JPH0141249B2 - - Google Patents
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- JPH0141249B2 JPH0141249B2 JP58048091A JP4809183A JPH0141249B2 JP H0141249 B2 JPH0141249 B2 JP H0141249B2 JP 58048091 A JP58048091 A JP 58048091A JP 4809183 A JP4809183 A JP 4809183A JP H0141249 B2 JPH0141249 B2 JP H0141249B2
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- 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
- G03F9/7065—Production of alignment light, e.g. light source, control of coherence, polarization, pulse length, wavelength
-
- 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
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- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
- G03F9/7003—Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
- G03F9/7023—Aligning or positioning in direction perpendicular to substrate surface
-
- 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
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- G03F9/7069—Alignment mark illumination, e.g. darkfield, dual focus
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、物体を整合させる際のマークの検出
に関するものであり、特に半導体焼付け装置でフ
オトマスク（以下、マスク）とウエハーを自動整
合させるための整合マークの検出装置に適する。
に関するものであり、特に半導体焼付け装置でフ
オトマスク（以下、マスク）とウエハーを自動整
合させるための整合マークの検出装置に適する。
従来、半導体焼付け装置でマスクとウエハーを
整合させる際に、マスクとウエハーにそれぞれ配
設された整合マークをスポツト状に集光させたレ
ーザー光で走査するものが特開昭53―90872号等
で知られている。第１図はマスクとウエハーに設
けられている整合マークの片側を示している。図
中、Ｍ１とＭ２そしてＭ１′とＭ２′はマスク側の
整合マークを構成するマークエレメントＭ１とＭ
２はビームの走査線Ｌに対して同傾角を成し、別
のマークエレメントＭ１′とＭ２′は走査線Ｌに対
し逆の傾きで同傾角を成す。マークエレメントＭ
１とＭ２′あるいはマークエレメントＭ２とＭ
１′は同一交角、例えば90度である。
整合させる際に、マスクとウエハーにそれぞれ配
設された整合マークをスポツト状に集光させたレ
ーザー光で走査するものが特開昭53―90872号等
で知られている。第１図はマスクとウエハーに設
けられている整合マークの片側を示している。図
中、Ｍ１とＭ２そしてＭ１′とＭ２′はマスク側の
整合マークを構成するマークエレメントＭ１とＭ
２はビームの走査線Ｌに対して同傾角を成し、別
のマークエレメントＭ１′とＭ２′は走査線Ｌに対
し逆の傾きで同傾角を成す。マークエレメントＭ
１とＭ２′あるいはマークエレメントＭ２とＭ
１′は同一交角、例えば90度である。
他方、Ｗ１とＷ１′はウエハー側の整合マーク
を構成するマークエレメントで、マークエレメン
トＷ１とＷ２はマークエレメントＭ１とＭ２′の
交角と同一の交角を成す。従つてマスクとウエハ
ーが整合された時、マークエレメントＷ１はマー
クエレメントＭ１及びＭ２と平行に成り、マーク
エレメントＷ１′はマークエレメントＭ１′及びＭ
２′と平行に成つて、各間隔は等しくなる。走査
ビームは各マークエレメントのエツジ部で回折さ
れるが、これを受ける受光光学系内の、マスク及
びウエハーに対するフーリエ変換面で空間周波数
フイルタリングを行い情報光以外の光を遮断す
る。従つて光電検知器は整合マークによる回折光
のみを受光することになり、良好な電気信号列を
出力する。電気信号処理系はマスクとウエハーの
Ｘ，Ｙ，θ方向の位置ずれを演算し、位置ずれ信
号に基づいてマスク又はウエハーを移動して両者
を正確に重畳させる。但し、スポツト状のビーム
で走査する方法では装置光学系中の塵、光学要素
表面の傷等による影響が大きく、更に第１図の符
番８に示す様に走査線上にゴミがあつたり、符番
９の様に、整合マークの一部が欠落している場合
には整合が達成されなかつたり、整合精度が悪く
なる。
を構成するマークエレメントで、マークエレメン
トＷ１とＷ２はマークエレメントＭ１とＭ２′の
交角と同一の交角を成す。従つてマスクとウエハ
ーが整合された時、マークエレメントＷ１はマー
クエレメントＭ１及びＭ２と平行に成り、マーク
エレメントＷ１′はマークエレメントＭ１′及びＭ
２′と平行に成つて、各間隔は等しくなる。走査
ビームは各マークエレメントのエツジ部で回折さ
れるが、これを受ける受光光学系内の、マスク及
びウエハーに対するフーリエ変換面で空間周波数
フイルタリングを行い情報光以外の光を遮断す
る。従つて光電検知器は整合マークによる回折光
のみを受光することになり、良好な電気信号列を
出力する。電気信号処理系はマスクとウエハーの
Ｘ，Ｙ，θ方向の位置ずれを演算し、位置ずれ信
号に基づいてマスク又はウエハーを移動して両者
を正確に重畳させる。但し、スポツト状のビーム
で走査する方法では装置光学系中の塵、光学要素
表面の傷等による影響が大きく、更に第１図の符
番８に示す様に走査線上にゴミがあつたり、符番
９の様に、整合マークの一部が欠落している場合
には整合が達成されなかつたり、整合精度が悪く
なる。
また走査される面がアルミの粗面の様なときに
は整合マーク以外の諸点からも散乱光が発生し、
これがフイルタリングされずに光電検知器に入射
するため、雑音となつて自動整合が行なわれない
ことがある。以上のケースに対処するため本出願
人から提案された特願昭56―181315号ではシート
状ビーム（走査面上で細長く延びた照明域を形成
するビーム）で整合マークを走査することを述べ
ている。そしてこのシート状ビームによる帯の広
い走査によつて走査線上のゴミ８や整合マーク９
の欠陥はスポツト状ビームによるそれに比して遥
かに軽減される。
は整合マーク以外の諸点からも散乱光が発生し、
これがフイルタリングされずに光電検知器に入射
するため、雑音となつて自動整合が行なわれない
ことがある。以上のケースに対処するため本出願
人から提案された特願昭56―181315号ではシート
状ビーム（走査面上で細長く延びた照明域を形成
するビーム）で整合マークを走査することを述べ
ている。そしてこのシート状ビームによる帯の広
い走査によつて走査線上のゴミ８や整合マーク９
の欠陥はスポツト状ビームによるそれに比して遥
かに軽減される。
走査面に対するフーリエ変換面での空間周波数
フイルタリングを実施する際のフイルターの形状
を第２図と第３図に示す。第３図がスポツト状ビ
ームを使つた場合で、第４図がシート状ビームの
場合である。走査面上での走査ビームが走査方向
に垂直な方向に長い時には、そのビームで走査さ
れた整合マークのエツジ部で回折した回折光、即
ち信号光はフーリエ変換面で狭い範囲に集まつた
スペクトル分布を形成する。そして第３図の様に
フイルターの透過部７を狭くすることが可能とな
る。一方、雑音成分となるランダムな散乱はフイ
ルターの全面に広がる。従つて信号光の光量を落
とすことなく、光学系の構造に依存するゴース
ト、フレアー、或いは粗面を持つたウエハーのラ
ンダムな散乱等による雑音成分の影響を除くこと
ができるので、スポツト状ビームの場合に比べて
SN比の良い信号が検出できる。つまり、シート
状のビームを使うことでビームを拡大したことに
よる積分効果以上の利点を持つ。
フイルタリングを実施する際のフイルターの形状
を第２図と第３図に示す。第３図がスポツト状ビ
ームを使つた場合で、第４図がシート状ビームの
場合である。走査面上での走査ビームが走査方向
に垂直な方向に長い時には、そのビームで走査さ
れた整合マークのエツジ部で回折した回折光、即
ち信号光はフーリエ変換面で狭い範囲に集まつた
スペクトル分布を形成する。そして第３図の様に
フイルターの透過部７を狭くすることが可能とな
る。一方、雑音成分となるランダムな散乱はフイ
ルターの全面に広がる。従つて信号光の光量を落
とすことなく、光学系の構造に依存するゴース
ト、フレアー、或いは粗面を持つたウエハーのラ
ンダムな散乱等による雑音成分の影響を除くこと
ができるので、スポツト状ビームの場合に比べて
SN比の良い信号が検出できる。つまり、シート
状のビームを使うことでビームを拡大したことに
よる積分効果以上の利点を持つ。
そして更に特願昭57―208764号では整合マーク
を構成するマークエレメントの交角に合わせてシ
ート状ビームを交差させ、このビームで整合マー
クを走査することが述べられている。しかしなが
らこの出願の一実施例では、傾きの異なるマーク
エレメントを識別するために夫々定められた偏光
状態のシート状ビームを使用するため、走査光学
系の設計ではその分自由度が少くなる。
を構成するマークエレメントの交角に合わせてシ
ート状ビームを交差させ、このビームで整合マー
クを走査することが述べられている。しかしなが
らこの出願の一実施例では、傾きの異なるマーク
エレメントを識別するために夫々定められた偏光
状態のシート状ビームを使用するため、走査光学
系の設計ではその分自由度が少くなる。
本発明の目的は、整合マークを走査する際に、
ゴミあるいはその他の欠陥による悪影響を受けな
い様にすることにあり、また別の目的はシート状
ビームの傾きを機械的に切換えるといつた、装置
駆動の不安定材料をなくした高精度、高速処理を
可能にすることである。そして後述する実施例で
は、２物体上に夫々配置され、所定の交角を成し
て延びたマークエレメントを具える整合マークを
シート状ビームで走査する際に、傾きが異なり且
つ所定間隔へだたつた複数のシート状ビームで走
査して前記目的を実現する。
ゴミあるいはその他の欠陥による悪影響を受けな
い様にすることにあり、また別の目的はシート状
ビームの傾きを機械的に切換えるといつた、装置
駆動の不安定材料をなくした高精度、高速処理を
可能にすることである。そして後述する実施例で
は、２物体上に夫々配置され、所定の交角を成し
て延びたマークエレメントを具える整合マークを
シート状ビームで走査する際に、傾きが異なり且
つ所定間隔へだたつた複数のシート状ビームで走
査して前記目的を実現する。
以下図面に従つて本発明の実施例を説明する。
第４図で、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ１′，Ｍ２′はマスク
側整合マークを構成する、従来より細いマークエ
レメントで、マークエレメントＭ１とＭ２′とし
てＭ２とＭ１′はそれぞれ同一の交角、例えば90゜
を成し、またマークエレメントＭ１とＭ２は平行
である。Ｗ１とＷ１′はウエハー側整合マークを
構成するマークエレメントで、マスク側と同一交
角を成す。なお、第２図はマスクとウエハーの片
側のパターンのみを示し、中心を挾んだ反対側に
は同一形態のパターンが配される。またマスクと
ウエハーのパターンは交換しても良い。Ｌは、後
述のポリゴンミラー等の走査器の駆動によつて引
き起される走査線である。１０ａと１０ｂは各々
シート状ビームで照明された線型照明域を示し、
図は走査時間中の或る一瞬を描く。なお、シート
状ビームも同じ符番で呼ぶことにする。シート状
ビームは後述の方法で形成されるが、第１の照明
域１０ａを作るシート状ビームはマークエレメン
トＭ１，Ｗ１，Ｍ２と平行に設定され、第２の照
明域１０ｂを作るシート状ビームはマークエレメ
ントＭ１′，Ｗ１′，Ｍ２′と平行に設定される。
更に第１の照明域１０ａと第２の照明域１０ｂは
走査線Ｌに沿つて間隔Ｘだけ離れて形成され、こ
れは一番外側のマークエレメントＭ１とＭ２′の
間隔Ｙより大である。シート状ビームの大きな分
離は、他のシート状ビームによる信号光が雑音と
なるのを防止すると共にマークエレメントの方向
性を区別するのに役立つ。
側整合マークを構成する、従来より細いマークエ
レメントで、マークエレメントＭ１とＭ２′とし
てＭ２とＭ１′はそれぞれ同一の交角、例えば90゜
を成し、またマークエレメントＭ１とＭ２は平行
である。Ｗ１とＷ１′はウエハー側整合マークを
構成するマークエレメントで、マスク側と同一交
角を成す。なお、第２図はマスクとウエハーの片
側のパターンのみを示し、中心を挾んだ反対側に
は同一形態のパターンが配される。またマスクと
ウエハーのパターンは交換しても良い。Ｌは、後
述のポリゴンミラー等の走査器の駆動によつて引
き起される走査線である。１０ａと１０ｂは各々
シート状ビームで照明された線型照明域を示し、
図は走査時間中の或る一瞬を描く。なお、シート
状ビームも同じ符番で呼ぶことにする。シート状
ビームは後述の方法で形成されるが、第１の照明
域１０ａを作るシート状ビームはマークエレメン
トＭ１，Ｗ１，Ｍ２と平行に設定され、第２の照
明域１０ｂを作るシート状ビームはマークエレメ
ントＭ１′，Ｗ１′，Ｍ２′と平行に設定される。
更に第１の照明域１０ａと第２の照明域１０ｂは
走査線Ｌに沿つて間隔Ｘだけ離れて形成され、こ
れは一番外側のマークエレメントＭ１とＭ２′の
間隔Ｙより大である。シート状ビームの大きな分
離は、他のシート状ビームによる信号光が雑音と
なるのを防止すると共にマークエレメントの方向
性を区別するのに役立つ。
走査面上で間隔Ｘだけ離した２本のシートビー
ムで整合マークを同時に走査した時の、フイルタ
リング後の電気信号について以下説明する。
ムで整合マークを同時に走査した時の、フイルタ
リング後の電気信号について以下説明する。
第５図ａは、第１のスリツト状ビーム１０ａの
みが第４図の整合マークを走査した時の、フイル
タリング後の電気信号（以下、整合信号）であ
る。ビーム１０ａと平行なマークエレメントＭ
１，Ｗ１，Ｍ２に相当する３本の高いピーク信号
１１，１２，１３が現われ、続いて、直交するマ
ークエレメントＭ１′，Ｗ１′，Ｍ２′に相当する
３本の低いピーク信号１４，１５，１６が現われ
る。この低いピーク信号はシート状ビーム１０ａ
と直交するマークエレメントを通過する時発生す
るから、低いが幅広い時間を持つ。以下、他成分
信号と呼ぶ。
みが第４図の整合マークを走査した時の、フイル
タリング後の電気信号（以下、整合信号）であ
る。ビーム１０ａと平行なマークエレメントＭ
１，Ｗ１，Ｍ２に相当する３本の高いピーク信号
１１，１２，１３が現われ、続いて、直交するマ
ークエレメントＭ１′，Ｗ１′，Ｍ２′に相当する
３本の低いピーク信号１４，１５，１６が現われ
る。この低いピーク信号はシート状ビーム１０ａ
と直交するマークエレメントを通過する時発生す
るから、低いが幅広い時間を持つ。以下、他成分
信号と呼ぶ。
第５図ｂは第２のスリツト状ビーム１０ｂのみ
が整合マークを走査した時の整合信号である。今
度はマークエレメントＭ１，Ｗ１，Ｍ２からは低
い他成分信号１７，１８，１９が発生し、マーク
エレメントＭ１′，Ｗ１′，Ｍ２′からは高いピー
ク信号が発生する。
が整合マークを走査した時の整合信号である。今
度はマークエレメントＭ１，Ｗ１，Ｍ２からは低
い他成分信号１７，１８，１９が発生し、マーク
エレメントＭ１′，Ｗ１′，Ｍ２′からは高いピー
ク信号が発生する。
上述した様に第１と第２のスリツト状ビーム１
０ａと１０ｂは空間的に分離された状態で整合マ
ークを走査するから、信号１６と信号１７の発生
に時間のずれがある。
０ａと１０ｂは空間的に分離された状態で整合マ
ークを走査するから、信号１６と信号１７の発生
に時間のずれがある。
第５図ｃは第１と第２のスリツト状ビーム１０
ａと１０ｂを走査した時の整合信号である、各ピ
ーク１１〜２２は図ａ，ｂのピークと対応する。
２本のビームが通過するため、１つの整合マーク
から２回の出力信号が検出され、その時間差を空
間的距離に換算すると２つの照明域の間隔Ｘに等
しくなる。即ち図ｃの信号１１と信号１７の間隔
がＸと云うことである。
ａと１０ｂを走査した時の整合信号である、各ピ
ーク１１〜２２は図ａ，ｂのピークと対応する。
２本のビームが通過するため、１つの整合マーク
から２回の出力信号が検出され、その時間差を空
間的距離に換算すると２つの照明域の間隔Ｘに等
しくなる。即ち図ｃの信号１１と信号１７の間隔
がＸと云うことである。
因みにＸ＝０の場合は図ｄに描いた通りで、図
ａ，ｃと異なり、整合信号は高いピーク信号と低
い他成分信号が重畳した形態となるため、高いピ
ークがすそを引く様に幅広となり、最終処理信号
が歪むことになる。
ａ，ｃと異なり、整合信号は高いピーク信号と低
い他成分信号が重畳した形態となるため、高いピ
ークがすそを引く様に幅広となり、最終処理信号
が歪むことになる。
間隔Ｘを整合マークの幅Ｙに対して所定の値に
選定することで、高いマーク信号１１，１２，１
３，２０，２１，２２の中に他成分による信号１
４〜１９が影響を与えない様にし、精度を低下さ
せる要因を排除できる。第４図に描く整合マーク
を使つたマスクとウエハーの位置ずれを演算する
ためには図ｄのl1〜l5の間隔中、l1，l2，l4，l5を
使用すれば良く、l3は必要ない。従つて図ｃ中の
高いピーク信号１１，１２，１３間の各時間間隔
と、高いピーク信号２０，２１，２２の各時間間
隔を測定すれば位置ずれを知るために十分であ
る。
選定することで、高いマーク信号１１，１２，１
３，２０，２１，２２の中に他成分による信号１
４〜１９が影響を与えない様にし、精度を低下さ
せる要因を排除できる。第４図に描く整合マーク
を使つたマスクとウエハーの位置ずれを演算する
ためには図ｄのl1〜l5の間隔中、l1，l2，l4，l5を
使用すれば良く、l3は必要ない。従つて図ｃ中の
高いピーク信号１１，１２，１３間の各時間間隔
と、高いピーク信号２０，２１，２２の各時間間
隔を測定すれば位置ずれを知るために十分であ
る。
なお、これまでの説明では、シート状ビームの
間隔Ｘが整合マークの幅Ｙより大きいものとして
いたが、最終的に整合が完了した時点で、高いピ
ーク信号に他成分信号が混入しない様な間隔であ
れば良いわけで、後述の実施例では間隔ＸをＹ／
２より若干大きくしている。
間隔Ｘが整合マークの幅Ｙより大きいものとして
いたが、最終的に整合が完了した時点で、高いピ
ーク信号に他成分信号が混入しない様な間隔であ
れば良いわけで、後述の実施例では間隔ＸをＹ／
２より若干大きくしている。
第６図は、プロキシミテイ型マスクアライナー
の整合部を使つて、傾きを異にするシート状ビー
ムを形成する光学系（光束形成手段）を説明す
る。
の整合部を使つて、傾きを異にするシート状ビー
ムを形成する光学系（光束形成手段）を説明す
る。
図中、３１はレーザー光源で、光源を発し直線
偏光したレーザービームＢ１は半透鏡３２で２分
割され、反射ビームはＢ２となる。透過ビームは
鏡３３で反射してビームＢ３となる。各ビームＢ
２とＢ３は正のシリンドリカルレンズ３４又は３
４′へ入射する。これらシリンドリカルレンズ３
４と３４′の母線は前述のマークエレメントの交
角と同一の角度をなし、母線を走査面に投影した
と仮定すると、それがマークエレメントと平行に
なる様に設ける。従つて母線は図面と45゜を成す
ことになる。シリンドリカルレンズ３４と３４′
を出射したビームは両傾斜の面を備えるプリズム
３５へ入射し、それぞれ内向きに屈折され、ビー
ムＢ４とＢ５として集光レンズ３７の瞳３６（絞
り開口）で再結合される。即ち、ビームＢ４とビ
ームＢ５の中心光線は瞳上で交差する。また瞳３
６の位置はシリンドリカルレンズ３４と３４′の
焦点位置に一致するので、その位置で交差した形
態のシート状ビームが既に形成されていることに
なる。
偏光したレーザービームＢ１は半透鏡３２で２分
割され、反射ビームはＢ２となる。透過ビームは
鏡３３で反射してビームＢ３となる。各ビームＢ
２とＢ３は正のシリンドリカルレンズ３４又は３
４′へ入射する。これらシリンドリカルレンズ３
４と３４′の母線は前述のマークエレメントの交
角と同一の角度をなし、母線を走査面に投影した
と仮定すると、それがマークエレメントと平行に
なる様に設ける。従つて母線は図面と45゜を成す
ことになる。シリンドリカルレンズ３４と３４′
を出射したビームは両傾斜の面を備えるプリズム
３５へ入射し、それぞれ内向きに屈折され、ビー
ムＢ４とＢ５として集光レンズ３７の瞳３６（絞
り開口）で再結合される。即ち、ビームＢ４とビ
ームＢ５の中心光線は瞳上で交差する。また瞳３
６の位置はシリンドリカルレンズ３４と３４′の
焦点位置に一致するので、その位置で交差した形
態のシート状ビームが既に形成されていることに
なる。
第７図はシリンドリカルレンズ３４と３４′の
母線と平行な方向の光学的挙動を示している。こ
の方向はシリンドリカルレンズの集光作用を受け
ないため、レーザービームは瞳３６上に集光され
ることはない。一方、第８図は母線と垂直な方向
の挙動を示しており、ビームは瞳３６上に一旦集
光される。これらの図で、３８は、ビーム走査用
のポリゴンミラー偏向手段の反射点で、模式的に
絞りとして示し、PLは以降のレンズ系を一括し
て代表し、４７は走査面、例えばマスク面であ
る。因みにポリゴンミラーの反射点はミラーの回
転に係わらずほとんど移動しない。従つて通常、
走査光学系の設計は、反射点を絞りとして取扱つ
ている。
母線と平行な方向の光学的挙動を示している。こ
の方向はシリンドリカルレンズの集光作用を受け
ないため、レーザービームは瞳３６上に集光され
ることはない。一方、第８図は母線と垂直な方向
の挙動を示しており、ビームは瞳３６上に一旦集
光される。これらの図で、３８は、ビーム走査用
のポリゴンミラー偏向手段の反射点で、模式的に
絞りとして示し、PLは以降のレンズ系を一括し
て代表し、４７は走査面、例えばマスク面であ
る。因みにポリゴンミラーの反射点はミラーの回
転に係わらずほとんど移動しない。従つて通常、
走査光学系の設計は、反射点を絞りとして取扱つ
ている。
第７図と第８図に表われている様に、走査面４
７に結像する光束の状態は第７図に対応し、走査
面４７上に結像せず、シート状ビームの長さを決
定する光束の状態は第８図に対応する。
７に結像する光束の状態は第７図に対応し、走査
面４７上に結像せず、シート状ビームの長さを決
定する光束の状態は第８図に対応する。
第７図、第８図の作用を更に詳述する。第７図
の場合、レーザービームはシリンドリカルレンズ
の集光作用を受けることなくプリズム３５へ入射
するので、集光レンズ３７にはプリズムで角度θ
屈折された平行光として入射し、集光レンズ３７
の焦点位置７０上に結像する。この像高ｈは集光
レンズの焦点距離をf1とした時、f1 tanθとなる。
この像はレンズ系PLにより走査面４７上に再結
像されるが、レンズ系の結像倍率をβとすれば走
査面上の像高Ｈはβf1 tanθとなる。また集光レン
ズ３７へ−θの角度で入射するビームの集光点
（像の頂点）は―βf1 tanθとなるから、両集光点
の間隔は2βf1 tanθとなる。従つて、第４図に示
した間隔ＸはＸ＝2βf1 tanθで与えられることに
なり、光学系を構成する要素β，f1，θの値を適
宜選択すれば所望の値にすることができる。
の場合、レーザービームはシリンドリカルレンズ
の集光作用を受けることなくプリズム３５へ入射
するので、集光レンズ３７にはプリズムで角度θ
屈折された平行光として入射し、集光レンズ３７
の焦点位置７０上に結像する。この像高ｈは集光
レンズの焦点距離をf1とした時、f1 tanθとなる。
この像はレンズ系PLにより走査面４７上に再結
像されるが、レンズ系の結像倍率をβとすれば走
査面上の像高Ｈはβf1 tanθとなる。また集光レン
ズ３７へ−θの角度で入射するビームの集光点
（像の頂点）は―βf1 tanθとなるから、両集光点
の間隔は2βf1 tanθとなる。従つて、第４図に示
した間隔ＸはＸ＝2βf1 tanθで与えられることに
なり、光学系を構成する要素β，f1，θの値を適
宜選択すれば所望の値にすることができる。
第８図のシリンドリカルレンズで集光される方
向では、ビームが集光している瞳がポリゴンミラ
ーの反射点３８と結像関係にあるから、レンズ系
PLの射出側をテレセントリツクな配置にすれば
走査面４７上には光軸に平行なビームが照射され
る。この平行ビームの幅がシート状ビームの照明
域の長さを決める。
向では、ビームが集光している瞳がポリゴンミラ
ーの反射点３８と結像関係にあるから、レンズ系
PLの射出側をテレセントリツクな配置にすれば
走査面４７上には光軸に平行なビームが照射され
る。この平行ビームの幅がシート状ビームの照明
域の長さを決める。
第６図へ戻つて、一旦シート状に結像したビー
ムは集光レンズ３７を通過し、一定速度で回転す
るポリゴンミラー３８で反射され、ｆ―θレンズ
３９へ入射する。ｆ―θレンズ３９を出射したビ
ームは反射面が頂点で一致したダハプリズム４０
へ達し、そこで２分割されるが、ダハプリズム４
０の頂点が光軸上にあるから、一回の走査の前半
分で左視野を走査し、続く後半分で右視野を走査
する。ダハプリズム４０で反射したビームは偏光
ビームスプリツタ４１と４２へ到達するが、そこ
で反射が生じる様にレーザー３１の光の偏光方向
は合わせておくものとする。更に４３と４４は
λ／４板で、偏光ビームスプリツタ４１と４２で
反射した直線偏光々を円偏光々とする。対物レン
ズ４５と４６は円偏光状態の２本のビームを、マ
スク４７及びそれに極近接したウエハー４８上に
分離したシート状として結像する。即ち、３９，
４０，４１，４２，４３，４４，４５，４６から
なる光学系で、ポリゴンミラー３８からの二つの
シート状ビームがマスク４７及びウエハー４８に
向けられるのである。
ムは集光レンズ３７を通過し、一定速度で回転す
るポリゴンミラー３８で反射され、ｆ―θレンズ
３９へ入射する。ｆ―θレンズ３９を出射したビ
ームは反射面が頂点で一致したダハプリズム４０
へ達し、そこで２分割されるが、ダハプリズム４
０の頂点が光軸上にあるから、一回の走査の前半
分で左視野を走査し、続く後半分で右視野を走査
する。ダハプリズム４０で反射したビームは偏光
ビームスプリツタ４１と４２へ到達するが、そこ
で反射が生じる様にレーザー３１の光の偏光方向
は合わせておくものとする。更に４３と４４は
λ／４板で、偏光ビームスプリツタ４１と４２で
反射した直線偏光々を円偏光々とする。対物レン
ズ４５と４６は円偏光状態の２本のビームを、マ
スク４７及びそれに極近接したウエハー４８上に
分離したシート状として結像する。即ち、３９，
４０，４１，４２，４３，４４，４５，４６から
なる光学系で、ポリゴンミラー３８からの二つの
シート状ビームがマスク４７及びウエハー４８に
向けられるのである。
整合マーク４９と５１，５０と５２の組はシー
ト状ビームで順次走査され、マークのエツジで回
折した信号光及びマスクとウエハーの雑音光は対
物レンズ４５又は４６で集められ、再びλ／４板
４３，４４を通過後、先程とは偏光方向が90度変
わつた直線偏光々となるから、偏光ビームスプリ
ツター４１と４２を通過し、対物レンズ４５と４
６の瞳と共役の位置に置かれた空間周波数フイル
ター５７と５８でフイルタリングされる。このフ
イルタリングで雑音光は遮断され、信号光のみが
正レンズ５９と６０で光電変換素子６１と６２上
（受光手段）に集められる。なお、空間周波数フ
イルター５７と５８はポリゴンミラーの反射点３
８、瞳３６と共役に配置されるので、そこにはシ
ート状ビームが交差結像された状態となる。
ト状ビームで順次走査され、マークのエツジで回
折した信号光及びマスクとウエハーの雑音光は対
物レンズ４５又は４６で集められ、再びλ／４板
４３，４４を通過後、先程とは偏光方向が90度変
わつた直線偏光々となるから、偏光ビームスプリ
ツター４１と４２を通過し、対物レンズ４５と４
６の瞳と共役の位置に置かれた空間周波数フイル
ター５７と５８でフイルタリングされる。このフ
イルタリングで雑音光は遮断され、信号光のみが
正レンズ５９と６０で光電変換素子６１と６２上
（受光手段）に集められる。なお、空間周波数フ
イルター５７と５８はポリゴンミラーの反射点３
８、瞳３６と共役に配置されるので、そこにはシ
ート状ビームが交差結像された状態となる。
光電変換素子６１と６２からの出力信号列は整
合信号処理回路、例えばマイクロプロセツサー６
３へ入力され、そこで所定の演算が実行され、そ
の演算値に応じてウエハーステージ６４はｘとｙ
の直線方向並びにθの回転方向が調整されて、マ
スク４７とウエハー４８が整合される。
合信号処理回路、例えばマイクロプロセツサー６
３へ入力され、そこで所定の演算が実行され、そ
の演算値に応じてウエハーステージ６４はｘとｙ
の直線方向並びにθの回転方向が調整されて、マ
スク４７とウエハー４８が整合される。
以上の説明は、第４図に示すマスク側マークエ
レメントＭ１とＭ２の間にウエハー側マークエレ
メントＷ１が入つているものとして説明した。そ
して、その程度の粗い位置合わせ状態は、例えば
機械的に実行されるプレアライメントで実現され
る。
レメントＭ１とＭ２の間にウエハー側マークエレ
メントＷ１が入つているものとして説明した。そ
して、その程度の粗い位置合わせ状態は、例えば
機械的に実行されるプレアライメントで実現され
る。
しかしながら、このプレアライメントの精度が
悪い場合、例えばマークエレメントＭ１とＭ２の
間からマークエレメントＷ１が外れている場合で
も本例は有効に働く。
悪い場合、例えばマークエレメントＭ１とＭ２の
間からマークエレメントＷ１が外れている場合で
も本例は有効に働く。
一般にレーザー光が走査する幅は対物レンズの
視野で制限された有限な範囲である。第９図のＺ
はその中の通常使用される走査範囲である。プリ
アライメントの精度が悪いと、第９図と第１０図
に示す様にウエハー側の整合マークの１方しかレ
ーザーの走査範囲に含まれない状態が起きる。こ
の時には信号処理回路内の、予め定めた複雑なプ
ログラムに従つてウエハーを模索的に移動し、整
合マークが走査範囲に含まれる様にしている。し
かしながら、たとえ整合マークが全て走査範囲に
入つていても、従来のスポツト状ビームによる走
査の場合は第９図の配置あるいは第１０図の配置
でも同様に第１１図の如き信号列となつてマスク
とウエハーの状況を把握できず、従つて正しい測
定ができる体勢になるまで時間を要することにな
る。
視野で制限された有限な範囲である。第９図のＺ
はその中の通常使用される走査範囲である。プリ
アライメントの精度が悪いと、第９図と第１０図
に示す様にウエハー側の整合マークの１方しかレ
ーザーの走査範囲に含まれない状態が起きる。こ
の時には信号処理回路内の、予め定めた複雑なプ
ログラムに従つてウエハーを模索的に移動し、整
合マークが走査範囲に含まれる様にしている。し
かしながら、たとえ整合マークが全て走査範囲に
入つていても、従来のスポツト状ビームによる走
査の場合は第９図の配置あるいは第１０図の配置
でも同様に第１１図の如き信号列となつてマスク
とウエハーの状況を把握できず、従つて正しい測
定ができる体勢になるまで時間を要することにな
る。
第９図の配置の整合信号は第１２図、第１０図
の配置の整合信号は第１３図となつて両者を識別
することができる。本例ではＺ＞Ｘとなつている
が、またもし、Ｘ＞Ｚとすれば、まず左下がりの
シート状ビームによる整合信号が現われた後、右
下がりのシート状ビームによる整合信号が現われ
ることになり、マークエレメントの方向を単純に
判別できることになる。従つて、たとえプリアラ
イメント精度が悪くても高速の位置合わせが可能
となる。
の配置の整合信号は第１３図となつて両者を識別
することができる。本例ではＺ＞Ｘとなつている
が、またもし、Ｘ＞Ｚとすれば、まず左下がりの
シート状ビームによる整合信号が現われた後、右
下がりのシート状ビームによる整合信号が現われ
ることになり、マークエレメントの方向を単純に
判別できることになる。従つて、たとえプリアラ
イメント精度が悪くても高速の位置合わせが可能
となる。
以上、マスクとウエハーがコンクタトもしくは
極近接状態で露光されるマスクアライナーを使つ
て説明したが、マスクとウエハー上に投影する型
式のマスクアライナーにも適用できる。
極近接状態で露光されるマスクアライナーを使つ
て説明したが、マスクとウエハー上に投影する型
式のマスクアライナーにも適用できる。
第１４図で符番７５は等倍あるいは縮小投影等
の結像レンズで、マスク４７とウエハー４８は共
役関係である。また４３はλ／４板で、マスク４
７とウエハー４８の間、更に好ましくは結像レン
ズ７５中のアフオーカル光路に配される。６５と
６６は半透鏡、４１と４２は偏光ビームスプリツ
ター、６７，６８，７１，７２はそれぞれ正レン
ズ、６９と７０は空間周波数フイルターである。
但し、第６図の部材と同等のものには同一番号を
付した。
の結像レンズで、マスク４７とウエハー４８は共
役関係である。また４３はλ／４板で、マスク４
７とウエハー４８の間、更に好ましくは結像レン
ズ７５中のアフオーカル光路に配される。６５と
６６は半透鏡、４１と４２は偏光ビームスプリツ
ター、６７，６８，７１，７２はそれぞれ正レン
ズ、６９と７０は空間周波数フイルターである。
但し、第６図の部材と同等のものには同一番号を
付した。
ここでλ／４板４３をマスク４７とウエハー４
８の間に配したのは、マスク４７からの信号光と
ウエハー４８からの信号光の偏光特性を変えて両
者を区別し、迷光による雑音を除くためである。
８の間に配したのは、マスク４７からの信号光と
ウエハー４８からの信号光の偏光特性を変えて両
者を区別し、迷光による雑音を除くためである。
対物レンズ４５と４６でマスク４７上にシート
状ビームとして集光される処までは第６図の過程
と同じであるが、マスク４７を通過したシート状
ビームは結像レンズ７５で再びウエハー４８上に
集光しこれを走査する。この実施例の場合、マス
ク４７は、偏光ビームスプリツター４１と４２で
反射する直線偏光特性を持つたシート状ビームで
走査し、ウエハー４８はそのシート状ビームの偏
光状態をλ／４板４３で円偏光特性に変換した後
走査する、ウエハー４８からの反射光は再びλ／
４板43で入射時とは偏光面が90度回転した直線偏
光状態に変化するため、マスク４７からの反射光
とは区別できる。マスクの整合マーク４９と50か
らの信号光は光電変換素子６１と６２にそれぞれ
入射し、またウエハーの整合マーク５１と５２か
らの信号光は光電変換素子７３と７４にそれぞれ
入射する。光電変換素子６１と７３の整合信号は
電気的に合成され、光電変換素子６２と７４の整
合信号も電気的に合成されて処理回路６３へ入力
され、各合成信号に基づいて演算が実行され、ス
テージ６４のもしくはマスク４７を保持するチヤ
ツクの位置が調整される。
状ビームとして集光される処までは第６図の過程
と同じであるが、マスク４７を通過したシート状
ビームは結像レンズ７５で再びウエハー４８上に
集光しこれを走査する。この実施例の場合、マス
ク４７は、偏光ビームスプリツター４１と４２で
反射する直線偏光特性を持つたシート状ビームで
走査し、ウエハー４８はそのシート状ビームの偏
光状態をλ／４板４３で円偏光特性に変換した後
走査する、ウエハー４８からの反射光は再びλ／
４板43で入射時とは偏光面が90度回転した直線偏
光状態に変化するため、マスク４７からの反射光
とは区別できる。マスクの整合マーク４９と50か
らの信号光は光電変換素子６１と６２にそれぞれ
入射し、またウエハーの整合マーク５１と５２か
らの信号光は光電変換素子７３と７４にそれぞれ
入射する。光電変換素子６１と７３の整合信号は
電気的に合成され、光電変換素子６２と７４の整
合信号も電気的に合成されて処理回路６３へ入力
され、各合成信号に基づいて演算が実行され、ス
テージ６４のもしくはマスク４７を保持するチヤ
ツクの位置が調整される。
一方、第６図ではシリンドリカルレンズ３４と
３４′を通過したビームを瞳３６に対し角度θで
傾けるために屈折を利用したが、第１５図の様に
反射を利用することも可能である。即ち、シリン
ドリカルレンズ３４と３４′を射出したビームは
反射鏡３３と３３″でそれぞれ反射し、反射処理
のなされたダハプリズム８０で反射され、所定の
傾角θが付与されて瞳36へ入射する。
３４′を通過したビームを瞳３６に対し角度θで
傾けるために屈折を利用したが、第１５図の様に
反射を利用することも可能である。即ち、シリン
ドリカルレンズ３４と３４′を射出したビームは
反射鏡３３と３３″でそれぞれ反射し、反射処理
のなされたダハプリズム８０で反射され、所定の
傾角θが付与されて瞳36へ入射する。
さて、第４図に示すようにシート状ビームの走
査面上での間隔Ｘが整合マークの幅Ｙより大きい
場合、光学系が大きくなつたり、また、光学系の
性能を要求される精度まで高めるのが困難にな
る。従つて、本発明では第１６図に示すようにＹ
＞Ｘ＞Ｙ／２とし、シート状ビームの走査面上で
の間隔Ｘが整合マークの幅Ｙより小さくなるよう
にしている。もちろん、最終的に整合した状態で
真の整合信号の中に他成分信号が混入しないよう
に間隔Ｘが設定される。第１７図ａは第１の照明
域１０ａによる整合信号、ｂは第２の照明域１０
ｂによる整合信号、ｃは両照明域１０ａと１０ｂ
を同時に走査した時の整合信号を示す。整合信号
の高いピーク信号１１，１２，１３そして２０，
２１，２２は他成分信号の影響がないため、従来
に比べて高精度の測定が可能となる。本発明では
２つのシート状ビームの間隔を狭くすることがで
きるので、光学系を小型にして走査性能を向上さ
せ、整合マークの検出精度を高めることが可能に
なる。
査面上での間隔Ｘが整合マークの幅Ｙより大きい
場合、光学系が大きくなつたり、また、光学系の
性能を要求される精度まで高めるのが困難にな
る。従つて、本発明では第１６図に示すようにＹ
＞Ｘ＞Ｙ／２とし、シート状ビームの走査面上で
の間隔Ｘが整合マークの幅Ｙより小さくなるよう
にしている。もちろん、最終的に整合した状態で
真の整合信号の中に他成分信号が混入しないよう
に間隔Ｘが設定される。第１７図ａは第１の照明
域１０ａによる整合信号、ｂは第２の照明域１０
ｂによる整合信号、ｃは両照明域１０ａと１０ｂ
を同時に走査した時の整合信号を示す。整合信号
の高いピーク信号１１，１２，１３そして２０，
２１，２２は他成分信号の影響がないため、従来
に比べて高精度の測定が可能となる。本発明では
２つのシート状ビームの間隔を狭くすることがで
きるので、光学系を小型にして走査性能を向上さ
せ、整合マークの検出精度を高めることが可能に
なる。
更に光源としてはレーザーに限定されるもので
はなく、また可視域、不可視域の波長に限定され
ないし、整合マークが３つ以上の傾きのマークエ
レメントから構成されている場合は、相当する数
のシート状ビームで走査するものとする。
はなく、また可視域、不可視域の波長に限定され
ないし、整合マークが３つ以上の傾きのマークエ
レメントから構成されている場合は、相当する数
のシート状ビームで走査するものとする。
加えて本発明は他成分信号が入らないから、高
精度で高速度の整合が実現され、また機械的切換
えがないから、光学系の性能は安定し、制御系が
簡単になり、組立、調整、保善も安価になる。
精度で高速度の整合が実現され、また機械的切換
えがないから、光学系の性能は安定し、制御系が
簡単になり、組立、調整、保善も安価になる。
第１図は従来技術を説明するための図。第２図
と第３図は夫々、フイルターの正面図、第４図は
本発明の実施例の光学作用を示す図。第５図ａか
らｄは夫々電気波形図。第６図は実施例に係る装
置の光学断面図。第７図と第８図は光学系の要部
断面図。第９図と第１０図はアライメント以前の
整合マークを示す図。第１１図、第１２図、第１
３図は電気波形図。第１４図は別実施例の光学断
面図。第１５図は光学系の要部変形例を示す図。
第１６図は別実施例の光学作用を示す図。第１７
図ａ，ｂ，ｃは夫々電気波形図。 図中、Ｍ１，Ｍ１′，Ｍ２，Ｍ２′，Ｗ１，Ｗ
１′……夫々マークエレメント、Ｌ……走査線、
１０ａ，１０ｂ……シート状ビーム並びにその照
明域、Ｘ……照明域の間隔、Ｙ……整合マークの
幅、３１……レーザー光源、３４，３４′……シ
リンドリカルレンズ、３５……プリズム、３６…
…瞳、３７……集光レンズ、３８……ポリゴンミ
ラー、３９……ｆ―θレンズ、４５，４６……対
物レンズ、４７……マスク、４８……ウエハー、
４９〜５２……整合マーク、６１，６２……光電
変換素子。
と第３図は夫々、フイルターの正面図、第４図は
本発明の実施例の光学作用を示す図。第５図ａか
らｄは夫々電気波形図。第６図は実施例に係る装
置の光学断面図。第７図と第８図は光学系の要部
断面図。第９図と第１０図はアライメント以前の
整合マークを示す図。第１１図、第１２図、第１
３図は電気波形図。第１４図は別実施例の光学断
面図。第１５図は光学系の要部変形例を示す図。
第１６図は別実施例の光学作用を示す図。第１７
図ａ，ｂ，ｃは夫々電気波形図。 図中、Ｍ１，Ｍ１′，Ｍ２，Ｍ２′，Ｗ１，Ｗ
１′……夫々マークエレメント、Ｌ……走査線、
１０ａ，１０ｂ……シート状ビーム並びにその照
明域、Ｘ……照明域の間隔、Ｙ……整合マークの
幅、３１……レーザー光源、３４，３４′……シ
リンドリカルレンズ、３５……プリズム、３６…
…瞳、３７……集光レンズ、３８……ポリゴンミ
ラー、３９……ｆ―θレンズ、４５，４６……対
物レンズ、４７……マスク、４８……ウエハー、
４９〜５２……整合マーク、６１，６２……光電
変換素子。
Claims (1)
- １ 物体上に形成した互いに傾き方向が異なる第
１と第２の細条状マークを検出するマーク検出装
置において、前記第１の細条状マークの傾き方向
に対応する方向に傾けた第１のシート状光束と前
記第２の細条状マークの傾き方向に対応する方向
に傾けた第２のシート状光束とを形成する光束形
成手段と、該光束形成手段からの前記第１と第２
のシート状光束を偏向する偏向手段と、該偏向手
段で偏向された前記第１と第２のシート状光束を
受けて前記第１のシート状光束が前記第１の細条
状マークを照明するときに前記第２のシート状光
束が前記第２の細条状マークを照明しないように
前記第１と第２のシート状光束で前記物体を走査
すべく前記偏向手段と前記物体の間に配した光学
系と、前記第１と第２の細条状マークを検出する
ために前記第１と第２のシート状光束で走査され
た前記物体からの光を受光する受光手段とを有
し、前記物体上における前記第１と第２のシート
状光束の間隔が前記第１と第２の細条状マークの
間隔より小さくなるようにしたことを特徴とする
マーク検出装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58048091A JPS59172724A (ja) | 1983-03-22 | 1983-03-22 | マーク検出装置 |
| US06/589,341 US4669883A (en) | 1983-03-22 | 1984-03-14 | Method and apparatus for alignment |
| DE3410421A DE3410421C2 (de) | 1983-03-22 | 1984-03-21 | Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen einer linienförmigen ersten Markierung und einer linienförmigen zweiten Markierung |
| GB08407502A GB2139753B (en) | 1983-03-22 | 1984-03-22 | Sensing relative position of alignment marks |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58048091A JPS59172724A (ja) | 1983-03-22 | 1983-03-22 | マーク検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59172724A JPS59172724A (ja) | 1984-09-29 |
| JPH0141249B2 true JPH0141249B2 (ja) | 1989-09-04 |
Family
ID=12793643
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58048091A Granted JPS59172724A (ja) | 1983-03-22 | 1983-03-22 | マーク検出装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4669883A (ja) |
| JP (1) | JPS59172724A (ja) |
| DE (1) | DE3410421C2 (ja) |
| GB (1) | GB2139753B (ja) |
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