JPH0228502A - 位置合せ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば半導体製造における露光工程の際にマ
スクとウェハとを位置合せする位置合せ方法に関する。

（従来の技術） 第８図はかかる位置合せ装置の構成図であって、マスク
１とウェハ２とが対向配置され、これらマスク１とウェ
ハ２との間に対物レンズ３が配置されるとともに所定の
厚みを持った光透過体４が配置されている。この光透過
体４は検出感度を高めるために配置されるもので、矢印
（イ）方向に振動するものとなっている。又、ウェハ２
の上方にはミラー５が配置され、ウェハ２がらの反射光
をホトディテクタ６に導くようになっている。

このような構成でマスク１とウェハ２とを位置合せする
場合、レーザビーム７がマスク１に照射され、これによ
り、このレーザビーム７はマスク１で回折されて例えば
±ｎｎ次回先光生じる。なお、ここでは±１次回折光に
ついて説明する。一方、このとき光透過体４は矢印（イ
）方向に振動しているので、±１次回折光はそれぞれ光
透過体４の振動に応じて光路が変更されて対物レンズ３
を通してウェハ２に照射される。そして、ウエノ１２か
らの反射光がミラー５を介してホトディテクタ６に送ら
れる。従って、このホトディテクタ６は±１次回折光の
干渉光の光強度に応じたレベルの電気信号を出力する。

つまり、この電気信号はマスク１とウェハ２との位置関
係に応じた出力レベルでかつこの出力レベル上に光透過
体４の振動に応じたレベルが重畳されたものとなってい
る。しかるに、この電気信号レベルからマスク１とウェ
ハ２との位置ずれが求められて位置合せが行われる。な
お、光透過体４を振動させることによって外部からの光
の影響等によるノイズが無くなる。

ところが、以上のような構成では光透過体４を振動させ
なければならず、この振動のための機構が必要となる。

従って、装置自体が大型化しかつ複雑化してしまう。

又、別の位置合せ装置として特開昭６２−１８８９０２
号公報に示されている技術があるが、この技術もポリゴ
ンミラーを回転させなければならずその回転機構が必要
となる。従って、この技術でも装置自体が大型化しかつ
複雑化してしまう。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように振動や回転等の機構を備えなければならず
、装置が大型化、複雑化してしまう。

そこで本発明は、振動や回転機構等を使用せずに容易に
位置合せができる高精度な位置合せ方法を提供すること
を目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段と作用） 本発明は、第１の物体と第２の物体とが対物レンズを介
して互いに結像関係に配置されている第１の物体と第２
の物体との相対位置合せをこれら第１の物体と第２の物
体とに形成された各回折格子を用いて行う位置合せ方法
において、それぞれ波長が異なりかつそれぞれ異なる偏
光角を有する少なくとも２波長のアライメント光線の干
渉光である第１の光ビートを得ると同時にアライメント
光線を第１の物体の回折格子に照射し、この第１の物体
で回折された少なくとも±ｎ次回折光をそれぞれ互いに
異なる１波長のみにして第２の物体の回折格子に照射し
、第２の物体で回折されたアライメント光線に含む各波
長の干渉光である第２の光ビートを得て、第１の光ビー
トと第２の光ビートとの位相差から第１の物体と第２の
物体を位置合せする位置合せ方法である。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は位置合せ方法を適用した位置合せ装置の構成図
である。ステージ１０上にはウエノＳ１１が載置され、
又このウェハ１１の上方にはマスク１２がウェハ１１と
対向する位置に配置されている。さらに、このマスク１
２の上方には露光用光源１３が配置されるとともにこの
露光用光源１３とマスク１２との間にコンデンサレンズ
１４が配置されている。そして、ウェハ１１とマスク１
２との間に対物レンズ１５が配置されている。なお、ウ
ェハ１１とマスク１２は倍率Ｍの結像関係に配置されて
いる。ウェハ１１にはピッチＰ　１１％又マスク１２に
はウェハ１１のピッチのＭ倍のピッチＭ−Ｐｍｉの回折
格子１１ａ、１２ａがそれぞれ形成されている。

一方、１６はゼーマンレーザ発振器（以下、レーザ発振
器と省略する）であって、このレーザ発振器１６は、露
光用光源１３から放射される露光用光線の波長と異なる
波長でしかもそれぞれ互いに異なる波長λｌ、λ２を有
しかつこれら波長λ１．λ２の光の偏光面が互いに直交
するアライメントレーザ光Ｑを放出するものである。な
お、同図では偏光面の方向を矢印ｆｌ−ｆ８で示してい
る。

このレーザ発振器１６の光路上でかつマスク１２の上方
にはビームスプリッタ１７が配置され、さらに同光路上
に偏光板１８及び光検出器１９が配置されている。偏光
板１８は、その偏光方向を波長λ１．λ２の光の偏光面
それぞれに対し略４５″に傾けて設置し、波長λｌ、λ
２のアライメントレーザ光Ｑの各波長光を干渉させるも
のである。

又、ビームスプリッタ１７で分岐された他方のアライメ
ントレーザ光はマスク１２の回折格子１２ａに照射され
、この回折格子１２ａで±ｎｎ次回先光生じる。なお、
本方法では±１次回折光を使用する。そこで、この±１
次回折光の各光路上にはそれぞれ偏光板２０．２１が配
置されている。このうち偏光板２０は一１次回折光の波
長λ２のみを通過させるものであり、又偏光板２１は＋
１次回折光の波長λ１のみを通過させる作用を持ったも
のである。一方、ウェハ１１からの反射回折光のうち波
長λ１の光の一１次回折光と波長λ２の光の＋１次回折
光は同一光路を進むようになる。そして、この光路上に
は全反射ミラー２２が配置され、この全反射ミラー２２
の反射光路上には偏光板２３及び光検出器２４が配置さ
れている。なお、偏光板２３は偏光板１８と同様に各波
長の光の偏光軸に対し４５°傾けて置かれ各波長λ１．
λ２を干渉させるものである。

前記各光検出器１９．２４は共に干渉光を受光して光ビ
ートを検出する機能を有するもので、各光ビート検出信
号は位相計２５に送られるようになっている。この位相
計２５は各光ビート検出信号を受けてこれら光ビートの
位相を検出する機能を有するものである。

次に上記の如く構成された装置での位置合せ作用につい
て説明する。

レーザ発振器１６から放出されたアライメントレーザ光
Ｑはビームスプリッタ１７で分岐され、一方のアライメ
ントレーザ光が偏光板１８に送られるとともに他方のア
ライメントレーザ光がマスク１２の回折格子１２ａに照
射される。そこで、偏光板１８はアライメントレーザ光
Ｑの互いに直交する各偏光面の波長λ１．λ２の光を干
渉させて、その干渉光を光検出器１９に送る。しかるに
、光検出器１９は干渉光を受光して光ビートを検出して
その光ビート検出信号を位相計２５に送出する。

これとともにビームスプリッタ１７で分岐された他方の
アライメントレーザ光がマスク１２の回折格子１２ａに
照射されると、この回折格子１２ａの作用により±ｎｎ
次回先光生じる。そして、これら±ｎｎ次回先光うち±
１次回折光がそれぞれ偏光板２０．２１に到達する。こ
のうち、偏光板２０は一１次回折光の中の波長λｌ、λ
２のうち波長λ２のみを通過させ、又偏光板２１は＋１
次回折光の中の波長λ１．λ２のうち波長λｌのみを通
過させる。従って、これら偏光板２０．２１を通過した
各アライメントレーザ光は互いに直交方向の偏光面を有
するものとなる。

そうして、これらアライメントレーザ光は対物レンズ１
５で集光されてウェハ１１上の回折格子１１ａに照射さ
れ、この回折格子１１ａで土ｎ次回折光が生じる。この
うちウェハ１１の回折格子１１ａで生じる波長λ１の光
の一１次回折光と波長λ２の光の＋１次回折光とは同一
光路を通り、この２つの光が対物レンズ１５を通して全
反射ミラー２２に到達し、この全反射ミラー２２で反射
して偏光板２３に送られる。この偏光板２３は０次回舌
先の互いに直交する各偏光面の波長λ１゜λ２の光を干
渉させて、その干渉光を光検出器２４に送る。しかるに
、この光検出器２４は干渉光を受光して光ビートを検出
してその光ビート検出信号を位相計２５に送出する。こ
の位相計２５は光検出器１９．２４の各光ビート検出信
号を受けて各光ビートの位相差を求める。ゆえに、この
位相計２５から出力される位相信号は第２図に示すよう
に−１８０＠〜＋　１８０”となっておりマスク１２と
ウェハ１１との相対位置に対応している。

しかるに、この位相信号に基づいてマスク１２ウエハ１
１との位置合せが行われる。

このように上記一実施例においては、露光用光線と波長
が異なるとともにそれぞれ互いに波長及び偏光角が異な
るアライメント光線をマスク１２に照射して回折された
±１次回折光をそれぞれ互いに異なる波長のみにしてウ
ェハ１１に照射し、アライメント光線による干渉光と、
ウェハ１１から反射してくる０次回舌先で得られる光ビ
ートからマスク１２とウェハ１１とを位置合せするよう
にしたので、振動や回転を行なうための機構を備えずに
簡単な構成で位置合せを行なうことができる。又、マス
ク１２とウェハ１１との位置ずれは位相計２５の光ビー
ト信号により検出するので、高速応答が可能となりさら
に外乱の影響に対する変動も少なくなる。従って、高精
度に位置合せができる。

なお、本発明は上記一実施例に限定されるものでなくそ
の主旨を逸脱しない範囲で変形してもよい。例えば、第
３図乃至第５図に示す構成としてもよい。なお、第１図
と同一部分には同一符号を付しである。第３図に示す装
置は、レーザ発振器３０から放出される露光用光線と異
なるとともにそれぞれ互いに異なる波長でかつ互いに直
交する偏光面を有するアライメント光線を全反射ミラー
３１を介してウェハ１１の回折格子１１ａに照射し、こ
の回折格子１１ａで生じる±１次回折光を対物レンズ１
５を通してマスク１２の回折格子１２ａに導く。そして
、この回折格子１２ａで生じた干渉光を全反射ミラー３
２等を介して光検出器に導くものとなっている。

次に第４図に示す装置は、参照光を得るものでレーザ発
振器３３から放出されるアライメント光線を全反射ミラ
ー３４を介してマスク１２の回折格子１２ａに照射し、
この回折格子１２ａで生じる０次回舌先を全反射ミラー
３５を介して偏光板３６さらに光検出器３７に導くよう
にしたものである。

さらに第５図に示す装置は第３図に示す装置で参照光を
得るもので、回折格子１１ａで生じる０次回舌先を対物
レンズ１５．ハーフミラ−３８を介して偏光板３９に導
き、さらにこの偏光板３９を通して光検出器４０に導く
ようにしたものである。

又、第１図に示す各偏光板２０．２１はウェハ１１と対
物レンズ１５との間に配置してもよい。

ところで、ウェハに付けられている回折格子の断面形状
によりては、偏光面の方向に対して回折光の偏光特性が
変化する場合があり、この場合、位置合せ誤差を生じる
恐れがある。この対策として第１図の偏光板２３を第６
図に示すように偏光板２０．２１と対物レンズ１５との
間に配置すると良い。これにより、波長λ１とλ２の各
光の偏光面は同図ｆ７．　ｆ８に示すように４５＠方向
に揃い、ウェハ１１上の回折格子１１ａによる偏光特性
変化が相殺される。

又、別の対策として第７図に示すように′ｍ１図の光学
系に対し４分の１波長板２６を偏光板２０゜２１と対物
レンズ１５との間に追加配置してもよい。このようにす
ると４分の１波長板を出た波長λ１．λ２の光は互いに
逆回りの円偏光ｆ９．　ｒｌＧに変換される。この場合
もウエノ１の回折格子１１ａによる偏光特性変化は波長
λ１とλ２の光それぞれに同等に生じ、光検出器２４上
では互いに相殺される。

なお、第６図及び第７図に示す各実施例ではウェハとマ
スクとの位置合せについて説明したが、例えばリニアス
ケールの位置検出等にも応用可能である。又、ウェハと
マスクとの位置合せに限らず他の物体間の位置合せにも
適用できる。

［発明の効果］ 以上詳記したように本発明によれば、振動や回転機構等
を使用せずに容易に位置合せができる高精度な位置合せ
方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる位置合せ方法を適用した位置合
せ装置の一実施例を示す構成図、第２図は同装置の位相
計出力を示す図、第３図乃至第７図は同装置の変形例を
示す構成図、第８図は従来技術を説明するための図であ
る。 １１・・・ウェハ、１２・・・マスク、１３・・・露光
用光源、１４・・・コンデンサレンズ、１５・・・対物
レンズ、１６・・・レーザ発振器、１７・・・ビームス
プリッタ、１８．２３・・・偏光板、１９．２４・・・
光検出器、２０．２１・・・偏光板、２２・・・全反射
ミラー２５・・・位相計。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 ／Ｉ＼ 第１ 図 第２図 第３図 ／１゛＼ ／１＼

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 節１の物体と第２の物体とが対物レンズを介して互いに
   結像関係に配置されている前記第１の物体と前記第２の
   物体との相対位置合せをこれら第１の物体と第２の物体
   とに形成された各回折格子を用いて行う位置合せ方法に
   おいて、それぞれ波長が異なりかつそれぞれ異なる偏光
   角を有する少なくとも２波長のアライメント光線の干渉
   光である第１の光ビートを得ると同時に前記アライメン
   ト光線を前記第１の物体の回折格子に照射し、この第１
   の物体で回折された少なくとも±ｎ次回折光をそれぞれ
   互いに異なる１波長のみにして前記第２の物体の回折格
   子に照射し、前記第２の物体で回折された前記アライメ
   ント光線に含む各波長の干渉光である第２の光ビートを
   得て、前記第１の光ビートと前記第２の光ビートとの位
   相差から前記第１の物体と前記第２の物体を位置合せす
   ることを特徴とする位置合せ方法。