JPH06326006A - 多波長，コヒーレント光によるフレネル回折を利用した斜方位置検出装置 - Google Patents
多波長，コヒーレント光によるフレネル回折を利用した斜方位置検出装置Info
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- JPH06326006A JPH06326006A JP5135186A JP13518693A JPH06326006A JP H06326006 A JPH06326006 A JP H06326006A JP 5135186 A JP5135186 A JP 5135186A JP 13518693 A JP13518693 A JP 13518693A JP H06326006 A JPH06326006 A JP H06326006A
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 多波長，コヒーレント光によるフレネル回折
を利用した新規な斜方結像光学系をもつ位置検出装置を
提供する。 【構成】 Ｘ線露光光の光軸方向に微小距離離間した第
１の物体と第２の物体の光軸に直交する方向の相対位置
を検出する位置換出装置において、各物体上にリニアフ
レネルゾーンプレートからなるアライメントマークを設
け、これらリニアフレネルゾーンプレートを同時に複数
の波長の光により照明するように照明装置を構成し、上
記リニアフレネルゾーンプレートの波長毎に焦点の異な
る回折焦点像と、その焦点の円弧が交差するような対物
レンズを傾け、この対物レンズによって同一結像面上に
結像した波長毎の回折焦点像を一次元ＣＣＤカメラある
いは二次元ＣＣＤカメラに結像させ、電気信号に変換し
た信号を処理して上記各アライメントマークの相対位置
を検出する手段を有する多波長，コヒーレント光による
フレネル回折を利用した斜方位置検出装置である。
を利用した新規な斜方結像光学系をもつ位置検出装置を
提供する。 【構成】 Ｘ線露光光の光軸方向に微小距離離間した第
１の物体と第２の物体の光軸に直交する方向の相対位置
を検出する位置換出装置において、各物体上にリニアフ
レネルゾーンプレートからなるアライメントマークを設
け、これらリニアフレネルゾーンプレートを同時に複数
の波長の光により照明するように照明装置を構成し、上
記リニアフレネルゾーンプレートの波長毎に焦点の異な
る回折焦点像と、その焦点の円弧が交差するような対物
レンズを傾け、この対物レンズによって同一結像面上に
結像した波長毎の回折焦点像を一次元ＣＣＤカメラある
いは二次元ＣＣＤカメラに結像させ、電気信号に変換し
た信号を処理して上記各アライメントマークの相対位置
を検出する手段を有する多波長，コヒーレント光による
フレネル回折を利用した斜方位置検出装置である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、近接露光におけるＸ
線マスクとウエハーの相対位置を検出する際、Ｘ線マス
クとウエハー上にリニアフレネルゾーンプレート（以
下、ＬＦＺＰと称す）からなるアライメントマークを設
け、これらのマークを多波長，コヒーレント光により照
明し、上記アライメントマークをＸ線露光領域外から斜
方検出する光学検出系により複数のリニアセンサで検出
するようにしたアライメント装置に関する。
線マスクとウエハーの相対位置を検出する際、Ｘ線マス
クとウエハー上にリニアフレネルゾーンプレート（以
下、ＬＦＺＰと称す）からなるアライメントマークを設
け、これらのマークを多波長，コヒーレント光により照
明し、上記アライメントマークをＸ線露光領域外から斜
方検出する光学検出系により複数のリニアセンサで検出
するようにしたアライメント装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】本件発明者は、近接露光におけるＸ線マ
スクとウエハーの相対位置の検出装置として、「複波長
照明を用いたダブルリニアフレネルゾーンプレートによ
る位置検出装置」の名称で特願昭６３−１６２９１５号
（特開平２−１０２０２号公報参照）および「複波長照
明を用いた扇形フレネルゾーンプレートによる位置検出
装置」の名称で特願昭６３−２０２８５７号（特開平２
−５１２１７号公報参照）をすでに提案している。以
下、これらの先行技術を簡単に説明する。なお、本件出
願に関連する上記２件以外の技術については、上記２件
の明細書中において説明しているものと一致しているの
で、ここでは再度それらの説明は省くとにする。
スクとウエハーの相対位置の検出装置として、「複波長
照明を用いたダブルリニアフレネルゾーンプレートによ
る位置検出装置」の名称で特願昭６３−１６２９１５号
（特開平２−１０２０２号公報参照）および「複波長照
明を用いた扇形フレネルゾーンプレートによる位置検出
装置」の名称で特願昭６３−２０２８５７号（特開平２
−５１２１７号公報参照）をすでに提案している。以
下、これらの先行技術を簡単に説明する。なお、本件出
願に関連する上記２件以外の技術については、上記２件
の明細書中において説明しているものと一致しているの
で、ここでは再度それらの説明は省くとにする。
【０００３】前者は、図５に検出装置の該略図に示すよ
うに、斜めに配置した対物レンズ９，リレーレンズ８か
らなる色収差を利用した２重焦点検出光学系１２および
シリンドリカルレンズ７，リニアセンサー６からなる高
速検出系からなる検出光学系１０を用い、垂直方向に微
小距離隔てて配置されたマスク１４およびウエハー１５
のアライメントマーク１６，１７をＸ線露光領域１３外
の斜方から検出するものである。このアライメントマー
ク１６，１７は、図６（ａ），（ｂ）に示されるよう
に、検出光学系１０の光軸Ａ´に直交する直線状の縞
（回折格子）から形成されている。
うに、斜めに配置した対物レンズ９，リレーレンズ８か
らなる色収差を利用した２重焦点検出光学系１２および
シリンドリカルレンズ７，リニアセンサー６からなる高
速検出系からなる検出光学系１０を用い、垂直方向に微
小距離隔てて配置されたマスク１４およびウエハー１５
のアライメントマーク１６，１７をＸ線露光領域１３外
の斜方から検出するものである。このアライメントマー
ク１６，１７は、図６（ａ），（ｂ）に示されるよう
に、検出光学系１０の光軸Ａ´に直交する直線状の縞
（回折格子）から形成されている。
【０００４】一方、上記光軸Ａ´とアライメントマーク
１６，１７に垂直な軸に対して対称な光軸Ａから照明光
が照射される。この照明光学装置５は、波長λ1 のレー
ザー１と波長λ2 のレーザー２とからなり、これらの光
をビームスプリッター２で合成してミラー４を介して複
数のコヒーレント光としてアライメントマーク１６，１
７を照明するものである。
１６，１７に垂直な軸に対して対称な光軸Ａから照明光
が照射される。この照明光学装置５は、波長λ1 のレー
ザー１と波長λ2 のレーザー２とからなり、これらの光
をビームスプリッター２で合成してミラー４を介して複
数のコヒーレント光としてアライメントマーク１６，１
７を照明するものである。
【０００５】従って、波長λ1 と波長λ2 の光で照明さ
れたマスク１４，ウエハー１５のアライメントマーク１
６，１７は、色収差対物レンズ９およびリレーレンズ８
からなる２重焦点検出光学系１２で同一焦点面に結像
し、この像はシリンドリカルレンズ７により光学的圧縮
を行なってリニアセンサー６により検出され、電気信号
となって信号処理して検出するのである。
れたマスク１４，ウエハー１５のアライメントマーク１
６，１７は、色収差対物レンズ９およびリレーレンズ８
からなる２重焦点検出光学系１２で同一焦点面に結像
し、この像はシリンドリカルレンズ７により光学的圧縮
を行なってリニアセンサー６により検出され、電気信号
となって信号処理して検出するのである。
【０００６】この装置による長所は、検出マーク１
６，１７としてＬＦＺＰを使用し、そのマークの構成が
単純であること、複波長化により実用における性能が
高いこと、（ウエハープロセスに対する性能劣化が少な
い。）が挙げられる。また、その短所は、ＬＦＺＰの
スポット面とレンズの焦点面が交差している斜方結像系
であるので、像面での結像範囲が極めて狭く、不安定要
素となること、特殊のレンズ系（色収差二重焦点レン
ズ系）を必要とすること、が挙げられる。
６，１７としてＬＦＺＰを使用し、そのマークの構成が
単純であること、複波長化により実用における性能が
高いこと、（ウエハープロセスに対する性能劣化が少な
い。）が挙げられる。また、その短所は、ＬＦＺＰの
スポット面とレンズの焦点面が交差している斜方結像系
であるので、像面での結像範囲が極めて狭く、不安定要
素となること、特殊のレンズ系（色収差二重焦点レン
ズ系）を必要とすること、が挙げられる。
【０００７】上記の欠点を解消するためになされた後
者の構成を図７および図８に示す。この発明の構成は上
記図５に示すものと全く同一である。ただ違う点は、マ
スク１４，ウエハー１５のアライメントマーク１６，１
７が図８に示すように扇形状の縞（回折格子）のフレネ
ルゾーンプレート（以下、ＳＦＺＰと称す）２５，２６
を使用している点である。即ち、ＳＦＺＰ２５，２６に
複数の波長λ1 ，λ2の光で同時に照明すると、これら
の波長に応じて焦点距離の異なる位置にＳＦＺＰ２５，
２６の回折焦点像が形成される。これを色収差を利用し
た２重焦点検出光学系１２で結像すると同一位置の結像
面に重ねて結像される。このとき、２重焦点検出光学系
１２は斜方結像系であるので、あたかも直線状のＬＦＺ
Ｐによる像の状態で結像されるので、これを先の例と同
様にシリンドリカルレンズ７により光学的圧縮を行いリ
ニアセンサー６により検出し、電気信号となって信号処
理して検出するのである。
者の構成を図７および図８に示す。この発明の構成は上
記図５に示すものと全く同一である。ただ違う点は、マ
スク１４，ウエハー１５のアライメントマーク１６，１
７が図８に示すように扇形状の縞（回折格子）のフレネ
ルゾーンプレート（以下、ＳＦＺＰと称す）２５，２６
を使用している点である。即ち、ＳＦＺＰ２５，２６に
複数の波長λ1 ，λ2の光で同時に照明すると、これら
の波長に応じて焦点距離の異なる位置にＳＦＺＰ２５，
２６の回折焦点像が形成される。これを色収差を利用し
た２重焦点検出光学系１２で結像すると同一位置の結像
面に重ねて結像される。このとき、２重焦点検出光学系
１２は斜方結像系であるので、あたかも直線状のＬＦＺ
Ｐによる像の状態で結像されるので、これを先の例と同
様にシリンドリカルレンズ７により光学的圧縮を行いリ
ニアセンサー６により検出し、電気信号となって信号処
理して検出するのである。
【０００８】この後者の装置の特徴は、上記前者の欠点
であるの像面での結像範囲が極めて狭く、不安定要素
となることは解決される。しかしながら、その代わりに
アライメントマークとしてＬＦＺＰの代わりに複雑な構
成のＳＦＺＰが必要となることが挙げられる。これらの
ことから、長所としては、ａ．ＳＦＺＰにより直線結像
となり、広い範囲での結像になる、ｂ．複波長化により
実用面における性能が高いことが挙げられる。また、短
所としては、ｃ．複雑な構成のマークであるＳＦＺＰを
必要とすること、ｄ．依然として特殊なレンズ系（色収
差二重焦点レンズ系）を必要とすることである。
であるの像面での結像範囲が極めて狭く、不安定要素
となることは解決される。しかしながら、その代わりに
アライメントマークとしてＬＦＺＰの代わりに複雑な構
成のＳＦＺＰが必要となることが挙げられる。これらの
ことから、長所としては、ａ．ＳＦＺＰにより直線結像
となり、広い範囲での結像になる、ｂ．複波長化により
実用面における性能が高いことが挙げられる。また、短
所としては、ｃ．複雑な構成のマークであるＳＦＺＰを
必要とすること、ｄ．依然として特殊なレンズ系（色収
差二重焦点レンズ系）を必要とすることである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】以上述べた二つの装置
から求められる性能を纏めてみると、イ．検出マークが
単純であること、ロ．垂直な結像と同じ像が得られるこ
と、ハ．複数波長化が可能なこと、ニ．特殊なレンズ
（色収差二重焦点レンズ系）を必要としないこと、とな
る。本件出願の発明は、上記イ〜ニの４つの長所を満足
する装置であり、新たな欠点を生じさせないものが必要
条件である。また、本件出願の発明は、当然に先の二つ
の先行技術の最大の特徴であるＸ線露光光の領域外から
の斜方結像系を構成していることは言うまでもない。
から求められる性能を纏めてみると、イ．検出マークが
単純であること、ロ．垂直な結像と同じ像が得られるこ
と、ハ．複数波長化が可能なこと、ニ．特殊なレンズ
（色収差二重焦点レンズ系）を必要としないこと、とな
る。本件出願の発明は、上記イ〜ニの４つの長所を満足
する装置であり、新たな欠点を生じさせないものが必要
条件である。また、本件出願の発明は、当然に先の二つ
の先行技術の最大の特徴であるＸ線露光光の領域外から
の斜方結像系を構成していることは言うまでもない。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明は、Ｘ線露光光
の光軸方向に微小距離離間した第１の物体と第２の物体
の光軸に直交する方向の相対位置を検出する位置換出装
置において、各物体上にＬＦＺＰからなるアライメント
マークを設け、これらＬＦＺＰを同時に複数の波長の光
により照明するように照明装置を構成し、上記ＬＦＺＰ
の波長毎に焦点の異なる回折焦点像と、その焦点の円弧
が交差するような対物レンズを傾け、この対物レンズに
よって同一結像面上に結像した波長毎の回折焦点像を一
次元ＣＣＤカメラあるいは二次元ＣＣＤカメラに結像さ
せ、電気信号に変換した信号を処理して上記各アライメ
ントマークの相対位置を検出する手段を有する多波長，
コヒーレント光によるフレネル回折を利用した斜方位置
検出装置である。また、この発明は、第一の物体のアラ
イメントマークとして単一のＬＦＺＰを用い、第二の物
体のアライメントマークとして一対のＬＦＺＰを用い、
第一の物体の単一のＬＦＺＰの間に入るような配置とす
る。さらに、第一の物体はマスクであり、第二の物体は
ウエハーであり、ウエハーのアライメントマークの回折
光及び入射光が通るマスク部分に透明なウインドウ領域
を設けたことを特徴とする多波長，コヒーレント光によ
るフレネル回折を利用した斜方位置検出装置である。そ
して、この発明は、リニアセンサーから得られた信号を
処理して上記各アライメントマークの位置を検出する手
段が相似性パターンマッチング処理を行う手段であるこ
とを特徴とする多波長，コヒーレント光によるフレネル
回折を利用した斜方位置検出装置である。
の光軸方向に微小距離離間した第１の物体と第２の物体
の光軸に直交する方向の相対位置を検出する位置換出装
置において、各物体上にＬＦＺＰからなるアライメント
マークを設け、これらＬＦＺＰを同時に複数の波長の光
により照明するように照明装置を構成し、上記ＬＦＺＰ
の波長毎に焦点の異なる回折焦点像と、その焦点の円弧
が交差するような対物レンズを傾け、この対物レンズに
よって同一結像面上に結像した波長毎の回折焦点像を一
次元ＣＣＤカメラあるいは二次元ＣＣＤカメラに結像さ
せ、電気信号に変換した信号を処理して上記各アライメ
ントマークの相対位置を検出する手段を有する多波長，
コヒーレント光によるフレネル回折を利用した斜方位置
検出装置である。また、この発明は、第一の物体のアラ
イメントマークとして単一のＬＦＺＰを用い、第二の物
体のアライメントマークとして一対のＬＦＺＰを用い、
第一の物体の単一のＬＦＺＰの間に入るような配置とす
る。さらに、第一の物体はマスクであり、第二の物体は
ウエハーであり、ウエハーのアライメントマークの回折
光及び入射光が通るマスク部分に透明なウインドウ領域
を設けたことを特徴とする多波長，コヒーレント光によ
るフレネル回折を利用した斜方位置検出装置である。そ
して、この発明は、リニアセンサーから得られた信号を
処理して上記各アライメントマークの位置を検出する手
段が相似性パターンマッチング処理を行う手段であるこ
とを特徴とする多波長，コヒーレント光によるフレネル
回折を利用した斜方位置検出装置である。
【００１１】
【作用】Ｘ線露光装置における微小距離離間したＸ線マ
スクとウエハーの相対位置を計測するアライメント装置
として主として適用されるが、Ｘ線マスクとウエハーの
近傍にアライメント装置が３チャンネル設けられ、Ｘ線
マスクとウエハーの光軸直交方向の相対位置の検出が
０．０１μｍの精度で検出することが可能である。この
検出値はマスクステージまたはウエハーステージの位置
制御における目標値としてフィードバック信号として使
用される。アライメント装置は露光光であるＸ線とは干
渉しない場所に置かれ、斜め方向より常時Ｘ線マスクと
ウエハーの位置を検出することが可能になる。
スクとウエハーの相対位置を計測するアライメント装置
として主として適用されるが、Ｘ線マスクとウエハーの
近傍にアライメント装置が３チャンネル設けられ、Ｘ線
マスクとウエハーの光軸直交方向の相対位置の検出が
０．０１μｍの精度で検出することが可能である。この
検出値はマスクステージまたはウエハーステージの位置
制御における目標値としてフィードバック信号として使
用される。アライメント装置は露光光であるＸ線とは干
渉しない場所に置かれ、斜め方向より常時Ｘ線マスクと
ウエハーの位置を検出することが可能になる。
【００１２】
【実施例】以下、図面に基づいてこの発明の実施例を説
明する。図１は、普通の対物レンズを使用したアライメ
ント装置の概略構成図である。この装置は先行技術であ
る図５および図７に示す装置とその構成が殆ど同じであ
るが、検出光学装置１０の軸上色収差対物レンズ９が普
通の対物レンズ３１を使用している点が大きく相違して
いる。即ち、ＳＦＺＰであるマスクアライメントマーク
２７を有するＸ線マスク１４とＳＦＺＰの二つからなる
ウエハーアライメントマーク２８を有するウエハー１５
は、上下に微小間隔であるギャップ１８だけ離間して図
示しない三次元ステージ上に水平に相対して載置され
る。そして、照明光学装置５から例えば４つのレーザ光
源１ａ，１ｂ，１ｃおよび１ｄからの波長λ1 ，波長λ
2 ，波長λ3 および波長λ4 のレーザー光がビームスプ
リッター２ａ，２ｂ，２ｃで合わさりミラー４を介して
Ｘ線露光領域１３の外から光軸Ａに沿って入射角１９で
斜めに照明する。Ｘ線マスク１４とウエハー１５上のア
ライメントマーク２７，２８は，Ｘ線露光領域１３の外
に斜めに反射角２０に設置された光軸Ａ´を有する検出
光学装置３０の対物レンズ３１の物点位置にアライメン
トマーク２７，２８の４つの回折像Ｓ1 ，Ｓ2 ，Ｓ3 お
よびＳ4 を形成する。そして、対物レンズ３１の同一像
面Ｉに４つの異なる波長の光による回折像Ｉ1 ，Ｉ2 ，
Ｉ3 およびＩ4 を結像し、これらの像をリレーレンズ
８，シルンドリカルレンズ７を介して光学的圧縮を行
い、それをリニアセンサー６の受像面に結像し、電気信
号に変換されるように構成されている。
明する。図１は、普通の対物レンズを使用したアライメ
ント装置の概略構成図である。この装置は先行技術であ
る図５および図７に示す装置とその構成が殆ど同じであ
るが、検出光学装置１０の軸上色収差対物レンズ９が普
通の対物レンズ３１を使用している点が大きく相違して
いる。即ち、ＳＦＺＰであるマスクアライメントマーク
２７を有するＸ線マスク１４とＳＦＺＰの二つからなる
ウエハーアライメントマーク２８を有するウエハー１５
は、上下に微小間隔であるギャップ１８だけ離間して図
示しない三次元ステージ上に水平に相対して載置され
る。そして、照明光学装置５から例えば４つのレーザ光
源１ａ，１ｂ，１ｃおよび１ｄからの波長λ1 ，波長λ
2 ，波長λ3 および波長λ4 のレーザー光がビームスプ
リッター２ａ，２ｂ，２ｃで合わさりミラー４を介して
Ｘ線露光領域１３の外から光軸Ａに沿って入射角１９で
斜めに照明する。Ｘ線マスク１４とウエハー１５上のア
ライメントマーク２７，２８は，Ｘ線露光領域１３の外
に斜めに反射角２０に設置された光軸Ａ´を有する検出
光学装置３０の対物レンズ３１の物点位置にアライメン
トマーク２７，２８の４つの回折像Ｓ1 ，Ｓ2 ，Ｓ3 お
よびＳ4 を形成する。そして、対物レンズ３１の同一像
面Ｉに４つの異なる波長の光による回折像Ｉ1 ，Ｉ2 ，
Ｉ3 およびＩ4 を結像し、これらの像をリレーレンズ
８，シルンドリカルレンズ７を介して光学的圧縮を行
い、それをリニアセンサー６の受像面に結像し、電気信
号に変換されるように構成されている。
【００１３】図２（ａ）にＸ線マスク１４のＬＦＺＰ２
７とウエハ１５上のウエハマークのＬＦＺＰ２８の上面
図を、図２（ｂ）にその側面図を示す。即ち、中央のＸ
線マスク１４のアライメントマーク２７であるＬＦＺＰ
の両側にウエハ１５のアライメントマーク２８である二
つのＬＦＺＰが設けられ、このＬＦＺＰ２８は上に配置
されたＸ線マスク１４の透明なウインドウ２２を通して
観察するのである。従って、このマスクマークとウエハ
ーマークは先行技術の図６に示すものとその構成は全く
同一である。そのため、複数のコヒーレント光による照
明光を利用する点、および単焦点の対物レンズ３１を傾
けて斜め検出を行う点で、斜方結像の欠点が克服され
る。以下、その詳細な理由を説明する。
７とウエハ１５上のウエハマークのＬＦＺＰ２８の上面
図を、図２（ｂ）にその側面図を示す。即ち、中央のＸ
線マスク１４のアライメントマーク２７であるＬＦＺＰ
の両側にウエハ１５のアライメントマーク２８である二
つのＬＦＺＰが設けられ、このＬＦＺＰ２８は上に配置
されたＸ線マスク１４の透明なウインドウ２２を通して
観察するのである。従って、このマスクマークとウエハ
ーマークは先行技術の図６に示すものとその構成は全く
同一である。そのため、複数のコヒーレント光による照
明光を利用する点、および単焦点の対物レンズ３１を傾
けて斜め検出を行う点で、斜方結像の欠点が克服され
る。以下、その詳細な理由を説明する。
【００１４】図３は、Ｘ−Ｚ面（座標は図２参照）でマ
スク１４（ウエハー１５）上のＬＦＺＰ２７（２８）に
左側の斜め方向からθ1 の角度で４つの波長（λ1 ，λ
2 ，λ3 ，λ4 ）のコヒーレント光を光軸Ａに沿って照
射した状態を示している。即ち、ＬＦＺＰ２７（２８）
による回折像Ｓ1 ，Ｓ2 ，Ｓ3 およびＳ4 は波長に対応
して４か所に離れて生じることになる。即ち、入射波長
をλ，回折像の距離をｆ，ＬＦＺＰのｍ次のゾーンエッ
ジの中心からの距離をｒ，次数をｍ（＝１）とすると、
次の式で表される。
スク１４（ウエハー１５）上のＬＦＺＰ２７（２８）に
左側の斜め方向からθ1 の角度で４つの波長（λ1 ，λ
2 ，λ3 ，λ4 ）のコヒーレント光を光軸Ａに沿って照
射した状態を示している。即ち、ＬＦＺＰ２７（２８）
による回折像Ｓ1 ，Ｓ2 ，Ｓ3 およびＳ4 は波長に対応
して４か所に離れて生じることになる。即ち、入射波長
をλ，回折像の距離をｆ，ＬＦＺＰのｍ次のゾーンエッ
ジの中心からの距離をｒ，次数をｍ（＝１）とすると、
次の式で表される。
【００１５】
【数１】
【００１６】上記（１）式から計算される４つの波長毎
の回折像Ｓ1 ，Ｓ2 ，Ｓ3 およびＳ4 までの距離をそれ
ぞれｆ1 ，ｆ2 ，ｆ3 ，ｆ4 とし、拡大して示すと図３
に示すようになる。また、ここで示す回折像の距離は零
次の回折像の距離を示している。一般式は次式で示され
る。ただし、ｎ＝１，２，３，・・・の位置に生じるこ
とになる。 ｆn ＝ｆ／（２ｎ＋１）
の回折像Ｓ1 ，Ｓ2 ，Ｓ3 およびＳ4 までの距離をそれ
ぞれｆ1 ，ｆ2 ，ｆ3 ，ｆ4 とし、拡大して示すと図３
に示すようになる。また、ここで示す回折像の距離は零
次の回折像の距離を示している。一般式は次式で示され
る。ただし、ｎ＝１，２，３，・・・の位置に生じるこ
とになる。 ｆn ＝ｆ／（２ｎ＋１）
【００１７】一方、単焦点の対物レンズ３１の光軸Ａ´
をθ2 だけ傾けて上記４つの位置の異なる回折像Ｓ1 ，
Ｓ2 ，Ｓ3 ，Ｓ4 を観察したとすると、単焦点対物レン
ズ３１の物点距離をｓとして４つの回折像Ｓ1 ，Ｓ2 ，
Ｓ3 ，Ｓ4 の同一焦点深度（±δ）内にある部分の回折
像Ｏ1 ，Ｏ2 ，Ｏ3 およびＯ4 の像はその同一像面Ｉに
Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 およびＩ4 として結像される。ここ
に、単焦点の対物レンズ３１の焦点を円弧Ｌで焦点深度
±δを点線で示している。ここで、単焦点対物レンズ３
１の開口数をＮＡ，波長をλとすると、焦点深度は次の
ように示される。 δ＝λ／ＮＡ2
をθ2 だけ傾けて上記４つの位置の異なる回折像Ｓ1 ，
Ｓ2 ，Ｓ3 ，Ｓ4 を観察したとすると、単焦点対物レン
ズ３１の物点距離をｓとして４つの回折像Ｓ1 ，Ｓ2 ，
Ｓ3 ，Ｓ4 の同一焦点深度（±δ）内にある部分の回折
像Ｏ1 ，Ｏ2 ，Ｏ3 およびＯ4 の像はその同一像面Ｉに
Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 およびＩ4 として結像される。ここ
に、単焦点の対物レンズ３１の焦点を円弧Ｌで焦点深度
±δを点線で示している。ここで、単焦点対物レンズ３
１の開口数をＮＡ，波長をλとすると、焦点深度は次の
ように示される。 δ＝λ／ＮＡ2
【００１８】円弧Ｌは４つの回折像Ｓ1 ，Ｓ2 ，Ｓ3 ，
Ｓ4 とそれぞれ交差している。また、円弧Ｌの内側と外
側にはそれぞれ焦点深度（±δ1 ，±δ2 ，±δ3 ，±
δ4）の範囲が存在している。従って、各焦点深度内に
ある回折像Ｏ1 ，Ｏ2 ，Ｏ3およびＯ4 は同じ像面Ｉに
結像することになる。この図中における回折像Ｏ1 ，Ｏ
2 ，Ｏ3 およびＯ4 とその像Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 およびＩ
4 との関係を次表に纏めて示す。
Ｓ4 とそれぞれ交差している。また、円弧Ｌの内側と外
側にはそれぞれ焦点深度（±δ1 ，±δ2 ，±δ3 ，±
δ4）の範囲が存在している。従って、各焦点深度内に
ある回折像Ｏ1 ，Ｏ2 ，Ｏ3およびＯ4 は同じ像面Ｉに
結像することになる。この図中における回折像Ｏ1 ，Ｏ
2 ，Ｏ3 およびＯ4 とその像Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 およびＩ
4 との関係を次表に纏めて示す。
【００１９】
【表１】
【００２０】そして、像面Ｉに図４に示すように４つの
イメージセンサー６ａ，６ｂ，６ｃおよび６ｄを配置す
れば、それぞれの像Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 ，Ｉ4 を検出する
ことが可能である。従って、この場合、明らかに斜方結
像であるものの４つの波長（λ1 ，λ2 ，λ3 ，λ4 ）
のコヒーレント光の回折像の単焦点対物レンズ３１によ
り拡大し、この単焦点対物レンズ３１の同一結像面Ｉの
上下に亘り結像している。この像を連続した１本の像と
するには、レンズの斜め角度θ2 を適当に調整する。
入射波長の数を増やす。入射波長の入射角度を変え
る。のいずれかの方法で実現できる。また、いずれも容
易に対応することができることは言うまでもない。
イメージセンサー６ａ，６ｂ，６ｃおよび６ｄを配置す
れば、それぞれの像Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 ，Ｉ4 を検出する
ことが可能である。従って、この場合、明らかに斜方結
像であるものの４つの波長（λ1 ，λ2 ，λ3 ，λ4 ）
のコヒーレント光の回折像の単焦点対物レンズ３１によ
り拡大し、この単焦点対物レンズ３１の同一結像面Ｉの
上下に亘り結像している。この像を連続した１本の像と
するには、レンズの斜め角度θ2 を適当に調整する。
入射波長の数を増やす。入射波長の入射角度を変え
る。のいずれかの方法で実現できる。また、いずれも容
易に対応することができることは言うまでもない。
【００２１】そして、像面Ｉの各像Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 ，
Ｉ4 をリレーレンズ８およびシリンドリカルレンズ７に
より圧縮してリニアセンサー６上に結像させることは、
先行技術のものと全く同様であり、この場合は光学的圧
縮を行っている。
Ｉ4 をリレーレンズ８およびシリンドリカルレンズ７に
より圧縮してリニアセンサー６上に結像させることは、
先行技術のものと全く同様であり、この場合は光学的圧
縮を行っている。
【００２２】図４において、各波長の光の像を重ね合わ
せる方法としては、電気的なラスターの圧縮、光学
的なラスターの圧縮の二つの方法がある。の利点は図
１に示す構成から、シリンドリカルレンズが不要になる
ため、検出光学系の構成が極めて簡単になることであ
る。この反面、信号処理に時間がかかるため、応答性が
低下することが挙げられる。上記の利点は、図１の構
成と同一でシリンドリカルレンズ７による光学的な圧縮
が可能となり、従って、受光器に１次元ラインセンサー
が使用可能になり、応答性が高くなることである。この
反面、シリンドリカルレンズを検出光学系に適用する煩
わしさが生じる欠点がある。
せる方法としては、電気的なラスターの圧縮、光学
的なラスターの圧縮の二つの方法がある。の利点は図
１に示す構成から、シリンドリカルレンズが不要になる
ため、検出光学系の構成が極めて簡単になることであ
る。この反面、信号処理に時間がかかるため、応答性が
低下することが挙げられる。上記の利点は、図１の構
成と同一でシリンドリカルレンズ７による光学的な圧縮
が可能となり、従って、受光器に１次元ラインセンサー
が使用可能になり、応答性が高くなることである。この
反面、シリンドリカルレンズを検出光学系に適用する煩
わしさが生じる欠点がある。
【００２３】このように、本件の発明は、色収差二重焦
点レンズ系のような特殊な構成要素を必要とせず、二つ
の先行出願の発明の長所を兼ね備えた斜方検出装置が実
現可能となる。最後に、リニアセンサー６から得られた
信号から、物体の相対位置を計算する方法として、本件
出願人がすでに提案している特願昭６２−２４３１９４
号に示されている相関演算が有効である。この演算によ
れば、極めて短時間に相関対象となっている信号間の距
離を求めることができる。その処理を相似性パターンマ
ッチングと呼んでいる。
点レンズ系のような特殊な構成要素を必要とせず、二つ
の先行出願の発明の長所を兼ね備えた斜方検出装置が実
現可能となる。最後に、リニアセンサー６から得られた
信号から、物体の相対位置を計算する方法として、本件
出願人がすでに提案している特願昭６２−２４３１９４
号に示されている相関演算が有効である。この演算によ
れば、極めて短時間に相関対象となっている信号間の距
離を求めることができる。その処理を相似性パターンマ
ッチングと呼んでいる。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したとおり、この発明の多波
長，コヒーレント光によるフレネル回折を利用したアラ
イメント装置は、２つの先行出願の長所を合わせもった
アライメント装置を提供することができる。即ち、検
出マークの構成が単純である。斜方結像系に係らず、
垂直な結像と同等の像が得られる。複波長化が可能で
ある。色収差二重焦点レンズ系等の特殊レンズを使用
しない。等である。そして新たな欠点を伴わない検出系
となる。そして斜方検出を可能とし、Ｘ線マスクとウエ
ハーの常時相対位置合わせが精度良くできることであ
る。
長，コヒーレント光によるフレネル回折を利用したアラ
イメント装置は、２つの先行出願の長所を合わせもった
アライメント装置を提供することができる。即ち、検
出マークの構成が単純である。斜方結像系に係らず、
垂直な結像と同等の像が得られる。複波長化が可能で
ある。色収差二重焦点レンズ系等の特殊レンズを使用
しない。等である。そして新たな欠点を伴わない検出系
となる。そして斜方検出を可能とし、Ｘ線マスクとウエ
ハーの常時相対位置合わせが精度良くできることであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例の多波長，コヒーレント光に
よるフレネル回折を利用した斜方位置検出装置を示す光
路図、
よるフレネル回折を利用した斜方位置検出装置を示す光
路図、
【図２】（ａ），（ｂ）は、マスクマーク，ウエハーマ
ークの構成を示す上面図および側面図、
ークの構成を示す上面図および側面図、
【図３】この発明の原理を説明するためのマスクマーク
（ウエハーマーク）部分の拡大光路図、
（ウエハーマーク）部分の拡大光路図、
【図４】リニアセンサーの上面図、
【図５】先行技術のアライメント装置の構成を示す光路
図、
図、
【図６】（ａ），（ｂ）は、図５のマスクマークおよび
アライメントマークの構成を示す上面図および側面図、
アライメントマークの構成を示す上面図および側面図、
【図７】他の先行技術のアライメント装置の構成を示す
光路図、
光路図、
【図８】（ａ），（ｂ）は、図７のマスクマークおよび
アライメントマークの構成を示す上面図および側面図で
ある。
アライメントマークの構成を示す上面図および側面図で
ある。
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ レーザ光源 ２ａ，２ｂ，２ｃ ビームスプリッタ ４ ミラー ５ 照明光学装置 ６，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ リニアセンサー ７ シリンドリカルレンズ １０，３０ 検出光学系 １３ Ｘ線露光光領域 １４ Ｘ線マスク １５ ウエハー １６ マスクアライメントマーク（ＬＦＺＰ） １７ ウエハーアライメントマーク（ＬＦＺＰ） １８ 微小間隔 １９ 照明光入射角 ２０ 検出光学系光軸 ２２ ウインドウ ２５ マスクマーク（ＳＦＺＰ） ２６ ウエハーアライメントマーク（ＳＦＺＰ） ２７ マスクアライメントマーク（ＬＦＺＰ） ２８ ウエハーアライメントマーク（ＬＦＺＰ） ３１ 単焦点対物レンズ Ｓ1 ，Ｓ2 ，Ｓ3 ，Ｓ4 回折像 Ｏ1 ，Ｏ2 ，Ｏ3 ，Ｏ4 焦点深度内の回折像 Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 ，Ｉ4 単焦点対物レンズによるＯ1
，Ｏ2 ，Ｏ3 ，Ｏ4 の像
，Ｏ2 ，Ｏ3 ，Ｏ4 の像
Claims (4)
- 【請求項１】 Ｘ線露光光の光軸方向に微小距離離間し
た第１の物体と第２の物体の光軸に直交する方向の相対
位置を検出する位置換出装置において、 各物体上にリニアフレネルゾーンプレート（ＬＦＺＰ）
からなるアライメントマークを設け、これらリニアフレ
ネルゾーンプレート（ＬＦＺＰ）を同時に複数の波長の
光により照明するように照明装置を構成し、上記リニア
フレネルゾーンプレート（ＬＦＺＰ）の波長毎に焦点の
異なる回折焦点像と、その焦点の円弧が交差するような
対物レンズを傾け、この対物レンズによって同一結像面
上に結像した波長毎の回折焦点像を一次元ＣＣＤカメラ
あるいは二次元ＣＣＤカメラに結像させ、電気信号に変
換した信号を処理して上記各アライメントマークの相対
位置を検出する手段を有する多波長，コヒーレント光に
よるフレネル回折を利用した斜方位置検出装置。 - 【請求項２】 第一の物体のアライメントマークとして
単一のリニアフレネルゾーンプレート（ＬＦＺＰ）を用
い、第二の物体のアライメントマークとして一対のリニ
アフレネルゾーンプレート（ＬＦＺＰ）を用い、第一の
物体の単一のリニアフレネルゾーンプレート（ＬＦＺ
Ｐ）の間に入るような配置とすることを特徴とする請求
項１記載の多波長，コヒーレント光によるフレネル回折
を利用した斜方位置検出装置。 - 【請求項３】 第一の物体はマスクであり、第二の物体
はウエハーであり、ウエハーのアライメントマークの回
折光及び入射光が通るマスク部分に透明なウインドウ領
域を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載
の多波長，コヒーレント光によるフレネル回折を利用し
た斜方位置検出装置。 - 【請求項４】 リニアセンサーから得られた信号を処理
して上記各アライメントマークの位置を検出する手段が
相似性パターンマッチング処理を行う手段であることを
特徴とする請求項１から請求項３いずれかに記載の多波
長，コヒーレント光によるフレネル回折を利用した斜方
位置検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5135186A JP2791735B2 (ja) | 1993-05-14 | 1993-05-14 | 多波長，コヒーレント光によるフレネル回折を利用した斜方位置検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5135186A JP2791735B2 (ja) | 1993-05-14 | 1993-05-14 | 多波長，コヒーレント光によるフレネル回折を利用した斜方位置検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06326006A true JPH06326006A (ja) | 1994-11-25 |
| JP2791735B2 JP2791735B2 (ja) | 1998-08-27 |
Family
ID=15145852
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5135186A Expired - Fee Related JP2791735B2 (ja) | 1993-05-14 | 1993-05-14 | 多波長，コヒーレント光によるフレネル回折を利用した斜方位置検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2791735B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110308152A (zh) * | 2019-07-26 | 2019-10-08 | 上海御微半导体技术有限公司 | 一种光学检测装置和光学检测方法 |
-
1993
- 1993-05-14 JP JP5135186A patent/JP2791735B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110308152A (zh) * | 2019-07-26 | 2019-10-08 | 上海御微半导体技术有限公司 | 一种光学检测装置和光学检测方法 |
| CN110308152B (zh) * | 2019-07-26 | 2020-04-07 | 上海御微半导体技术有限公司 | 一种光学检测装置和光学检测方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2791735B2 (ja) | 1998-08-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |