JPH0672766B2 - 位置検出装置 - Google Patents
位置検出装置Info
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- JPH0672766B2 JPH0672766B2 JP59112370A JP11237084A JPH0672766B2 JP H0672766 B2 JPH0672766 B2 JP H0672766B2 JP 59112370 A JP59112370 A JP 59112370A JP 11237084 A JP11237084 A JP 11237084A JP H0672766 B2 JPH0672766 B2 JP H0672766B2
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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
- G03F9/7049—Technique, e.g. interferometric
Description
【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は基板（ウエハ）等に形成された位置合せ用のマ
ークを検出して、基板の位置検出を行う装置に関し、特
に半導体素子を製造するための露光装置に適した位置検
出装置に関する。
ークを検出して、基板の位置検出を行う装置に関し、特
に半導体素子を製造するための露光装置に適した位置検
出装置に関する。
（発明の背景） 大規模集積回路（LSI）パターンの微細化は年々進行し
ているが、微細化に対する要求を満たし、且つ生産性の
高い回路パターン焼付け装置として縮小投影型露光装置
が普及してきている。従来より用いられてきたこれらの
装置においては、シリコンウエハに焼付けされるべきパ
ターンの何倍か（例えば５倍）のレチクルパターンが投
影レンズによって縮小投影され、１回の露光で焼付けさ
れるのはウエハ上で対角長21mmの正方形よりも小さい程
度の領域である。従って直径125mm位のウエハ全面にパ
ターンを焼付けるには、ウエハをステージに載せて一定
距離移動させては露光を繰返す、いわゆるステップアン
ドリピート方式を採用している。
ているが、微細化に対する要求を満たし、且つ生産性の
高い回路パターン焼付け装置として縮小投影型露光装置
が普及してきている。従来より用いられてきたこれらの
装置においては、シリコンウエハに焼付けされるべきパ
ターンの何倍か（例えば５倍）のレチクルパターンが投
影レンズによって縮小投影され、１回の露光で焼付けさ
れるのはウエハ上で対角長21mmの正方形よりも小さい程
度の領域である。従って直径125mm位のウエハ全面にパ
ターンを焼付けるには、ウエハをステージに載せて一定
距離移動させては露光を繰返す、いわゆるステップアン
ドリピート方式を採用している。
LSIの製造においては、数層以上のパターンがウエハ上
に順次形成されていくが、異なる層間のパターンの重ね
合せ誤差（位置ずれ）を一定値以下にしておかなけれ
ば、層間の導電または絶縁状態が意図するものでなくな
り、LSIの機能を果すことができなくなる。例えば１μ
ｍの最小線幅の回路に対しては、せいぜい0.2μｍ程度
の位置ずれしか許されない。
に順次形成されていくが、異なる層間のパターンの重ね
合せ誤差（位置ずれ）を一定値以下にしておかなけれ
ば、層間の導電または絶縁状態が意図するものでなくな
り、LSIの機能を果すことができなくなる。例えば１μ
ｍの最小線幅の回路に対しては、せいぜい0.2μｍ程度
の位置ずれしか許されない。
縮小投影露光方式では、パターンを重ね合わせる方法、
即ちレテイクル上のパターンの投影像と既に形成された
ウエハ上のパターンとを重ね合わせる方法として、オフ
・アクシス（Off-Axis）方式とスルー・ザ・レンズ（TT
L）方式との２つの方法がある。いずれの方式にしろ、
ウエハ上の位置合せ用マークを検出してウェハの装置に
対する位置合せを行うが、全ての層において高い重ね合
せ精度を得るのは、難しい。これはウエハ上の結晶の粒
子の大きさが大きくなる等の原因により、表面が粗くな
っていたり、反射率にムラがあったりする為に、ウエハ
マークの検出時にマークの検出中心がずれるのが原因で
あった。特にウエハ表面がアルミニウムの薄膜で覆われ
ている場合には、この現象が顕著に現われ、重ね合せ精
度が著しく低下するという欠点があった。
即ちレテイクル上のパターンの投影像と既に形成された
ウエハ上のパターンとを重ね合わせる方法として、オフ
・アクシス（Off-Axis）方式とスルー・ザ・レンズ（TT
L）方式との２つの方法がある。いずれの方式にしろ、
ウエハ上の位置合せ用マークを検出してウェハの装置に
対する位置合せを行うが、全ての層において高い重ね合
せ精度を得るのは、難しい。これはウエハ上の結晶の粒
子の大きさが大きくなる等の原因により、表面が粗くな
っていたり、反射率にムラがあったりする為に、ウエハ
マークの検出時にマークの検出中心がずれるのが原因で
あった。特にウエハ表面がアルミニウムの薄膜で覆われ
ている場合には、この現象が顕著に現われ、重ね合せ精
度が著しく低下するという欠点があった。
（発明の目的） 本発明は、これらの欠点を解決し、高速で高精度にレテ
ィクル上のパターンの投影像とウエハ上のパターンとを
重ね合わす事を可能とするための位置検出装置を得る事
を目的としている。
ィクル上のパターンの投影像とウエハ上のパターンとを
重ね合わす事を可能とするための位置検出装置を得る事
を目的としている。
（発明の概要） 本発明は、マスク（レチクル）に形成されたパターンが
転写される基板（ウエハ等）の位置を検出する装置にお
いて、基板は、例えば位置合せすべき方向と同一方向
に、所定間隔で配列される複数の特定マークからなる位
置合せ用マークを有し、複数の特定マークの各々を独立
に検出し得る大きさのスポット光を基板上に照射する手
段と、スポット光が複数の特定マークを横切るように基
板とスポット光とを複数の特定マークの配列方向に相対
走査する手段と、複数の特定マークの夫々から発生する
光情報（散乱光、回折光等）に応じた光電信号を出力す
る光電検出器と、光電検出器からの光電信号に基づいて
複数の特定マークの夫々の配列方向に関する位置を検出
するとともに、この検出した各位置に対応した情報を変
数とする所定の演算処理（平均化処理、加重平均化処
理、あるいは最小二乗近似処理等の演算）によって、位
置合せ用マークの形状や基板表面の状態に起因する偏差
量、位置合せ検出に起因する偏差量等を減少させた１つ
の位置情報を求める位置検出手段とを設けることを技術
的要点としている。
転写される基板（ウエハ等）の位置を検出する装置にお
いて、基板は、例えば位置合せすべき方向と同一方向
に、所定間隔で配列される複数の特定マークからなる位
置合せ用マークを有し、複数の特定マークの各々を独立
に検出し得る大きさのスポット光を基板上に照射する手
段と、スポット光が複数の特定マークを横切るように基
板とスポット光とを複数の特定マークの配列方向に相対
走査する手段と、複数の特定マークの夫々から発生する
光情報（散乱光、回折光等）に応じた光電信号を出力す
る光電検出器と、光電検出器からの光電信号に基づいて
複数の特定マークの夫々の配列方向に関する位置を検出
するとともに、この検出した各位置に対応した情報を変
数とする所定の演算処理（平均化処理、加重平均化処
理、あるいは最小二乗近似処理等の演算）によって、位
置合せ用マークの形状や基板表面の状態に起因する偏差
量、位置合せ検出に起因する偏差量等を減少させた１つ
の位置情報を求める位置検出手段とを設けることを技術
的要点としている。
（実施例） 第１図は本発明の実施例に好適な縮小投影型露光装置の
概略的な構成を示す図である。縮小投影レンズ（以下、
単に投影レンズとする）１はレチクル５に形成された回
路パターン等の像をウエハ３に1/5、又は1/10に縮小し
て露光する。レチクル５は不図示のレチクルステージに
載置され、このレチクルステージは不図示の駆動部によ
ってX,Y,方向、及びθ（回転）方向に微動する。そして
レチクル５は不図示の位置合せ顕微鏡を使って、例えば
投影レンズ１の光軸AXに対して所定位置にアライメント
（位置合せ、あるいは位置決め）される。またレチクル
５はウエハ３に塗布されたレジストを感光させるのに有
効な波長（例えばｇ線やｉ線を含む露光光によって照明
される。この露光光の照明により、レチクル５のパター
ン像を形成する光束ELは、ウエハ３の表面に結像する。
一方、このウエハ３はX,Y方向に２次元移動するステー
ジ４に載置される。ステージ４は不図示であるが、ウエ
ハ３を上下動させるためのＺステージ部と、このＺステ
ージ部上に設けられて、ウエハ３を微小回転させるθテ
ーブルとを有する。ステージ４の２次元的な移動は駆動
部（モータ等）20によって行なわれ、またステージ４の
XY座標系における位置（座標値）はレーザ干渉計等の測
長器21によって、例えば0.02μｍの分解能で常時検出さ
れている。
概略的な構成を示す図である。縮小投影レンズ（以下、
単に投影レンズとする）１はレチクル５に形成された回
路パターン等の像をウエハ３に1/5、又は1/10に縮小し
て露光する。レチクル５は不図示のレチクルステージに
載置され、このレチクルステージは不図示の駆動部によ
ってX,Y,方向、及びθ（回転）方向に微動する。そして
レチクル５は不図示の位置合せ顕微鏡を使って、例えば
投影レンズ１の光軸AXに対して所定位置にアライメント
（位置合せ、あるいは位置決め）される。またレチクル
５はウエハ３に塗布されたレジストを感光させるのに有
効な波長（例えばｇ線やｉ線を含む露光光によって照明
される。この露光光の照明により、レチクル５のパター
ン像を形成する光束ELは、ウエハ３の表面に結像する。
一方、このウエハ３はX,Y方向に２次元移動するステー
ジ４に載置される。ステージ４は不図示であるが、ウエ
ハ３を上下動させるためのＺステージ部と、このＺステ
ージ部上に設けられて、ウエハ３を微小回転させるθテ
ーブルとを有する。ステージ４の２次元的な移動は駆動
部（モータ等）20によって行なわれ、またステージ４の
XY座標系における位置（座標値）はレーザ干渉計等の測
長器21によって、例えば0.02μｍの分解能で常時検出さ
れている。
次にウエハ３の位置合せ検出光学系（アライメント光学
系）について説明する。レーザ光源６からのレーザ光は
ビーム拡大器７で所定のビーム径に拡大され、シリンド
リカルレンズ８によって断面が細長い楕円ビームに整形
される。そして、この整形されたレーザビームはミラー
９で反射され、レンズ10、ビームスプリッタ11、レンズ
12、を通り、ミラー13によってレチクル５の下面から上
方に向けて反射される。ミラー13からのレーザビームは
一度スリット状に収束した後、レチクル５の下方にレチ
クル５と平行な反射平面を有するミラー14に至り、ここ
でレーザビームは投影レンズ１の入射瞳２に向けて反射
される。
系）について説明する。レーザ光源６からのレーザ光は
ビーム拡大器７で所定のビーム径に拡大され、シリンド
リカルレンズ８によって断面が細長い楕円ビームに整形
される。そして、この整形されたレーザビームはミラー
９で反射され、レンズ10、ビームスプリッタ11、レンズ
12、を通り、ミラー13によってレチクル５の下面から上
方に向けて反射される。ミラー13からのレーザビームは
一度スリット状に収束した後、レチクル５の下方にレチ
クル５と平行な反射平面を有するミラー14に至り、ここ
でレーザビームは投影レンズ１の入射瞳２に向けて反射
される。
投影レンズ１を通ったレーザビームはシリンドリカルレ
ンズ８の働きでウエハ３上で細長い帯状のスポット光LA
yに結像される。ウエハ３上には予め位置合せ用のマー
ク（アライメントマーク）が形成されているので、スポ
ット光LAyがこのマークを照射すると、マークからは散
乱光や回折光が生じる。本実施例ではマークを回折格子
状のパターンとしたので、マークからはスポット光LAy
の正反射光（０次回折光）と回折光（１次光以上）とが
生じる。これらマークからの光情報は投影レンズ１に逆
入射し、入射瞳２を通ってミラー14,13で反射され、レ
ンズ12を通ってビームスプリッタ11で反射され、空間フ
イルター15に達する。空間フイルター15は投影レンズ１
の入射瞳２と共役であり、ウエハ３の表面からの正反射
光（０次回折光）のみを遮断する。ウエハ３の表面（マ
ーク）からの散乱光（回折光）は空間周波数によって正
反射光の光路に対して変位する。そこで空間フイルター
15は、散乱光や回折光のみを通し、集光レンズ16はそれ
ら散乱光や回折光を光電検出器としての受光素子17に集
光する。受光素子17は散乱光や回折光の強度に応じた光
電信号SAを出力し、この光電信号SAはアライメント信号
処理回路（以下、単に処理回路とする）22に入力する。
処理回路22は測長器21からの位置情報（時系列的なアッ
プ・ダウンパルス信号、又はパラレルなデジタル信号）
も入力して、マークからの回折光に応じた光電信号SAの
発生位置（走査位置）を検出する。具体的には、ステー
ジ４の単位移動量（0.02μｍ）毎に発生するアップ・ダ
ウンパルス信号によって光電信号SAをサンプリングし、
各サンプリング値をデジタル値に変換してメモリに番地
順に記憶させた後、所定の演算処理によって、マークの
走査位置を検出するものである。さらに処理回路22は、
一例としてウエハ３上の複数のマークの走査位置を平均
化する演算も行なう。制御装置23は、平均化によって決
定されたマークの位置情報に基づいて駆動部20を制御す
る。ウエハ３上のマークが、ウエハ上の複数のチップの
各々に付随して設けられたものであれば、各マークの位
置を検出することによって、チップの中心と投影レンズ
１の光軸AX（又はレチクル５の中心点の投影像）とを正
確に位置合せすることができる。
ンズ８の働きでウエハ３上で細長い帯状のスポット光LA
yに結像される。ウエハ３上には予め位置合せ用のマー
ク（アライメントマーク）が形成されているので、スポ
ット光LAyがこのマークを照射すると、マークからは散
乱光や回折光が生じる。本実施例ではマークを回折格子
状のパターンとしたので、マークからはスポット光LAy
の正反射光（０次回折光）と回折光（１次光以上）とが
生じる。これらマークからの光情報は投影レンズ１に逆
入射し、入射瞳２を通ってミラー14,13で反射され、レ
ンズ12を通ってビームスプリッタ11で反射され、空間フ
イルター15に達する。空間フイルター15は投影レンズ１
の入射瞳２と共役であり、ウエハ３の表面からの正反射
光（０次回折光）のみを遮断する。ウエハ３の表面（マ
ーク）からの散乱光（回折光）は空間周波数によって正
反射光の光路に対して変位する。そこで空間フイルター
15は、散乱光や回折光のみを通し、集光レンズ16はそれ
ら散乱光や回折光を光電検出器としての受光素子17に集
光する。受光素子17は散乱光や回折光の強度に応じた光
電信号SAを出力し、この光電信号SAはアライメント信号
処理回路（以下、単に処理回路とする）22に入力する。
処理回路22は測長器21からの位置情報（時系列的なアッ
プ・ダウンパルス信号、又はパラレルなデジタル信号）
も入力して、マークからの回折光に応じた光電信号SAの
発生位置（走査位置）を検出する。具体的には、ステー
ジ４の単位移動量（0.02μｍ）毎に発生するアップ・ダ
ウンパルス信号によって光電信号SAをサンプリングし、
各サンプリング値をデジタル値に変換してメモリに番地
順に記憶させた後、所定の演算処理によって、マークの
走査位置を検出するものである。さらに処理回路22は、
一例としてウエハ３上の複数のマークの走査位置を平均
化する演算も行なう。制御装置23は、平均化によって決
定されたマークの位置情報に基づいて駆動部20を制御す
る。ウエハ３上のマークが、ウエハ上の複数のチップの
各々に付随して設けられたものであれば、各マークの位
置を検出することによって、チップの中心と投影レンズ
１の光軸AX（又はレチクル５の中心点の投影像）とを正
確に位置合せすることができる。
第２図は投影レンズ１の円形のイメージフィールドifと
スポット光LAyの配置関係を示す平面図である。第１図
では説明を簡単にするために、アライメント光学系の１
組のみを示したが、実際には第１図の紙面と垂直な方向
に同様の構成のアライメント光学系がもつ１組設けられ
ている。投影レンズ１の光軸AXを直交座標系xyの原点を
通るように定めたとき、スポット光LAyは第２図のよう
にｘ軸上でｘ方向に細長く、もう１組のアライメント光
学系によるスポット光LAxはｙ軸上でｙ方向に細長くな
るように形成される。各スポット光は必らずしも、それ
ぞれｘ軸、ｙ軸上に位置する必要はないが、ここでは説
明を簡単にするため、x,y軸上に一致しているものとす
る。スポットLAyはウエハ３上にｘ方向に伸びたアライ
メントマークのｙ方向の位置検出に使われ、スポット光
LAxはウエハ３上でｙ方向に伸びたアライメントマーク
のｘ方向の位置検出に使われる。また第２図からも明ら
かなように、スポット光LAy、LAxの位置はイメージフィ
ールドif内であって、かつこれに内接する矩形のパター
ン投影領域PA外に定められている。
スポット光LAyの配置関係を示す平面図である。第１図
では説明を簡単にするために、アライメント光学系の１
組のみを示したが、実際には第１図の紙面と垂直な方向
に同様の構成のアライメント光学系がもつ１組設けられ
ている。投影レンズ１の光軸AXを直交座標系xyの原点を
通るように定めたとき、スポット光LAyは第２図のよう
にｘ軸上でｘ方向に細長く、もう１組のアライメント光
学系によるスポット光LAxはｙ軸上でｙ方向に細長くな
るように形成される。各スポット光は必らずしも、それ
ぞれｘ軸、ｙ軸上に位置する必要はないが、ここでは説
明を簡単にするため、x,y軸上に一致しているものとす
る。スポットLAyはウエハ３上にｘ方向に伸びたアライ
メントマークのｙ方向の位置検出に使われ、スポット光
LAxはウエハ３上でｙ方向に伸びたアライメントマーク
のｘ方向の位置検出に使われる。また第２図からも明ら
かなように、スポット光LAy、LAxの位置はイメージフィ
ールドif内であって、かつこれに内接する矩形のパター
ン投影領域PA外に定められている。
第３図は本実施例の位置検出装置に好適なウエハ３上の
マーク配置を示す平面図である。ウエハ３上には複数の
チップCPがマトリックス状に配置され、各チップCPには
第３図のようにｘ方向の位置合せ用のマークMxと、ｙ方
向の位置合せ用のマークMyとが設けられている。これら
マークMx、Myは以後の説明を簡単にするため、チップCP
の中心CCを座標系xyの原点に一致させたとき、チップCP
の周辺のｘ軸上とｙ軸上に夫々配置されているものとす
る。もちろん必らずしもその必要はない。マークMx、My
は本実施例ではそれぞれ３本の回折格子状の線パターン
を有し、その３本のうち中央の１本がそれぞれｘ軸、ｙ
軸上に位置する。第４図はマークMxの拡大平面図であ
り、３本の回折格子パターンM1、M2、M3は各々ｙ軸と平
行にそれぞれ間隔L1、L2でｙ方向に伸びて配置される。
マークMyについても全く同様である。間隔L1、L2はスポ
ット光の走査により格子パターンM1、M2、M3が独立して
検出できる程度、例えば各パターンM1、M2、M3の幅を５
μｍ程度にしたとき、L1＝L2＝30μｍに定められてい
る。
マーク配置を示す平面図である。ウエハ３上には複数の
チップCPがマトリックス状に配置され、各チップCPには
第３図のようにｘ方向の位置合せ用のマークMxと、ｙ方
向の位置合せ用のマークMyとが設けられている。これら
マークMx、Myは以後の説明を簡単にするため、チップCP
の中心CCを座標系xyの原点に一致させたとき、チップCP
の周辺のｘ軸上とｙ軸上に夫々配置されているものとす
る。もちろん必らずしもその必要はない。マークMx、My
は本実施例ではそれぞれ３本の回折格子状の線パターン
を有し、その３本のうち中央の１本がそれぞれｘ軸、ｙ
軸上に位置する。第４図はマークMxの拡大平面図であ
り、３本の回折格子パターンM1、M2、M3は各々ｙ軸と平
行にそれぞれ間隔L1、L2でｙ方向に伸びて配置される。
マークMyについても全く同様である。間隔L1、L2はスポ
ット光の走査により格子パターンM1、M2、M3が独立して
検出できる程度、例えば各パターンM1、M2、M3の幅を５
μｍ程度にしたとき、L1＝L2＝30μｍに定められてい
る。
次に本実施例の動作を説明する。ウエハ３はまず不図示
のプリアライメント装置で粗く位置決めされてからステ
ージ４に載置される。ステージ４にはウエハ３のアライ
メントマークと同等の基準マークが予め設けられてお
り、この基準マークがスポット光LAy、LAxと重なるよう
にステージ４を位置決めすれば、スポット光LAy、LAxに
対するウエハ３（又はチップCP）の位置合せが概ね達成
されたことになる。次に制御装置23測長器21によってス
テージ４を位置決めして、重ね合せ露光すべきチップCP
に付随したマークMxとスポット光LAxとを例えば第４図
のように整列する。この状態でステージ４をｘ方向に一
定の距離だけ移動して、スポット光LAxと格子パターンM
1、M2、M3をその配列方向に相対的に走査する。その走
査範囲は格子パターンM1、M2、M3を含み、かつ間隔L1、
L2の和の長さよりも十分大きな範囲に定められている。
さて、スポット光LAxの相対走査によって、光電信号SA
の時系列的な波形は第５図のように変化する。第５図で
横軸はステージ４のｘ方向の走査位置を表わし、縦軸は
光電信号SAの強度を表わす。第４図のようにスポット光
LAxが整列したときの位置をP0とすると、処理回路22は
位置P0からステージ４の走査終了位置P4までに出力され
た光電信号SAのサンプリングされた波形をメモリに記憶
する。そして処理回路22は、例えばこの波形中のピーク
の位置P1、P2、P3を格子パターンM1、M2、M3の走査位置
として検出する。格子パターンM1、M2、M3は同一の形状
なので、個々に独立した位置合せマークとしての機能を
果す。一般に１本の位置合せマークを検出する精度の偏
差は統計量σで表わされ、この偏差σが位置検出、又は
位置合せの誤差量になる。このため３本の格子パターン
M1、M2、M3の各走査位置P1、P2、P3の偏差も夫々σにな
る。そこで処理回路22は３つの走査位置置P1、P2、P3を
平均して、１つの位置情報Pyを算出する。すなわち、Px
＝（P1＋P2＋P3）/3の演算を行なう。この平均化の演算
によって得られた位置情報Pxの偏差量σｍは、一般の統
計的な手法により、 で表わされる。すなわち、１本の位置合せマークのみを
検出して位置検出した時の偏差量σにくらべて の誤差になり、位置検出の精度が向上する。本実施例で
は３本の格子パターンM1、M2、M3をスポット光で走査す
るようにしたが、ｎ本の格子パターンを設ければ平均化
で求めた１つの位置情報Pxの偏差量は、 で表わされ、ｎが大きくなればなる程位置検出の精度の
向上が期待できる。
のプリアライメント装置で粗く位置決めされてからステ
ージ４に載置される。ステージ４にはウエハ３のアライ
メントマークと同等の基準マークが予め設けられてお
り、この基準マークがスポット光LAy、LAxと重なるよう
にステージ４を位置決めすれば、スポット光LAy、LAxに
対するウエハ３（又はチップCP）の位置合せが概ね達成
されたことになる。次に制御装置23測長器21によってス
テージ４を位置決めして、重ね合せ露光すべきチップCP
に付随したマークMxとスポット光LAxとを例えば第４図
のように整列する。この状態でステージ４をｘ方向に一
定の距離だけ移動して、スポット光LAxと格子パターンM
1、M2、M3をその配列方向に相対的に走査する。その走
査範囲は格子パターンM1、M2、M3を含み、かつ間隔L1、
L2の和の長さよりも十分大きな範囲に定められている。
さて、スポット光LAxの相対走査によって、光電信号SA
の時系列的な波形は第５図のように変化する。第５図で
横軸はステージ４のｘ方向の走査位置を表わし、縦軸は
光電信号SAの強度を表わす。第４図のようにスポット光
LAxが整列したときの位置をP0とすると、処理回路22は
位置P0からステージ４の走査終了位置P4までに出力され
た光電信号SAのサンプリングされた波形をメモリに記憶
する。そして処理回路22は、例えばこの波形中のピーク
の位置P1、P2、P3を格子パターンM1、M2、M3の走査位置
として検出する。格子パターンM1、M2、M3は同一の形状
なので、個々に独立した位置合せマークとしての機能を
果す。一般に１本の位置合せマークを検出する精度の偏
差は統計量σで表わされ、この偏差σが位置検出、又は
位置合せの誤差量になる。このため３本の格子パターン
M1、M2、M3の各走査位置P1、P2、P3の偏差も夫々σにな
る。そこで処理回路22は３つの走査位置置P1、P2、P3を
平均して、１つの位置情報Pyを算出する。すなわち、Px
＝（P1＋P2＋P3）/3の演算を行なう。この平均化の演算
によって得られた位置情報Pxの偏差量σｍは、一般の統
計的な手法により、 で表わされる。すなわち、１本の位置合せマークのみを
検出して位置検出した時の偏差量σにくらべて の誤差になり、位置検出の精度が向上する。本実施例で
は３本の格子パターンM1、M2、M3をスポット光で走査す
るようにしたが、ｎ本の格子パターンを設ければ平均化
で求めた１つの位置情報Pxの偏差量は、 で表わされ、ｎが大きくなればなる程位置検出の精度の
向上が期待できる。
さて、本実施例では格子パターンM1、M2、M3の間隔L1、
L2を30μｍの等間隔としたので、位置情報Pxは走査位置
P2に極めて近い値になる。次にマークMyについてもスポ
ット光LAyによって同様にｙ方向に走査し、３本の格子
パターンの平均的な位置情報Pyを求める。こうして求め
られた位置情報Px、Pyに基づいて、制御装置23はステー
ジ４を位置決めする。具体的には測長器21で検出される
ステージ４の位置が、位置情報Px Pyと等しくなるよう
に、駆動部20をサーボ制御する。この位置決めによっ
て、スポット光LAxは第３図中のｙ軸上に位置し、スポ
ット光LAyは同図中のｘ軸上に位置し、チップCPの中心C
Cと投影レンズ１の光軸AX（又はレチクル５の投影中
心）とは精密に位置合せされる。この後、照明光学系中
のシャッターを所定時間だけ開放することによって、レ
チクル５の回路パターンの投影像がチップCPに正確に重
ね合せ露光される。
L2を30μｍの等間隔としたので、位置情報Pxは走査位置
P2に極めて近い値になる。次にマークMyについてもスポ
ット光LAyによって同様にｙ方向に走査し、３本の格子
パターンの平均的な位置情報Pyを求める。こうして求め
られた位置情報Px、Pyに基づいて、制御装置23はステー
ジ４を位置決めする。具体的には測長器21で検出される
ステージ４の位置が、位置情報Px Pyと等しくなるよう
に、駆動部20をサーボ制御する。この位置決めによっ
て、スポット光LAxは第３図中のｙ軸上に位置し、スポ
ット光LAyは同図中のｘ軸上に位置し、チップCPの中心C
Cと投影レンズ１の光軸AX（又はレチクル５の投影中
心）とは精密に位置合せされる。この後、照明光学系中
のシャッターを所定時間だけ開放することによって、レ
チクル５の回路パターンの投影像がチップCPに正確に重
ね合せ露光される。
以上、本実施例では複数の位置合せマークとして３本の
格子パターンM1、M2、M3を検出するようにしたが、アラ
イメント光学系の構成によっては単純な線状パターンを
複数本検出してもよい。この場合線状パターンの段差エ
ッジで生じる散乱光を検出するのが望ましい。また、本
実施例のように、複数の位置合せマークの本数を奇数に
し、等間隔にした場合は、そのマークのうち中央のマー
クの走査位置が平均化した１つの位置情報と一致する
が、奇数本であっても等間隔でなかったり、第６図のよ
うに偶数本であった場合は、平均化で求められた位置情
報はウエハ上の実マークのない仮想的な位置を表わすこ
とになる。第６図のように、平行な４本の線状パターン
M1、M2、M3、M4から成るマークMxをスポット光LAxで走
査する際、線状パターンM1とM2の間隔と線状パターンM3
とM4の間隔とをL1とし、線状パターンM2とM3の間隔をL2
（L2≠L1）とすると、位置情報Pxは線状パターンM2とM3
のｙ方向の中心位置を表わすことになる。この場合で
も、位置情報Pxが位置検出すべき設計上の値であるとし
て予め定めておけば全く同様にレチクル５とチップCPの
位置合せができる。さらに本実施例のスポット光LAx、L
Ayは円形のスポットにしてもよい。特にこれらスポット
光の波長を露光光の波長と異ならせ、ウエハ３のフォト
レジストを感光させない波長の光にすると、スポット光
をウエハ３上のマーク以外のどこにでも照射できるの
で、スポット光とウエハの相対走査の範囲に制限がなく
なると共に、レジストの露光光の吸収による反射率、屈
折率の変化が生じないため、位置検出の高速化が期待で
きる。
格子パターンM1、M2、M3を検出するようにしたが、アラ
イメント光学系の構成によっては単純な線状パターンを
複数本検出してもよい。この場合線状パターンの段差エ
ッジで生じる散乱光を検出するのが望ましい。また、本
実施例のように、複数の位置合せマークの本数を奇数に
し、等間隔にした場合は、そのマークのうち中央のマー
クの走査位置が平均化した１つの位置情報と一致する
が、奇数本であっても等間隔でなかったり、第６図のよ
うに偶数本であった場合は、平均化で求められた位置情
報はウエハ上の実マークのない仮想的な位置を表わすこ
とになる。第６図のように、平行な４本の線状パターン
M1、M2、M3、M4から成るマークMxをスポット光LAxで走
査する際、線状パターンM1とM2の間隔と線状パターンM3
とM4の間隔とをL1とし、線状パターンM2とM3の間隔をL2
（L2≠L1）とすると、位置情報Pxは線状パターンM2とM3
のｙ方向の中心位置を表わすことになる。この場合で
も、位置情報Pxが位置検出すべき設計上の値であるとし
て予め定めておけば全く同様にレチクル５とチップCPの
位置合せができる。さらに本実施例のスポット光LAx、L
Ayは円形のスポットにしてもよい。特にこれらスポット
光の波長を露光光の波長と異ならせ、ウエハ３のフォト
レジストを感光させない波長の光にすると、スポット光
をウエハ３上のマーク以外のどこにでも照射できるの
で、スポット光とウエハの相対走査の範囲に制限がなく
なると共に、レジストの露光光の吸収による反射率、屈
折率の変化が生じないため、位置検出の高速化が期待で
きる。
また、本実施例の処理回路22では、走査位置そのものを
変数とする単純な平均演算を行なったが、この演算は加
重平均処理や、最小二乗近似処理でも全く同様の効果が
得られる。また複数のマーク（格子パターン）の各走査
位置に応じた情報として、各走査位置における誤差量Δ
P1、ΔP2、ΔP3……を求め、この誤差量を平均（ΔPx＝
（ΔP1＋ΔP2＋ΔP3）/3）してもよい。各マークの誤差
量は具体的には、ウエハ上の走査始点P0から各格子パタ
ーンM1、M2、M3までの設計上の距離（x1、x2、x3）が予
めわかっている場合、その各マークM1、M2、M3の実測値
（P1、P2、P3）と設計距離との差で求められる。そして
平均化された誤差ΔPx分を１つの格子パターン、例えば
M1の実測値から補正した位置をマークMxの全体を表わす
１つの位置情報とするものである。
変数とする単純な平均演算を行なったが、この演算は加
重平均処理や、最小二乗近似処理でも全く同様の効果が
得られる。また複数のマーク（格子パターン）の各走査
位置に応じた情報として、各走査位置における誤差量Δ
P1、ΔP2、ΔP3……を求め、この誤差量を平均（ΔPx＝
（ΔP1＋ΔP2＋ΔP3）/3）してもよい。各マークの誤差
量は具体的には、ウエハ上の走査始点P0から各格子パタ
ーンM1、M2、M3までの設計上の距離（x1、x2、x3）が予
めわかっている場合、その各マークM1、M2、M3の実測値
（P1、P2、P3）と設計距離との差で求められる。そして
平均化された誤差ΔPx分を１つの格子パターン、例えば
M1の実測値から補正した位置をマークMxの全体を表わす
１つの位置情報とするものである。
ところで本実施例では処理回路22に光電信号SAの波形を
記憶させるようにしたので、スポット光LAx（LAy）によ
るマークMx（My）の走査（ステージスキャン）は一度だ
けでよく、マーク検出は極めて短時間のうちに行なわれ
る。さらに光電信号SAの波形を記憶させることによっ
て、各種のデジタル演算処理で波形の評価を行なうこと
もできる。その評価の一例としてマークの誤認識を低減
させる方法を以下に述べる。この方法は本実施例中、マ
ークの平均的な位置を検出する前に実行される。光電信
号SAの波形はウエハ３表面の反射率のムラ、微粒子の付
着、マークのプロセスによる変形等の影響を受けて、第
５図のように必らずしもきれいな（S/N比のよい）波形
にはならず、マークに応じたピーク以外にも類似したピ
ークが複数発生することもある。そこで、処理回路22は
それら波形上のピーク位置を抽出して、複数のピークと
ピークの間隔（L1、L2）が複数の位置合せマークの設計
上の間隔と全て等しいか否かを判断する。これによっ
て、S/N比の悪い光電信号SAであっても、マークの誤認
識が低減できる。こうして検出されたマークの各走査位
置を使って、以後本実施例のように平均化を行なう。こ
のようにマークの誤認識を低減できると、第１図に示し
たTTL（スルーザレンズ）方式のアライメント光学系を
使って、ウエハのグローパルアライメントもできる。グ
ローバルアライメントでは、本実施例のチップアライメ
ントの時よりもスポット光の走査範囲を広くすることが
あるので、マーク以外にチップ周辺のスクライブライ
ン、若しくはチップ内の回路パターン部からの散乱光に
応じたピークが光電信号SAの波形上に現われる可能性が
高い。このためマークの認識率を高くしなければならな
いが、上記方法を加えればグローバルアライメント時に
スクライブラインをマークと認識したりすることがなく
なると共に、平均化により、高精度の位置合せが達成さ
れる。
記憶させるようにしたので、スポット光LAx（LAy）によ
るマークMx（My）の走査（ステージスキャン）は一度だ
けでよく、マーク検出は極めて短時間のうちに行なわれ
る。さらに光電信号SAの波形を記憶させることによっ
て、各種のデジタル演算処理で波形の評価を行なうこと
もできる。その評価の一例としてマークの誤認識を低減
させる方法を以下に述べる。この方法は本実施例中、マ
ークの平均的な位置を検出する前に実行される。光電信
号SAの波形はウエハ３表面の反射率のムラ、微粒子の付
着、マークのプロセスによる変形等の影響を受けて、第
５図のように必らずしもきれいな（S/N比のよい）波形
にはならず、マークに応じたピーク以外にも類似したピ
ークが複数発生することもある。そこで、処理回路22は
それら波形上のピーク位置を抽出して、複数のピークと
ピークの間隔（L1、L2）が複数の位置合せマークの設計
上の間隔と全て等しいか否かを判断する。これによっ
て、S/N比の悪い光電信号SAであっても、マークの誤認
識が低減できる。こうして検出されたマークの各走査位
置を使って、以後本実施例のように平均化を行なう。こ
のようにマークの誤認識を低減できると、第１図に示し
たTTL（スルーザレンズ）方式のアライメント光学系を
使って、ウエハのグローパルアライメントもできる。グ
ローバルアライメントでは、本実施例のチップアライメ
ントの時よりもスポット光の走査範囲を広くすることが
あるので、マーク以外にチップ周辺のスクライブライ
ン、若しくはチップ内の回路パターン部からの散乱光に
応じたピークが光電信号SAの波形上に現われる可能性が
高い。このためマークの認識率を高くしなければならな
いが、上記方法を加えればグローバルアライメント時に
スクライブラインをマークと認識したりすることがなく
なると共に、平均化により、高精度の位置合せが達成さ
れる。
（発明の効果） 以上のように本発明によれば、複数の位置合せマークを
スポット光で走査して、各マークの位置を検出した後、
平均化によって１つの位置情報を得るようにしたので、
単一のマークの位置を検出するよりも位置合せ精度が向
上するという効果が得られる。
スポット光で走査して、各マークの位置を検出した後、
平均化によって１つの位置情報を得るようにしたので、
単一のマークの位置を検出するよりも位置合せ精度が向
上するという効果が得られる。
さらに、IC製造の各種プロセス、特にマークが変形（非
対称歪みやエッジのだれ）しやすい工程、あるいは１本
のマークで十分な精度が得られない工程（アルミ層等）
において、必要とされる位置合せ精度に応じて複数のマ
ークをウエハに設け、平均してそのマーク位置を検出す
れば、必要な精度が容易に得られるという効果もある。
対称歪みやエッジのだれ）しやすい工程、あるいは１本
のマークで十分な精度が得られない工程（アルミ層等）
において、必要とされる位置合せ精度に応じて複数のマ
ークをウエハに設け、平均してそのマーク位置を検出す
れば、必要な精度が容易に得られるという効果もある。
第１図は本発明の実施例による位置決め装置に好適な縮
小投影型露光装置の概略的な構成を示す図、第２図は投
影レンズのイメージフィールド内のスポット光の配置を
示す平面図、第３図はウエハ上のチップに付随した位置
合せマークの配置図、第４図は複数の位置合せマークと
しての格子パターンの拡大図、第５図は光電信号の波形
図、第６図は位置合せマークの他の例を示す平面図であ
る。 〔主要部分の符号化の説明〕 １……投影レンズ、３……ウエハ（基板） ４……ステージ、５……レチクル、 17……受光素子、21……測長器、 22……アライメント信号処理回路、 23……制御装置、LAx、LAy……スポット光、Mx、My……
マーク
小投影型露光装置の概略的な構成を示す図、第２図は投
影レンズのイメージフィールド内のスポット光の配置を
示す平面図、第３図はウエハ上のチップに付随した位置
合せマークの配置図、第４図は複数の位置合せマークと
しての格子パターンの拡大図、第５図は光電信号の波形
図、第６図は位置合せマークの他の例を示す平面図であ
る。 〔主要部分の符号化の説明〕 １……投影レンズ、３……ウエハ（基板） ４……ステージ、５……レチクル、 17……受光素子、21……測長器、 22……アライメント信号処理回路、 23……制御装置、LAx、LAy……スポット光、Mx、My……
マーク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−94032（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−41739（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−89460（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−206802（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−172235（ＪＰ，Ｕ)
Claims (3)
- 【請求項１】マスクに形成されたパターンが転写される
基板の位置を検出する装置において、 前記基板は、所定間隔で配列される複数の特定マークか
らなる位置合せ用マークを有し； 前記複数の特定マークの各々を独立に検出し得る大きさ
のスポット光を前記基板上に照射する手段と； 前記スポット光が前記複数の特定マークを横切るように
前記基板と前記スポット光とを前記複数の特定マークの
配列方向に相対走査する手段と； 前記複数の特定マークの夫々から発生する光情報に応じ
た光電信号を出力する光電検出器と； 前記光電信号に基づいて前記複数の特定マークの夫々の
前記配列方向に関する位置を検出するとともに、該検出
した各位置に対応した情報を変数とする所定の演算処理
によって前記位置合せ用マークの前記配列方向に関する
１つの位置情報を求める位置検出手段とを備えたことを
特徴とする位置検出装置。 - 【請求項２】前記位置検出手段は、前記検出した複数の
位置を平均化処理、又は加重平均化処理、あるいは最小
二乗近似処理して前記位置合せ用マークの前記配列方向
に関する１つの位置情報を求めることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の位置検出装置。 - 【請求項３】前記位置検出手段は、前記検出した位置と
設計値との差を演算処理して前記位置合せ用マークの前
記配列方向に関する１つの位置情報を求めることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の位置検出装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59112370A JPH0672766B2 (ja) | 1984-06-01 | 1984-06-01 | 位置検出装置 |
| US06/737,434 US4702606A (en) | 1984-06-01 | 1985-05-24 | Position detecting system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59112370A JPH0672766B2 (ja) | 1984-06-01 | 1984-06-01 | 位置検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60256002A JPS60256002A (ja) | 1985-12-17 |
| JPH0672766B2 true JPH0672766B2 (ja) | 1994-09-14 |
Family
ID=14584987
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59112370A Expired - Lifetime JPH0672766B2 (ja) | 1984-06-01 | 1984-06-01 | 位置検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0672766B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2512879B2 (ja) * | 1987-03-20 | 1996-07-03 | 株式会社ニコン | パタ−ン検出装置 |
| JP2517637B2 (ja) * | 1988-02-15 | 1996-07-24 | キヤノン株式会社 | マ―ク位置検出方法及びそれが適用される装置 |
| JPH01216526A (ja) * | 1988-02-24 | 1989-08-30 | Fujitsu Ltd | 縮小投影露光装置のアライメント方式 |
| JPH0666244B2 (ja) * | 1989-12-15 | 1994-08-24 | キヤノン株式会社 | 半導体製造方法 |
| JP4960266B2 (ja) * | 2008-01-11 | 2012-06-27 | Ｎｓｋテクノロジー株式会社 | 透明基板のエッジ位置検出方法及びエッジ位置検出装置 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5953482B2 (ja) * | 1977-01-18 | 1984-12-25 | 富士通株式会社 | 相対位置偏差測定法 |
| JPS5541739A (en) * | 1978-09-20 | 1980-03-24 | Hitachi Ltd | Micro-projection type mask alignment device |
| JPS57206802A (en) * | 1981-05-11 | 1982-12-18 | Toshiba Corp | Alignment device |
| JPS58172235U (ja) * | 1982-05-13 | 1983-11-17 | 山形 康文 | 光学式バルス発生器 |
| JPS5999206A (ja) * | 1982-11-29 | 1984-06-07 | Canon Inc | 識別マ−ク間の間隔測定装置 |
-
1984
- 1984-06-01 JP JP59112370A patent/JPH0672766B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60256002A (ja) | 1985-12-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |