JPH07167614A - アライメント方法及び装置 - Google Patents
アライメント方法及び装置Info
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- JPH07167614A JPH07167614A JP31470293A JP31470293A JPH07167614A JP H07167614 A JPH07167614 A JP H07167614A JP 31470293 A JP31470293 A JP 31470293A JP 31470293 A JP31470293 A JP 31470293A JP H07167614 A JPH07167614 A JP H07167614A
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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
- G03F9/7092—Signal processing
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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- 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
- G03F9/7073—Alignment marks and their environment
- G03F9/7076—Mark details, e.g. phase grating mark, temporary mark
Abstract
(57)【要約】
【目的】ウェハ等の回折光アライメント検出方式におい
て、レジスト塗布膜厚、ウェハ下地層の複素屈折率、ア
ライメントマークの段差等プロセス条件の変動による検
出誤差の補正を図ること。 【構成】レジスト膜厚測定器２２、複素屈折率測定器２
３及びマーク段差測定器２４より予め得られたシミュレ
ーションデータとアライメントマーク２ｂより発生する
±１次回折光の正規化相対強度差を用いて、レジスト塗
布むらによるアライメントマーク２ｂの検出誤差を補正
する。 【効果】プロセス変動の影響による検出位置の誤差の補
正を図り、露光装置の高精度化あるいは歩留まりの向上
を可能にする。
て、レジスト塗布膜厚、ウェハ下地層の複素屈折率、ア
ライメントマークの段差等プロセス条件の変動による検
出誤差の補正を図ること。 【構成】レジスト膜厚測定器２２、複素屈折率測定器２
３及びマーク段差測定器２４より予め得られたシミュレ
ーションデータとアライメントマーク２ｂより発生する
±１次回折光の正規化相対強度差を用いて、レジスト塗
布むらによるアライメントマーク２ｂの検出誤差を補正
する。 【効果】プロセス変動の影響による検出位置の誤差の補
正を図り、露光装置の高精度化あるいは歩留まりの向上
を可能にする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、被測定物のアライメン
ト、特に回折格子を配列したアライメントマークを持つ
ウェハ等のアライメント方法及び装置に関する。
ト、特に回折格子を配列したアライメントマークを持つ
ウェハ等のアライメント方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体素子の製造には、ウェハを
順次ステップ移動させながら縮小投影露光を行うステッ
パが用いられている。半導体素子は、ウェハ上の回路パ
ターンとレティクル上の回路パターンとを順次重ね合わ
せて露光を繰り返すことによって製造される。
順次ステップ移動させながら縮小投影露光を行うステッ
パが用いられている。半導体素子は、ウェハ上の回路パ
ターンとレティクル上の回路パターンとを順次重ね合わ
せて露光を繰り返すことによって製造される。
【０００３】近年、この回路パターンは半導体素子の処
理能力の向上に伴ってますます微細化、高密度化されて
いるので、ウェハとレティクルは、より高精度にアライ
メントされる必要があり、このためには、まず、ウェハ
上の回路パターンの位置を高精度に測定する必要があ
る。しかし、ウェハにはレジストが塗布されており、こ
のレジストの塗布むらにより、例えば特開昭６１−１２
８１０６号公報のように回折光アライメント検出方式を
採用する場合には、アライメントマークの中心位置とア
ライメントマークの像の中心位置がレジストの塗布むら
によってシフトする場合があった。以下図７以下を用い
て説明する。
理能力の向上に伴ってますます微細化、高密度化されて
いるので、ウェハとレティクルは、より高精度にアライ
メントされる必要があり、このためには、まず、ウェハ
上の回路パターンの位置を高精度に測定する必要があ
る。しかし、ウェハにはレジストが塗布されており、こ
のレジストの塗布むらにより、例えば特開昭６１−１２
８１０６号公報のように回折光アライメント検出方式を
採用する場合には、アライメントマークの中心位置とア
ライメントマークの像の中心位置がレジストの塗布むら
によってシフトする場合があった。以下図７以下を用い
て説明する。
【０００４】回折光検出では、コヒーレンシーの高いレ
ーザ５を光源として使用する。Ｈｅ−Ｎｅレーザや半導
体レーザ等、露光装置の用途や計測の対象物によって最
適な波長のレーザが選択される。レーザ５より出射した
光は、６、７の凸レンズａ，ｂとピンホール８から成る
ビームエキスパンダにより所望のビーム径に成形した
後、ビームスプリッタ１０、リレーレンズ１１、先端ミ
ラー１２を介して、レティクル１のパターンをウェハ２
の上に結像する縮小レンズ４の入射瞳１３の中心に入射
し、ウェハ２の上に設けられた回折格子２ｂにほぼ垂直
の方向から照射される。
ーザ５を光源として使用する。Ｈｅ−Ｎｅレーザや半導
体レーザ等、露光装置の用途や計測の対象物によって最
適な波長のレーザが選択される。レーザ５より出射した
光は、６、７の凸レンズａ，ｂとピンホール８から成る
ビームエキスパンダにより所望のビーム径に成形した
後、ビームスプリッタ１０、リレーレンズ１１、先端ミ
ラー１２を介して、レティクル１のパターンをウェハ２
の上に結像する縮小レンズ４の入射瞳１３の中心に入射
し、ウェハ２の上に設けられた回折格子２ｂにほぼ垂直
の方向から照射される。
【０００５】アライメントマーク２ｂは、図８に示すよ
うに、サイズａのマーク要素２ｃが複数個、等ピッチ
（ピッチｂ）かつ、一直線上に配置されており、これに
レーザ照明光を照射すると、（数１）式に示す関係の方
向θｎに回折光Ｄ±１，Ｄ±２が発生する。
うに、サイズａのマーク要素２ｃが複数個、等ピッチ
（ピッチｂ）かつ、一直線上に配置されており、これに
レーザ照明光を照射すると、（数１）式に示す関係の方
向θｎに回折光Ｄ±１，Ｄ±２が発生する。
【０００６】
【数１】
【０００７】回折光は、縮小レンズ４、先端ミラー１
２、リレーレンズ１１、ビームスプリッタ１０、対物レ
ンズ１４を介して、空間フィルタ１５に達し、ここで、
所望の次数の回折光（通常は±１次回折光）を選択的に
通過させた後、円筒レンズ１６によりＹ方向に圧縮し、
リニアイメージセンサ１７上に結像し、図９のような回
折光強度分布３６を得る。そして、ウェハ２がＸ方向に
移動すれば、リニアイメージセンサ１７上のアライメン
トマーク２ｂの像位置も変化し、精密な位置決め量の測
定が可能となる。
２、リレーレンズ１１、ビームスプリッタ１０、対物レ
ンズ１４を介して、空間フィルタ１５に達し、ここで、
所望の次数の回折光（通常は±１次回折光）を選択的に
通過させた後、円筒レンズ１６によりＹ方向に圧縮し、
リニアイメージセンサ１７上に結像し、図９のような回
折光強度分布３６を得る。そして、ウェハ２がＸ方向に
移動すれば、リニアイメージセンサ１７上のアライメン
トマーク２ｂの像位置も変化し、精密な位置決め量の測
定が可能となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】実際の露光装置におけ
るアライメントでは、図１０に示すように、レジストが
ないときの回折光強度分布３７はレジストがあるときの
回折光強度分布３６とεだけ検出位置がシフトする。
るアライメントでは、図１０に示すように、レジストが
ないときの回折光強度分布３７はレジストがあるときの
回折光強度分布３６とεだけ検出位置がシフトする。
【０００９】これは図１１に示すように、ウェハ２上の
凹凸段差によって形成されるアライメントマーク２ｂの
上にレジスト２ａが塗布されているために、プロセス条
件、即ち、アライメントマーク２ｂの段差ｔ１、あるい
はレジスト２ａの塗布膜厚ｔ２によっては、塗布むらが
発生し、レジスト２ａによる多重反射によって、リニア
イメージセンサ１７で検出される検出波形が非対称とな
り、アライメントマーク２ｂの像の中心位置の検出に誤
差が生じるという問題があるためである。
凹凸段差によって形成されるアライメントマーク２ｂの
上にレジスト２ａが塗布されているために、プロセス条
件、即ち、アライメントマーク２ｂの段差ｔ１、あるい
はレジスト２ａの塗布膜厚ｔ２によっては、塗布むらが
発生し、レジスト２ａによる多重反射によって、リニア
イメージセンサ１７で検出される検出波形が非対称とな
り、アライメントマーク２ｂの像の中心位置の検出に誤
差が生じるという問題があるためである。
【００１０】本発明の目的は、上記従来技術の持つ課題
を解決し、アライメントマーク２ｂの像の中心位置の検
出誤差εを正確に測定できるアライメント方法及びその
装置を提供することにある。
を解決し、アライメントマーク２ｂの像の中心位置の検
出誤差εを正確に測定できるアライメント方法及びその
装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のアライメント方法及びその装置は、予めレ
ジストを塗布したアライメントマーク付きのウェハに照
射光を照射したときの±１次回折光の相対強度差Ｓとレ
ジスト膜厚ｄ、ウェハ下地層の複素屈折率ｎ、アライメ
ントマークの段差ｋとの関係を求めておき、レジスト膜
厚ｄ、ウェハ下地層の複素屈折率ｎ、マーク段差ｋの各
組合せ毎に、±１次回折光の相対強度差Ｓと検出誤差ε
との関係をシミュレーション又は実験により求める。以
下シミュレーションで求めた相関曲線をシミュレーショ
ン曲線、実験で求めた相関曲線を実験曲線と呼ぶ。
に、本発明のアライメント方法及びその装置は、予めレ
ジストを塗布したアライメントマーク付きのウェハに照
射光を照射したときの±１次回折光の相対強度差Ｓとレ
ジスト膜厚ｄ、ウェハ下地層の複素屈折率ｎ、アライメ
ントマークの段差ｋとの関係を求めておき、レジスト膜
厚ｄ、ウェハ下地層の複素屈折率ｎ、マーク段差ｋの各
組合せ毎に、±１次回折光の相対強度差Ｓと検出誤差ε
との関係をシミュレーション又は実験により求める。以
下シミュレーションで求めた相関曲線をシミュレーショ
ン曲線、実験で求めた相関曲線を実験曲線と呼ぶ。
【００１２】次に、量産ウェハの各製造工程毎に±１次
回折光の相対強度差Ｓを測定する。前記相対強度差Ｓを
各製造工程毎のシミュレーション曲線又は実験曲線と照
合して各製造工程毎の検出誤差εを求める。この検出誤
差εを回折光アライメント検出方式の制御処理回路にフ
ィードフォワードし、検出位置の補正ができるようにし
ている。
回折光の相対強度差Ｓを測定する。前記相対強度差Ｓを
各製造工程毎のシミュレーション曲線又は実験曲線と照
合して各製造工程毎の検出誤差εを求める。この検出誤
差εを回折光アライメント検出方式の制御処理回路にフ
ィードフォワードし、検出位置の補正ができるようにし
ている。
【００１３】
【作用】本発明の作用を図１２により説明する。図１２
は本発明の原理を示すブロック図である。
は本発明の原理を示すブロック図である。
【００１４】前記アライメント方法及びその装置におい
て、図１２（ａ）に示すように、予め多種類のウェハの
アライメントマークの検出方向のレジスト膜厚データｄ
（ｘ），検出方向の複素屈折率データｎ（ｘ），検出方
向のマーク段差データｋ（ｘ）及び±１次回折光の正規
化相対強度差データＳ（ｘ）を測定しておき、シミュレ
ーション計算又は実験によるデータ収集により、レジス
ト膜厚データｄ（ｘ），複素屈折率データｎ（ｘ），マ
ーク段差データｋ（ｘ），±１次回折光の正規化相対強
度差データＳ（ｘ）を変数とする、検出誤差εを求める
シミュレーション曲線又は実験曲線ε（ｘ）（関数Ｆ）
を求めておく。
て、図１２（ａ）に示すように、予め多種類のウェハの
アライメントマークの検出方向のレジスト膜厚データｄ
（ｘ），検出方向の複素屈折率データｎ（ｘ），検出方
向のマーク段差データｋ（ｘ）及び±１次回折光の正規
化相対強度差データＳ（ｘ）を測定しておき、シミュレ
ーション計算又は実験によるデータ収集により、レジス
ト膜厚データｄ（ｘ），複素屈折率データｎ（ｘ），マ
ーク段差データｋ（ｘ），±１次回折光の正規化相対強
度差データＳ（ｘ）を変数とする、検出誤差εを求める
シミュレーション曲線又は実験曲線ε（ｘ）（関数Ｆ）
を求めておく。
【００１５】次に図１２（ｂ）において、第１の状態と
して照射光の右側に発生する＋１次回折光強度を検出す
る場合を考察する。このときの照射光の強度をＳａ、＋
１次回折光の強度をＶａとすると、一定の照射光強度に
正規化した＋１次回折光強度Ｉａは次の（数２）式のよ
うになる。
して照射光の右側に発生する＋１次回折光強度を検出す
る場合を考察する。このときの照射光の強度をＳａ、＋
１次回折光の強度をＶａとすると、一定の照射光強度に
正規化した＋１次回折光強度Ｉａは次の（数２）式のよ
うになる。
【００１６】
【数２】
【００１７】今度は第２の状態として、照射光の左側に
発生する−１次回折光強度を検出する場合を考察する。
このときの照射光の強度をＳｂ、−１次回折光の強度を
Ｖｂとすると、一定の照射光強度に正規化した−１次回
折光の強度Ｉｂは次の（数３）式のようになる。
発生する−１次回折光強度を検出する場合を考察する。
このときの照射光の強度をＳｂ、−１次回折光の強度を
Ｖｂとすると、一定の照射光強度に正規化した−１次回
折光の強度Ｉｂは次の（数３）式のようになる。
【００１８】
【数３】
【００１９】従って、ウェハに垂直に照射光を照射した
ときの±１次回折光の正規化された相対強度差Ｓは（数
４）式のようになる。
ときの±１次回折光の正規化された相対強度差Ｓは（数
４）式のようになる。
【００２０】
【数４】
【００２１】そこで、図１２（ａ）で予め求めた検出誤
差を求めるシミュレーション曲線又は実験曲線ε（ｘ）
の関数Ｆに図１２（ｂ）で測定した±１次回折光正規化
相対強度差Ｓとそのときのレジスト膜厚ｄ、複素屈折率
ｎ、マーク段差ｋを代入すれば、検出誤差εが求められ
る。
差を求めるシミュレーション曲線又は実験曲線ε（ｘ）
の関数Ｆに図１２（ｂ）で測定した±１次回折光正規化
相対強度差Ｓとそのときのレジスト膜厚ｄ、複素屈折率
ｎ、マーク段差ｋを代入すれば、検出誤差εが求められ
る。
【００２２】従って、前記処理により得られた検出誤差
εを回折光アライメント検出方式の制御処理回路にフィ
ードフォワードすれば、検出位置の補正ができる。
εを回折光アライメント検出方式の制御処理回路にフィ
ードフォワードすれば、検出位置の補正ができる。
【００２３】即ち、図１のアライメント光学系におい
て、予めレジスト膜厚ｄ、ウェハ下地層の複素屈折率
ｎ、マーク段差ｋの組合せ毎に、±１次回折光正規化相
対強度差Ｓと検出誤差εの関係を示すシミュレーション
曲線又は実験曲線で求めておくことにより、量産ウェハ
の各製造工程毎に±１次回折光正規化相対強度差Ｓを測
定すれば、検出誤差εを測定できるというものである。
前記検出誤差εを回折光アライメント検出方式の制御処
理回路にフィードフォワードすると、検出位置の補正が
できる。
て、予めレジスト膜厚ｄ、ウェハ下地層の複素屈折率
ｎ、マーク段差ｋの組合せ毎に、±１次回折光正規化相
対強度差Ｓと検出誤差εの関係を示すシミュレーション
曲線又は実験曲線で求めておくことにより、量産ウェハ
の各製造工程毎に±１次回折光正規化相対強度差Ｓを測
定すれば、検出誤差εを測定できるというものである。
前記検出誤差εを回折光アライメント検出方式の制御処
理回路にフィードフォワードすると、検出位置の補正が
できる。
【００２４】
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。
【００２５】図１において、１はレティクル、２はウェ
ハ、２ａはレジスト、２ｂはアライメントマーク、３は
ステージ、４は縮小レンズ、５はレーザ、６は凸レンズ
ａ、７は凸レンズｂ、８はピンホール、９はミラー、１
０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄはビームスプリッタ、１
１はリレーレンズ、１２は先端ミラー、１３は入射瞳、
１４は対物レンズ、１５は空間フィルタ、１６は円筒レ
ンズ、１７はリニアイメージセンサ、１８はシャッタ
ー、１９ａ、１９ｂは光強度検出器、２０は制御処理回
路、２１はステージ駆動回路、２２はレジスト膜厚測定
器、２３は複素屈折率測定器、２４はマーク段差測定器
である。
ハ、２ａはレジスト、２ｂはアライメントマーク、３は
ステージ、４は縮小レンズ、５はレーザ、６は凸レンズ
ａ、７は凸レンズｂ、８はピンホール、９はミラー、１
０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄはビームスプリッタ、１
１はリレーレンズ、１２は先端ミラー、１３は入射瞳、
１４は対物レンズ、１５は空間フィルタ、１６は円筒レ
ンズ、１７はリニアイメージセンサ、１８はシャッタ
ー、１９ａ、１９ｂは光強度検出器、２０は制御処理回
路、２１はステージ駆動回路、２２はレジスト膜厚測定
器、２３は複素屈折率測定器、２４はマーク段差測定器
である。
【００２６】この構成で垂直方向の偏光（Ｓ偏光）を持
つレーザ５から出射した光は、６，７の凸レンズａ，ｂ
とピンホール８から成るビームエキスパンダにより所望
のビーム径に成形した後、ビームスプリッタ１０ａ，１
０ｂ、リレーレンズ１１、先端ミラー１２、シャッター
１８を介して、レティクル１のパターンをウェハ２の上
に結像する縮小レンズ４の入射瞳１３の中心に入射し、
ウェハ２の上に設けられたアライメントマーク２ｂにほ
ぼ垂直の方向から照射される。
つレーザ５から出射した光は、６，７の凸レンズａ，ｂ
とピンホール８から成るビームエキスパンダにより所望
のビーム径に成形した後、ビームスプリッタ１０ａ，１
０ｂ、リレーレンズ１１、先端ミラー１２、シャッター
１８を介して、レティクル１のパターンをウェハ２の上
に結像する縮小レンズ４の入射瞳１３の中心に入射し、
ウェハ２の上に設けられたアライメントマーク２ｂにほ
ぼ垂直の方向から照射される。
【００２７】アライメントマーク２ｂは、複数個、等ピ
ッチで一直線上に配置されており、これにレーザ照明光
を照射すると、数１に示す関係の方向θｎに回折光Ｄ±
１，Ｄ±２が発生する。
ッチで一直線上に配置されており、これにレーザ照明光
を照射すると、数１に示す関係の方向θｎに回折光Ｄ±
１，Ｄ±２が発生する。
【００２８】回折光は、縮小レンズ４、シャッター１
８、ビームスプリッタ１０ｃ，１０ｄ、先端ミラー１
２、リレーレンズ１１、ビームスプリッタ１０ｂ、対物
レンズ１４を介して、空間フィルタ１５に達し、ここ
で、所望の次数の回折光（通常は±１次回折光）を選択
的に通過させた後、円筒レンズ１６によりＹ方向に圧縮
し、リニアイメージセンサ１７上に結像する。そして、
ウェハ２がＸ方向に移動すれば、リニアイメージセンサ
１７上のアライメントマーク２ｂの像の中心位置も変化
し、精密な位置決め量の測定が可能となる。
８、ビームスプリッタ１０ｃ，１０ｄ、先端ミラー１
２、リレーレンズ１１、ビームスプリッタ１０ｂ、対物
レンズ１４を介して、空間フィルタ１５に達し、ここ
で、所望の次数の回折光（通常は±１次回折光）を選択
的に通過させた後、円筒レンズ１６によりＹ方向に圧縮
し、リニアイメージセンサ１７上に結像する。そして、
ウェハ２がＸ方向に移動すれば、リニアイメージセンサ
１７上のアライメントマーク２ｂの像の中心位置も変化
し、精密な位置決め量の測定が可能となる。
【００２９】しかし、レジスト塗布むらが存在するとき
は、レジスト２ａによる多重干渉によってリニアイメー
ジセンサ１７で検出されるアライメントマーク２ｂの像
の検出波形が非対称となり、検出誤差εが生ずる。そこ
で検出位置での±１次回折光の正規化された相対強度差
Ｓとレジスト膜厚ｄ、複素屈折率ｎ、アライメントマー
ク２ｂの段差ｋがわかれば、制御処理回路２０において
予めレジスト膜厚測定器２２、複素屈折率測定器２３、
マーク段差測定器２４より得られた各プロセス条件毎の
相対強度差Ｓと検出誤差εとの関係を示すシミュレーシ
ョン曲線又は実験曲線に検出位置での相対強度差Ｓ0を
代入することにより、検出誤差ε0が求められる。
は、レジスト２ａによる多重干渉によってリニアイメー
ジセンサ１７で検出されるアライメントマーク２ｂの像
の検出波形が非対称となり、検出誤差εが生ずる。そこ
で検出位置での±１次回折光の正規化された相対強度差
Ｓとレジスト膜厚ｄ、複素屈折率ｎ、アライメントマー
ク２ｂの段差ｋがわかれば、制御処理回路２０において
予めレジスト膜厚測定器２２、複素屈折率測定器２３、
マーク段差測定器２４より得られた各プロセス条件毎の
相対強度差Ｓと検出誤差εとの関係を示すシミュレーシ
ョン曲線又は実験曲線に検出位置での相対強度差Ｓ0を
代入することにより、検出誤差ε0が求められる。
【００３０】検出位置での±１次回折光の相対強度差Ｓ
0は以下の方法により求める。ウェハ２より発生する±
１次回折光のうち、どちらか片方はシャッター１８で遮
光し、もう一方の遮光していない＋１次回折光又は−１
次回折光は、その一部がビームスプリッタ１０ｃ又は１
０ｄで反射し、光強度検出器１９ａに入射する。従っ
て、瞬間的にシャッター１８を作動させて、＋１次回折
光又は−１次回折光のみを光強度検出器１９ａに入射さ
せれば、ほぼ同時に±１次回折光強度を検出できる。
0は以下の方法により求める。ウェハ２より発生する±
１次回折光のうち、どちらか片方はシャッター１８で遮
光し、もう一方の遮光していない＋１次回折光又は−１
次回折光は、その一部がビームスプリッタ１０ｃ又は１
０ｄで反射し、光強度検出器１９ａに入射する。従っ
て、瞬間的にシャッター１８を作動させて、＋１次回折
光又は−１次回折光のみを光強度検出器１９ａに入射さ
せれば、ほぼ同時に±１次回折光強度を検出できる。
【００３１】又、同時にビームスプリッタ１０ａでは、
レーザ照射光の一部が反射して、光強度検出器１９ｂに
入射する。このため、光強度検出器１９ａで検出される
＋１次回折光強度又は−１次回折光強度を光強度検出器
１９ｂで検出されるレーザ照射光強度で除算してやれ
ば、レーザ照射光強度の変動を除去（正規化）でき、高
精度な±１次回折光強度が検出できる。このようにして
求めた正規化した＋１次回折光強度をＩａ0、正規化し
た−１次回折光強度をＩｂ0とすると、±１次回折光の
正規化相対強度差Ｓ0は（Ｉａ0−Ｉｂ0）／（Ｉａ0＋Ｉ
ｂ0）により求められる。
レーザ照射光の一部が反射して、光強度検出器１９ｂに
入射する。このため、光強度検出器１９ａで検出される
＋１次回折光強度又は−１次回折光強度を光強度検出器
１９ｂで検出されるレーザ照射光強度で除算してやれ
ば、レーザ照射光強度の変動を除去（正規化）でき、高
精度な±１次回折光強度が検出できる。このようにして
求めた正規化した＋１次回折光強度をＩａ0、正規化し
た−１次回折光強度をＩｂ0とすると、±１次回折光の
正規化相対強度差Ｓ0は（Ｉａ0−Ｉｂ0）／（Ｉａ0＋Ｉ
ｂ0）により求められる。
【００３２】本実施例によれば、レーザ出力強度の変動
を常時モニタして正規化した±１次回折光の強度の検出
とアライメントマーク２ｂの像位置の検出を同時に行え
るため、レジスト塗布むらがある場合でも常に正確にア
ライメントマーク２ｂの位置検出ができるという効果が
ある。
を常時モニタして正規化した±１次回折光の強度の検出
とアライメントマーク２ｂの像位置の検出を同時に行え
るため、レジスト塗布むらがある場合でも常に正確にア
ライメントマーク２ｂの位置検出ができるという効果が
ある。
【００３３】またビームスプリッタ１０ｃ，１０ｄの透
過率がそれぞれＴ1，Ｔ2と異なる場合は＋１次回折光，
−１次回折光の正規化された相対強度差Ｉａ0，Ｉｂ0を
それぞれＴ1・（１−Ｔ1），Ｔ2・（１−Ｔ2）・Ｔ1で
割って補正を行えば、正確な±１次回折光の強度を求め
ることができる。
過率がそれぞれＴ1，Ｔ2と異なる場合は＋１次回折光，
−１次回折光の正規化された相対強度差Ｉａ0，Ｉｂ0を
それぞれＴ1・（１−Ｔ1），Ｔ2・（１−Ｔ2）・Ｔ1で
割って補正を行えば、正確な±１次回折光の強度を求め
ることができる。
【００３４】＋１次回折光または−１次回折光の遮光に
用いるシャッター１８の切り替えには数秒以内で済むこ
とから、数秒以内のレーザ出力強度変動量が無視できる
ほど小さければ、実効的に検出器の感度は同一とみなす
ことができる。レーザの出力強度変動に高周波成分があ
る場合は時間平均をとる方法や高安定化電源を使用する
方法もある。
用いるシャッター１８の切り替えには数秒以内で済むこ
とから、数秒以内のレーザ出力強度変動量が無視できる
ほど小さければ、実効的に検出器の感度は同一とみなす
ことができる。レーザの出力強度変動に高周波成分があ
る場合は時間平均をとる方法や高安定化電源を使用する
方法もある。
【００３５】なお、レジスト塗布むら量δを０．０２μ
ｍとしたときの±１次回折光の正規化された相対強度差
Ｓは０．０２となるため、１／１０の精度が必要とした
場合、０．２％の光強度の測定精度が必要である。
ｍとしたときの±１次回折光の正規化された相対強度差
Ｓは０．０２となるため、１／１０の精度が必要とした
場合、０．２％の光強度の測定精度が必要である。
【００３６】本実施例では、光強度の検出に±１次回折
光を用いているが、１次回折光の強度が齢場合は高次の
回折光を用いてもよい。本実施例のシミュレーション方
式では、検出誤差ε0を求めるのに±１次回折光の正規
化された相対強度差（Ｉａ0−Ｉｂ0）／（Ｉａ0＋Ｉ
ｂ0）を用いているが、単純にＩａ0−Ｉｂ0やＩａ0／Ｉ
ｂ0を用いてもよい。
光を用いているが、１次回折光の強度が齢場合は高次の
回折光を用いてもよい。本実施例のシミュレーション方
式では、検出誤差ε0を求めるのに±１次回折光の正規
化された相対強度差（Ｉａ0−Ｉｂ0）／（Ｉａ0＋Ｉ
ｂ0）を用いているが、単純にＩａ0−Ｉｂ0やＩａ0／Ｉ
ｂ0を用いてもよい。
【００３７】本実施例では、光源にコヒーレンシーの高
いレーザ光を用いているが、入射瞳１３で集光させる手
段を設けることにより、ｅ線（波長４８０ｎｍ），ｄ線
（波長５７７ｎｍ）や広帯域波長照明を用いてもよい。
いレーザ光を用いているが、入射瞳１３で集光させる手
段を設けることにより、ｅ線（波長４８０ｎｍ），ｄ線
（波長５７７ｎｍ）や広帯域波長照明を用いてもよい。
【００３８】図２はアライメントマーク上のレジストの
塗布むらを示す図である。
塗布むらを示す図である。
【００３９】いま、アライメントマーク２ｂの形状を表
わす関数をｆ（ｘ）（アライメントマーク中心座標
ｘc）、アライメントマーク２ｂ上に塗布されたレジス
ト２ａの形状を示す関数をｇ（ｘ）、検出位置での塗布
むら量をδ0とする。このレジスト塗布むら量δ0はレジ
ストの非対称性を表わすパラメータであり、ｆ（ｘ）−
ｆ（ｘ）により検出方向のレジスト膜厚ｄの変化が求め
られれば、容易に求められる。
わす関数をｆ（ｘ）（アライメントマーク中心座標
ｘc）、アライメントマーク２ｂ上に塗布されたレジス
ト２ａの形状を示す関数をｇ（ｘ）、検出位置での塗布
むら量をδ0とする。このレジスト塗布むら量δ0はレジ
ストの非対称性を表わすパラメータであり、ｆ（ｘ）−
ｆ（ｘ）により検出方向のレジスト膜厚ｄの変化が求め
られれば、容易に求められる。
【００４０】次に図３、図４により図１の検出誤差ε0
を間接的に測定する方法について説明する。
を間接的に測定する方法について説明する。
【００４１】図３は、あるプロセス条件におけるレジス
ト塗布むら量δと±１次回折光の強度Ｉａ，Ｉｂの関係
を示す計算例図である。レジスト塗布むら量δが大きく
なると、＋１次回折光Ｉａと−１次回折光Ｉｂの強度差
Ｉａ−Ｉｂは大きくなる。従って、前記強度差Ｉａ−Ｉ
ｂとレジスト塗布むら量δの間には、レジスト塗布むら
量δ＝０μｍ〜０．０９μｍの範囲では相関がある。
ト塗布むら量δと±１次回折光の強度Ｉａ，Ｉｂの関係
を示す計算例図である。レジスト塗布むら量δが大きく
なると、＋１次回折光Ｉａと−１次回折光Ｉｂの強度差
Ｉａ−Ｉｂは大きくなる。従って、前記強度差Ｉａ−Ｉ
ｂとレジスト塗布むら量δの間には、レジスト塗布むら
量δ＝０μｍ〜０．０９μｍの範囲では相関がある。
【００４２】図４は±１次回折光の相対強度差Ｓと検出
誤差εの関係を示す図である。
誤差εの関係を示す図である。
【００４３】図４（ａ）は図３の＋１次回折光Ｉａと−
１次回折光Ｉｂの相対強度差Ｓ＝（Ｉａ−Ｉｂ）／（Ｉ
ａ＋Ｉｂ）とレジスト塗布むら量δとの関係を示す。図
３に示すシミュレーション結果により、レジスト塗布む
ら量δ＝０μｍ〜０．０９μｍ、±１次回折光の相対強
度差Ｓ＝０〜０．０２の範囲内で比例関係にあることが
わかる。
１次回折光Ｉｂの相対強度差Ｓ＝（Ｉａ−Ｉｂ）／（Ｉ
ａ＋Ｉｂ）とレジスト塗布むら量δとの関係を示す。図
３に示すシミュレーション結果により、レジスト塗布む
ら量δ＝０μｍ〜０．０９μｍ、±１次回折光の相対強
度差Ｓ＝０〜０．０２の範囲内で比例関係にあることが
わかる。
【００４４】図４（ｂ）は検出誤差εとレジスト塗布む
ら量δとの関係を示したシミュレーション曲線である。
ら量δとの関係を示したシミュレーション曲線である。
【００４５】図４（ｃ）は図４（ａ）と図４（ｂ）のシ
ミュレーションを元に生成した検出誤差εと±１次回折
光の相対強度差Ｓとの関係を示す図である。レジスト膜
厚ｄ，複素屈折率ｎ，マーク段差ｋの値の組合せによ
り、図中で示す条件ｂ，条件ｃの曲線となる。
ミュレーションを元に生成した検出誤差εと±１次回折
光の相対強度差Ｓとの関係を示す図である。レジスト膜
厚ｄ，複素屈折率ｎ，マーク段差ｋの値の組合せによ
り、図中で示す条件ｂ，条件ｃの曲線となる。
【００４６】図５は本発明によるアライメント方法及び
その装置の第２の実施例を示す図である。
その装置の第２の実施例を示す図である。
【００４７】図において、１はレティクル、２はウェ
ハ、２ａはレジスト、２ｂはアライメントマーク、３は
ステージ、４は縮小レンズ、５はレーザ、６は凸レンズ
ａ、７は凸レンズｂ、８はピンホール、９はミラー、１
０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄはビームスプリッタ、１
１はリレーレンズ、１２は先端ミラー、１３は入射瞳、
１４は対物レンズ、１５は空間フィルタ、１６は円筒レ
ンズ、１７はリニアイメージセンサ、１８はシャッタ
ー、１８ａ，１８ｂ，１８ｃは遮光部、１９は光強度検
出器、２０は制御処理回路、２１はステージ駆動回路、
２２はレジスト膜厚測定器、２３は複素屈折率測定器、
２４はマーク段差測定器である。
ハ、２ａはレジスト、２ｂはアライメントマーク、３は
ステージ、４は縮小レンズ、５はレーザ、６は凸レンズ
ａ、７は凸レンズｂ、８はピンホール、９はミラー、１
０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄはビームスプリッタ、１
１はリレーレンズ、１２は先端ミラー、１３は入射瞳、
１４は対物レンズ、１５は空間フィルタ、１６は円筒レ
ンズ、１７はリニアイメージセンサ、１８はシャッタ
ー、１８ａ，１８ｂ，１８ｃは遮光部、１９は光強度検
出器、２０は制御処理回路、２１はステージ駆動回路、
２２はレジスト膜厚測定器、２３は複素屈折率測定器、
２４はマーク段差測定器である。
【００４８】この構成で垂直方向の偏光（Ｓ偏光）を持
つレーザ５から出射した光は、６，７の凸レンズａ，ｂ
とピンホール８から成るビームエキスパンダにより所望
のビーム径に成形した後、ビームスプリッタ１０ａ、リ
レーレンズ１１、先端ミラー１２、ビームスプリッタ１
０ｂ、シャッター１８を介して、レティクル１のパター
ンをウェハ２の上に結像する縮小レンズ４の入射瞳１３
の中心に入射し、ウェハ２の上に設けられたアライメン
トマーク２ｂにほぼ垂直の方向から照射される。
つレーザ５から出射した光は、６，７の凸レンズａ，ｂ
とピンホール８から成るビームエキスパンダにより所望
のビーム径に成形した後、ビームスプリッタ１０ａ、リ
レーレンズ１１、先端ミラー１２、ビームスプリッタ１
０ｂ、シャッター１８を介して、レティクル１のパター
ンをウェハ２の上に結像する縮小レンズ４の入射瞳１３
の中心に入射し、ウェハ２の上に設けられたアライメン
トマーク２ｂにほぼ垂直の方向から照射される。
【００４９】アライメントマーク２ｂは、複数個、等ピ
ッチで一直線上に配置されており、これにレーザ照明光
を照射すると、数１に示す関係の方向θｎに回折光Ｄ±
１，Ｄ±２が発生する。
ッチで一直線上に配置されており、これにレーザ照明光
を照射すると、数１に示す関係の方向θｎに回折光Ｄ±
１，Ｄ±２が発生する。
【００５０】回折光は、縮小レンズ４、シャッター１
８、ビームスプリッタ１０ｃ，１０ｄ、先端ミラー１
２、リレーレンズ１１、ビームスプリッタ１０ａ、対物
レンズ１４を介して、空間フィルタ１５に達し、ここ
で、所望の次数の回折光（通常は±１次回折光）を選択
的に通過させた後、円筒レンズ１６によりＹ方向に圧縮
し、リニアイメージセンサ１７上に結像する。そして、
ウェハ２がＸ方向に移動すれば、リニアイメージセンサ
１７上のアライメントマーク２ｂの像位置も変化し、精
密な位置決め量の測定が可能となる。
８、ビームスプリッタ１０ｃ，１０ｄ、先端ミラー１
２、リレーレンズ１１、ビームスプリッタ１０ａ、対物
レンズ１４を介して、空間フィルタ１５に達し、ここ
で、所望の次数の回折光（通常は±１次回折光）を選択
的に通過させた後、円筒レンズ１６によりＹ方向に圧縮
し、リニアイメージセンサ１７上に結像する。そして、
ウェハ２がＸ方向に移動すれば、リニアイメージセンサ
１７上のアライメントマーク２ｂの像位置も変化し、精
密な位置決め量の測定が可能となる。
【００５１】しかし、レジスト塗布むらが存在するとき
は、アライメントマーク２ｂの像の検出波形が非対称と
なり、検出誤差εが生じる。そこで、図１と同じ方法で
検出位置での±１次回折光の正規化された相対強度差Ｓ
0と各プロセス条件毎のシミュレーション曲線又は実験
曲線を制御処理回路２０で照合することにより、検出誤
差ε0がわかる。
は、アライメントマーク２ｂの像の検出波形が非対称と
なり、検出誤差εが生じる。そこで、図１と同じ方法で
検出位置での±１次回折光の正規化された相対強度差Ｓ
0と各プロセス条件毎のシミュレーション曲線又は実験
曲線を制御処理回路２０で照合することにより、検出誤
差ε0がわかる。
【００５２】検出位置での±１次回折光強度は以下の方
法により求める。第１の状態として照射光の右側に発生
する＋１次回折光を検出する場合を考える。この場合は
−１次回折光と照射光は必要ないため、シャッター１８
の遮光部１８ａと１８ｃで−１次回折光と照射光を同時
に遮光し、＋１次回折光の一部をビームスプリッタ１０
ｃで反射させて光強度検出器１９で検出する。
法により求める。第１の状態として照射光の右側に発生
する＋１次回折光を検出する場合を考える。この場合は
−１次回折光と照射光は必要ないため、シャッター１８
の遮光部１８ａと１８ｃで−１次回折光と照射光を同時
に遮光し、＋１次回折光の一部をビームスプリッタ１０
ｃで反射させて光強度検出器１９で検出する。
【００５３】第２の状態として照射光の左側に発生する
−１次回折光を検出する場合を考える。この場合は＋１
次回折光は必要ないため、シャッター１８の遮光部１８
ｂで＋１次回折光を遮光し、−１次回折光の一部をビー
ムスプリッタ１０ｄで反射させて光強度検出器１９で検
出する。照射光も遮光する必要があるが、遮光すると回
折光自体が発生しなくなるため、後で照射光強度分を差
し引く方法をとる。
−１次回折光を検出する場合を考える。この場合は＋１
次回折光は必要ないため、シャッター１８の遮光部１８
ｂで＋１次回折光を遮光し、−１次回折光の一部をビー
ムスプリッタ１０ｄで反射させて光強度検出器１９で検
出する。照射光も遮光する必要があるが、遮光すると回
折光自体が発生しなくなるため、後で照射光強度分を差
し引く方法をとる。
【００５４】照射光強度を検出するときは、ウェハ２よ
り発生する±１次回折光の両方をシャッター１８の遮光
部１８ａと１８ｂで同時に遮光し、照射光の一部をビー
ムスプリッタ１０ｂで反射させて光強度検出器１９で検
出する。
り発生する±１次回折光の両方をシャッター１８の遮光
部１８ａと１８ｂで同時に遮光し、照射光の一部をビー
ムスプリッタ１０ｂで反射させて光強度検出器１９で検
出する。
【００５５】従って、瞬間的にシャッター１８を作動さ
せて、＋１次回折光、照射光及び−１次回折光＋照射光
を光強度検出器１９に入射させれば、ほぼ同時に±１次
回折光強度及び照射光強度を検出できる。
せて、＋１次回折光、照射光及び−１次回折光＋照射光
を光強度検出器１９に入射させれば、ほぼ同時に±１次
回折光強度及び照射光強度を検出できる。
【００５６】このため、光強度検出器１９で検出される
＋１次回折光強度又は−１次回折光強度を同一の光強度
検出器１９で検出される照射光強度で除算してやれば、
照射光強度の変動を除去（正規化）でき、高精度な回折
光強度が検出できる。このようにして求めた正規化した
＋１次回折光強度をＩａ0、正規化した−１次回折光強
度をＩｂ0とすると、±１次回折光の正規化相対強度差
Ｓは（Ｉａ0−Ｉｂ0）／（Ｉａ0＋Ｉｂ0）により求めら
れる。
＋１次回折光強度又は−１次回折光強度を同一の光強度
検出器１９で検出される照射光強度で除算してやれば、
照射光強度の変動を除去（正規化）でき、高精度な回折
光強度が検出できる。このようにして求めた正規化した
＋１次回折光強度をＩａ0、正規化した−１次回折光強
度をＩｂ0とすると、±１次回折光の正規化相対強度差
Ｓは（Ｉａ0−Ｉｂ0）／（Ｉａ0＋Ｉｂ0）により求めら
れる。
【００５７】本実施例によれば、回折光強度と照射光強
度の検出を同一の検出器で行えるため、検出器の器差の
影響を除去できるという効果がある。
度の検出を同一の検出器で行えるため、検出器の器差の
影響を除去できるという効果がある。
【００５８】またビームスプリッタ１０ｂ，１０ｃ，１
０ｄの透過率がそれぞれＴ1，Ｔ2，Ｔ3と異なる場合
は、光強度検出器１９で検出される照射光、＋１時回折
光、−１次回折光の強度をそれぞれ（１−Ｔ2）・Ｔ4，
Ｔ2・（１−Ｔ3），Ｔ2 2・Ｔ3・（１−Ｔ4）で割って補
正を行えば、正確な±１次回折光の強度を求めることが
できる。
０ｄの透過率がそれぞれＴ1，Ｔ2，Ｔ3と異なる場合
は、光強度検出器１９で検出される照射光、＋１時回折
光、−１次回折光の強度をそれぞれ（１−Ｔ2）・Ｔ4，
Ｔ2・（１−Ｔ3），Ｔ2 2・Ｔ3・（１−Ｔ4）で割って補
正を行えば、正確な±１次回折光の強度を求めることが
できる。
【００５９】＋１次回折光または−１次回折光または照
射光遮光に用いるシャッター１８の遮光部１８ａ，１８
ｂ，１８ｃの切り替えには数秒以内で済むことから、数
秒以内のレーザ出力強度変動量が無視できるほど小さけ
れば、実効的に同一検出器で同時に前記３つの強度を測
定したことになるため、正確な±１次回折光及び照射光
の強度を求めることができる。
射光遮光に用いるシャッター１８の遮光部１８ａ，１８
ｂ，１８ｃの切り替えには数秒以内で済むことから、数
秒以内のレーザ出力強度変動量が無視できるほど小さけ
れば、実効的に同一検出器で同時に前記３つの強度を測
定したことになるため、正確な±１次回折光及び照射光
の強度を求めることができる。
【００６０】図６は本発明によるアライメント方法及び
その装置の第３の実施例を示す図である。
その装置の第３の実施例を示す図である。
【００６１】図において、１はレティクル、２はウェ
ハ、２ａはレジスト、２ｂはアライメントマーク、３は
ステージ、４は縮小レンズ、５はレーザ、９はミラー、
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅはビームスプ
リッタ、１１はリレーレンズ、１３は入射瞳、１４は対
物レンズ、１５は空間フィルタ、１６は円筒レンズ、１
７はリニアイメージセンサ、１８ａ，１８ｂはシャッタ
ー、１９ａ，１９ｂは光強度検出器、２０は制御処理回
路、２１はステージ駆動回路、２２はレジスト膜厚測定
器、２３は複素屈折率測定器、２４はマーク段差測定
器、３５はコリメータレンズ、１１１，１１２，１２
１，１２２は光路である。
ハ、２ａはレジスト、２ｂはアライメントマーク、３は
ステージ、４は縮小レンズ、５はレーザ、９はミラー、
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅはビームスプ
リッタ、１１はリレーレンズ、１３は入射瞳、１４は対
物レンズ、１５は空間フィルタ、１６は円筒レンズ、１
７はリニアイメージセンサ、１８ａ，１８ｂはシャッタ
ー、１９ａ，１９ｂは光強度検出器、２０は制御処理回
路、２１はステージ駆動回路、２２はレジスト膜厚測定
器、２３は複素屈折率測定器、２４はマーク段差測定
器、３５はコリメータレンズ、１１１，１１２，１２
１，１２２は光路である。
【００６２】この構成で垂直方向の偏光（Ｓ偏光）を持
つレーザ５から出射した光は、ビームスプリッタ１０ａ
で透過光と反射光に分かれ、反射光は光強度検出器１９
ａに入射する。ビームスプリッタ１０ａを透過した光は
ビームスプリッタ１０ｂに入射する。ビームスプリッタ
１０ｂに入射した光はさらに透過光と反射光に分かれ
る。
つレーザ５から出射した光は、ビームスプリッタ１０ａ
で透過光と反射光に分かれ、反射光は光強度検出器１９
ａに入射する。ビームスプリッタ１０ａを透過した光は
ビームスプリッタ１０ｂに入射する。ビームスプリッタ
１０ｂに入射した光はさらに透過光と反射光に分かれ
る。
【００６３】いま第１の状態としてビームスプリッタ１
０ｂを透過する光について記述する。ビームスプリッタ
１０ｂを透過する光はミラー９、シャッター１８ａ，１
８ｂ、ビームスプリッタ１０ｃを通り、コリメータレン
ズ３５に入射する。コリメータレンズ３５に入射した光
は光路１１１を通り、縮小レンズ４を介して光路１２１
を通り、１次回折角の半分のθ／２でウェハ２に入射す
る。
０ｂを透過する光について記述する。ビームスプリッタ
１０ｂを透過する光はミラー９、シャッター１８ａ，１
８ｂ、ビームスプリッタ１０ｃを通り、コリメータレン
ズ３５に入射する。コリメータレンズ３５に入射した光
は光路１１１を通り、縮小レンズ４を介して光路１２１
を通り、１次回折角の半分のθ／２でウェハ２に入射す
る。
【００６４】このときアライメントマーク２ｂによって
発生する１次回折光は、照射光と同じ光路１２１を戻
り、ビームスプリッタ１０ｃに入射する。尚、同時に発
生する正反射光（０次回折光）は、光路１２２，１１２
を戻るが、シャッター１８ｂによって遮光されるため、
ビームスプリッタ１０ｄには入射しない。ビームスプリ
ッタ１０ｃを反射した光は、ビームスプリッタ１０ｅに
入射する。ビームスプリッタ１０ｅを反射した光は光強
度検出器１９ｂに入射する。
発生する１次回折光は、照射光と同じ光路１２１を戻
り、ビームスプリッタ１０ｃに入射する。尚、同時に発
生する正反射光（０次回折光）は、光路１２２，１１２
を戻るが、シャッター１８ｂによって遮光されるため、
ビームスプリッタ１０ｄには入射しない。ビームスプリ
ッタ１０ｃを反射した光は、ビームスプリッタ１０ｅに
入射する。ビームスプリッタ１０ｅを反射した光は光強
度検出器１９ｂに入射する。
【００６５】ビームスプリッタ１０ｅを透過した光はリ
レーレンズ１１、対物レンズ１４を介して空間フィルタ
１５に達し、ここで１次回折光のみを選択的に透過させ
た後、円筒レンズ１６によりＹ方向に圧縮し、リニアイ
メージセンサ１７上に結像し、図９のような検出波形３
６を得る。そして、ウェハ２がＸ方向に移動すれば、リ
ニアイメージセンサ１７上のアライメントマーク２ｂの
像位置が変化し、アライメントマーク２ｂの中心位置の
測定が可能となる。
レーレンズ１１、対物レンズ１４を介して空間フィルタ
１５に達し、ここで１次回折光のみを選択的に透過させ
た後、円筒レンズ１６によりＹ方向に圧縮し、リニアイ
メージセンサ１７上に結像し、図９のような検出波形３
６を得る。そして、ウェハ２がＸ方向に移動すれば、リ
ニアイメージセンサ１７上のアライメントマーク２ｂの
像位置が変化し、アライメントマーク２ｂの中心位置の
測定が可能となる。
【００６６】次に第２の状態としてビームスプリッタ１
０ｂを反射する光について記述する。ビームスプリッタ
１０ｂを反射する光は、シャッター１８ａ，１８ｂ、ビ
ームスプリッタ１０ｄを通り、コリメータレンズ３５に
入射する。コリメータレンズ３５を通過した光は光路１
１２を通り、縮小レンズ４を介して光路１２２を通り、
１次回折角の半分のθ／２でウェハ２に入射する。
０ｂを反射する光について記述する。ビームスプリッタ
１０ｂを反射する光は、シャッター１８ａ，１８ｂ、ビ
ームスプリッタ１０ｄを通り、コリメータレンズ３５に
入射する。コリメータレンズ３５を通過した光は光路１
１２を通り、縮小レンズ４を介して光路１２２を通り、
１次回折角の半分のθ／２でウェハ２に入射する。
【００６７】このときアライメントマーク２ｂによって
発生する１次回折光は、照射光と同じ光路１２２を戻
り、ビームスプリッタ１０ｄに入射する。尚、同時に発
生する正反射光（０次回折光）は光路１２１，１１１を
戻るが、シャッター１８ｂによって遮光されるため、ビ
ームスプリッタ１０ｃに入射しない。ビームスプリッタ
１０ｄを反射した光は、ビームスプリッタ１０ｅに入射
する。
発生する１次回折光は、照射光と同じ光路１２２を戻
り、ビームスプリッタ１０ｄに入射する。尚、同時に発
生する正反射光（０次回折光）は光路１２１，１１１を
戻るが、シャッター１８ｂによって遮光されるため、ビ
ームスプリッタ１０ｃに入射しない。ビームスプリッタ
１０ｄを反射した光は、ビームスプリッタ１０ｅに入射
する。
【００６８】この後は、第１の状態と同様の光路を進
み、光強度検出器１９ｂで１次回折光の強度を、リニア
イメージセンサ１７でアライメントマーク２ｂの像位置
をそれぞれ検出する。
み、光強度検出器１９ｂで１次回折光の強度を、リニア
イメージセンサ１７でアライメントマーク２ｂの像位置
をそれぞれ検出する。
【００６９】従って、制御処理回路２０によって、シャ
ッター１８ａ，１８ｂを瞬間的に作動させれば、光強度
検出器１９ａ，１９ｂで検出される第１，第２の状態の
照射光・１次回折光強度から検出位置での正規化された
１次回折光の相対強度差Ｓ0が求められ、同時にアライ
メントマーク２ｂの像位置の検出もできる。この後の処
理は図１と同様に行われ、予めレジスト膜厚測定器２
２、複素屈折率測定器２３、マーク段差測定器２４より
得られた各プロセス条件毎のシミュレーション曲線又は
実験曲線と検出位置での前記相対強度差Ｓ0を制御処理
回路２０で照合することにより、検出誤差ε0がわか
る。
ッター１８ａ，１８ｂを瞬間的に作動させれば、光強度
検出器１９ａ，１９ｂで検出される第１，第２の状態の
照射光・１次回折光強度から検出位置での正規化された
１次回折光の相対強度差Ｓ0が求められ、同時にアライ
メントマーク２ｂの像位置の検出もできる。この後の処
理は図１と同様に行われ、予めレジスト膜厚測定器２
２、複素屈折率測定器２３、マーク段差測定器２４より
得られた各プロセス条件毎のシミュレーション曲線又は
実験曲線と検出位置での前記相対強度差Ｓ0を制御処理
回路２０で照合することにより、検出誤差ε0がわか
る。
【００７０】本実施例では、ウェハ２への入射角が１次
回折角の半分であるため、空気の密度変化による光路シ
フトの影響を受けにくいという効果がある。
回折角の半分であるため、空気の密度変化による光路シ
フトの影響を受けにくいという効果がある。
【００７１】本発明は図１において縮小レンズ４を介さ
ずにコリメータレンズ３５から直接アライメントマーク
２ｂに照射光を入射させることにより、プロキシミティ
露光装置に適用することもできる。
ずにコリメータレンズ３５から直接アライメントマーク
２ｂに照射光を入射させることにより、プロキシミティ
露光装置に適用することもできる。
【００７２】
【発明の効果】以上、本発明によれば、レジスト塗布膜
厚、ウェハ下地層の複素屈折率、アライメントマークの
マーク段差といったプロセス条件の変化に対しても、量
産ウェハの各製造工程毎に±１次回折光の相対強度差を
各プロセス条件毎の前記相対強度差と検出誤差との関係
を示すシミュレーション曲線又は実験曲線に代入するだ
けで、検出誤差の測定ができるために、従来、回折光ア
ライメント検出方式の問題点の１つであったレジストの
塗布むらによるアライメントマークの中心位置の検出誤
差を補正することができ、線幅０．５μｍ以下のＬＳＩ
の重ねあわせ精度が向上するという効果がある。
厚、ウェハ下地層の複素屈折率、アライメントマークの
マーク段差といったプロセス条件の変化に対しても、量
産ウェハの各製造工程毎に±１次回折光の相対強度差を
各プロセス条件毎の前記相対強度差と検出誤差との関係
を示すシミュレーション曲線又は実験曲線に代入するだ
けで、検出誤差の測定ができるために、従来、回折光ア
ライメント検出方式の問題点の１つであったレジストの
塗布むらによるアライメントマークの中心位置の検出誤
差を補正することができ、線幅０．５μｍ以下のＬＳＩ
の重ねあわせ精度が向上するという効果がある。
【００７３】また重ねあわせ精度の向上に伴って、歩留
まり高くＬＳＩの生産ができるため、高実装密度のＬＳ
Ｉの生産が可能になるという効果がある。
まり高くＬＳＩの生産ができるため、高実装密度のＬＳ
Ｉの生産が可能になるという効果がある。
【図１】本発明によるアライメント方法及びその装置の
第１の実施例を示す概略構成図である。
第１の実施例を示す概略構成図である。
【図２】アライメントマーク上のレジストの塗布むらを
示す図である。
示す図である。
【図３】レジスト塗布むら量と±１次回折光の強度との
関係を示す計算例を示す図である。
関係を示す計算例を示す図である。
【図４】プロセス条件を変えたときの±１次回折光の相
対強度差と検出誤差の関係を示す計算例を示す図であ
る。
対強度差と検出誤差の関係を示す計算例を示す図であ
る。
【図５】本発明によるアライメント方法及びその装置の
第２の実施例を示す概略構成図である。
第２の実施例を示す概略構成図である。
【図６】本発明によるアライメント方法及びその装置の
第３の実施例を示す概略構成図である。
第３の実施例を示す概略構成図である。
【図７】従来のアライメント装置の一例を示す概略構成
図である。
図である。
【図８】回折光検出の原理を示す図である。
【図９】回折光検出波形の検出例を示す図である。
【図１０】レジストによる回折光検出波形のシフトを示
す図である。
す図である。
【図１１】実際のアライメントマークの断面形状を示す
図である。
図である。
【図１２】本発明の原理を示すブロック図である。
１…レティクル、 ２…ウェハ、 ２ａ…レジスト、 ２ｂ…回折格子、 ３…ステージ、 ４…縮小レンズ、 ５…レーザ、 ６…凸レンズａ、 ７…凸レンズｂ、 ８…ピンホール、 ９…ミラー、 １０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ…ビームスプリッタ、 １１…リレーレンズ、 １２…先端ミラー、 １３…入射瞳、 １４…対物レンズ、 １５…空間フィルタ、 １６…円筒レンズ、 １７…リニアイメージセンサ、 １８…シャッター、 １９ａ，１９ｂ…光強度検出器、 ２０…制御処理回路、 ２１…ステージ駆動回路、 ２２…レジスト膜厚測定器、 ２３…複素屈折率測定器、 ２４…マーク段差測定器。
Claims (12)
- 【請求項１】位置検出すべき物体の上に形成されたレジ
ストの塗布された回折光検出用アライメントマークに、
所定の角度で、照射光を照射したときに発生する正反射
光を除いた回折光を用いて回折光検出用アライメントマ
ークの像の中心位置を検出するアライメント方法におい
て、前記回折光検出用アライメントマークから発生する
左右方向の回折光の強度と前記照射光の強度の比から求
められる正規化された左右の回折光強度の相対強度差
と、予め得られた回折光検出用アライメントマークの段
差データとレジスト膜厚データと複素屈折率データより
生成されるシミュレーション曲線又は実験曲線からレジ
ストの塗布むらによるアライメントマークの像の中心位
置の検出誤差を算出し、前記検出誤差を回折光アライメ
ント検出方式の制御処理回路にフィードフォワードし、
検出位置の補正をすることを特徴とするアライメント方
法。 - 【請求項２】請求項１記載のアライメント方法におい
て、回折光検出用アライメントマークに、垂直に照射光
を照射し、このとき照射光の光路の左右方向に発生する
回折光の強度と前記照射光の強度をそれぞれ検出するこ
とを特徴とするアライメント方法。 - 【請求項３】請求項２記載のアライメント方法におい
て、照射光の光路の左右方向に発生する回折光の強度と
前記照射光の強度とを同時に検出することを特徴とする
アライメント方法。 - 【請求項４】請求項２記載のアライメント方法におい
て、前記左右の方向のうち、少なくとも一方についてそ
れぞれの照射光の強度とこの照射光により発生する前記
回折光の強度を同一の検出器で検出することを特徴とす
るアライメント方法。 - 【請求項５】請求項１記載のアライメント方法におい
て、照射光を左右方向から交互に照射することを特徴と
するアライメント方法。 - 【請求項６】請求項２、３、４又は５記載のアライメン
ト方法において、前記回折光が１次回折光であることを
特徴とするアライメント方法。 - 【請求項７】位置検出すべき物体の上に形成されたレジ
ストの塗布された回折光検出用アライメントマークに、
所定の角度で、照射光を照射する手段と、このとき発生
する正反射光を除いた回折光を用いて回折光検出用アラ
イメントマークの像の中心位置を検出する手段とを具備
するアライメント装置において、前記回折光検出用アラ
イメントマークから発生する左右方向の回折光の強度と
前記照射光の強度をそれぞれ検出する手段と、前記照射
光の照射により前記回折光検出用アライメントマークか
ら発生する前記左右方向の回折光強度と前記照射光の強
度の比から正規化された左右方向の回折光強度を求める
手段と、前記左右方向の正規化された回折光強度より正
規化された左右の相対強度差を求める手段と、予め得ら
れた回折光検出用アライメントマークの段差データとレ
ジスト膜厚データと複素屈折率データよりシミュレーシ
ョン曲線又は実験曲線を生成する手段と、前記の正規化
された左右の相対強度差と前記シミュレーション曲線又
は実験曲線を照合してレジストの塗布むらによるアライ
メントマークの像の中心位置の検出誤差を算出する手段
と、前記検出誤差を回折光アライメント検出方式の制御
処理回路にフィードフォワードし検出位置の補正をする
手段とを具備することを特徴とするアライメント装置。 - 【請求項８】請求項７記載のアライメント装置におい
て、回折光検出用アライメントマークに垂直に照射光を
照射する手段と、このとき照射光の光路の左右方向に発
生する回折光の強度と前記照射光の強度をそれぞれ検出
する手段とを具備することを特徴とするアライメント装
置。 - 【請求項９】請求項８記載のアライメント装置におい
て、照射光の光路の左右方向に発生する回折光の強度と
前記照射光の強度とを同時に検出する手段を具備するこ
とを特徴とするアライメント装置。 - 【請求項１０】請求項８記載のアライメント装置におい
て、前記左右の方向のうち、少なくとも一方についてそ
れぞれの照射光の強度とこの照射光により発生する前記
回折光の強度を同一の検出器で検出する手段を具備する
ことを特徴とするアライメント装置。 - 【請求項１１】請求項７記載のアライメント装置におい
て、照射光を左右方向から交互に照射する手段を具備す
ることを特徴とするアライメント装置。 - 【請求項１２】請求項８、９、１０又は１１記載のアラ
イメント装置において、前記回折光が１次回折光である
ことを特徴とするアライメント装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31470293A JP3351071B2 (ja) | 1993-12-15 | 1993-12-15 | アライメント方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31470293A JP3351071B2 (ja) | 1993-12-15 | 1993-12-15 | アライメント方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07167614A true JPH07167614A (ja) | 1995-07-04 |
| JP3351071B2 JP3351071B2 (ja) | 2002-11-25 |
Family
ID=18056527
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31470293A Expired - Fee Related JP3351071B2 (ja) | 1993-12-15 | 1993-12-15 | アライメント方法及び装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3351071B2 (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1006413A2 (en) * | 1998-12-01 | 2000-06-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Alignment method and exposure apparatus using the same |
| WO2000057126A1 (fr) * | 1999-03-24 | 2000-09-28 | Nikon Corporation | Dispositifs et procedes de determination de position, d'exposition, et de determination d'alignement |
| EP1090329A1 (en) * | 1998-04-30 | 2001-04-11 | Nikon Corporation | Alignment simulation |
| JP2002353121A (ja) * | 2001-05-28 | 2002-12-06 | Nikon Corp | 露光方法及びデバイス製造方法 |
| EP1431833A2 (en) * | 2002-12-16 | 2004-06-23 | ASML Netherlands B.V. | Lithographic apparatus, device manufacturing method, and device manufactured thereby |
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| JP2009539109A (ja) * | 2006-06-01 | 2009-11-12 | ケーエルエー−テンカー テクノロジィース コーポレイション | 次数選択されたオーバレイ測定 |
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| US10314142B2 (en) | 2015-08-25 | 2019-06-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Apparatus and method for detecting position, exposure apparatus, and method for the same |
-
1993
- 1993-12-15 JP JP31470293A patent/JP3351071B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| CN106950221B (zh) * | 2017-04-29 | 2023-11-03 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 一种手持式涂布对称检测装置及检测方法 |
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