JPH0590125A

JPH0590125A - 位置合わせ装置

Info

Publication number: JPH0590125A
Application number: JP3250865A
Authority: JP
Inventors: Keiji Kubo; 圭司久保; Masaki Yamamoto; 正樹山本; Takeo Sato; 健夫佐藤; Hiroyuki Nagano; 寛之長野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-09-30
Filing date: 1991-09-30
Publication date: 1993-04-09

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体デバイス等作成のための露光装置にお
いて、空気の揺らぎの影響と、レジスト内等での多重干
渉の影響を受けない、ナノメートルオーダの高精度な位
置合わせを行うことを目的とする。【構成】走査スリットを一定方向に一定速度で走査
し、この像をレチクル上のスリットと、ウエハ上のスリ
ットに投影し、この２つの明暗像の時間的に変化する位
相を比較することにより、レチクルとウエハの位置ずれ
をナノメートルオーダの高精度で検出することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体デバイス等作成の
ための露光装置に関し、ナノメートル（ｎｍ）オーダの
位置合わせ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】集積回路の高密度化によって露光装置に
より、より微細なパターンを半導体ウエハ基板上に転写
する必要があり、このために高精度な位置合わせを行な
う必要性が高まっている。

【０００３】以下図面を参照しながら、上述した位置合
わせ装置の一例について説明する。図８は従来の位置合
わせ装置の構成を示すものである。図８において、１０
１はＨｅ−Ｎｅゼーマンレーザ光源、１０２は回析格
子、１０３，１０５はフーリエ交換レンズ、１０４はλ
／２波長板、１０６，１１０，１１５はミラー、１０７
はレチクル、１０８は投影レンズ、１０９はウエハ、１
１１は検光子、１１２は光検出器、１１３，１１４は増
幅器である。

【０００４】以上のように構成された位置合わせ装置に
ついて以下その動作を説明する。Ｈｅ−Ｎｅゼーマンレ
ーザ光源１０１は紙面に対して偏光方向が垂直方向と水
平方向にごくわずかに周波数の異なる直線偏光の光を出
力し回析格子１０２に入射される。回析格子により分離
され、フーリエ変換レンズ１０３に入射された光のうち
＋１次の光はλ／２波長板１０４によって９０°偏光面
を変化し、その後図示しない空間フィルタにより＋１次
の光と−１次の光のみフーリ変換レンズ１０５に入射
し、ミラー１０６により方向を曲げられ、レチクル１０
７上に一度像を結んだ後、それぞれ別々の光路で投影レ
ンズ１０８を通り、ウエハ１０９上に形成された回析格
子（アライメントマーク）により回析され、ウエハに入
射した＋１次、−１次の１次の回析光は同一光路を通
り、再度投影レンズ１０８、レチクル１０７、ミラー１
０６、フーリエ変換レンズ１０５を通り、ミラー１１０
により方向を曲げられ、検光子１１１により特定の偏光
成分の光のみを分離し、光検出器１１２により検出され
る。検出された光は増幅器１１３により増幅される。ま
たＨｅ−Ｎｅゼーマンレーザ光源１０１の光の周波数の
差の信号が増幅器１１４により増幅される。

【０００５】ここで、Ｈｅ−Ｎｅゼーマンレーザ光源１
０１の光の周波数の差を周波数をω、Ｈｅ−Ｎｅゼーマ
ンレーザ光源１０１の光の周波数の差の初期位相を
φ₀、ウエハ上の回析格子のピッチをｄ、回析格子の図
８に対しての左右方向の位置をＸとし、＋１次、−１次
のそれぞれの回析光の光検出器１１２での位相をそれぞ
れφ₁，φ₂、光検出器１１３，１１４の振幅をそれぞれ
Ａ₁，Ａ₀とすると、時間をｔとして、増幅器１１４の出
力は

【０００６】

【数１】

【０００７】で表され、増幅器１１３の出力は

【０００８】

【数２】

【０００９】で表される。ここでφ₀，φ₁，φ₂は装着
固有の値であるので、増幅器１１３，１１４の出力を位
相計に入力し位相差を求めることにより、ウエハの位置
Ｘが求まる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成では、回析格子１０２により分離された＋１次
と−１次の回析光はそれぞれ別々の光路で、フーリエ変
換レンズ１０３，１０５、ミラー１０６、投影レンズ１
０８を通りウエハ１０９上で最結像される。この光路長
は１ｍ近くにも及び、この間、空気の揺らぎによる屈折
率の変化により、従来例で説明した装置固有の値である
φ₁，φ₂の値が相互に関連なく変化し、あたかも位置が
変化したような検出誤差を生ずるという問題がある。

【００１１】また、光源にレーザ光を用いているので、
ウエハ上のレジストにより、多重干渉を引き起こし、特
定のレジスト厚みの条件ではウエハからの反射光がなく
なり、またウエハ上に堆積した各種材質の膜によるアラ
イメントマークの反射率の変化によって位置合わせが不
可欠になるという問題がある。

【００１２】また、光源にレーザ光を用いているので、
レチクルをウエハの近傍に設置し露光を行う構成の場
合、レチクルとウエハ間で多重干渉を引き起こし、位置
合わせが不可能になるという問題がある。

【００１３】さらに、ウエハ上のアライメントマーク
が、半導体製造を行う各種の工程を経るにつれ、回析格
子の形状が左右非対象に変形したり、レジストが均一に
塗布されないことによって、回析格子の形状が左右対象
にし、位置合わせに大きなオフセット誤差を生ずるとい
う課題がある。

【００１４】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、空気の揺らぎが生ずる場合でも高精度にウエハの位
置合わせを行うことができ、レジスト内での多重干渉
や、ウエハ上に堆積した各種材質の膜によるアライメン
トマークの反射率の変化や、レチクルをウエハの近傍に
設置するプロキシミティー露光を行う構成の場合でも、
高精度な位置合わせを行うことが可能で、さらにアライ
メントマークが左右非対称に変形している場合でも大き
なオフセット誤差を含まない位置合わせ装置を提供する
ことを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の位置合わせ装置は、走査スリットと、前記走
査スリットに光を照射する光源と、前記走査スリットを
一定方向に一定速度で走査する走査手段と、位置合わせ
マークを備えたウエハ基板と、位置合わせマークを備え
たレチクルと、レチクル上のパターンをウエハ基板上に
投影する投影レンズと、前記走査スリットの像をレチク
ル上にレチクルの位置合わせマークピッチと等しく結像
するとともに、レチクルおよび投影レンズを通し、ウエ
ハ上に形成された位置合わせマークピットと等しくなる
ようにウエハ上に結像する第１の結像レンズと、前記レ
チクル上の位置合わせマークからの反射光およびウエハ
上の位置合わせマークからの反射光のうち投影レンズお
よびレチクルを通過して戻る反射光をそれぞれ検出する
独立した２つの光検出器と、前記光検出器に反射光を分
離して導くための第２の結像レンズと、前記２つの光検
出器の信号を処理して位置信号に変換する信号処理手段
と、前記信号処理手段より出力された信号により前記レ
チクルと前記ウエハの相対位置を変化させる移動手段と
を備えたことを特徴とする。

【００１６】また、請求項２記載の位置合わせ装置は、
請求項１記載の位置合わせ装置において、走査スリット
を一定方向に一定速度で走査する手段が放射状に複数の
スリットパターンを配列し、周期的に透過部、非透過部
を設けた円板の回転によるものであることを特徴とす
る。

【００１７】また、請求項３記載の位置合わせ装置は、
請求項１記載の位置合わせ装置において、走査スリット
を一定方向に一定速度で走査する手段が、直線回析格子
または複数の矩形スリットにより構成された周期的に透
過部、非透過部を設けた基板の一定振幅の復動動作によ
ることを特徴とする。

【００１８】また、請求項４記載の位置合わせ装置は、
請求項１記載の位置合わせ装置において、位置信号に変
換する手段が、２つの光検出器からの出力の位相差を検
出することを特徴とする。

【００１９】また、請求項６記載の位置合わせ装置は、
請求項１記載の位置合わせ装置において、レチクル上の
合わせマークが、直線回析格子または、周期的に透過
部、非透過部を有した複数の矩形スリットにより構成さ
れたことを特徴とする。

【００２０】また、請求項７記載の位置合わせ装置は、
請求項１記載の位置合わせ装置において、レチクル上の
位置合わせマーク近傍に透明部からなる開口を有するこ
とを特徴とする。

【００２１】また、請求項５記載の位置合わせ装置は、
請求項１記載の位置合わせ装置において、走査スリット
に光を照射する光源が、インコヒーレントであることを
特徴とする。

【００２２】また、請求項８記載の位置合わせ装置は、
請求項１記載の位置合わせ装置において、ウエハ上の合
わせマークが、反射型の直線回析格子または、周期的に
反射部、吸収部を有した複数の矩形スリットにより構成
されたことを特徴とする。

【００２３】さらに、請求項９記載の位置合わせ装置
は、走査スリットと、前記走査スリットに光を照射する
光源と、前記走査スリットを一定方向に一定速度で走査
する走査手段と、位置合わせマークを備えたウエハ基板
と、位置合わせマークを備えたレチクルと、レチクル上
のパターンをウエハ基板上に投影する投影レンズと、前
記走査スリットの像をレチクル上にレチクルの位置合わ
せマークピッチと等しく結像するとともに、投影レンズ
を通し、ウエハ上に形成された位置合わせマークピッチ
と等しくなるようにウエハ上に結像する第１の結像レン
ズと、結像レンズからレチクル上への光を中継するリレ
ーレンズと、リレーレンズからの光路を折り曲げてレチ
クルに入射するミラーと、結像レンズからの光路を折り
曲げて投影レンズに入射するミラーと、前記レチクル上
の位置合わせマークからの反射光およびウエハ上の位置
合わせマークからの反射光のうち投影レンズおよびレチ
クルを通過して戻る反射光をそれぞれ検出する独立した
２つの光検出器と、前記光検出器に反射光を分離して導
くための第２の結像レンズと、前記２つの光検出器の信
号を処理して位置信号に変換する信号処理手段と、前記
信号処理手段より出力された信号により前記レチクルと
前記ウエハの相対位置を変化させる移動手段とを備えた
ことを特徴とする。

【００２４】また、請求項１０記載の位置合わせ装置
は、請求項９記載の位置合わせ装置において、走査スリ
ットを一定方向に一定速度で走査する手段が放射状に複
数のフリットパターンを配列し、周期的に透過部、非透
過部を設けた円板の回転によるものであることを特徴と
する。

【００２５】また、請求項１１記載の位置合わせ装置
は、請求項９記載の位置合わせ装置において、走査スリ
ットを一定方向に一定速度で走査する手段が、直線回析
格子または複数の矩形スリットにより構成された周期的
に透過部、非透過部を設けた基板の一定振幅の復動動作
によることを特徴とする。

【００２６】また、請求項１２記載の位置合わせ装置
は、請求項９記載の位置合わせ装置において、位置信号
に変換する手段が、２つの光検出器からの出力の位相差
を検出することによることを特徴とする。

【００２７】また、請求項１３記載の位置合わせ装置
は、請求項９記載の位置合わせ装置において、走査スリ
ットに光を照射する光源が、インコヒーレントであるこ
とを特徴とする。

【００２８】また、請求項１４記載の位置合わせ装置
は、請求項９記載の位置合わせ装置において、レチクル
上の合わせマークが、直線回析格子または、周期的に透
過部、非透過部を有した複数の矩形スリットにより構成
されたことを特徴とする。

【００２９】また、請求項１５の位置合わせ装置は、請
求項９記載の位置合わせ装置において、レチクル上の位
置合わせマーク近傍に透明部からなる開口を有すること
を特徴とする。

【００３０】また、請求項１６記載の位置合わせ装置
は、請求項９記載の位置合わせ装置において、ウエハ上
の合わせマークが、反射型の直線回路格子または、周期
的に反射部、吸収部を有した複数の矩形スリットにより
構成されたことを特徴とする。

【００３１】さらに、請求項１７記載の位置合わせ装置
は、走査スリットと、前記走査スリットに光を照射する
光源と、前記走査スリットを一定方向に一定速度で走査
する走査手段と、位置合わせマークを備えたウエハ基板
と、位置合わせマークを備えたレチクルと、前記走査ス
リットの像をレチクル上にレチクルの位置合わせマーク
ピッチと等しく結合するとともに、レチクルを通しレチ
クルの直後に配置されたウエハ上に形成された位置合わ
せマークピッチと等しくなるようにウエハ上に結像する
第１の結像レンズと、前記レチクル上の位置合わせマー
クからの反射光、およびウエハ上の位置合わせマークか
らの反射光のうちレチクルを通過して戻る反射光をそれ
ぞれ検出する独立した２つの光検出器と、前記光検出器
に反射光を分離して導くための第２の結像レンズと、前
記２つの光検出器の信号を処理して位置信号に変換する
信号処理手段と、前記信号処理手段より出力された信号
により前記レチクルと前記ウエハの相対位置を変化させ
る移動手段とを備えたことを特徴とする。

【００３２】また、請求項１８記載の位置合わせ装置
は、請求項１７記載の位置合わせ装置において、走査ス
リットを一定方向に一定速度で走査する手段が放射状に
複数のスリットパターンを配列し、周期的に透過部、非
透過部を設けた円板の回転によるものであることを特徴
とする。

【００３３】また、請求項１９記載の位置合わせ装置
は、請求項１７記載の位置合わせ装置において、走査ス
リットを一定方向に一定速度で走査する手段が、直線回
析格子または複数の矩形スリットにより構成された周期
的に透過部、非透過部を設けた基板の一定振幅の復動動
作によることを特徴とする。

【００３４】また、請求項２０記載の位置合わせ装置
は、請求項１７記載の位置合わせ装置において、位置信
号に変換する手段が、２つの光検出器からの出力の位相
差を検出することによることを特徴とする。

【００３５】また、請求項２１記載の位置合わせ装置
は、請求項１７記載の位置合わせ装置において、走査ス
リットに光を照射する光源が、インコヒーレントである
ことを特徴とする。

【００３６】また、請求項２２記載の位置合わせ装置
は、請求項１７の位置合わせ装置において、レチクル上
の合わせマークが、直線回析格子または、周期的に透過
部、非透過部を有した複数の矩形スリットにより構成さ
れたことを特徴とする。

【００３７】また、請求項２３記載の位置合わせ装置
は、請求項１７記載の位置合わせ装置において、レチク
ル上の位置合わせマーク近傍に透明部からなる開口を有
することを特徴とする。

【００３８】また、請求項２３記載の位置合わせ装置
は、請求項１７記載の位置合わせ装置において、ウエハ
上の合わせマークが、反射型の直線回析格子または、周
期的に反射部、吸収部を有した複数の矩形スリットによ
り構成されたことを特徴とする。

【００３９】

【作用】この構成によって、空気の揺らぎが生ずる場合
でも高精度にウエハの位置合わせを行うことができ、ま
たインコヒーレントの光源を用いることにより、レジス
ト内での多重干渉や、ウエハ上に堆積した各種材質の膜
によるアライメントマークの反射率の変化や、レチクル
をウエハの近傍に設置し露光を行うプロキシミティー露
光の場合でも、高精度な位置合わせを行うことが可能
で、さらにアライメントマークが左右非対称に変形して
いる場合でも大きなオフセット誤差を含まない位置合わ
せを行うことができ、また走査像の光を側方から入射す
ることにより、光学系全体を小型化でき、さらに周期的
に一定方向に一定振幅で復動する走査スリットを用いる
ことにより、走査スリット部を小型化できかつ可動部の
振動の影響を低減でき、高精度な位置合わせを行うこと
ができるものである。

【００４０】

【実施例】（実施例１）以下本発明の位置合わせ装置に
ついて、図面を参照しながら説明する。

【００４１】図１において、１は平行光を出力する光
源、２は図２に示すような一定ピッチの回析格子状の回
転スリット、３は回転スリットを一定速度で回転させる
回転機構、４，１２は結像レンズ、５はレチクル、６は
透過窓、７は基準スリット、８は投影レンズ、９はウエ
ハ、１０は図３に示すような一定ピッチの回析格子状の
スリット（アライメントマーク）、１１はウエハの移動
手段、１３，１４は光検出器である。

【００４２】以上のように構成された位置合わせ装置に
ついて、以下図１を用いてその動作を説明する。

【００４３】光源１から出射した光により、回転スリッ
ト２の像は結像レンズ４によりレチクル５上の、透過窓
６とスリット７上に形成される。透過窓６上の像はレチ
クル５を透過し、投影レンズ８によってウエハ９上のス
リット１０に投影される。

【００４４】ここで結像レンズ４の倍率は、投影レンズ
８によってウエハ９上のスリット１０がレチクル５上の
透過窓６に投影された場合の投影像のスリットピッチ
と、結像レンズ４によって回転スリット２の像がレチク
ル５上の透過窓６に投影された場合の投影像のスリット
ピッチとが親しくなるように構成されている。レチクル
５上のスリット７のスリットピッチは回転スリット２の
像が結像レンズ４によりレチクル５上に投影された場合
の投影像のスリットピッチと等しくなるように構成され
ている。

【００４５】この構成により回転スリット２を一定速度
で回転させることにより、ウエハ９上に投影された回転
スリット２の像と、ウエハ９上のスリット１０の像が重
なりあい、回転スリット２が一定速度で回転することに
より周期的に明暗の強弱の変化する像が発生し、この像
は、投影レンズ８によりレチクル５上の透過窓６上に投
影され、再度結像レンズ１２によって光検出器１３上に
投影され検出される。この周期的に明暗の強弱の変化す
る像の位相はウエハ９上のスリット１０の位置の変化に
比例して変化する。

【００４６】また、レチクル５上のスリット７と、投影
された回転スリット２の像が重なりあい、回転スリット
２が一定速度で回転することにより周期的に明暗の強弱
の変化する像が発生し、この像は、結像レンズ１２によ
って光検出器１４上に投影され検出される。この周期的
に明暗に強弱の変化する像の位相はレチクル５上のスリ
ット７の位置の変化に比例して変化する。

【００４７】次に、図示しない信号処理手段により光検
出器１３と、光検出器１４の位相差を検出比較すること
により、ウエハ、レチクルの相対位置を得る。

【００４８】ここでウエハ上のスリットピッチを８μ
ｍ、位相の検出分解能を０．１°としると、最小位置ず
れ検出分解能は２．２ｎｍとなり、半導体等の製造にお
いて十分な位置ずれ検出分解能が得られる。

【００４９】以上のように本実施例によれば、位置合わ
せ信号検出のため干渉を用いてウエハの位置を測定する
ことがないので、光路上での異なる屈折率の変化による
空気の揺らぎの影響を受けることなく、またインコヒー
レントの光源を用いることができるので、レジスト内で
の多重干渉や、ウエハ上に堆積した各種材質の膜により
アライメントマークの反射率の変化が生ずる場合でも高
精度な位置合わせを行うことができる。さらに、アライ
メントマークが左右非対称に変形している場合でも大き
なオフセット誤差を含まないレチクルとウエハの高精度
な位置合わせを行うことができる。

【００５０】（実施例２）以下本発明の第２の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。

【００５１】図４は本発明の第２実施例における位置合
わせ装置の全体構成を示すものである。図４において、
１５，１７はミラー、１６は１対１に像を結像するリレ
ーレンズで、他の構成は第１の実施例と同じである。結
像レンズ４の光をレチクル５と投影レンズ８の間より入
射し、ミラー１５の位置から結像レンズ４の右側の像面
までの距離はミラー１５からレチクル５上の透過窓６ま
での距離と等しくなるように設置されている。また、リ
レーレンズ１６は、結像レンズ４の右側の像面に形成さ
れた回転スリット２の像をレチクル５の上のスリット７
のピッチと同じピッチで投影するよう構成、設置されて
いる。以上のように構成された位置合わせ装置の動作原
理、効果は第１の実施例と同じであるが、走査像の光を
側方から入射することにより光学系全体を小型化でき
る。

【００５２】（実施例３）以下本発明の第３の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。

【００５３】図５は本発明の第３実施例における位置合
わせ装置の全体構成を示すものである。図５において、
１は平行光を出力する光源、２は一定ピッチの回析格子
状の回転スリット、３は回転スリットを一定速度で回転
させる回転機構、４，１２は結像レンズ、５はレチク
ル、６はレチクル５上に形成された透過窓、７は基準ス
リット、９はウエハ、１０はウエハ９上に形成された一
定ピッチの回析格子状のスリット（アライメントマー
ク）、１３，１４は光検出器であり、レチクルをウエハ
の近傍に設置するプロキシミティー露光の構成となって
いる。

【００５４】ここで、ウエハ９上のスリット１０のスリ
ットピッチと、レチクル５上のスリット７のスリットピ
ッチは回転スリット２の像が結像レンズ４によりウエハ
９とレチクル５上に投影された場合の投影像のスリット
ピッチと等しくなるように構成されている。

【００５５】以上のように構成された位置合わせ装置の
動作原理、効果は第１の実施例に加え、光源にインコヒ
ーレントな光源を用いることにより、レチクルとウエハ
が接近し、レチクルとウエハ間で発生する多重干渉の問
題を避けることができ高精度かつ容易な位置合わせを行
うことができる。

【００５６】（実施例４）以下本発明の第４の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。

【００５７】図６は本発明の第４実施例における位置合
わせ装置の、走査スリット部の構成を示すものである。
図６において、１は平行光を出力する光源、１８は一定
ピッチのスリット、１９は一定方向に一定の振幅でスリ
ット１８を復動させるアクチュエータ、４は結像レンズ
である。

【００５８】図７は本発明の第４実施例における位置合
わせ装置の、光検出器１３，１４の出力以降の信号処理
部の構成を示すものである。図７において、２０は図６
のアクチュエータ１９を一定振幅、一定周期で振動させ
る信号を発生する発信器、２１，２３は発信器の周波数
の２倍の周波数の交流信号の信号強度を求めるロックイ
ンアンプまたはバンドパスフィルタ等の信号処理回路、
２２，２４は発信器の周波数の３倍の周波数の交流信号
の信号強度を求めるロックインアンプまたはバンドパス
フィルタ等の信号処理回路、２５，２６は除算器、２
７，２８は乗算器、、２９，３０は逆正接器、３１は減
算器、３２は係数である。

【００５９】他の構成は第１，あるいは第２、あるいは
第３の実施例と同じである。また、スリット１８のスリ
ットピッチは第１、あるいは第２、あるいは第３の実施
例の定めるところによる。

【００６０】以上のように構成された位置合わせ装置に
ついて、以下その動作を説明する。走査スリット部の振
動振幅をＺ、振動周波数をω₀とし、ウエハ９上のスリ
ット１０のピッチをλ_s、レチクル５上のスリット１０
のピッチをλ_r、ウエハ１０のスリット溝との垂直方向
の位置をＸ_sとし位相をφ_s＝２πＸ_s／λ_s、レチクル５
のスリット溝との垂直方向の位置をＸ_rとし位相をφ_r＝
２πＸ_r／λ_r、光検出器１３の出力のＤＣ成分を
Ｉ_sdc、ＡＣ成分をＩ_sac、光検出器１４の出力のＤＣ成
分をＩ_rdc、ＡＣ成分をＩ_racとすると、光検出器１３で
検出される信号Ｉ_sは、

【００６１】

【数３】

【００６２】また、光検出器１４で検出される信号Ｉ_r
は、

【００６３】

【数４】

【００６４】と表せる。Ｊ_n（Ｚ）をｎ次の第１種ベッ
セル関数とし、（数３）と（数４）のＡＣ成分をそれぞ
れフーリエ級数展開すると、

【００６５】

【数５】

【００６６】

【数６】

【００６７】ここで、（数５）の２次、３次の高調波成
分はそれぞれ、

【００６８】

【数７】

【００６９】

【数８】

【００７０】と表され、信号処理回路２１，２２により
求められる。また、（数６）の２次、３次の高調波成分
はそれぞれ、

【００７１】

【数９】

【００７２】

【数１０】

【００７３】と表され、信号処理回路２３，２４により
求められる。よって、別途Ｚの測定を行いＪ₃（Ｚ）／
Ｊ₂（Ｚ）の係数３２を求めておき、前記（数７），
（数８）の比を除算器２５より求め、係数３２と除算器
２５の積を乗算器２７により求める。更に逆正接器２９
により乗算器２７の逆正接を求めることによりウエハ１
０の位置φ_sが求まる。

【００７４】次に、（数９），（数１０）の比を除算器
２６により求め、係数３２と除算器２６の積を乗算器２
８により求める。更に逆正接器３０により乗算器２８の
逆正接を求めることによりレチクル５の位置φ_rを求め
る。

【００７５】求めたウエハ１０の位置φ_sとレチクル５
の位置φ_rの差を減算器３１により求めることによりウ
エハ、レチクルの相対位置を得る。

【００７６】以上のように構成された位置合わせ装置の
効果は第１，第２，第３の実施例に加え、走査スリット
部を小型化できかつ可動部の振動の影響を低減でき、高
精度な位置合わせを行うことができるものである。

【００７７】なお、第１の実施例において、走査スリッ
トとウエハ上のスリットピッチがレチクルの像をウエハ
に投影する投影レンズにより等価的に等しくなる場合、
レチクル近傍に走査スリットを設け、光検出器をレチク
ルと投影レンズの間に設け、レチクル上のスリットとか
ら参照信号を得てもよい。

【００７８】また、第２の実施例において、回転スリッ
トのピッチがレチクル上のスリットピッチと等しい場
合、回転スリットを結像レンズの位置に配置し結像レン
ズを省略してもよい。

【００７９】また、第１，第３の実施例においてビーム
スプリッタを回転スリット２と結像レンズ４の間に設置
し、レチクル５への入射光を垂直に入射し、レチクル５
とウエハ９からの反射光をビームスプリッタから検出す
ることにより結像レンズを１つに減らしてもよい。

【００８０】また、第１，第２，第３の実施例におい
て、一定方向に一定速度でスリットを走査する手段とし
て回転スリット２を用いたが、液晶シャッタ等を用いて
装置を構成してもよい。

【００８１】

【発明の効果】以上のように本発明は、走査スリットを
一定方向に一定速度で走査し、この像をレチクル上のス
リットと、ウエハ上の位置合わせマークに結像し、この
２つの時間的に変化する明暗像を検出し位相を比較する
ことにより、レチクルとウエハの位置ずれを検出する構
成により、回析格子と空間フィルタ等によって光路を分
岐し別々の光路を通じてウエハの位置を測定することが
ないので光路上での異なる屈折率の変化による空気の揺
らぎの影響を受けることなく、またインコヒーレントの
光源を用いることが可能で、インコヒーレントの光源を
用いることにより、レジスト内での多重干渉や、ウエハ
上に堆積した各種材質の膜によりアライメントマークの
反射率の変化が生ずる場合でも高精度な位置合わせを行
うことができる。さらに、アライメントマークが左右非
対称に変形している場合でも大きなオフセット誤差を含
まないレチクルとウエハの高精度な位置合わせを行うこ
とができる。

【００８２】さらに、走査像の光をレチクルと投影レン
ズの間の側方から入射することにより、光学系全体を小
型化できる。

【００８３】またレチクルとウエハが近接したプロキシ
ミティー露光の際にも、位置合わせの光源にインコヒー
レントな光源を用いることにより、レチクルとウエハ間
で発生する多重干渉の問題を避けることができ高精度か
つ容易な位置合わせを行うことができる。

【００８４】また、周期的に一定方向に一定振幅で復動
する走査スリットを用いることにより、走査スリット部
を小型化できかつ可動部の振動の影響を低減でき、高精
度な位置合わせを行うことができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における位置合わせ装置
の動作原理を示す説明図

【図２】本発明の第１の実施例における位置合わせ装置
の走査スリットの構成を示す説明図

【図３】本発明の第１の実施例における位置合わせ装置
の位置合わせマークの構成を示す説明図

【図４】本発明の第２の実施例における位置合わせ装置
の動作原理を示す説明図

【図５】本発明の第３の実施例における位置合わせ装置
の動作原理を示す説明図

【図６】本発明の第４の実施例における位置合わせ装置
の走査スリット部の構成を示す説明図

【図７】本発明の第４の実施例における位置合わせ装置
の信号処理回路の構成を示す説明図

【図８】従来の位置合わせ装置の構成を示す説明図

【符号の説明】

１光源２回転スリット３回転機構４，１２結像レンズ５レチクル６透過窓７基準スリット８投影レンズ９ウエハ１０スリット（アライメントマーク）１１ウエハの移動手段１３，１４光検出器１５，１７ミラー１８スリット１９アクチュエータ２０発信器２１，２２，２３，２４信号処理回路２５，２６除算器２７，２８乗算器２９，３０逆正接器３１減算器３２係数１０１Ｈｅ−Ｎｅゼーマンレーザ光源１０２回析格子１０３，１０５フーリエ変換レンズ１０４ λ／２波長板１０６，１１０，１１５ミラー１０７レチクル１０８投影レンズ１０９ウエハ１１１検光子１１２光検出器１１３，１１４増幅器

フロントページの続き (72)発明者長野寛之大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】走査スリットと、前記走査スリットに光
を照射する光源と、前記走査スリットを一定方向に一定
速度で走査する走査手段と、位置合わせマークを備えた
ウエハ基板と、位置合わせマークを備えたレチクルと、
レチクル上のパターンをウエハ基板上に投影する投影レ
ンズと、前記走査スリットの像をレチクル上にレチクル
の位置合わせマークピッチと等しく結像するとともに、
レチクルおよび投影レンズを通し、ウエハ上に形成され
た位置合わせマークピッチと等しなるようにウエハ上に
結像する第１の結像レンズと、前記レチクル上の位置合
わせマークからの反射光およびウエハ上の位置合わせマ
ークからの反射光のうち投影レンズおよびレチクルを通
過して戻る反射光をそれぞれ検出する独立した２つの光
検出器と、前記光検出器に反射光を分離して導くための
第２の結像レンズと、前記２つの光検出器の信号を処理
して位置信号に変換する信号処理手段と、前記信号処理
手段より出力された信号により前記レチクルと前記ウエ
ハの相対位置を変化させる移動手段とを備えたことを特
徴とする位置合わせ装置。
【請求項２】前記請求項１記載の位置合わせ装置にお
いて、走査スリットを一定方向に一定速度で走査する手
段が放射状に複数のスリットパターンを配列し、周期的
に透過部、非透過部を設けた円板の回転によるものであ
ることを特徴とする位置合わせ装置。
【請求項３】前記請求項１記載の位置合わせ装置にお
いて、走査スリットを一定方向に一定速度で走査する手
段が、直線回析格子または複数の矩形スリットにより構
成された周期的に透過部、非透過部を設けた基板の一定
振幅の復動動作によることを特徴とする位置合わせ装
置。
【請求項４】前記請求項１記載の位置合わせ装置にお
いて、位置信号に変換する手段が、２つの光検出器から
の出力の位相差を検出することを特徴とする位置合わせ
装置。
【請求項５】前記請求項１記載の位置合わせ装置にお
いて、走査スリットに光を照射する光源が、インコヒー
レントであることを特徴とする位置合わせ装置。
【請求項６】前記請求項１記載の位置合わせ装置にお
いて、レチクル上の合わせマークが、直線回析格子また
は、周期的に透過部、非透過部を有した複数の矩形スリ
ットにより構成されたことを特徴とする位置合わせ装
置。
【請求項７】前記請求項１記載の位置合わせ装置にお
いて、レチクル上の位置合わせマーク近傍に透明部から
なる開口を有することを特徴とする位置合わせ装置。
【請求項８】前記請求項１記載の位置合わせ装置にお
いて、ウエハ上の合わせマークが、反射型の直線回析格
子または、周期的に反射部，吸収部を有した複数の矩形
スリットにより構成されたことを特徴とする位置合わせ
装置。
【請求項９】走査スリットと、前記走査スリットに光
を照射する光源と、前記走査スリットを一定方向に一定
速度で走査する走査手段と、位置合わせマークを備えた
ウエハ基板と、位置合わせマークを備えたレチクルと、
レチクル上のパターンをウエハ基板上に投影する投影レ
ンズと、前記走査スリットの像をレチクル上にレチクル
の位置合わせマークピッチと等しく結像するとともに、
投影レンズを通し、ウエハ上に形成された位置合わせマ
ークピッチと等しくなるようにウエハ上に結像する第１
の結像レンズと、結像レンズからレチクル上への光を中
継するリレーレンズと、リレーレンズからの光路を折り
曲げてレチクルに入射するミラーと、結像レンズからの
光路を折り曲げて投影レンズに入射するミラーと、前記
レチクル上の位置合わせマークからの反射光およびウエ
ハ上の位置合わせマークからの反射光のうち投影レンズ
およびレチクルを通過して戻る反射光をそれぞれ検出す
る独立した２つの光検出器と、前記光検出器に反射光を
分離して導くための第２の結像レンズと、前記２つの光
検出器の信号を処理して位置信号に変換する信号処理手
段と、前記信号処理手段より出力された信号により前記
レチクルと前記ウエハの相対位置を変化させる移動手段
とを備えたことを特徴とする位置合わせ装置。
【請求項１０】前記請求項９記載の位置合わせ装置に
おいて、走査スリットを一定方向に一定速度で走査する
手段が放射状に複数のスリットパターンを配列し、周期
的に透過部、非透過部を設けた円板の回転によるもので
あることを特徴とする位置合わせ装置。
【請求項１１】前記請求項９記載の位置合わせ装置に
おいて、走査スリットを一定方向に一定速度で走査する
手段が、直線回析格子または複数の矩形スリットにより
構成された周期的に透過部、非透過部を設けた基板の一
定振幅の復動動作によることを特徴とする位置合わせ装
置。
【請求項１２】前記請求項９記載の位置合わせ装置に
おいて、位置信号に変換する手段が、２つの光検出器か
らの出力の位相差を検出することを特徴とする位置合わ
せ装置。
【請求項１３】前記請求項９記載の位置合わせ装置に
おいて、走査スリットに光を照射する光源が、インコヒ
ーレントであることを特徴とする位置合わせ装置。
【請求項１４】前記請求項９記載の位置合わせ装置に
おいて、レチクル上の合わせマークが、直線回析格子ま
たは、周期的に透過部、非透過部を有した複数の矩形ス
リットにより構成されたことを特徴とする位置合わせ装
置。
【請求項１５】前記請求項９記載の位置合わせ装置に
おいて、レチクル上の位置合わせマーク近傍に透明部か
らなる開口を有することを特徴とする位置合わせ装置。
【請求項１６】前記請求項９記載の位置合わせ装置に
おいて、ウエハ上の合わせマークが、反射型の直線回析
格子または、周期的に反射部、吸収部を有した複数の矩
形スリットにより構成されたことを特徴とする位置合わ
せ装置。
【請求項１７】走査スリットと、前記走査スリットに
光を照射する光源と、前記走査スリットを一定方向に一
定速度で走査する走査手段と、位置合わせマークを備え
たウエハ基板と、位置合わせマークを備えたレチクル
と、前記走査スリットの像をレチクル上にレチクルの位
置合わせマークピッチと等しく結像するとともに、レチ
クルを通しレチクルの直後に配置されたウエハ上に形成
された位置合わせマークピッチと等しくなるようにウエ
ハ上に結像する第１の結像レンズと、前記レチクル上の
位置合わせマークからの反射光、およびウエハ上の位置
合わせマークからの反射光のうちレチクルを通過して戻
る反射光をそれぞれ検出する独立した２つの光検出器
と、前記光検出器に反射光を分離して導くための第２の
結像レンズと、前記２つの光検出器の信号を処理して位
置信号に変換する信号処理手段と、前記信号処理手段よ
り出力された信号により前記レチクルと前記ウエハの相
対位置を変化させる移動手段とを備えたことを特徴とす
る位置合わせ装置。
【請求項１８】前記前記請求項１７記載の位置合わせ
装置において、走査スリットを一定方向に一定速度で走
査する手段が放射状に複数のスリットパターンを配列
し、周期的に透過部、非透過部を設けた円板の回転によ
るものであることを特徴とする位置合わせ装置。
【請求項１９】前記請求項１７記載の位置合わせ装置
において、走査スリットを一定方向に一定速度で走査す
る手段が、直線回析格子または複数の矩形スリットによ
り構成された周期的に透過部、非透過部を設けた基板の
一定振幅の復動動作によることを特徴とする位置合わせ
装置。
【請求項２０】前記請求項１７記載の位置合わせ装置
において、位置信号に変換する手段が、２つの光検出器
からの出力の位相差を検出することを特徴とする位置合
わせ装置。
【請求項２１】前記請求項１７記載の位置合わせ装置
において、走査スリットに光を照射する光源が、インコ
ヒーレントであることを特徴とする位置合わせ装置。
【請求項２２】前記請求項１７記載の位置合わせ装置
において、レチクル上の合わせマークが、直線回析格子
または、周期的に透過部、非透過部を有した複数の矩形
スリットにより構成されたことを特徴とする位置合わせ
装置。
【請求項２３】前記請求項１７記載の位置合わせ装置
において、レチクル上の位置合わせマーク近傍に透明部
からなる開口を有することを特徴とする位置合わせ装
置。
【請求項２４】前記請求項１７記載の位置合わせ装置
において、ウエハ上の合わせマークが、反射型の直線回
析格子または、周期的に反射部、吸収部を有した複数の
矩形スリットにより構成されたことを特徴とする位置合
わせ装置。