともいう）である。
て説明する。５３は基準マークＧｓを有する検出光学
系、１０１は固体撮像素子１４を有する撮像装置、ＧＷ
はウエハ面に設けたウエハマーク（格子状マーク、アラ
イメントマークともいう）である。
【００２０】本実施形態では予め適当な検出系で投影レ
ンズ１、検出光学系５３、そして撮像装置１０１に対す
るレチクルＲの相対位置を求めている。そして検出光学
系５３内の基準マークＧｓとウエハＷのウエハマークＧ
Ｗの投影像の撮像装置１０１の撮像面での位置を検出す
ることにより間接的にレチクルＲとウエハＷとの相対位
置合わせを行っている。
ンズ１、検出光学系５３、そして撮像装置１０１に対す
るレチクルＲの相対位置を求めている。そして検出光学
系５３内の基準マークＧｓとウエハＷのウエハマークＧ
Ｗの投影像の撮像装置１０１の撮像面での位置を検出す
ることにより間接的にレチクルＲとウエハＷとの相対位
置合わせを行っている。
【００２１】次に本実施形態の参考例として、本実施形
態の一部である第２の位置合わせについて説明する。第
２の位置合わせは、基準マークＧｓとウエハＷ面上のウ
エハマークＧＷを用いて、ウエハＷを所定位置に位置合
わせする方法である。直線偏光のＨｅ−Ｎｅレーザー２
から放射される、露光光の波長とは異なった波長λの光
束を音響光学素子（ＡＯ素子）３に入射させ、このＡＯ
素子３によりレンズ４へ向う光の光量を制御し、例えば
ある状態で完全に光を遮断するようにしている。
態の一部である第２の位置合わせについて説明する。第
２の位置合わせは、基準マークＧｓとウエハＷ面上のウ
エハマークＧＷを用いて、ウエハＷを所定位置に位置合
わせする方法である。直線偏光のＨｅ−Ｎｅレーザー２
から放射される、露光光の波長とは異なった波長λの光
束を音響光学素子（ＡＯ素子）３に入射させ、このＡＯ
素子３によりレンズ４へ向う光の光量を制御し、例えば
ある状態で完全に光を遮断するようにしている。
【００２２】ＡＯ素子３を通過した光束はレンズ４で集
光し、その後、ウエハＷと光学的に共役な面上に配置し
た視野絞りＳＩＬにより空間的に照明範囲を制限した後
に偏光ビームスプリッター５に入射させている。そして
偏光ビームスプリッター５で反射させ、λ／４板６，レ
ンズ７，ミラー８，レンズ１９，そして投影レンズ１に
よりウエハＷ面上のウエハマークＧＷを垂直方向から照
明している。
光し、その後、ウエハＷと光学的に共役な面上に配置し
た視野絞りＳＩＬにより空間的に照明範囲を制限した後
に偏光ビームスプリッター５に入射させている。そして
偏光ビームスプリッター５で反射させ、λ／４板６，レ
ンズ７，ミラー８，レンズ１９，そして投影レンズ１に
よりウエハＷ面上のウエハマークＧＷを垂直方向から照
明している。
【００２３】この時の照明光は、投影レンズ１，レンズ
７，そしてレンズ１９で構成される光学系の瞳面（ウエ
ハＷ面である像面のフーリエ変換面）上で図４（Ａ）に
示すような光束４１であり、ウエハＷ面にほぼ垂直に入
射している（図４（Ａ）におけるｖ，ｗは瞳面の座標で
あり、照明光のウエハＷ面に対する入射角の分布を表し
ている。）。
７，そしてレンズ１９で構成される光学系の瞳面（ウエ
ハＷ面である像面のフーリエ変換面）上で図４（Ａ）に
示すような光束４１であり、ウエハＷ面にほぼ垂直に入
射している（図４（Ａ）におけるｖ，ｗは瞳面の座標で
あり、照明光のウエハＷ面に対する入射角の分布を表し
ている。）。
【００２４】ウエハＷ面上のウエハマークＧＷは、図４
（Ｂ）に示すようなピッチＰの回折格子より成る所謂格
子状マークより成っている。図４（Ｂ）の斜線領域とそ
の他の領域はウエハＷ面上で段差が異なるか、反射率が
異なるか、位相が異なるか等しており、それにより回折
格子をなしている。
（Ｂ）に示すようなピッチＰの回折格子より成る所謂格
子状マークより成っている。図４（Ｂ）の斜線領域とそ
の他の領域はウエハＷ面上で段差が異なるか、反射率が
異なるか、位相が異なるか等しており、それにより回折
格子をなしている。
【００２５】ウエハマークＧＷから反射回折した光束は
投影レンズ１を通過した後、順次レンズ１９，ミラー
８，レンズ７，λ／４板６，偏光ビームスプリッター５
を介し、レンズ９，そしてビームスプリッター１０を通
して、位置ＦにウエハマークＧＷの空中像を形成してい
る。
投影レンズ１を通過した後、順次レンズ１９，ミラー
８，レンズ７，λ／４板６，偏光ビームスプリッター５
を介し、レンズ９，そしてビームスプリッター１０を通
して、位置ＦにウエハマークＧＷの空中像を形成してい
る。
【００２６】位置Ｆに形成したウエハマークＧＷの空中
像は更にフーリエ変換レンズ１１を介し、ストッパー１
２によってウエハマークＧＷからの反射回折光のうち、
例えばウエハＷ上の角度が±sin-1 （λ／Ｐ）に相当す
る反射回折光束のみを透過させ、フーリエ変換レンズ１
３を介し撮像手段としての固体撮像素子１４にウエハマ
ークＧＷの干渉像を形成している。
像は更にフーリエ変換レンズ１１を介し、ストッパー１
２によってウエハマークＧＷからの反射回折光のうち、
例えばウエハＷ上の角度が±sin-1 （λ／Ｐ）に相当す
る反射回折光束のみを透過させ、フーリエ変換レンズ１
３を介し撮像手段としての固体撮像素子１４にウエハマ
ークＧＷの干渉像を形成している。
【００２７】この干渉像は、単色光で照明したピッチＰ
の回折格子を形成するウエハマークＧＷの像であるか
ら、単なる散乱光を用いた暗視野像より信号光量及びコ
ントラストは充分高く安定している。
の回折格子を形成するウエハマークＧＷの像であるか
ら、単なる散乱光を用いた暗視野像より信号光量及びコ
ントラストは充分高く安定している。
【００２８】ここでレンズ１９，レンズ７及びレンズ９
は補正光学系５１を構成し、ウエハマークＧＷの照明光
の波長に対して投影レンズ１で発生する収差、主には軸
上色収差，倍率色収差，球面収差等を補正している。
は補正光学系５１を構成し、ウエハマークＧＷの照明光
の波長に対して投影レンズ１で発生する収差、主には軸
上色収差，倍率色収差，球面収差等を補正している。
【００２９】本参考例の補正光学系５１は取込み開口光
束すべてに対して収差補正を実行する必要はなくストッ
パー１２を通過する反射回折光束のみに対して限定して
収差補正をすれば良いので、光学系は非常に簡素な構成
となっている。
束すべてに対して収差補正を実行する必要はなくストッ
パー１２を通過する反射回折光束のみに対して限定して
収差補正をすれば良いので、光学系は非常に簡素な構成
となっている。
【００３０】これは露光光としてエキシマレーザーから
の光を利用する所謂エキシマステッパーを用いる場合に
は、照明光に対して発生する収差量がｇ線やｉ線の光を
用いた投影露光装置に比べて大幅に大きい為に大変有効
となっている。
の光を利用する所謂エキシマステッパーを用いる場合に
は、照明光に対して発生する収差量がｇ線やｉ線の光を
用いた投影露光装置に比べて大幅に大きい為に大変有効
となっている。
【００３１】一方、本参考例においては、ウエハマーク
ＧＷの照明光の波長と異なる波長を放射するＬＥＤ等の
光源１５からの光束をコンデンサーレンズ１６により集
光し、基準マスク１７面上に形成されている基準マーク
Ｇｓを照明している。この基準マークＧｓは例えば図３
に示すようにウエハマークＧＷと同様の格子状マークよ
り成り、かつ結像倍率を含んで固体撮像素子１４上でウ
エハマークＧＷの干渉縞に対して互いに干渉しない僅か
に周波数が異なる周期性をもったマークより成ってい
る。
ＧＷの照明光の波長と異なる波長を放射するＬＥＤ等の
光源１５からの光束をコンデンサーレンズ１６により集
光し、基準マスク１７面上に形成されている基準マーク
Ｇｓを照明している。この基準マークＧｓは例えば図３
に示すようにウエハマークＧＷと同様の格子状マークよ
り成り、かつ結像倍率を含んで固体撮像素子１４上でウ
エハマークＧＷの干渉縞に対して互いに干渉しない僅か
に周波数が異なる周期性をもったマークより成ってい
る。
【００３２】同図では斜線部が透明領域でその他が不透
明領域となっている。基準マークＧｓを通過した光束は
レンズ１８によって集光し、その後ＬＥＤ１５からの光
束を反射し、Ｈｅ−Ｎｅレーザ２からの光束を透過させ
る光学特性を持つビームスプリッタ１０を介しＦ面上に
基準マークＧｓの空中像を形成している。その後、Ｆ面
上の基準マークＧｓの空中像はウエハマークＧＷと同様
にフーリエ変換レンズ１１，１３により固体撮像素子１
４上に結像される。
明領域となっている。基準マークＧｓを通過した光束は
レンズ１８によって集光し、その後ＬＥＤ１５からの光
束を反射し、Ｈｅ−Ｎｅレーザ２からの光束を透過させ
る光学特性を持つビームスプリッタ１０を介しＦ面上に
基準マークＧｓの空中像を形成している。その後、Ｆ面
上の基準マークＧｓの空中像はウエハマークＧＷと同様
にフーリエ変換レンズ１１，１３により固体撮像素子１
４上に結像される。
【００３３】本参考例ではフーリエ変換レンズ１１及び
１３で構成される光学系５２は基準マークＧｓ及びウエ
ハマークＧＷへの照明光の２波長で良好に収差補正され
ている。
１３で構成される光学系５２は基準マークＧｓ及びウエ
ハマークＧＷへの照明光の２波長で良好に収差補正され
ている。
【００３４】又ストッパー１２はウエハマークＧｗの反
射角度が±sin-1 （λ／Ｐ）の回折光と、基準マークＧ
ｓの反射（透過）角度が±sin-1 （λｓ／Ｐｓ），（λ
ｓ；ＬＥＤ１５の波長、Ｐｓ；基準マークＧｓの格子ピ
ッチ）の回折光の両方を透過し、かつ他の次数の回折光
を遮断するようにしている。
射角度が±sin-1 （λ／Ｐ）の回折光と、基準マークＧ
ｓの反射（透過）角度が±sin-1 （λｓ／Ｐｓ），（λ
ｓ；ＬＥＤ１５の波長、Ｐｓ；基準マークＧｓの格子ピ
ッチ）の回折光の両方を透過し、かつ他の次数の回折光
を遮断するようにしている。
【００３５】本参考例において照明光がウエハＷ面上に
入射したときのウエハマークＧＷからの反射光の強度分
布に対し、ストッパー１２は瞳面フィルターとして作用
する。この結果、固体撮像素子１４に入射する光束は、
ウエハマークＧＷからの±ｎ次回折光のみとなる。但
し、ｎ＝１，２，３，‥‥である。
入射したときのウエハマークＧＷからの反射光の強度分
布に対し、ストッパー１２は瞳面フィルターとして作用
する。この結果、固体撮像素子１４に入射する光束は、
ウエハマークＧＷからの±ｎ次回折光のみとなる。但
し、ｎ＝１，２，３，‥‥である。
【００３６】本参考例では±１次回折光のみとし、固体
撮像素子１４上には図２（Ｂ）で示すようなウエハマー
クＧＷの干渉像Ｍが形成される。この干渉像Ｍの強度分
布はＴｗ＝βｗ・Ｐ／２（βｗ；ウエハマークＧｗの結
像倍率）で示される周期Ｔｗを持つＣＯＳ関数で、ウエ
ハＷ上のウエハマークＧＷの光軸からの位置ずれに対応
した位置ずれ量を持つ強度分布を示す。
撮像素子１４上には図２（Ｂ）で示すようなウエハマー
クＧＷの干渉像Ｍが形成される。この干渉像Ｍの強度分
布はＴｗ＝βｗ・Ｐ／２（βｗ；ウエハマークＧｗの結
像倍率）で示される周期Ｔｗを持つＣＯＳ関数で、ウエ
ハＷ上のウエハマークＧＷの光軸からの位置ずれに対応
した位置ずれ量を持つ強度分布を示す。
【００３７】この干渉像ＭはウエハマークＧＷの段差や
表面を覆うレジストの膜厚がいかように変化しようと
も、周期Ｔｗを持つＣＯＳ関数としての所望の強度分布
を形成する。
表面を覆うレジストの膜厚がいかように変化しようと
も、周期Ｔｗを持つＣＯＳ関数としての所望の強度分布
を形成する。
【００３８】本参考例においてストッパー１２で選択す
る回折光は±１次回折光のみに限定する必要はなく、±
ｎ次回折光（Ｎ＝１，２，３，‥‥）のみを透過する瞳
面フィルターを用いても良い。
る回折光は±１次回折光のみに限定する必要はなく、±
ｎ次回折光（Ｎ＝１，２，３，‥‥）のみを透過する瞳
面フィルターを用いても良い。
【００３９】種々の次数を選択できることは波長を変え
ることにも対応しており、ウエハマークＧＷの検出率を
向上させることができる。例えば±１次回折光が少なけ
れば±２次回折光を用いればウエハマークＧＷの検出率
を向上させることができる。
ることにも対応しており、ウエハマークＧＷの検出率を
向上させることができる。例えば±１次回折光が少なけ
れば±２次回折光を用いればウエハマークＧＷの検出率
を向上させることができる。
【００４０】この際、瞳面フィルターの透過座標位置は
ウエハＷ上の角度が±sin-1 （ｎλ／Ｐ）に相当する位
置となり、固体撮像素子１４上に結像するのは周期Ｔｗ
＝βｗ・Ｐ／（２ｎ）のＣＯＳ関数となる。
ウエハＷ上の角度が±sin-1 （ｎλ／Ｐ）に相当する位
置となり、固体撮像素子１４上に結像するのは周期Ｔｗ
＝βｗ・Ｐ／（２ｎ）のＣＯＳ関数となる。
【００４１】又、±ｎ次回折光（ｎ＝１，２，３，‥
‥）のみを透過する瞳面フィルター１２を用い、±ｎ次
回折光用の瞳面フィルターを選択する構成とした場合、
その瞳面フィルター１２に合わせて、基準マークＧｓの
反射（透過）角度が±sin-1 （ｎλｓ／Ｐｓ）の回折光
に変更するようにしている。
‥）のみを透過する瞳面フィルター１２を用い、±ｎ次
回折光用の瞳面フィルターを選択する構成とした場合、
その瞳面フィルター１２に合わせて、基準マークＧｓの
反射（透過）角度が±sin-1 （ｎλｓ／Ｐｓ）の回折光
に変更するようにしている。
【００４２】ちなみに、基準マークＧｓの回折効率は変
動しないので、ウエハマークＧｗの変動にあわせて回折
光を変えることは基本的には必要ない。そこで、ビーム
スプリッター１０の構成位置を変更してレンズ１３と固
体撮像素子１４の間に配置するようにすれば、ストッパ
ー１２の変更によらず、同じ回折光を常時用いることが
可能となる。（基準マークＧｓ専用のストッパー１２′
は必要となる。）このビームスプリッター１０の構成位
置は、本発明の本質的意義の上では、どちらに配置して
も何んら問題ないものである。
動しないので、ウエハマークＧｗの変動にあわせて回折
光を変えることは基本的には必要ない。そこで、ビーム
スプリッター１０の構成位置を変更してレンズ１３と固
体撮像素子１４の間に配置するようにすれば、ストッパ
ー１２の変更によらず、同じ回折光を常時用いることが
可能となる。（基準マークＧｓ専用のストッパー１２′
は必要となる。）このビームスプリッター１０の構成位
置は、本発明の本質的意義の上では、どちらに配置して
も何んら問題ないものである。
【００４３】本参考例は、従来、固体撮像素子１４上に
形成された図２（Ｂ）で示すようなウエハマークＧｗの
干渉像Ｍのみで計測していたウエハマークＧｗの位置情
報を、図２（Ｃ）に示す基準マークＧｓの干渉像Ｍｓを
同時に固体撮像素子１４上に形成し、信号強度の重ね合
わせ図２（Ａ）に示す信号像Ｍｂを信号として得て、該
信号像Ｍｂのビート信号の周波数（周期Ｔｂ）に対し
て、ＦＦＴ処理における位相差検出を行うことによって
ウエハマークＧｗの位置情報を求めている。
形成された図２（Ｂ）で示すようなウエハマークＧｗの
干渉像Ｍのみで計測していたウエハマークＧｗの位置情
報を、図２（Ｃ）に示す基準マークＧｓの干渉像Ｍｓを
同時に固体撮像素子１４上に形成し、信号強度の重ね合
わせ図２（Ａ）に示す信号像Ｍｂを信号として得て、該
信号像Ｍｂのビート信号の周波数（周期Ｔｂ）に対し
て、ＦＦＴ処理における位相差検出を行うことによって
ウエハマークＧｗの位置情報を求めている。
【００４４】ウエハマークＧｗの干渉像Ｍは、図２
（Ｂ）のとおり、Ｔｗ＝βｗ・Ｐ／２（βｗ：ウエハマ
ークＧｗの結像倍率）で示される周期ＴｗをもつＣＯＳ
関数である。また、基準マークＧｓの干渉像Ｍｓは、図
２（Ｃ）のとおりＴｓ＝βｓ・Ｐｓ／２（βｓ：基準マ
ークＧｓの結像倍率）で示される周期ＴｓをもつＣＯＳ
関数である。この２つの干渉像を同時に固体撮像素子１
４上に形成すると、２つの干渉像は光源及び波長が異な
り、互いに干渉しない関係となっており、信号強度の足
し合わせたビート信号像Ｍｂが、図２（Ａ）に示すよう
に形成される。
（Ｂ）のとおり、Ｔｗ＝βｗ・Ｐ／２（βｗ：ウエハマ
ークＧｗの結像倍率）で示される周期ＴｗをもつＣＯＳ
関数である。また、基準マークＧｓの干渉像Ｍｓは、図
２（Ｃ）のとおりＴｓ＝βｓ・Ｐｓ／２（βｓ：基準マ
ークＧｓの結像倍率）で示される周期ＴｓをもつＣＯＳ
関数である。この２つの干渉像を同時に固体撮像素子１
４上に形成すると、２つの干渉像は光源及び波長が異な
り、互いに干渉しない関係となっており、信号強度の足
し合わせたビート信号像Ｍｂが、図２（Ａ）に示すよう
に形成される。
【００４５】この際、このビート信号の周期Ｔｂは、Ｔ
ｂ＝１／（｜１／Ｔｗ−１／Ｔｓ｜）で定義される周期
であり、ウエハマークＧｗの移動に対応してビート信号
像Ｍｂは移動し、ウエハマークＧｗの移動量に対してビ
ート信号像Ｍｂは、Ｔｂ／Ｔｗ倍の敏感度で移動するこ
とになる。
ｂ＝１／（｜１／Ｔｗ−１／Ｔｓ｜）で定義される周期
であり、ウエハマークＧｗの移動に対応してビート信号
像Ｍｂは移動し、ウエハマークＧｗの移動量に対してビ
ート信号像Ｍｂは、Ｔｂ／Ｔｗ倍の敏感度で移動するこ
とになる。
【００４６】例えば、固体撮像素子１４上で、Ｔｗ＝４
ｍｍ、Ｔｓ＝５ｍｍとすると、Ｔｂ＝２０ｍｍとなるか
ら、このビート信号の変動に着目すれば、ウエハマーク
Ｇｗの移動量を５倍に拡大して観察することができる。
ｍｍ、Ｔｓ＝５ｍｍとすると、Ｔｂ＝２０ｍｍとなるか
ら、このビート信号の変動に着目すれば、ウエハマーク
Ｇｗの移動量を５倍に拡大して観察することができる。
【００４７】本参考例ではこのビート信号像Ｍｂを着目
することによって光学系の結像倍率を上げることなく、
計測分解能を向上させることを可能とし、ウエハマーク
Ｇｗの干渉像Ｍの信号強度の倍率拡大を図りつつ、光量
不足による検出率の低下を防止している。又この信号像
Ｍｂは図２（Ａ）に示すような信号パターンであり、求
めようとするパターン中心に対して対称性を有するもの
となっている。
することによって光学系の結像倍率を上げることなく、
計測分解能を向上させることを可能とし、ウエハマーク
Ｇｗの干渉像Ｍの信号強度の倍率拡大を図りつつ、光量
不足による検出率の低下を防止している。又この信号像
Ｍｂは図２（Ａ）に示すような信号パターンであり、求
めようとするパターン中心に対して対称性を有するもの
となっている。
【００４８】図１において撮像装置１０１によって電気
信号に変換されたパターン像は、図１のＡ／Ｄ変換装置
１０２によって、撮像面の画素ピッチにより定まるサン
プリングピッチにより、画素のアドレスに応じた離散電
気信号列に変換される。
信号に変換されたパターン像は、図１のＡ／Ｄ変換装置
１０２によって、撮像面の画素ピッチにより定まるサン
プリングピッチにより、画素のアドレスに応じた離散電
気信号列に変換される。
【００４９】図１の１０３は積算装置であり、２次元撮
像素子を用いた場合は、非計測方向に画素積算を実行し
計測方向に並んだ１次元の電気信号列を形成する（１次
元撮像素子を用いた場合は、この処理は不要であ
る。）。
像素子を用いた場合は、非計測方向に画素積算を実行し
計測方向に並んだ１次元の電気信号列を形成する（１次
元撮像素子を用いた場合は、この処理は不要であ
る。）。
【００５０】図１の１０４はＦＦＴ演算装置であり、入
力した電気信号列を離散フーリエ変換し、電気信号列を
空間周波数領域に変換し、そのフーリエ係数を高速に演
算するものである。この際、パターンの周期性によっ
て、パターン固有の空間周波数の強度が強く現われる。
信号像Ｍｂの場合、周期Ｔｗ，Ｔｓ，Ｔｂに応じた空間
周波数が強い強度をもつ。
力した電気信号列を離散フーリエ変換し、電気信号列を
空間周波数領域に変換し、そのフーリエ係数を高速に演
算するものである。この際、パターンの周期性によっ
て、パターン固有の空間周波数の強度が強く現われる。
信号像Ｍｂの場合、周期Ｔｗ，Ｔｓ，Ｔｂに応じた空間
周波数が強い強度をもつ。
【００５１】図１の１０５は周波数強度検出装置であ
り、パターン固有の空間周波数近傍の範囲でピーク位置
とピーク周波数の検出を行っている。この処理は、光学
系の調整状態など、何らかの原因で光学倍率が所定の値
から変動した場合でも、このピーク周波数を検出する事
で、パターン固有の空間周波数から光学倍率の変動を補
正する事を可能ならしめている。
り、パターン固有の空間周波数近傍の範囲でピーク位置
とピーク周波数の検出を行っている。この処理は、光学
系の調整状態など、何らかの原因で光学倍率が所定の値
から変動した場合でも、このピーク周波数を検出する事
で、パターン固有の空間周波数から光学倍率の変動を補
正する事を可能ならしめている。
【００５２】ピーク検出に際しては、必要に応じて空間
周波数領域で補間手段（例えば、最小二乗近似、重み付
き平均処理）等を用いて周波数分解能を高めてもよい。
図１の１０６は位相検出装置であり、パターン固有の空
間周波数及びその近傍の周波数成分の位相を検出してい
る。
周波数領域で補間手段（例えば、最小二乗近似、重み付
き平均処理）等を用いて周波数分解能を高めてもよい。
図１の１０６は位相検出装置であり、パターン固有の空
間周波数及びその近傍の周波数成分の位相を検出してい
る。
【００５３】図１の１０７はずれ量検出装置であり、位
相検出装置１０６で算出した位相から実空間での基準点
に対するずれ量を算出する。その際、パターン固有の空
間周波数近傍の各空間周波数の強度による重み付け平均
処理を行い、パターン中心の基準点からのずれ量を重み
付け平均処理をしてもよい。
相検出装置１０６で算出した位相から実空間での基準点
に対するずれ量を算出する。その際、パターン固有の空
間周波数近傍の各空間周波数の強度による重み付け平均
処理を行い、パターン中心の基準点からのずれ量を重み
付け平均処理をしてもよい。
【００５４】Ａ／Ｄ変換装置１０２から、ずれ量検出装
置１０７までの信号処理法は、処理のターゲットとなる
パターン固有の空間周波数が、ビート信号像Ｍｂの周期
Ｔｂに応じた空間周波数になる事を除いては、従来方式
との差はない。
置１０７までの信号処理法は、処理のターゲットとなる
パターン固有の空間周波数が、ビート信号像Ｍｂの周期
Ｔｂに応じた空間周波数になる事を除いては、従来方式
との差はない。
【００５５】例えば、この時の信号処理法としては、本
出願人が先に特開平５−３４３２９１号公報で提案した
方法が適用可能である。
出願人が先に特開平５−３４３２９１号公報で提案した
方法が適用可能である。
【００５６】ずれ量検出装置１０７で求められたずれ量
は、位置合わせ制御装置１０８に送られ、予め検出して
おいた基準マークＧｓとレチクルＲとの相対的位置のデ
ータと合わせて用いられて、位置合わせ制御装置１０８
がウエハステージＳＴを制御してレチクルＲとウエハＷ
の位置合わせを行っている。
は、位置合わせ制御装置１０８に送られ、予め検出して
おいた基準マークＧｓとレチクルＲとの相対的位置のデ
ータと合わせて用いられて、位置合わせ制御装置１０８
がウエハステージＳＴを制御してレチクルＲとウエハＷ
の位置合わせを行っている。
【００５７】又本参考例ではＸ方向を計測するスコープ
の構成を示したが、実際には位置合せすべきウエハＷ上
には、Ｘ，Ｙ両方向に対して格子状マークを構成し、対
応する計測スコープをＸ，Ｙ方向それぞれに構成するの
が一般的である。又ウエハＷ上のマークを市松状に形成
し、Ｘ，Ｙ方向を同時又は切換えにより１つのスコープ
で検出するようにしても良い。
の構成を示したが、実際には位置合せすべきウエハＷ上
には、Ｘ，Ｙ両方向に対して格子状マークを構成し、対
応する計測スコープをＸ，Ｙ方向それぞれに構成するの
が一般的である。又ウエハＷ上のマークを市松状に形成
し、Ｘ，Ｙ方向を同時又は切換えにより１つのスコープ
で検出するようにしても良い。
【００５８】次に本発明の実施形態について説明する。
本実施形態では基準マークＧｓの干渉像Ｍｓを固体撮像
素子１４上に投影せずに、ウエハマークＧｗの干渉像Ｍ
を用いて、ウエハＷを所定位置に位置合わせ（第１の位
置合わせ）した後、基準マークＧｓの干渉像Ｍｓを投影
してウエハマークＧＷの干渉像Ｍに合成をし、信号強度
の重ね合わせ信号像ＭｂからウエハＷを所定位置に位置
合わせ（第２の位置合わせ）するよう、粗精検出の２段
階を備えた事を特徴としている。
本実施形態では基準マークＧｓの干渉像Ｍｓを固体撮像
素子１４上に投影せずに、ウエハマークＧｗの干渉像Ｍ
を用いて、ウエハＷを所定位置に位置合わせ（第１の位
置合わせ）した後、基準マークＧｓの干渉像Ｍｓを投影
してウエハマークＧＷの干渉像Ｍに合成をし、信号強度
の重ね合わせ信号像ＭｂからウエハＷを所定位置に位置
合わせ（第２の位置合わせ）するよう、粗精検出の２段
階を備えた事を特徴としている。
【００５９】参考例ではウエハマークＧｗの干渉像（周
期Ｔｗ）Ｍと基準マークＧｓの干渉像（周期Ｔｓ）Ｍｓ
を同時に固体撮像素子１４上に形成し、信号強度の重ね
合わせ信号像Ｍｂを信号として、信号像Ｍｂのビート信
号の周波数に対してＦＦＴ処理における位相差検出を行
う事によって、ウエハマークＧｗの位置情報を求めてい
た。この方法では計測敏感度を上げると、それに応じて
計測範囲が減少してくる。
期Ｔｗ）Ｍと基準マークＧｓの干渉像（周期Ｔｓ）Ｍｓ
を同時に固体撮像素子１４上に形成し、信号強度の重ね
合わせ信号像Ｍｂを信号として、信号像Ｍｂのビート信
号の周波数に対してＦＦＴ処理における位相差検出を行
う事によって、ウエハマークＧｗの位置情報を求めてい
た。この方法では計測敏感度を上げると、それに応じて
計測範囲が減少してくる。
【００６０】そこで本実施形態ではウエハＷが装置に送
り込まれた後、まず基準マークＧｓの干渉像Ｍｓを固体
撮像素子１４上に投影せずに、ウエハマークＧｗの干渉
像Ｍのみを用いて、ウエハＷを所定位置に位置合わせす
る粗検出（第１の位置合わせ）を実行し、その後、基準
マークＧｓの干渉像Ｍｓを固体撮像素子１４上に投影し
てウエハマークＧｗの干渉像Ｍに合成している。そして
信号強度の重ね合わせ信号像Ｍｂからのビート信号の周
波数に対してＦＦＴ処理における位相差検出を行う事に
よって、ウエハＷの位置情報を求める精密検出（第２の
位置合わせ）を実行して、ウエハＷを所定位置に位置合
わせするようにしている。
り込まれた後、まず基準マークＧｓの干渉像Ｍｓを固体
撮像素子１４上に投影せずに、ウエハマークＧｗの干渉
像Ｍのみを用いて、ウエハＷを所定位置に位置合わせす
る粗検出（第１の位置合わせ）を実行し、その後、基準
マークＧｓの干渉像Ｍｓを固体撮像素子１４上に投影し
てウエハマークＧｗの干渉像Ｍに合成している。そして
信号強度の重ね合わせ信号像Ｍｂからのビート信号の周
波数に対してＦＦＴ処理における位相差検出を行う事に
よって、ウエハＷの位置情報を求める精密検出（第２の
位置合わせ）を実行して、ウエハＷを所定位置に位置合
わせするようにしている。
【００６１】本実施形態の有効性は、基準マークＧｓの
干渉像Ｍｓを固体撮像素子１４上に投影するか否かのＯ
Ｎ／ＯＦＦと、ＦＦＴ処理における位相差検出を行う固
有周波数を変更するだけの、ほんのわずかの変更で計測
分解能は低いが検出範囲が広い粗検出と、検出範囲は狭
いが、計測分解能は高い精密検出を切換可能としている
点である。
干渉像Ｍｓを固体撮像素子１４上に投影するか否かのＯ
Ｎ／ＯＦＦと、ＦＦＴ処理における位相差検出を行う固
有周波数を変更するだけの、ほんのわずかの変更で計測
分解能は低いが検出範囲が広い粗検出と、検出範囲は狭
いが、計測分解能は高い精密検出を切換可能としている
点である。
【００６２】一般的には、計測光学系の結像倍率を切り
換えたり、まったく別光学系を構成せねばならない粗検
出と精密検出の共存を、駆動する物体がなく、ウエハＷ
の位置も変えずに成立させている本実施形態は精度も高
く、処理の高速性でも優れている。
換えたり、まったく別光学系を構成せねばならない粗検
出と精密検出の共存を、駆動する物体がなく、ウエハＷ
の位置も変えずに成立させている本実施形態は精度も高
く、処理の高速性でも優れている。
【００６３】また、基準マークＧｓの干渉像Ｍｓの格子
ピッチＰｓを数種類用意すれば、粗検出と精密検出を２
段階から多段階に可変とすることができる。この場合、
基準マークＧｓを応じて切り換えるか、又は基準マスク
１７を液晶基板で製作し、必要にあわせて格子ピッチＰ
ｓを変えるように制御しても良い。
ピッチＰｓを数種類用意すれば、粗検出と精密検出を２
段階から多段階に可変とすることができる。この場合、
基準マークＧｓを応じて切り換えるか、又は基準マスク
１７を液晶基板で製作し、必要にあわせて格子ピッチＰ
ｓを変えるように制御しても良い。
【００６４】図５は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の
半導体チップ、或は液晶パネルやＣＣＤ等）の製造のフ
ローチャートである。
半導体チップ、或は液晶パネルやＣＣＤ等）の製造のフ
ローチャートである。
【００６５】本実施例においてステップ１（回路設計）
では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ２
（マスク製作）では設計した回路パターンを形成したマ
スクを製作する。
では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ２
（マスク製作）では設計した回路パターンを形成したマ
スクを製作する。
【００６６】一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリ
コン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４
（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、前記用意したマ
スクとウエハを用いてリソグラフィ技術によってウエハ
上に実際の回路を形成する。
コン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４
（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、前記用意したマ
スクとウエハを用いてリソグラフィ技術によってウエハ
上に実際の回路を形成する。
【００６７】次のステップ５（組立）は後工程と呼ば
れ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導
体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシ
ング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封
入）等の工程を含む。
れ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導
体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシ
ング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封
入）等の工程を含む。
【００６８】ステップ６（検査）ではステップ５で作製
された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト
等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイス
が完成し、これが出荷（ステップ７）される。
された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト
等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイス
が完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００６９】図６は上記ステップ４のウエハプロセスの
詳細なフローチャートである。まずステップ１１（酸
化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（Ｃ
ＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。
詳細なフローチャートである。まずステップ１１（酸
化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（Ｃ
ＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。
【００７０】ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に
電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打
込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では前記説明した露光装置によってマ
スクの回路パターンをウエハに焼付露光する。
電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打
込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では前記説明した露光装置によってマ
スクの回路パターンをウエハに焼付露光する。
【００７１】ステップ１７（現像）では露光したウエハ
を現像する。ステップ１８（エッチング）では現像した
レジスト以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジス
ト剥離）ではエッチングがすんで不要となったレジスト
を取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことに
よってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
を現像する。ステップ１８（エッチング）では現像した
レジスト以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジス
ト剥離）ではエッチングがすんで不要となったレジスト
を取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことに
よってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００７２】尚本実施例の製造方法を用いれば高集積度
の半導体デバイスを容易に製造することができる。
の半導体デバイスを容易に製造することができる。
【００７３】
【発明の効果】本発明によれば以上のように、レチクル
と同期（位置合わせ）をとった撮像手段とウエハとの相
対的な位置合わせを観察光学系によるウエハ面の観察倍
率を上げることなく、適切に設定したウエハ面上に設け
たマークに基づくビート信号を利用することによって高
精度に行うことのできる位置合わせ方法及びそれを用い
た投影露光装置を達成することができる。
と同期（位置合わせ）をとった撮像手段とウエハとの相
対的な位置合わせを観察光学系によるウエハ面の観察倍
率を上げることなく、適切に設定したウエハ面上に設け
たマークに基づくビート信号を利用することによって高
精度に行うことのできる位置合わせ方法及びそれを用い
た投影露光装置を達成することができる。
【００７４】又本発明によれば以上のように、ウエハマ
ークＧｗの干渉像ＭとマークＧｓの干渉像Ｍｓを同時に
固体撮像素子上に形成し、信号強度の重ね合わせ信号像
Ｍｂを信号として、該信号像Ｍｂのビート信号の周波数
に対してＦＦＴ処理における位相差検出を行うことによ
って、ウエハマークＧＷの位置情報を求めるように構成
し、これにより検出系のウエハ面の観察倍率を上げるこ
となく、ビート信号を用いて検出分解能を向上させてウ
エハマークＧＷの干渉像Ｍの信号強度を倍率拡大で損な
わずに、又光量不足による検出率の低下の問題も発生せ
ずに高精度な位置合わせを達成することができる位置合
わせ方法及びそれを用いた投影露光装置を達成すること
ができる。
ークＧｗの干渉像ＭとマークＧｓの干渉像Ｍｓを同時に
固体撮像素子上に形成し、信号強度の重ね合わせ信号像
Ｍｂを信号として、該信号像Ｍｂのビート信号の周波数
に対してＦＦＴ処理における位相差検出を行うことによ
って、ウエハマークＧＷの位置情報を求めるように構成
し、これにより検出系のウエハ面の観察倍率を上げるこ
となく、ビート信号を用いて検出分解能を向上させてウ
エハマークＧＷの干渉像Ｍの信号強度を倍率拡大で損な
わずに、又光量不足による検出率の低下の問題も発生せ
ずに高精度な位置合わせを達成することができる位置合
わせ方法及びそれを用いた投影露光装置を達成すること
ができる。
【図１】本発明を適用した投影露光装置の要部概略図
【図２】本発明で検出する干渉信号像の説明図
【図３】基準マークの形状を示す説明図
【図４】本発明に係る観察光学系の瞳面と格子状マーク
の説明図
の説明図
【図５】本発明の半導体デバイスの製造方法のフローチ
ャート
ャート
【図６】本発明の半導体デバイスの製造方法のフローチ
ャート
ャート
ＩＬ 照明装置
Ｒ レチクル
Ｗ ウエハ
Ｇｗ ウエハマーク
Ｇｓ 基準マーク
ＳＩＲ 視野絞り
ＳＴ ウエハステージ
１ 投影レンズ
２ レーザー
３ ＡＯ素子
５，１０ ビームスプリッター
４，７，９，１１，１３，１６，１８，１９ レンズ
１２ ストッパー
１４ 固体撮像素子
１５ 光源
１７ 基準マスク
５１ 補正光学系
５２ 光学系
５３ 検出光学系
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｈ０１Ｌ 21/30 ５２５Ｒ
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/027
G03F 9/00
Claims (7)
- 【請求項１】 物体上に設けた格子状マークを光源から
の光束で照明し、該格子状マークからの反射回折光のう
ち±ｎ次光（ｎ＝１，２，３，‥‥）を用いて撮像手段
面上に該格子状マークに基づくマーク干渉像を形成し、
該マーク干渉像の映像信号の周期性に基づいて固有に現
れる空間周波数成分を選択し該格子状マークの位置を検
出することにより、該物体を所定位置に合わせる第１の
位置合わせを行い、該第１の位置合わせ後、該マーク干
渉像とは干渉しない周期性の異なる基準マークの基準干
渉像を該撮像手段面上に該マーク干渉像と重ねて形成
し、該重ねて形成したマーク干渉像と基準干渉像との合
成映像信号の周期性に基づいて固有に現れる空間周波数
成分を選択し、該格子状マークの位置を検出することに
より、該物体を第１の位置合わせより高精度に所定位置
に合わせる第２の位置合わせをしたことを特徴とする位
置合わせ方法。 - 【請求項２】 物体上に設けられた格子状マークを単色
光で照明し、該格子状マークからの反射回折光のうち±
ｎ次光（ｎ＝１，２，３，‥‥）を用いて撮像手段面上
にマーク干渉像を形成し、該撮像手段で得られる映像信
号に対して、直交変換により空間周波数領域に変換し、
該空間周波数領域上で該映像信号より該格子状マークの
周期性に基づいて固有に現れる空間周波数成分を選択
し、該格子状マークの位置を検出することにより、該物
体を所定位置に位置合わせする第１の位置合わせを行
い、該第１の位置合わせ後、該マーク干渉像に、互いに
干渉しない周期性の異なる基準干渉像を該撮像手段上で
重ね合わせ、それより得られる合成映像信号を直交変換
により空間周波数領域に変換し、該空間周波数領域上で
該合成映像信号の周期性に基づいて固有に現れる空間周
波数成分を選択し、該格子状マークの位置を検出するこ
とにより、該物体を該第１の位置合わせより高精度に所
定位置に合わせる第２の位置合わせをすることを特徴と
する位置合わせ方法。 - 【請求項３】 露光光で照明した第１物体面上のパター
ンを投影光学系を介して第２物体面上に投影する投影露
光装置において、該第２物体面に設けた格子状マークを
照明手段からの光で該投影レンズを介して照明し、該格
子状マークからの反射回折光のうち±ｎ次光（ｎ＝１，
２，３，‥‥）を用いて撮像手段面上にマーク干渉像を
形成し、該マーク干渉像の映像信号の周期性に基づいて
固有に現れる空間周波数成分を選択し該格子状マークの
位置を検出することにより、該物体を所定位置に合わせ
る第１の位置合わせを行い、該第１の位置合わせ後、該
マーク干渉像とは干渉しない周期性の異なる基準マーク
の基準干渉像を該撮像手段面上に該マーク干渉像と重ね
て形成し、該重ねて形成したマーク干渉像と基準干渉像
との合成映像信号の周期性に基づいて固有に現れる空間
周波数成分を選択し、該格子状マークの位置を検出する
ことにより、該第２物体を第１の位置合わせより高精度
に所定位置に合わせる第２の位置合わせを行っているこ
とを特徴とする投影露光装置。 - 【請求項４】 第１物体に形成されたパターンを、投影
光学系を介して露光光で第２物体上に投影露光する投影
露光装置において、該第２物体上に設けられた格子状マ
ークを単色光で照明し、該格子状マークからの反射回折
光のうち±ｎ次光（ｎ＝１，２，３，‥‥）を用いて撮
像手段面上にマーク干渉像を形成し、該撮像手段で得ら
れる映像信号に対して、直交変換により空間周波数領域
に変換し、該空間周波数領域上で該映像信号より該格子
状マークの周期性に基づいて固有に現れる空間周波数成
分を選択し、該格子状マークの位置を検出することによ
り、該第２物体を所定位置に位置合わせする第１の位置
合わせを行い、該第１の位置合わせ後、該マーク干渉像
に、互いに干渉しない周期性の異なる基準干渉像を該撮
像手段上で重ね合わせ、それより得られる合成映像信号
を直交変換により空間周波数領域に変換し、該空間周波
数領域上で該合成映像信号の周期性に基づいて固有に現
れる空間周波数成分を選択し、該格子状マークの位置を
検出する事により、該第２物体を該第１の位置合わせよ
りも高精度に所定位置に合わせる第２の位置合わせをす
ることを特徴とする投影露光装置。 - 【請求項５】 前記照明手段からの光は前記第２物体面
上に塗布した感光体が感光しない波長の光であり、該格
子状マークからの反射回折光を、該投影光学系を再び通
過した後、露光光路外に取り出していることを特徴とす
る請求項３又は４の投影露光装置。 - 【請求項６】 請求項１又は２に記載の位置合わせ方法
を用いてデバイスパターンを基板上にプリントする段階
を含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。 - 【請求項７】 請求項３〜５の何れか１項記載の投影露
光装置を用いてデバイスパターンを基板上にプリントす
る段階を含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方
法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24413896A JP3428829B2 (ja) | 1996-08-27 | 1996-08-27 | 位置合わせ方法及びそれを用いた投影露光装置 |
| US08/916,926 US6091481A (en) | 1996-08-27 | 1997-08-22 | Positioning method and projection exposure apparatus using the method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24413896A JP3428829B2 (ja) | 1996-08-27 | 1996-08-27 | 位置合わせ方法及びそれを用いた投影露光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1070068A JPH1070068A (ja) | 1998-03-10 |
| JP3428829B2 true JP3428829B2 (ja) | 2003-07-22 |
Family
ID=17114332
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24413896A Expired - Fee Related JP3428829B2 (ja) | 1996-08-27 | 1996-08-27 | 位置合わせ方法及びそれを用いた投影露光装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6091481A (ja) |
| JP (1) | JP3428829B2 (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10164443A (ja) * | 1996-11-29 | 1998-06-19 | Nikon Corp | 固体撮像素子カメラ |
| EP1090329A4 (en) * | 1998-04-30 | 2002-09-25 | Nikon Corp | ALIGNMENT SIMULATION |
| US7039252B2 (en) * | 1999-02-25 | 2006-05-02 | Ludwig Lester F | Iterative approximation environments for modeling the evolution of an image propagating through a physical medium in restoration and other applications |
| US7054504B2 (en) * | 1999-02-25 | 2006-05-30 | Ludwig Lester F | Relative optical path phase reconstruction in the correction of misfocused images using fractional powers of the fourier transform |
| US20020041377A1 (en) * | 2000-04-25 | 2002-04-11 | Nikon Corporation | Aerial image measurement method and unit, optical properties measurement method and unit, adjustment method of projection optical system, exposure method and apparatus, making method of exposure apparatus, and device manufacturing method |
| JP4579376B2 (ja) | 2000-06-19 | 2010-11-10 | キヤノン株式会社 | 露光装置およびデバイス製造方法 |
| JP3927768B2 (ja) * | 2000-11-17 | 2007-06-13 | 松下電器産業株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| US7209235B2 (en) * | 2002-07-11 | 2007-04-24 | Hymite A/S | Accurate positioning of components of a optical assembly |
| JP4101076B2 (ja) * | 2003-02-06 | 2008-06-11 | キヤノン株式会社 | 位置検出方法及び装置 |
| US7565219B2 (en) * | 2003-12-09 | 2009-07-21 | Asml Netherlands B.V. | Lithographic apparatus, method of determining a model parameter, device manufacturing method, and device manufactured thereby |
| US7251018B2 (en) * | 2004-11-29 | 2007-07-31 | Asml Netherlands B.V. | Substrate table, method of measuring a position of a substrate and a lithographic apparatus |
| US7388647B2 (en) * | 2005-01-06 | 2008-06-17 | Asml Holding N.V. | Method and system for real time uniformity feedback |
| JP2008171960A (ja) | 2007-01-10 | 2008-07-24 | Canon Inc | 位置検出装置及び露光装置 |
| NL2010971A (en) * | 2012-07-10 | 2014-01-13 | Asml Netherlands Bv | Lithographic cluster system, method for calibrating a positioning device of a lithographic apparatus and measurement apparatus. |
| EP4052095A1 (en) | 2019-10-29 | 2022-09-07 | ASML Holding N.V. | Variable diffraction grating |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4710026A (en) * | 1985-03-22 | 1987-12-01 | Nippon Kogaku K. K. | Position detection apparatus |
| US5734478A (en) * | 1988-10-12 | 1998-03-31 | Nikon Corporation | Projection exposure apparatus |
| JP2890882B2 (ja) * | 1990-04-06 | 1999-05-17 | キヤノン株式会社 | 位置付け方法、半導体デバイスの製造方法及びそれを用いた投影露光装置 |
| JP3109852B2 (ja) * | 1991-04-16 | 2000-11-20 | キヤノン株式会社 | 投影露光装置 |
| JPH0513297A (ja) * | 1991-07-09 | 1993-01-22 | Nikon Corp | 位置合わせ装置 |
| US5486919A (en) * | 1992-04-27 | 1996-01-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Inspection method and apparatus for inspecting a particle, if any, on a substrate having a pattern |
| JP3216240B2 (ja) * | 1992-06-04 | 2001-10-09 | キヤノン株式会社 | 位置合わせ方法及びそれを用いた投影露光装置 |
| JPH07142336A (ja) * | 1993-06-30 | 1995-06-02 | Canon Inc | 露光装置 |
| JP3420314B2 (ja) * | 1993-12-03 | 2003-06-23 | キヤノン株式会社 | 位置ずれ計測方法及びそれを用いた計測装置 |
| JPH09160261A (ja) * | 1995-12-07 | 1997-06-20 | Nikon Corp | 位置検出方法 |
-
1996
- 1996-08-27 JP JP24413896A patent/JP3428829B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-08-22 US US08/916,926 patent/US6091481A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6091481A (en) | 2000-07-18 |
| JPH1070068A (ja) | 1998-03-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5189494A (en) | Position detecting method and apparatus | |
| US6649923B2 (en) | Positional deviation detecting method and device manufacturing method using the same | |
| JP3428829B2 (ja) | 位置合わせ方法及びそれを用いた投影露光装置 | |
| US8223315B2 (en) | Measuring apparatus and exposure apparatus having the same | |
| US5493402A (en) | EGA alignment method using a plurality of weighting coefficients | |
| JP3796363B2 (ja) | 位置検出装置及びそれを用いた露光装置 | |
| JPH0445512A (ja) | 投影露光装置及び方法 | |
| KR20060043246A (ko) | 측정장치를 탑재한 노광장치 | |
| JP3216240B2 (ja) | 位置合わせ方法及びそれを用いた投影露光装置 | |
| US6650398B2 (en) | Wavefront aberration measurement method and projection exposure apparatus | |
| JP2007180152A (ja) | 測定方法及び装置、露光装置、並びに、デバイス製造方法 | |
| JP2005159213A (ja) | シアリング干渉を利用した測定方法及び装置、それを利用した露光方法及び装置、並びに、デバイス製造方法 | |
| US6714691B2 (en) | Exposure method and apparatus, and device manufacturing method using the same | |
| JP2650396B2 (ja) | 位置検出装置及び位置検出方法 | |
| KR101019767B1 (ko) | 노광장치 및 디바이스 제조방법 | |
| JPH07130636A (ja) | 位置検出装置及びそれを用いた半導体素子の製造方法 | |
| JP3368266B2 (ja) | 投影露光装置 | |
| JP3273409B2 (ja) | 投影露光装置 | |
| JP2004273748A (ja) | 収差測定装置 | |
| JP2008124341A (ja) | 露光装置 | |
| JP2006053056A (ja) | 位置計測方法、位置計測装置、露光装置、及びデバイス製造方法 | |
| JP3368267B2 (ja) | 投影露光装置 | |
| JPH1041219A (ja) | 投影露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 | |
| JP4590181B2 (ja) | 測定方法及び装置、露光装置、並びに、デバイス製造方法 | |
| KR20080080442A (ko) | 측정장치, 노광장치 및 디바이스의 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090516 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100516 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100516 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110516 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120516 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120516 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130516 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140516 Year of fee payment: 11 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |