JPH0666243B2 - 位置合わせ装置 - Google Patents
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- JPH0666243B2 JPH0666243B2 JP62241234A JP24123487A JPH0666243B2 JP H0666243 B2 JPH0666243 B2 JP H0666243B2 JP 62241234 A JP62241234 A JP 62241234A JP 24123487 A JP24123487 A JP 24123487A JP H0666243 B2 JPH0666243 B2 JP H0666243B2
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- diffraction grating
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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
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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
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、マイクロメータ以下の製造ルールが必要とさ
れる半導体（以下LSIという）等の露光装置のマスクと
試料（ウエーハ）との位置合わせを行う位置合わせ装置
に関するものである。
れる半導体（以下LSIという）等の露光装置のマスクと
試料（ウエーハ）との位置合わせを行う位置合わせ装置
に関するものである。
従来の技術 LSIの高密度化はとどまるところを知らず、現在ではｇ
−線のステツパーで0.8μｍの線やパターンの投影露光
を実現し、4MDRAMのサンプル出荷を目前としている。一
方研究レベルではあるがエキシマレーザを用いた投影露
光やＸ線露光により0.5μｍ以下の線巾の解像も実現さ
れつつあり、16MDRAMの製造も現実のものとなろうとし
ている。
−線のステツパーで0.8μｍの線やパターンの投影露光
を実現し、4MDRAMのサンプル出荷を目前としている。一
方研究レベルではあるがエキシマレーザを用いた投影露
光やＸ線露光により0.5μｍ以下の線巾の解像も実現さ
れつつあり、16MDRAMの製造も現実のものとなろうとし
ている。
しかしながら、超微細なパターン転写のためには、高性
能なパターン転写光学系の他に、解像幅の１／10オーダ
ーでマスクとウエーハを高精度に位置決めする技術が不
可欠であり、0.25μｍ線幅の次世代のLSI製造には0.03
μｍの位置合わせ精度が必要であると言われている。
能なパターン転写光学系の他に、解像幅の１／10オーダ
ーでマスクとウエーハを高精度に位置決めする技術が不
可欠であり、0.25μｍ線幅の次世代のLSI製造には0.03
μｍの位置合わせ精度が必要であると言われている。
従来からのLSI製造時のフオトマスクとウエーハの位置
合わせは、ウエーハを装着したステージを露光光軸との
垂直面内で回転及び直交２方向に平行移動して、ウエー
ハに設けた合わせマークを、フオトマスクから投影され
た基準マークに一致させることによつて行つていたが、
合わせマークの画像を捕えて位置合わせを行つていたた
め、その位置合わせ精度は0.3μｍ程度であり、サブミ
クロン素子を露光する場合には精度的に不十分であつ
た。
合わせは、ウエーハを装着したステージを露光光軸との
垂直面内で回転及び直交２方向に平行移動して、ウエー
ハに設けた合わせマークを、フオトマスクから投影され
た基準マークに一致させることによつて行つていたが、
合わせマークの画像を捕えて位置合わせを行つていたた
め、その位置合わせ精度は0.3μｍ程度であり、サブミ
クロン素子を露光する場合には精度的に不十分であつ
た。
サブミクロンの素子を露光する場合には、Ｓ、オースチ
ン（アプライド フイジクス レターズ;Applied Rhysi
cs Letters、Vol31、No7、1977）らが示した２重回折法
を用いた方法や、特開昭62−58628号公報に示されてい
る２重回折法と光ヘテロダイン干渉を組合せた方法が提
案されている。
ン（アプライド フイジクス レターズ;Applied Rhysi
cs Letters、Vol31、No7、1977）らが示した２重回折法
を用いた方法や、特開昭62−58628号公報に示されてい
る２重回折法と光ヘテロダイン干渉を組合せた方法が提
案されている。
第５図は２重回折法の原理説明図である。
入射レーザビーム101をフオトマスク102に入射させ、フ
オトマスク102上に形成した格子103（ピツチ間隔ｄ）で
回折し、この回折した光をもう一度、ウエーハ104上に
形成し格子105によつて回折し、二重に回折された回折
光106、107、108…を得る。この回折光は、フオトマス
ク102での回折次数とウエーハでの回折次数の２値表示
で表わすと、回折光106は（０、１）回折光107は（１、
０）、回折光108は（−１、２）…で表わすことができ
る。この回折光をレンズ（図示せず）により重ね合わ
せ、干渉光の強度をデイテクタ（図示せず）で観測す
る。回折光はこの他入射レーザ光101に対して左右対称
な方向にも生じ、フオトマスク102とウエーハ104の位置
合わせは左右対称に配置された２つのデイテクタの光強
度の差分を０とすることにより行れる。この方法での位
置合わせ精度は、数100Åとされている。
オトマスク102上に形成した格子103（ピツチ間隔ｄ）で
回折し、この回折した光をもう一度、ウエーハ104上に
形成し格子105によつて回折し、二重に回折された回折
光106、107、108…を得る。この回折光は、フオトマス
ク102での回折次数とウエーハでの回折次数の２値表示
で表わすと、回折光106は（０、１）回折光107は（１、
０）、回折光108は（−１、２）…で表わすことができ
る。この回折光をレンズ（図示せず）により重ね合わ
せ、干渉光の強度をデイテクタ（図示せず）で観測す
る。回折光はこの他入射レーザ光101に対して左右対称
な方向にも生じ、フオトマスク102とウエーハ104の位置
合わせは左右対称に配置された２つのデイテクタの光強
度の差分を０とすることにより行れる。この方法での位
置合わせ精度は、数100Åとされている。
第６図は、特開昭62−58628号公報に示されている２重
回折法と光ヘテロダイン法を組み合せた位置合わせ法の
説明原理図である。
回折法と光ヘテロダイン法を組み合せた位置合わせ法の
説明原理図である。
２波長直線偏光レーザ光源201から発した光の一部を、
ビームスプリツタ203を介して取り出し、集光レンズ204
を通して光検出器205で検出し基準ビート信号として、
信号処理制御部206に入力する。一方、２波長直交偏光
レーザ光源201から発した光は、ビームスプリツタ203、
ミラー207を介して偏光ビームスプリツタ208に入る。偏
光ビームスプリツタ208により、それぞれ水平成分、あ
るいは垂直成分のみを有する直線偏光でしかも周波数が
わずかに異なる２波長の光に分割され、それぞれ、ミラ
ー209、210を介して所望の入射角で透過型回折格子21
1、および反射型回折格子212に入射する。回折格子21
1、212から得られた回折光をミラー213、集光レンズ214
を介して光検出器215により検出し、回折光ビート信号
として信号処理制御部206に入力する。信号処理制御部2
06では、基準ビート信号と回折光ビート信号との位相差
を検出し、位相差を０゜になるようマスクステージ216
およびウエーハステージ217を相対移動させて、マス
ク、ウエーハの精密な位置合わせを行う。
ビームスプリツタ203を介して取り出し、集光レンズ204
を通して光検出器205で検出し基準ビート信号として、
信号処理制御部206に入力する。一方、２波長直交偏光
レーザ光源201から発した光は、ビームスプリツタ203、
ミラー207を介して偏光ビームスプリツタ208に入る。偏
光ビームスプリツタ208により、それぞれ水平成分、あ
るいは垂直成分のみを有する直線偏光でしかも周波数が
わずかに異なる２波長の光に分割され、それぞれ、ミラ
ー209、210を介して所望の入射角で透過型回折格子21
1、および反射型回折格子212に入射する。回折格子21
1、212から得られた回折光をミラー213、集光レンズ214
を介して光検出器215により検出し、回折光ビート信号
として信号処理制御部206に入力する。信号処理制御部2
06では、基準ビート信号と回折光ビート信号との位相差
を検出し、位相差を０゜になるようマスクステージ216
およびウエーハステージ217を相対移動させて、マス
ク、ウエーハの精密な位置合わせを行う。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら前者（二重回折による方法）では、フオト
マスク102とウエーハ105の間隔Ｄはd2／λの整数倍（但
しｄは格子ピツチ、λは波長）に設定されるが、この間
隔Ｄの設定精度、保持精度がデイテクタ（図示せず）上
での光強度に大きく影響する。すなわち位置合わせ信号
のギヤツプ依存性が大きい。また、デイテクタ上で観測
される回折光も（１、０）、（０、１）（−２、１）以
外に他の回折光も含まれ、位置合わせ信号のＳ／Ｎの悪
化が生じ、実用が困難であつた。
マスク102とウエーハ105の間隔Ｄはd2／λの整数倍（但
しｄは格子ピツチ、λは波長）に設定されるが、この間
隔Ｄの設定精度、保持精度がデイテクタ（図示せず）上
での光強度に大きく影響する。すなわち位置合わせ信号
のギヤツプ依存性が大きい。また、デイテクタ上で観測
される回折光も（１、０）、（０、１）（−２、１）以
外に他の回折光も含まれ、位置合わせ信号のＳ／Ｎの悪
化が生じ、実用が困難であつた。
後者（二重回折法と光ヘテロダイン法の併用）では、２
枚のミラー209、210を用い格子ピツチにより決定される
特定の２方向から同波数のわずかに異つた２波長の光、
f1、f2を分離して入射させているため、所望の回折光の
みを取り出すことができ、安定したビート信号が得られ
る。その結果Ｓ／Ｎは良好であるが、分離された異なる
２波長の光束f1,f2が異なつた光路を通るため、マスク2
11とウエーハ212の合わせ誤差によつて生じる位相差
に、光路中の変動要因（たとえば空気のゆらぎなど）に
よつて生ずる位相差が重畳し、マスク211とウエーハ212
の合わせ情報の劣化が生じ、やはり実用が困難であつ
た。
枚のミラー209、210を用い格子ピツチにより決定される
特定の２方向から同波数のわずかに異つた２波長の光、
f1、f2を分離して入射させているため、所望の回折光の
みを取り出すことができ、安定したビート信号が得られ
る。その結果Ｓ／Ｎは良好であるが、分離された異なる
２波長の光束f1,f2が異なつた光路を通るため、マスク2
11とウエーハ212の合わせ誤差によつて生じる位相差
に、光路中の変動要因（たとえば空気のゆらぎなど）に
よつて生ずる位相差が重畳し、マスク211とウエーハ212
の合わせ情報の劣化が生じ、やはり実用が困難であつ
た。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、わ
ずかに周波数が異なりかつ偏光方向が互いに異なる２波
長の光を分離することなく、同一光路を経て回折格子に
照射し光ビート信号を取り出すことを可能とし、マス
ク、ウエーハ間のギヤツプ変動、光路中の変動による位
置決め精度の低下を防ぎ、かつ基準格子と照明光学系を
用い不要な回折光の分離を図り安定した光ビート信号を
得ることにより高精度の位置合わせ装置を提供すること
を目的とするものである。
ずかに周波数が異なりかつ偏光方向が互いに異なる２波
長の光を分離することなく、同一光路を経て回折格子に
照射し光ビート信号を取り出すことを可能とし、マス
ク、ウエーハ間のギヤツプ変動、光路中の変動による位
置決め精度の低下を防ぎ、かつ基準格子と照明光学系を
用い不要な回折光の分離を図り安定した光ビート信号を
得ることにより高精度の位置合わせ装置を提供すること
を目的とするものである。
問題点を解決するための手段 そして本発明は上記目的を達成するもので、その技術的
手段は、第１の回折格子が形成された基準格子と、前記
基準格子を照明する互いにわずかに周波数が異なりかつ
偏光状態が異なる２波長の光を出射するコヒーレント光
源と、基準格子からの回折光を選択的に透過させる照明
光学系と、前記基準格子からの回折光の光路中に設けた
少くとも１つの１／２波長板と、前記照明光学系により
照明される第２の回折格子を有したフオトマスクと、前
記フオトマスクに対して所定の間隔で隔置された第３回
の回折格子を有したウエーハと、前記第２の回折格子か
らの回折光を取り出し光ビート信号を検出する第１の検
出手段と、前記第３の回折格子からの回折光を取り出し
光ビート信号を検出する第２の検出手段とを備え、前記
第１、第２の検出手段から得られる光ビート信号の位相
比較から得られる位置ずれ信号によりフオトマスクとウ
エーハとの相対位置を制御するようにしたものである。
手段は、第１の回折格子が形成された基準格子と、前記
基準格子を照明する互いにわずかに周波数が異なりかつ
偏光状態が異なる２波長の光を出射するコヒーレント光
源と、基準格子からの回折光を選択的に透過させる照明
光学系と、前記基準格子からの回折光の光路中に設けた
少くとも１つの１／２波長板と、前記照明光学系により
照明される第２の回折格子を有したフオトマスクと、前
記フオトマスクに対して所定の間隔で隔置された第３回
の回折格子を有したウエーハと、前記第２の回折格子か
らの回折光を取り出し光ビート信号を検出する第１の検
出手段と、前記第３の回折格子からの回折光を取り出し
光ビート信号を検出する第２の検出手段とを備え、前記
第１、第２の検出手段から得られる光ビート信号の位相
比較から得られる位置ずれ信号によりフオトマスクとウ
エーハとの相対位置を制御するようにしたものである。
作用 上記技術的手段による作用は次のようになる。
基準格子からの０次、±１次回折光は、照明光学系を通
過後、いずれか１つの回折光がカツトされ他の１つの回
折光が１／２波長板で偏光方向を変換し照明光学系のNA
（Numerical Aperture）で規定される角度で第２の回
折格子及び第３の回折格子上へ照射される。基準格子か
らの回折光は第２、第３の回折格子で０次、±１次、±
２次…の回折光に再回折される。第２の回折格子からの
特定の回折光から得られる光ビート信号と第３の回折格
子からの特定の回折光から得られる光ビート信号の位相
差が、第２の回折格子と第３の回折格子の相対位置づれ
量に対応する。この光ビート信号から検出された位相差
をもとに、マスク及びウエーハ載置ステージを移動させ
ることにより高精度の位置合わせを行うことができる。
過後、いずれか１つの回折光がカツトされ他の１つの回
折光が１／２波長板で偏光方向を変換し照明光学系のNA
（Numerical Aperture）で規定される角度で第２の回
折格子及び第３の回折格子上へ照射される。基準格子か
らの回折光は第２、第３の回折格子で０次、±１次、±
２次…の回折光に再回折される。第２の回折格子からの
特定の回折光から得られる光ビート信号と第３の回折格
子からの特定の回折光から得られる光ビート信号の位相
差が、第２の回折格子と第３の回折格子の相対位置づれ
量に対応する。この光ビート信号から検出された位相差
をもとに、マスク及びウエーハ載置ステージを移動させ
ることにより高精度の位置合わせを行うことができる。
実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第１図は、本発明の一実施例における位置合わせ装置の
概略全体構成図であり、第２図は第１図におけるＷ断面
における一部断面図、第３図は第２図におけるＳ方向矢
視図であり、第４図は位置合わせ原理の説明図である。
概略全体構成図であり、第２図は第１図におけるＷ断面
における一部断面図、第３図は第２図におけるＳ方向矢
視図であり、第４図は位置合わせ原理の説明図である。
第１図において11はわずかに異なつた周波数f1、f2で、
偏光方向が互いに直交する２波長のレーザ光12を発する
ゼーマンレーザ、13はピツチＰの等間隔直線格子である
第１の回折格子14を有する基準格子、15は光路折り返し
用のミラー、16はレーザ光12が基準格子13を透過した０
次回折光、17はレーザ光12が基準格子13により回折され
た１次回折光、18はレーザ光12が基準回折格子13により
回折された２次回折光、19は倍率が１倍で開口数NAがλ
／Ｐ（λ：レーザ光12波長）である両側テレセントリツ
クに構成された照明光学系である。照明光学系19は第２
図に示す如くスペクトル面20に０次回折光16をしやへい
する空間フイルター21と、−１次回折光18の輝点に分離
するスペクトル面近傍に１／２波長板22を設けてある。
偏光方向が互いに直交する２波長のレーザ光12を発する
ゼーマンレーザ、13はピツチＰの等間隔直線格子である
第１の回折格子14を有する基準格子、15は光路折り返し
用のミラー、16はレーザ光12が基準格子13を透過した０
次回折光、17はレーザ光12が基準格子13により回折され
た１次回折光、18はレーザ光12が基準回折格子13により
回折された２次回折光、19は倍率が１倍で開口数NAがλ
／Ｐ（λ：レーザ光12波長）である両側テレセントリツ
クに構成された照明光学系である。照明光学系19は第２
図に示す如くスペクトル面20に０次回折光16をしやへい
する空間フイルター21と、−１次回折光18の輝点に分離
するスペクトル面近傍に１／２波長板22を設けてある。
23は−１次回折光18が１／２波長板を透過して偏光方向
が90゜変換された−１次回折光、24はフオトマスク25上
に形成されたピツチＰの反射型回折格子である第２の格
子、26はウエーハ27上に形成されたピツチＰの反射型回
折格子である第３の格子である。フオトマスク25とウエ
ーハ27は20μｍの均一ギヤツプで行行に保たれている。
が90゜変換された−１次回折光、24はフオトマスク25上
に形成されたピツチＰの反射型回折格子である第２の格
子、26はウエーハ27上に形成されたピツチＰの反射型回
折格子である第３の格子である。フオトマスク25とウエ
ーハ27は20μｍの均一ギヤツプで行行に保たれている。
28は−１次回折光23が第２の回折格子24、第３の回折格
子26で０次方向に反射された（−１、０）回折光、29は
１次回折光17が第２の回折格子24、第３の回折格子26で
０次方向に回折された（１、０）回折光、30は−１次回
折光23がフオトマスク25上に形成された第２の回折格子
24により−１次に反射回折された回折光30−ａ（第４図
参照）と１次回折光17がフオトマスク25上に形成された
第２の回折格子24により１次に反射回折された回折光30
−ｂ（第４図参照）とが混在した第２の回折格子24から
の第１の回折光、31は−１次回折光23がウエーハ27上に
形成された第３の回折格子26により−１次に反射回折さ
れた（−１、−１）回折光（図示せず）と、１次回折光
17がウエーハ27上に形成された第３の回折格子26により
１次に反射回折された（１、１）回折光（図示せず）と
が混在した第３の回折格子26からの第２の回折光であ
る。
子26で０次方向に反射された（−１、０）回折光、29は
１次回折光17が第２の回折格子24、第３の回折格子26で
０次方向に回折された（１、０）回折光、30は−１次回
折光23がフオトマスク25上に形成された第２の回折格子
24により−１次に反射回折された回折光30−ａ（第４図
参照）と１次回折光17がフオトマスク25上に形成された
第２の回折格子24により１次に反射回折された回折光30
−ｂ（第４図参照）とが混在した第２の回折格子24から
の第１の回折光、31は−１次回折光23がウエーハ27上に
形成された第３の回折格子26により−１次に反射回折さ
れた（−１、−１）回折光（図示せず）と、１次回折光
17がウエーハ27上に形成された第３の回折格子26により
１次に反射回折された（１、１）回折光（図示せず）と
が混在した第３の回折格子26からの第２の回折光であ
る。
第３図にも示すように、フオトマスク25上に形成された
第２の回折格子24により反射回折された第１の回折光30
とウエーハ27上に形成された第３の回折格子26により反
射回折された第２の回折光31は、進行方向は同じである
が、図示するように第２の回折格子24と、第３の回折格
子26の位置が違うため、重なり合わず、わずかに分離し
ている。
第２の回折格子24により反射回折された第１の回折光30
とウエーハ27上に形成された第３の回折格子26により反
射回折された第２の回折光31は、進行方向は同じである
が、図示するように第２の回折格子24と、第３の回折格
子26の位置が違うため、重なり合わず、わずかに分離し
ている。
32は第２の回折格子24からの回折光である第１の回折光
30の中で、偏光ビームスプリツタ33で分離された同じ偏
光方向をもつ光のみを受光する第１の検出手段であり、
第３の回折格子26からの回折光である第２の回折光31は
ナイフエツジ34により遮断され第１の検出手段32には入
射しない。35は第３の回折格子26からの回折光である第
２の回折光31の中で、偏光ビームスプリツタ33で分離さ
れた同じ偏光方向をもつ光のみを受光する第２の検出手
段であり、第２の回折格子24からの回折光である第１の
回折光30はナイフエツジ36により遮断され、第２の検出
手段35には入射しない。
30の中で、偏光ビームスプリツタ33で分離された同じ偏
光方向をもつ光のみを受光する第１の検出手段であり、
第３の回折格子26からの回折光である第２の回折光31は
ナイフエツジ34により遮断され第１の検出手段32には入
射しない。35は第３の回折格子26からの回折光である第
２の回折光31の中で、偏光ビームスプリツタ33で分離さ
れた同じ偏光方向をもつ光のみを受光する第２の検出手
段であり、第２の回折格子24からの回折光である第１の
回折光30はナイフエツジ36により遮断され、第２の検出
手段35には入射しない。
37は第１の検出手段32、第２の検出手段から検出できる
光ビート信号の位相を検出する位相計、38はフオトマス
ク25を載置したＸ、Ｙ、Ｚ、θの４軸移動可能なマスク
ステージ39のマスクステージ駆動回路、40はウエーハ27
を載置したＸ、Ｙ、Ｚ、θ、α、βの６軸移動可能なウ
エーハステージ41のウエーハステージ駆動回路である。
光ビート信号の位相を検出する位相計、38はフオトマス
ク25を載置したＸ、Ｙ、Ｚ、θの４軸移動可能なマスク
ステージ39のマスクステージ駆動回路、40はウエーハ27
を載置したＸ、Ｙ、Ｚ、θ、α、βの６軸移動可能なウ
エーハステージ41のウエーハステージ駆動回路である。
光の偏光方向は水平偏光を記号「」、垂直偏光を記号
「⊥」で表記することとし、例えば、周波数f1、水平偏
光、−１次回折光は と表記する。なお、回折を２回行つた回折光は、回折次
数の２値表示を行う。例えば、周波数２、垂直偏光
⊥、１次回折のあと−１次回折を受けた光は と表記する。この表記方法を用いると、ゼーマンレーザ
11から出るレーザ光12は で表わせる。
「⊥」で表記することとし、例えば、周波数f1、水平偏
光、−１次回折光は と表記する。なお、回折を２回行つた回折光は、回折次
数の２値表示を行う。例えば、周波数２、垂直偏光
⊥、１次回折のあと−１次回折を受けた光は と表記する。この表記方法を用いると、ゼーマンレーザ
11から出るレーザ光12は で表わせる。
ここで、第４図を用いてフオトマスク25とウエーハ27の
位置合わせ原理を説明する。
位置合わせ原理を説明する。
第４図において、１次回折光17は で表わされ、−１次回折光18は で表わされる。−１次回折光23は−１次回折光18が１／
２波長板22を透過したものであり、偏光方向が90゜変換
している。よつて−１次回折光23は と表記できる。30−ａは−１次回折光23が第２の格子24
により−１次に回折された回折光であり と表記できる。30−ｂは１次回折光17が第２の格子24に
より１次に回折された回折光であり と表記できる。
２波長板22を透過したものであり、偏光方向が90゜変換
している。よつて−１次回折光23は と表記できる。30−ａは−１次回折光23が第２の格子24
により−１次に回折された回折光であり と表記できる。30−ｂは１次回折光17が第２の格子24に
より１次に回折された回折光であり と表記できる。
ここで、回折光30−ａ、30−ｂの複素振幅は次式で与え
られる。
られる。
（１）〜（４）式中の変数δは第２の格子24がＸ方向に
ΔＸだけ変位することにより生ずる。
ΔＸだけ変位することにより生ずる。
回折光30−ａ、30−ｂは同一光路上に存在するため、
（１）式で表わされた 及び（４）式で表わされた とは偏光方向が等しいため光路上で干渉し合成される。
合成光をＥ（⊥）１とおくと次式で表わされる。
（１）式で表わされた 及び（４）式で表わされた とは偏光方向が等しいため光路上で干渉し合成される。
合成光をＥ（⊥）１とおくと次式で表わされる。
同様にして、（２）式、（３）式で表わされた も光路上で合成され、合成光をＥ（）２とおくと次式
で表わされる。
で表わされる。
第１の回折光30は上記、Ｅ（⊥）１、Ｅ（）１の混在
したものであり、Ｅ（⊥）１、Ｅ（）１は偏光方向が
直交しているため、光路上では干渉しない。
したものであり、Ｅ（⊥）１、Ｅ（）１は偏光方向が
直交しているため、光路上では干渉しない。
ここで、Ｅ（⊥）１成分のみを分離し光強度Ｉs1を検出
すれば、Ｉs1は次式で与えられる。
すれば、Ｉs1は次式で与えられる。
Ｉs1＝|E（⊥）1|2 ＝A1 2＋A2 2＋2A1A2cos（２π（f1−f2）ｔ−２δ）……
（７） （７）式における第３項が光ビート信号と呼ばれるもの
であり、周波数（１−２）の交流信号が得られる。
第２の回折格子24がΔＸ移動すると、（７）式の第３項
で表わされる光ビート信号の位相が だけ変化する。光ビート信号の位相を１゜（実際にはも
つと細かく読める）で検出するとそのときのΔＸはΔＸ
＝Ｐ／720となるので、格子ピツチが２μｍの場合は検
出分解は2.8nmとなる。
（７） （７）式における第３項が光ビート信号と呼ばれるもの
であり、周波数（１−２）の交流信号が得られる。
第２の回折格子24がΔＸ移動すると、（７）式の第３項
で表わされる光ビート信号の位相が だけ変化する。光ビート信号の位相を１゜（実際にはも
つと細かく読める）で検出するとそのときのΔＸはΔＸ
＝Ｐ／720となるので、格子ピツチが２μｍの場合は検
出分解は2.8nmとなる。
これが光ビート信号を検出することにより、第２の回折
格子24の移動量ΔＸを検出する原理である。本実施例に
おいては、第１の回折光30に存在するＥ（⊥）１、Ｅ
（）１を分離するために偏光ビームスプリツタ33を用
いており分離されたＥ（⊥）１は第１の検出手段32で光
強度Ｉs1に変換され光ビート信号を検出している。
格子24の移動量ΔＸを検出する原理である。本実施例に
おいては、第１の回折光30に存在するＥ（⊥）１、Ｅ
（）１を分離するために偏光ビームスプリツタ33を用
いており分離されたＥ（⊥）１は第１の検出手段32で光
強度Ｉs1に変換され光ビート信号を検出している。
これとまつたく同様にして、ウエーハ27上に設けた第３
の回折格子26の移動量ΔＸ′も検出できる。
の回折格子26の移動量ΔＸ′も検出できる。
第３の回折格子26で回折された第２の回折光は（５）、
（６）式と同様にして定義され（８）、（９）式で表わ
される。
（６）式と同様にして定義され（８）、（９）式で表わ
される。
ここで、Ｅ（）２成分のみを偏光ビームスプリツタ33
で分離し光強度Ｉs2を第２の検出手段35で検出するとＩ
s2は次式で表わされる。
で分離し光強度Ｉs2を第２の検出手段35で検出するとＩ
s2は次式で表わされる。
Ｉs2＝|E（）2|2 ＝A1 2＋A2 2＋2A1A2cos（２π（f1−f2）ｔ＋２δ′）…
（10） （７）式で表わされる第１の検出手段32で検出できる光
ビート信号と（10）式で表わされる第２の検出手段35で
検出できる光ビート信号の位相差Δφは次式で表わされ
る。
（10） （７）式で表わされる第１の検出手段32で検出できる光
ビート信号と（10）式で表わされる第２の検出手段35で
検出できる光ビート信号の位相差Δφは次式で表わされ
る。
Δφ＝２δ−２δ′＝４π（ΔＸ−ΔＸ′）／Ｐ …（1
1） ここでΔＸ′＝ΔＸ−ΔＸ とおくと、（12）式で表わ
される。
1） ここでΔＸ′＝ΔＸ−ΔＸ とおくと、（12）式で表わ
される。
Δφ＝４πΔＸ ／Ｐ ……（12） （12）式において、ΔＸ はフオトマスク25とウエーハ
27との相対移動量にほかならない。
27との相対移動量にほかならない。
よつて第１の検出手段32と第２の検出手段35で検出でき
る光ビート信号の相相比較することにより、フオトマス
ク25とウエーハ27の相対移動量が位置ずれ信号として検
出でき、その位置ずれ信号により、マスクステージ駆動
回路38及びウエーハステージ駆動回路40を用いてマスク
ステージ39及びウエーハステージ41を制御して、フオト
マスク25とウエーハ27の高精度な位置合わせが可能とな
る。
る光ビート信号の相相比較することにより、フオトマス
ク25とウエーハ27の相対移動量が位置ずれ信号として検
出でき、その位置ずれ信号により、マスクステージ駆動
回路38及びウエーハステージ駆動回路40を用いてマスク
ステージ39及びウエーハステージ41を制御して、フオト
マスク25とウエーハ27の高精度な位置合わせが可能とな
る。
本実施例の場合１／２波長板を用いているので、回折光
を合成するための位相板を用いる必要がなくそれだけ光
量の損失がなくなるとともに、回折格子の移動に対して
位相角の変化が大きくとれるため、同一ピツチの回折格
子を使用したときに、高感になる利点を有する。
を合成するための位相板を用いる必要がなくそれだけ光
量の損失がなくなるとともに、回折格子の移動に対して
位相角の変化が大きくとれるため、同一ピツチの回折格
子を使用したときに、高感になる利点を有する。
なお上記実施例では、単純化して一軸方向の位置合わせ
について説明したが、実際の半導体プロセスで使用する
場合には、回折格子をフオトマスク25及びウエーハ27面
上の２ケ所以上に形成し各回折格子について上記原理で
Ｘ、Ｙ、θの３軸の精密合わせが可能となる。なお、本
実施例では１／２波長板を照明光学系のスペクトル面に
置いたが、１／２波長板を基準格子と照明光学系の間に
入れても同じ効果が得られる。
について説明したが、実際の半導体プロセスで使用する
場合には、回折格子をフオトマスク25及びウエーハ27面
上の２ケ所以上に形成し各回折格子について上記原理で
Ｘ、Ｙ、θの３軸の精密合わせが可能となる。なお、本
実施例では１／２波長板を照明光学系のスペクトル面に
置いたが、１／２波長板を基準格子と照明光学系の間に
入れても同じ効果が得られる。
また、本実施例ではＥ（⊥）とＥ（）を分離するため
に偏光ビームスプリツタとナイフエツジを用いたが、ビ
ームスプリツタと偏光板とナイフエツジミラーを用いて
も同じ効果が得られる。
に偏光ビームスプリツタとナイフエツジを用いたが、ビ
ームスプリツタと偏光板とナイフエツジミラーを用いて
も同じ効果が得られる。
発明の効果 以上述べて来たように、本発明によれば、基準格子から
の回折光を照明光学系により選択的に透過させ、照明光
学系のNA（開口数）で規定される特定の方向から位置合
わせをすべき基準格子へ照射するため、不要な回折光が
分離され、検出信号のＳ／Ｎの向上が図れるとともに同
一光路上を通るわずかに周波数の異なる偏光面が互いに
直交した２光束を用いて光ビート信号を取り出している
ため、フオトマスク、ウエーハ間のギヤツプ変動、通過
光路中の変動が低減され、高精度な位置合わせが可能と
なる。さらに１／２波長板を用いているため、光量のロ
スが少なくなるとともに、同一ピツチの回折格子を使用
した場合に１／２波長板を用いないものに比べて感度が
高くなる利点を有する。
の回折光を照明光学系により選択的に透過させ、照明光
学系のNA（開口数）で規定される特定の方向から位置合
わせをすべき基準格子へ照射するため、不要な回折光が
分離され、検出信号のＳ／Ｎの向上が図れるとともに同
一光路上を通るわずかに周波数の異なる偏光面が互いに
直交した２光束を用いて光ビート信号を取り出している
ため、フオトマスク、ウエーハ間のギヤツプ変動、通過
光路中の変動が低減され、高精度な位置合わせが可能と
なる。さらに１／２波長板を用いているため、光量のロ
スが少なくなるとともに、同一ピツチの回折格子を使用
した場合に１／２波長板を用いないものに比べて感度が
高くなる利点を有する。
第１図は、本発明の一実施例における位置合わせ装置の
概略全体構成図、第２図は第１図におけるＷ断面におけ
る一部断面図、第３図は第２図におけるＳ方向矢視図、
第４図は同実施例の位置合わせ原理の説明図、第５図は
２重回折法を用いた従来の位置合わせ装置の説明図、第
６図は光ヘテロダイン法を用いた従来の位置合わせ装置
の説明図である。 11……ゼーマンレーザ、12……レーザ光、13……基準格
子、14……第１の回折格子、19……照明光学系、22……
１／２波長板、24……第２の回折格子、25……フオトマ
スク、26……第３の回折格子、37……ウエーハ、32……
第１の検出手段、35……第２の検出手段、39……マスク
ステージ、41……ウエーハステージ。
概略全体構成図、第２図は第１図におけるＷ断面におけ
る一部断面図、第３図は第２図におけるＳ方向矢視図、
第４図は同実施例の位置合わせ原理の説明図、第５図は
２重回折法を用いた従来の位置合わせ装置の説明図、第
６図は光ヘテロダイン法を用いた従来の位置合わせ装置
の説明図である。 11……ゼーマンレーザ、12……レーザ光、13……基準格
子、14……第１の回折格子、19……照明光学系、22……
１／２波長板、24……第２の回折格子、25……フオトマ
スク、26……第３の回折格子、37……ウエーハ、32……
第１の検出手段、35……第２の検出手段、39……マスク
ステージ、41……ウエーハステージ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/68 Ｆ 8418−4Ｍ (72)発明者 金子 正 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内 (72)発明者 野村 登 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 古賀 啓介 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 山下 一博 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 (4)
- 【請求項１】第１の回折格子が形成された基準格子と、
前記基準格子を照明する互いにわずかに周波数が異なり
かつ偏光方向が異なる２波長の光を出射するコヒーレン
ト光源と、前記基準格子からの回折光を選択的に透過さ
せる照明光学系と、前記基準格子からの回折光の光路中
に設けた少くとも１つの１／２波長板と、前記照明光学
系により照明される第２の回折格子を有したフォトマス
クと、前記フォトマスクに対して所定の間隔で隔置され
た第３の回折格子を有したウエーハと、前記第２の回折
格子からの回折光を取り出し光ビート信号を検出する第
１の検出手段と、前記第３の回折格子からの回折光を取
り出し光ビート信号を検出する第２の検出手段とを備
え、前記第１、第２の検出手段から得られる光ビート信
号の位相比較から得られる位置ずれ信号により、フォト
マスクとウエーハとの相対位置を制御することを特徴と
する位置合わせ装置。 - 【請求項２】照明光学系が、基準格子からの０次、±１
次回折光を入射させうる開口数と、内部に前記基準格子
からの０次、１次、−１次回折光が輝点に分離するスペ
クトル面と、いずれか１つの回折光をしゃへいする空間
フィルターを内部に有し、少なくともフォトマスク側で
テレセントリックとなっていることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の位置合わせ装置。 - 【請求項３】照明光学系内部に１次、−１次回折光が輝
点に分離するスペクトル面近傍のうち１次、−１次の少
なくとも一方に１／２波長板を設けたことを特徴とする
特許請求の範囲第２項記載の位置合わせ装置。 - 【請求項４】第２の回折格子、第３の回折格子からの回
折光のうち±１次回折光の合成により得られる光ビート
信号を基にフォトマスクとウエーハとの位置制御を行う
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の位置合わ
せ装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62241234A JPH0666243B2 (ja) | 1987-09-25 | 1987-09-25 | 位置合わせ装置 |
| EP88308878A EP0309281B1 (en) | 1987-09-25 | 1988-09-23 | Apparatus for controlling relation in position between a photomask and a wafer |
| US07/248,051 US4870289A (en) | 1987-09-25 | 1988-09-23 | Apparatus for controlling relation in position between a photomask and a wafer |
| DE3853246T DE3853246T2 (de) | 1987-09-25 | 1988-09-23 | Vorrichtung zur Kontrolle des Lageverhältnisses zwischen einer Photomaske und einem Plättchen. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62241234A JPH0666243B2 (ja) | 1987-09-25 | 1987-09-25 | 位置合わせ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6482624A JPS6482624A (en) | 1989-03-28 |
| JPH0666243B2 true JPH0666243B2 (ja) | 1994-08-24 |
Family
ID=17071198
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62241234A Expired - Fee Related JPH0666243B2 (ja) | 1987-09-25 | 1987-09-25 | 位置合わせ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0666243B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5191465A (en) * | 1990-03-28 | 1993-03-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical apparatus for alignment of reticle and wafer in exposure apparatus |
| JP2619566B2 (ja) * | 1990-11-20 | 1997-06-11 | オ−クマ株式会社 | 光学式位置検出器 |
-
1987
- 1987-09-25 JP JP62241234A patent/JPH0666243B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6482624A (en) | 1989-03-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |