JPH11241908A - 位置検出装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 - Google Patents
位置検出装置及びそれを用いたデバイスの製造方法Info
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- JPH11241908A JPH11241908A JP10350746A JP35074698A JPH11241908A JP H11241908 A JPH11241908 A JP H11241908A JP 10350746 A JP10350746 A JP 10350746A JP 35074698 A JP35074698 A JP 35074698A JP H11241908 A JPH11241908 A JP H11241908A
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 マスクとウエハとの相対的な位置決めを高精
度に行うことのできる位置検出装置及びそれを用いたデ
バイスの製造方法を得ること。 【解決手段】 対向配置した第１物体と第２物体のうち
該第１物体にレンズ作用をする第１の物理光学素子を設
け、該第２物体にレンズ作用をする第２の物理光学素子
を設け、光照射手段からの光束を該第１，第２の物理光
学素子に照射させ、該第１，第２の物理光学素子を介し
た光束を光検出器で検出して、該第１物体と第２物体と
の相対的な位置検出を行う位置検出装置において、該光
照射手段は複数の波長の光のうちから所定の波長の光を
選択して照射しており、該光照射手段によって選択した
光の波長に基づいて該第１物体と第２物体との間隔を間
隔設定手段で変更していること。
度に行うことのできる位置検出装置及びそれを用いたデ
バイスの製造方法を得ること。 【解決手段】 対向配置した第１物体と第２物体のうち
該第１物体にレンズ作用をする第１の物理光学素子を設
け、該第２物体にレンズ作用をする第２の物理光学素子
を設け、光照射手段からの光束を該第１，第２の物理光
学素子に照射させ、該第１，第２の物理光学素子を介し
た光束を光検出器で検出して、該第１物体と第２物体と
の相対的な位置検出を行う位置検出装置において、該光
照射手段は複数の波長の光のうちから所定の波長の光を
選択して照射しており、該光照射手段によって選択した
光の波長に基づいて該第１物体と第２物体との間隔を間
隔設定手段で変更していること。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は位置検出装置及びそ
れを用いたデバイスの製造方法に関し、例えばＩＣ，Ｌ
ＳＩ等の半導体デバイス、ＣＣＤ等の撮像デバイス、液
晶パネル等の表示デバイス、磁気ヘッド等のデバイス製
造用のプロキシミティタイプの露光装置や所謂ステッパ
ーや走査型露光装置等において、マスクやレチクル（以
下「マスク」という。）等の第１物体面上に形成されて
いる微細な電子回路パターンをウエハ等の第２物体面上
に露光転写する際にマスクとウエハとの間隔を測定し、
所定の値に制御して、双方の相対的な位置決め（アライ
メント）を行う場合に好適なものである。
れを用いたデバイスの製造方法に関し、例えばＩＣ，Ｌ
ＳＩ等の半導体デバイス、ＣＣＤ等の撮像デバイス、液
晶パネル等の表示デバイス、磁気ヘッド等のデバイス製
造用のプロキシミティタイプの露光装置や所謂ステッパ
ーや走査型露光装置等において、マスクやレチクル（以
下「マスク」という。）等の第１物体面上に形成されて
いる微細な電子回路パターンをウエハ等の第２物体面上
に露光転写する際にマスクとウエハとの間隔を測定し、
所定の値に制御して、双方の相対的な位置決め（アライ
メント）を行う場合に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、半導体製造用の露光装置にお
いては、マスクとウエハの相対的な位置合わせは性能向
上を図る為の重要な一要素となっている。特に最近の露
光装置における位置合わせにおいては、半導体素子の高
集積化の為に、例えばサブミクロン以下の位置合わせ精
度を有するものが要求されている。
いては、マスクとウエハの相対的な位置合わせは性能向
上を図る為の重要な一要素となっている。特に最近の露
光装置における位置合わせにおいては、半導体素子の高
集積化の為に、例えばサブミクロン以下の位置合わせ精
度を有するものが要求されている。
【０００３】多くの位置合わせ装置においては、マスク
とウエハとの間隔を面間隔測定装置で測定し、所定の間
隔となるようにした後にマスク及びウエハ面上のスクラ
イブライン上に設けた位置合わせ用の所謂アライメント
パターン（「アライメントマーク」ともいう。）より得
られる位置情報を利用して、双方のアライメントを行っ
ている。
とウエハとの間隔を面間隔測定装置で測定し、所定の間
隔となるようにした後にマスク及びウエハ面上のスクラ
イブライン上に設けた位置合わせ用の所謂アライメント
パターン（「アライメントマーク」ともいう。）より得
られる位置情報を利用して、双方のアライメントを行っ
ている。
【０００４】このときのアライメント方法としては、例
えば米国特許第 ４０３７９６９号や特開昭５６−１５
７０３３号公報ではアライメントパターンとしてゾーン
プレートを用い、該ゾーンプレートに光束を照射し、こ
のときゾーンプレートから射出した光束の所定面上にお
ける集光点位置を検出すること等により行っている。
えば米国特許第 ４０３７９６９号や特開昭５６−１５
７０３３号公報ではアライメントパターンとしてゾーン
プレートを用い、該ゾーンプレートに光束を照射し、こ
のときゾーンプレートから射出した光束の所定面上にお
ける集光点位置を検出すること等により行っている。
【０００５】又、米国特許第４３１１３８９号ではマス
ク面上にその回折光が所謂シリンドリカルレンズと同様
の光学作用を持つようなアライメントパターンを設け、
ウエハ面上にはその回折光を更にマスクとウエハが合致
したときに所定次数の回折光の光量が最大となるような
点列状のアライメントパターンを設け、双方のアライメ
ントパターンを介した光束を検出することによってマス
クとウエハとの相対的位置関係の検出を行っている。
ク面上にその回折光が所謂シリンドリカルレンズと同様
の光学作用を持つようなアライメントパターンを設け、
ウエハ面上にはその回折光を更にマスクとウエハが合致
したときに所定次数の回折光の光量が最大となるような
点列状のアライメントパターンを設け、双方のアライメ
ントパターンを介した光束を検出することによってマス
クとウエハとの相対的位置関係の検出を行っている。
【０００６】これらの検出方法のうちアライメントマー
クとして直線回折格子やゾーンプレートを用いる方式
は、マーク内の欠陥に影響されにくいという意味で半導
体プロセスに強い比較的高精度のアライメントができる
という特徴がある。
クとして直線回折格子やゾーンプレートを用いる方式
は、マーク内の欠陥に影響されにくいという意味で半導
体プロセスに強い比較的高精度のアライメントができる
という特徴がある。
【０００７】図１４はゾーンプレートを利用した従来の
位置検出装置の概略図である。同図において、光源７２
から射出した平行光束はハーフミラー７４を通過後、集
光レンズ７６で集光点７８に集光された後、マスク１６
８面上のマスクアライメントパターン１６８ａ及び支持
台１６２に載置したウエハ１６０面上のウエハアライメ
ントパターン１６０ａを照射する。
位置検出装置の概略図である。同図において、光源７２
から射出した平行光束はハーフミラー７４を通過後、集
光レンズ７６で集光点７８に集光された後、マスク１６
８面上のマスクアライメントパターン１６８ａ及び支持
台１６２に載置したウエハ１６０面上のウエハアライメ
ントパターン１６０ａを照射する。
【０００８】これらのアライメントパターン１６８ａ，
１６０ａは反射型のゾーンプレートより構成され、各々
集光点７８を含む光軸と直交する平面上に集光点を形成
する。このときの平面上の集光点位置のずれ量を集光レ
ンズ７６とレンズ８０により検出器８２上に導光して検
出している。そして検出器８２からの出力信号に基づい
て制御回路８４により駆動回路１６４を駆動させてマス
ク１６８とウエハ１６０の相対的な位置決めを行ってい
る。
１６０ａは反射型のゾーンプレートより構成され、各々
集光点７８を含む光軸と直交する平面上に集光点を形成
する。このときの平面上の集光点位置のずれ量を集光レ
ンズ７６とレンズ８０により検出器８２上に導光して検
出している。そして検出器８２からの出力信号に基づい
て制御回路８４により駆動回路１６４を駆動させてマス
ク１６８とウエハ１６０の相対的な位置決めを行ってい
る。
【０００９】図１５は図１４に示したマスクアライメン
トパターン１６８ａとウエハアライメントパターン１６
０ａからの光束の結像関係を示した説明図である。
トパターン１６８ａとウエハアライメントパターン１６
０ａからの光束の結像関係を示した説明図である。
【００１０】同図において集光点７８から発散した光束
はマスクアライメントパターン１６８ａよりその一部の
光束が回折し、集光点７８近傍にマスク位置を示す集光
点７８ａを形成する。又、その他の一部の光束はマスク
１６８を０次透過光として透過し、波面を変えずにウエ
ハ１６０面上のアライメントパターン１６０ａに入射す
る。このとき光束はウエハアライメントパターン１６０
ａにより回折された後、再びマスク１６８を０次透過光
として透過し、集光点７８近傍に集光し、ウエハ位置を
あらわす集光点７８ｂを形成する。
はマスクアライメントパターン１６８ａよりその一部の
光束が回折し、集光点７８近傍にマスク位置を示す集光
点７８ａを形成する。又、その他の一部の光束はマスク
１６８を０次透過光として透過し、波面を変えずにウエ
ハ１６０面上のアライメントパターン１６０ａに入射す
る。このとき光束はウエハアライメントパターン１６０
ａにより回折された後、再びマスク１６８を０次透過光
として透過し、集光点７８近傍に集光し、ウエハ位置を
あらわす集光点７８ｂを形成する。
【００１１】同図においてウエハ１６０により回折され
た光束が集光点を形成する際には、マスク１６８は単な
る素通し状態としての作用をする。このようにして形成
されたウエハアライメントパターン１６０ａによる集光
点７８ｂの位置は、ウエハ１６０のマスク１６８に対す
るマスク・ウエハ面に沿った方向（横方向）のずれ量Δ
σに応じて集光点７８を含む光軸と直交する平面に沿っ
て該ずれ量Δσに対応した量のずれ量Δσ′として形成
される。
た光束が集光点を形成する際には、マスク１６８は単な
る素通し状態としての作用をする。このようにして形成
されたウエハアライメントパターン１６０ａによる集光
点７８ｂの位置は、ウエハ１６０のマスク１６８に対す
るマスク・ウエハ面に沿った方向（横方向）のずれ量Δ
σに応じて集光点７８を含む光軸と直交する平面に沿っ
て該ずれ量Δσに対応した量のずれ量Δσ′として形成
される。
【００１２】このずれ量Δσ′をセンサ上に設けた絶対
座標系を基準として測定することにより、ずれ量Δσを
求めている。
座標系を基準として測定することにより、ずれ量Δσを
求めている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】図１４に示す従来の位
置検出装置では、マスクのメンブレンの膜厚むら、ウエ
ハのプロセス依存、あるいはウエハ表面に塗布されてい
るレジスト膜厚の違い等によって、アライメントパター
ンからの回折光強度が著しく変化してくる。そのため、
ウエハによっては、充分な測定信号光としてのＳ／Ｎ比
を得ることができず、位置合わせ信号の安定性が悪くな
り、高精度な位置検出が行えない場合が生じてくる。こ
のような場合の解決策として、従来から異なる波長の光
を用いてＡ／Ｎ比の向上を図るように工夫されている。
置検出装置では、マスクのメンブレンの膜厚むら、ウエ
ハのプロセス依存、あるいはウエハ表面に塗布されてい
るレジスト膜厚の違い等によって、アライメントパター
ンからの回折光強度が著しく変化してくる。そのため、
ウエハによっては、充分な測定信号光としてのＳ／Ｎ比
を得ることができず、位置合わせ信号の安定性が悪くな
り、高精度な位置検出が行えない場合が生じてくる。こ
のような場合の解決策として、従来から異なる波長の光
を用いてＡ／Ｎ比の向上を図るように工夫されている。
【００１４】しかしながら、アライメントマークにゾー
ンプレートを用いるような上記従来例の場合において
は、ゾーンプレートの色収差の為に、回折光が光検出器
上に結像しなくなり、ボケが生じてくる。
ンプレートを用いるような上記従来例の場合において
は、ゾーンプレートの色収差の為に、回折光が光検出器
上に結像しなくなり、ボケが生じてくる。
【００１５】この場合、ゾーンプレート内の回折効率に
ムラがある場合、極端に検出精度が劣化する。また、異
なる波長の光に対応したゾーンプレートをマスク面上に
設けると、マスク面上でアライメントマークの占める面
積が増え、例えば２０層以上の重ね合わせが必要となる
最新の半導体製造プロセスにおいては、アライメントマ
ークをマスク面上に配置することが困難になる。
ムラがある場合、極端に検出精度が劣化する。また、異
なる波長の光に対応したゾーンプレートをマスク面上に
設けると、マスク面上でアライメントマークの占める面
積が増え、例えば２０層以上の重ね合わせが必要となる
最新の半導体製造プロセスにおいては、アライメントマ
ークをマスク面上に配置することが困難になる。
【００１６】本発明は、マスクのメンブレンの材質、あ
るいはウエハのプロセス依存、レジスト膜厚に応じて最
適な波長の光束を選択して放射する光照射手段と選択し
た波長に応じて第１物体と第２物体との面間隔を変更す
る間隔設定手段とを利用することにより第１物体と第２
物体の状態が変わっても第１物体と第２物体との相対的
な位置ずれを高精度に検出することができ、高精度なア
ライメントを行うことのできる位置検出装置及びそれを
用いたデバイスの製造方法の提供を目的とする。
るいはウエハのプロセス依存、レジスト膜厚に応じて最
適な波長の光束を選択して放射する光照射手段と選択し
た波長に応じて第１物体と第２物体との面間隔を変更す
る間隔設定手段とを利用することにより第１物体と第２
物体の状態が変わっても第１物体と第２物体との相対的
な位置ずれを高精度に検出することができ、高精度なア
ライメントを行うことのできる位置検出装置及びそれを
用いたデバイスの製造方法の提供を目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明の位置検出装置
は、 (1-1) 対向配置した第１物体と第２物体のうち該第１物
体にレンズ作用をする第１の物理光学素子を設け、該第
２物体にレンズ作用をする第２の物理光学素子を設け、
光照射手段からの光束を該第１，第２の物理光学素子に
照射させ、該第１，第２の物理光学素子を介した光束を
光検出器で検出して、該第１物体と第２物体との相対的
な位置検出を行う位置検出装置において、該光照射手段
は複数の波長の光のうちから所定の波長の光を選択して
照射しており、該光照射手段によって選択した光の波長
に基づいて該第１物体と第２物体との間隔を間隔設定手
段で変更していることを特徴としている。
は、 (1-1) 対向配置した第１物体と第２物体のうち該第１物
体にレンズ作用をする第１の物理光学素子を設け、該第
２物体にレンズ作用をする第２の物理光学素子を設け、
光照射手段からの光束を該第１，第２の物理光学素子に
照射させ、該第１，第２の物理光学素子を介した光束を
光検出器で検出して、該第１物体と第２物体との相対的
な位置検出を行う位置検出装置において、該光照射手段
は複数の波長の光のうちから所定の波長の光を選択して
照射しており、該光照射手段によって選択した光の波長
に基づいて該第１物体と第２物体との間隔を間隔設定手
段で変更していることを特徴としている。
【００１８】特に、 (1-1-1) 前記複数の波長の光の強度分布を記憶する信号
記憶手段と、該複数の波長の光の強度分布を比較して、
最適な波長を選択する波長選択手段を有していること。
記憶手段と、該複数の波長の光の強度分布を比較して、
最適な波長を選択する波長選択手段を有していること。
【００１９】(1-1-2) 前記光検出器は前記複数の波長の
光の各波長毎の光を各々検出する複数の受光素子を有し
ていること。
光の各波長毎の光を各々検出する複数の受光素子を有し
ていること。
【００２０】(1-1-3) 前記光照射手段は前記複数の波長
の各波長毎の光を各々、異なる角度で前記第１の物理光
学素子に入射させていること。
の各波長毎の光を各々、異なる角度で前記第１の物理光
学素子に入射させていること。
【００２１】(1-1-4) 前記物理光学素子と前記光検出器
との間の光路中にノイズ光を除去する為の開口部を有し
ていること。
との間の光路中にノイズ光を除去する為の開口部を有し
ていること。
【００２２】(1-1-5) 前記物理光学素子と前記光検出器
との間の光路中には、該物理光学素子を介した光束を該
光検出器側に導光するレンズ系と、該レンズ系を介した
該物理光学素子の共役面、又はその近傍に該物理光学素
子から生ずるノイズ光を除去する為の視野絞りと、を有
していること。
との間の光路中には、該物理光学素子を介した光束を該
光検出器側に導光するレンズ系と、該レンズ系を介した
該物理光学素子の共役面、又はその近傍に該物理光学素
子から生ずるノイズ光を除去する為の視野絞りと、を有
していること。
【００２３】(1-1-6) 前記物理光学素子と前記光検出器
との間の光路中には、該物理光学素子を介した光束を該
光検出器側に導光するレンズ系と、該レンズ系を介した
該物理光学素子の共役面、又はその近傍に該物理光学素
子から生ずるノイズ光を除去する為の視野絞りと、該視
野絞りを通過した光束を該光検出器に集光する集光レン
ズとを有していること。
との間の光路中には、該物理光学素子を介した光束を該
光検出器側に導光するレンズ系と、該レンズ系を介した
該物理光学素子の共役面、又はその近傍に該物理光学素
子から生ずるノイズ光を除去する為の視野絞りと、該視
野絞りを通過した光束を該光検出器に集光する集光レン
ズとを有していること。
【００２４】(1-1-7) 前記レンズ系は複数の波長の光に
対して色収差補正されていること。等を特徴としてい
る。
対して色収差補正されていること。等を特徴としてい
る。
【００２５】本発明の位置検出方法は、 (2-1) 対向配置した第１物体と第２物体のうち該第１物
体にレンズ作用をする第１の物理光学素子を設け、該第
２物体にレンズ作用をする第２の物理光学素子を設け、
該第１，第２の物理光学素子に光束を照射させ、該第
１，第２の物理光学素子を介した光束を検出して、該第
１物体と第２物体との相対的な位置検出を行う位置検出
方法において、該第１，第２の物理光学素子には複数の
波長の光のうちから所定の波長の光を選択して照射して
おり、選択した光の波長に基づいて該第１物体と第２物
体との間隔を変更していることを特徴としている。
体にレンズ作用をする第１の物理光学素子を設け、該第
２物体にレンズ作用をする第２の物理光学素子を設け、
該第１，第２の物理光学素子に光束を照射させ、該第
１，第２の物理光学素子を介した光束を検出して、該第
１物体と第２物体との相対的な位置検出を行う位置検出
方法において、該第１，第２の物理光学素子には複数の
波長の光のうちから所定の波長の光を選択して照射して
おり、選択した光の波長に基づいて該第１物体と第２物
体との間隔を変更していることを特徴としている。
【００２６】特に、 (2-1-1) 前記複数の波長の光の光強度分布を比較して、
最適な波長の光を選択していることを特徴としている。
最適な波長の光を選択していることを特徴としている。
【００２７】本発明の露光装置は、 (3-1) 構成(1-1) の位置検出装置を用いて第１物体と第
２物体との相対的な位置合わせを行った後に第１物体面
上のパターンを第２物体面上に露光転写していることを
特徴としている。
２物体との相対的な位置合わせを行った後に第１物体面
上のパターンを第２物体面上に露光転写していることを
特徴としている。
【００２８】(3-2) 構成(2-1) の位置検出方法を用いて
第１物体と第２物体との相対的な位置合わせを行った後
に第１物体面上のパターンを第２物体面上に露光転写し
ていることを特徴としている。
第１物体と第２物体との相対的な位置合わせを行った後
に第１物体面上のパターンを第２物体面上に露光転写し
ていることを特徴としている。
【００２９】本発明のデバイスの製造方法は、 (4-1) 構成(1-1) の位置検出装置を用いて第１物体と第
２物体との相対的な位置ずれを求める工程を介してマス
クとウエハとの相対的な位置検出を行った後、該マスク
面上のパターンをウエハ面上に転写し、次いで現像処理
工程を介してデバイスを製造したことを特徴としてい
る。
２物体との相対的な位置ずれを求める工程を介してマス
クとウエハとの相対的な位置検出を行った後、該マスク
面上のパターンをウエハ面上に転写し、次いで現像処理
工程を介してデバイスを製造したことを特徴としてい
る。
【００３０】(4-2) 構成(2-1) の位置検出方法を用いて
第１物体と第２物体との相対的な位置ずれを求める工程
を介してマスクとウエハとの相対的な位置検出を行った
後、該マスク面上のパターンをウエハ面上に転写し、次
いで現像処理工程を介してデバイスを製造したことを特
徴としている。
第１物体と第２物体との相対的な位置ずれを求める工程
を介してマスクとウエハとの相対的な位置検出を行った
後、該マスク面上のパターンをウエハ面上に転写し、次
いで現像処理工程を介してデバイスを製造したことを特
徴としている。
【００３１】(4-3) 構成(3-1) 又は(3-2) の露光装置を
用いてマスク面上のパターンをウエハ面上に転写し、次
いで該ウエハを現像処理工程を介してデバイスを製造し
ていることを特徴としている。
用いてマスク面上のパターンをウエハ面上に転写し、次
いで該ウエハを現像処理工程を介してデバイスを製造し
ていることを特徴としている。
【００３２】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態１の要部
斜視図、図２は図１の一部分の拡大説明図、図３〜図８
は本発明の実施形態１において第１物体と第２物体との
相対的な位置を検出するときの説明図である。
斜視図、図２は図１の一部分の拡大説明図、図３〜図８
は本発明の実施形態１において第１物体と第２物体との
相対的な位置を検出するときの説明図である。
【００３３】本実施形態ではプロキシミティ型の半導体
素子等のデバイス製造用の露光装置に適用した場合を示
している。図中、８は第１物体としてのマスクであり、
その面上には電子回路パターンが形成されている。９は
第２物体としてのウエハである。１０，１１はマスク８
面上に設けたレンズ作用および回折作用を有する物理光
学素子より成るアライメントマーク（ゾーンプレー
ト）、１２，１３はウエハ９面上に設けたレンズ作用及
び回折作用を有する物理光学素子より成るアライメント
マーク（ゾーンプレート）である。
素子等のデバイス製造用の露光装置に適用した場合を示
している。図中、８は第１物体としてのマスクであり、
その面上には電子回路パターンが形成されている。９は
第２物体としてのウエハである。１０，１１はマスク８
面上に設けたレンズ作用および回折作用を有する物理光
学素子より成るアライメントマーク（ゾーンプレー
ト）、１２，１３はウエハ９面上に設けたレンズ作用及
び回折作用を有する物理光学素子より成るアライメント
マーク（ゾーンプレート）である。
【００３４】本実施形態では物理光学素子１０〜１３は
マスク８とウエハ９との面内方向（横ずれ）検出用、所
謂横ずれ検出用のアライメントマーク（ＡＡマーク）と
して用いている。
マスク８とウエハ９との面内方向（横ずれ）検出用、所
謂横ずれ検出用のアライメントマーク（ＡＡマーク）と
して用いている。
【００３５】本実施形態における物理光学素子１０〜１
３は、１次元又は２次元のレンズ作用をするグレーティ
ングレンズやフレネルゾーンプレート又はレンズ作用の
ない回折格子等より成っている。
３は、１次元又は２次元のレンズ作用をするグレーティ
ングレンズやフレネルゾーンプレート又はレンズ作用の
ない回折格子等より成っている。
【００３６】本実施形態ではＬＤ等の光源１からの波長
λ１の光束は、コリメーターレンズ２により平行光束と
なる。平行光束は投光レンズ３及びハーフミラー４を通
り、ミラー５で偏向され、フィルタ６を透過し、露光領
域７内にあるマスク８上の物理光学素子１０，１１に入
射している。物理光学素子１０，１１で光学的作用を受
けた光束はウエハ９上の物理光学素子１２，１３に入射
している。
λ１の光束は、コリメーターレンズ２により平行光束と
なる。平行光束は投光レンズ３及びハーフミラー４を通
り、ミラー５で偏向され、フィルタ６を透過し、露光領
域７内にあるマスク８上の物理光学素子１０，１１に入
射している。物理光学素子１０，１１で光学的作用を受
けた光束はウエハ９上の物理光学素子１２，１３に入射
している。
【００３７】各物理光学素子からの回折光はマスク８と
ウエハ９の横ずれ量を示す情報を含んでおり、フィルタ
６を通り、受光レンズ１４により光検出器１５の受光面
に結像する。
ウエハ９の横ずれ量を示す情報を含んでおり、フィルタ
６を通り、受光レンズ１４により光検出器１５の受光面
に結像する。
【００３８】一方、光源１６からの波長λ１と異なった
波長λ２の光束はコリメーターレンズ１７により平行光
束となる。平行光束は投光レンズ１８及びハーフミラー
４を通り、ミラー５で偏向され、フィルタ６を透過し、
露光領域７内にあるマスク８上の物理光学素子１０，１
１に入射している。物理光学素子１０，１１で光学的作
用を受けた光束はウエハ９上の物理光学素子１２，１３
に入射している。
波長λ２の光束はコリメーターレンズ１７により平行光
束となる。平行光束は投光レンズ１８及びハーフミラー
４を通り、ミラー５で偏向され、フィルタ６を透過し、
露光領域７内にあるマスク８上の物理光学素子１０，１
１に入射している。物理光学素子１０，１１で光学的作
用を受けた光束はウエハ９上の物理光学素子１２，１３
に入射している。
【００３９】ここで各要素１〜４、１６〜１８は複数の
波長の光のうちから所定の波長の光を選択して物理光学
素子を照射する光照射手段の一要素を構成している。
波長の光のうちから所定の波長の光を選択して物理光学
素子を照射する光照射手段の一要素を構成している。
【００４０】各物理光学素子からの回折光はマスク８と
ウエハ９の横ずれ量を示す情報を含んでおり、フィルタ
６を通り、受光レンズ１４により２つの受光素子（ライ
ンセンサー）１５ａ，１５ｂより成る光検出器１５の受
光面に結像する。波長λ１の光はラインセンサー１５ａ
で検出し、波長λ２の光はラインセンサー１５ｂで受光
している。光検出器１５を２次元のエリアセンサーとし
て、各波長に応じて信号処理領域を変えて使用する構成
としても良い。
ウエハ９の横ずれ量を示す情報を含んでおり、フィルタ
６を通り、受光レンズ１４により２つの受光素子（ライ
ンセンサー）１５ａ，１５ｂより成る光検出器１５の受
光面に結像する。波長λ１の光はラインセンサー１５ａ
で検出し、波長λ２の光はラインセンサー１５ｂで受光
している。光検出器１５を２次元のエリアセンサーとし
て、各波長に応じて信号処理領域を変えて使用する構成
としても良い。
【００４１】図２は図１のマスク８とウエハ９上の物理
光学素子の配置と照射光の関係を示している。光源１又
は光源１６からの照射光１９が物理光学素子１０，１１
に照射されて回折し、その後、物理光学素子１２，１３
で回折した回折光２０，２１が光検出器１５へと向かう
状態を示している。
光学素子の配置と照射光の関係を示している。光源１又
は光源１６からの照射光１９が物理光学素子１０，１１
に照射されて回折し、その後、物理光学素子１２，１３
で回折した回折光２０，２１が光検出器１５へと向かう
状態を示している。
【００４２】図３，図４は図２に示す物理光学素子１０
〜１３を用いたマスク８とウエハ９の相対的な位置合わ
せ方法の原理説明図である。同図は実施形態と等価な透
過回折光学素子で示している。図３において、マスク
８，ウエハ９上にはレンズ作用を持つフレネルゾーンプ
レートで構成される物理光学素子１０〜１３が配置され
ている。このうちマスク８上に物理光学素子１０，１
１、ウエハ９上に物理光学素子１２，１３がそれぞれ配
置されており、マスク８とウエハ９はｇの間隔をおいて
配置されている。
〜１３を用いたマスク８とウエハ９の相対的な位置合わ
せ方法の原理説明図である。同図は実施形態と等価な透
過回折光学素子で示している。図３において、マスク
８，ウエハ９上にはレンズ作用を持つフレネルゾーンプ
レートで構成される物理光学素子１０〜１３が配置され
ている。このうちマスク８上に物理光学素子１０，１
１、ウエハ９上に物理光学素子１２，１３がそれぞれ配
置されており、マスク８とウエハ９はｇの間隔をおいて
配置されている。
【００４３】物理光学素子１０，１１，１２，１３の焦
点距離をそれぞれｆmp1,ｆmn1,ｆwn1,ｆwp1 とし、マス
ク１０上の２つの物理光学素子１０，１１に対して波長
λ１の光１９が平行光束として照射されている。物理光
学素子１０，１１でレンズ作用を受けた光束は、物理光
学素子１０，１１のそれぞれに対して対向位置に配置さ
れた物理光学素子１２，１３によりウエハ９から距離Ｌ
だけ離れた光検出器１５の受光面上上に集光されてい
る。
点距離をそれぞれｆmp1,ｆmn1,ｆwn1,ｆwp1 とし、マス
ク１０上の２つの物理光学素子１０，１１に対して波長
λ１の光１９が平行光束として照射されている。物理光
学素子１０，１１でレンズ作用を受けた光束は、物理光
学素子１０，１１のそれぞれに対して対向位置に配置さ
れた物理光学素子１２，１３によりウエハ９から距離Ｌ
だけ離れた光検出器１５の受光面上上に集光されてい
る。
【００４４】ここで、マスク８とウエハ９がＹ方向にε
ずれたとすると、光検出器１５の受光面上に集光された
２つのスポットは、マスク上の物理光学素子とウエハ上
の物理光学素子の光学配置変化に相当し、光検出器１５
の受光面上に集光されていたスポットの位置は、 Ｓ１＝｛１−（Ｌ／（ｆmp1 −ｇ））｝×ε ‥‥‥（１） だけ移動し、光検出器１５上に集光されていたスポット
の集光位置は、 Ｓ２＝｛１−（Ｌ／（ｆmn1 −ｇ））｝×ε ‥‥‥（２） だけ移動する。
ずれたとすると、光検出器１５の受光面上に集光された
２つのスポットは、マスク上の物理光学素子とウエハ上
の物理光学素子の光学配置変化に相当し、光検出器１５
の受光面上に集光されていたスポットの位置は、 Ｓ１＝｛１−（Ｌ／（ｆmp1 −ｇ））｝×ε ‥‥‥（１） だけ移動し、光検出器１５上に集光されていたスポット
の集光位置は、 Ｓ２＝｛１−（Ｌ／（ｆmn1 −ｇ））｝×ε ‥‥‥（２） だけ移動する。
【００４５】ここで、ｆmp1 ＝２３０μｍ，ｆmn1 ＝−
２３０μｍ，ｇ＝３０μｍ，Ｌ＝２０ｍｍとすると、 Ｓ１＝−９９・ε Ｓ２＝ ７７．９・ε となり、マスク８とウエハ９の相対位置ずれ量εに対
し、光検出器１５の受光面上では２つのスポット間隔の
変化が１７６．９倍に拡大されて表われる。
２３０μｍ，ｇ＝３０μｍ，Ｌ＝２０ｍｍとすると、 Ｓ１＝−９９・ε Ｓ２＝ ７７．９・ε となり、マスク８とウエハ９の相対位置ずれ量εに対
し、光検出器１５の受光面上では２つのスポット間隔の
変化が１７６．９倍に拡大されて表われる。
【００４６】本実施形態ではそのスポット間隔の変化を
検出してマスク８とウエハ９の相対位置ずれ量εを精度
良く求めている。
検出してマスク８とウエハ９の相対位置ずれ量εを精度
良く求めている。
【００４７】また、光検出器１５上に集光するための、
ウエハ側ゾーンプレート１２，１３の焦点距離ｆwn1 ，
ｆwp1 は、結像方程式から以下の式で決定される。
ウエハ側ゾーンプレート１２，１３の焦点距離ｆwn1 ，
ｆwp1 は、結像方程式から以下の式で決定される。
【００４８】 １／Ｌ＝１／（ｆmp1 −ｇ）＋１／ｆwn1 ‥‥‥（３） １／Ｌ＝１／（ｆmn1 −ｇ）＋１／ｆpn1 ‥‥‥（４） 本実施形態では３，４式から、ｆwn1 ＝−２０２μｍ、
ｆwp1 ＝２５６．７μｍとなる。この物理光学素子の光
学系配置を用いてマスク８上の物理光学素子１０，１１
に対し、波長λ２の光束を照射し、ウエハ９上の物理光
学素子１２，１３により光検出器１５の受光面上に図４
のように集光させる。
ｆwp1 ＝２５６．７μｍとなる。この物理光学素子の光
学系配置を用いてマスク８上の物理光学素子１０，１１
に対し、波長λ２の光束を照射し、ウエハ９上の物理光
学素子１２，１３により光検出器１５の受光面上に図４
のように集光させる。
【００４９】波長λ１で設計したゾーンプレートの焦点
距離がｆ１の場合、λ２の波長の光の焦点距離ｆ２は、
ｆ２＝ｆ１・（λ１／λ２）と近似できる。従って、マ
スク側ゾーンプレート１０，１１の波長λ２に対する焦
点距離ｆmp2 ，ｆmn2 はそれぞれ次のように表すことが
できる。
距離がｆ１の場合、λ２の波長の光の焦点距離ｆ２は、
ｆ２＝ｆ１・（λ１／λ２）と近似できる。従って、マ
スク側ゾーンプレート１０，１１の波長λ２に対する焦
点距離ｆmp2 ，ｆmn2 はそれぞれ次のように表すことが
できる。
【００５０】 ｆmp2 ＝ｆmp1 ・（λ１／λ２） ‥‥‥（５） ｆmn2 ＝ｆmn1 ・（λ１／λ２） ‥‥‥（６） また、ウエハ側ゾーンプレート１２，１３のλ２に対す
る焦点距離ｆwn2 ，ｆwp2 はそれぞれ次のように表すこ
とができる。
る焦点距離ｆwn2 ，ｆwp2 はそれぞれ次のように表すこ
とができる。
【００５１】 ｆwn2 ＝ｆwp1 ・（λ１／λ２） ‥‥‥（７） ｆwp2 ＝ｆwn1 ・（λ１／λ２） ‥‥‥（８） このとき、光検出器１５上に結像するための条件式は以
下のようになる。
下のようになる。
【００５２】 １／Ｌ＝１／（ｆmp2 −ｇ′）＋１／ｆwn2 ‥‥‥（９） １／Ｌ＝１／（ｆmn2 −ｇ″）＋１／ｆpn2 ‥‥‥（１０） ここで、ｇ′はマスク上ゾーンプレート１０とウエハ上
ゾーンプレート１２を介した光（測定ビーム１）が光検
出器１５上に結像するマスク８とウエハ９のギャップ
（間隔）、ｇ″は、ゾーンプレート１１とゾーンプレー
ト１３を介した光（測定ビーム２）が光検出器１５上に
結像するギャップである。
ゾーンプレート１２を介した光（測定ビーム１）が光検
出器１５上に結像するマスク８とウエハ９のギャップ
（間隔）、ｇ″は、ゾーンプレート１１とゾーンプレー
ト１３を介した光（測定ビーム２）が光検出器１５上に
結像するギャップである。
【００５３】９式，１０式において、ウエハ９と光検出
器１５の間隔Ｌは、ウエハ９を移動させてマスク８とウ
エハ９のギャップを変化させる場合は、厳密にはマスク
８とウエハ９のギャップ変化に伴い変化する為、Ｌ＝
Ｌ′＋ｇ′，Ｌ＝Ｌ′＋ｇ″（Ｌ′はマスク８と光検出
器１５の間隔）となるが、マスク８と光検出器１５の間
隔Ｌ′に比べて、マスク８とウエハ９のギャップ変化が
少ない場合においては、上記の近似で十分である。
器１５の間隔Ｌは、ウエハ９を移動させてマスク８とウ
エハ９のギャップを変化させる場合は、厳密にはマスク
８とウエハ９のギャップ変化に伴い変化する為、Ｌ＝
Ｌ′＋ｇ′，Ｌ＝Ｌ′＋ｇ″（Ｌ′はマスク８と光検出
器１５の間隔）となるが、マスク８と光検出器１５の間
隔Ｌ′に比べて、マスク８とウエハ９のギャップ変化が
少ない場合においては、上記の近似で十分である。
【００５４】９式より、 ｇ′＝ｆmp2 −Ｌ・ｆwn2 ／（ｆwn2 −Ｌ） ‥‥‥（１１） １０式より、 ｇ″＝ｆmn2 −Ｌ・ｆwp2 ／（ｆwp2 −Ｌ） ‥‥‥（１２） が成り立つ。
【００５５】λ１＝０．７８５μｍ，λ２＝０．６３５
μｍの時、１１式，５式及び７式より、測定ビーム１が
光検出器１５に結像するギャップは、ｇ′＝３７．７μ
ｍ、測定ビーム２が光検出器１５に結像するギャップ
は、１２式，６式，８式より、ｇ″＝３８．１μｍと計
算される。
μｍの時、１１式，５式及び７式より、測定ビーム１が
光検出器１５に結像するギャップは、ｇ′＝３７．７μ
ｍ、測定ビーム２が光検出器１５に結像するギャップ
は、１２式，６式，８式より、ｇ″＝３８．１μｍと計
算される。
【００５６】本実施形態においては、ギャップｇ′とギ
ャップｇ″の平均値をとり、波長λ２の光を使用する時
は、間隔設定手段でギャップ３７．９μｍに設定してマ
スク８とウエハ９の位置ずれを検出している。このと
き、マスク８とウエハ９のずれに対する各スポットＳ１
とＳ２の倍率が変化する。
ャップｇ″の平均値をとり、波長λ２の光を使用する時
は、間隔設定手段でギャップ３７．９μｍに設定してマ
スク８とウエハ９の位置ずれを検出している。このと
き、マスク８とウエハ９のずれに対する各スポットＳ１
とＳ２の倍率が変化する。
【００５７】１式において、焦点距離ｆmp1 をｆmp2 に
置き換え、ｇ＝３８．１μｍで計算すると、 Ｓ１′＝−８０．２・ε ２式において、焦点距離ｆmn1 をｆmn2 に置き換え、ｇ
＝３８．１μｍで計算すると、 Ｓ２′＝ ６３．１・ε となる。
置き換え、ｇ＝３８．１μｍで計算すると、 Ｓ１′＝−８０．２・ε ２式において、焦点距離ｆmn1 をｆmn2 に置き換え、ｇ
＝３８．１μｍで計算すると、 Ｓ２′＝ ６３．１・ε となる。
【００５８】従って、λ２＝０．６３５μｍの波長のア
ライメント光を使用した場合、マスク８とウエハ９の位
置ずれに対し、各スポットの間隔は１４３．３倍に拡大
して動くことになる。
ライメント光を使用した場合、マスク８とウエハ９の位
置ずれに対し、各スポットの間隔は１４３．３倍に拡大
して動くことになる。
【００５９】これは、異なる波長の光を用いてアライメ
ントの場合は、その波長毎にマスク８とウエハ９の位置
ずれを算出するパラメータ（倍率、オフセット）を持つ
必要があることを意味している。
ントの場合は、その波長毎にマスク８とウエハ９の位置
ずれを算出するパラメータ（倍率、オフセット）を持つ
必要があることを意味している。
【００６０】更に、他の波長の光をアライメント光に用
いる場合においても、同様に５式から１２式を用いて適
性ギャップを算出し、間隔設定手段でそのギャップに合
わせてからマスク８とウエハ９の位置ずれを検出するこ
とで、アライメント光の波長によらず、光検出器１５上
に結像する光を用いて高精度にマスク８とウエハ９の位
置ずれを検出することができる。
いる場合においても、同様に５式から１２式を用いて適
性ギャップを算出し、間隔設定手段でそのギャップに合
わせてからマスク８とウエハ９の位置ずれを検出するこ
とで、アライメント光の波長によらず、光検出器１５上
に結像する光を用いて高精度にマスク８とウエハ９の位
置ずれを検出することができる。
【００６１】次に、アライメント光の選択の方法につい
て、図６，図７に示すシーケンスをもとに説明する。図
６において、先行ウエハをロードした後、ウエハのプリ
アライメントを行い、ウエハのアライメントマークがマ
スク側アライメントマークに対向する位置にウエハを運
ぶ。
て、図６，図７に示すシーケンスをもとに説明する。図
６において、先行ウエハをロードした後、ウエハのプリ
アライメントを行い、ウエハのアライメントマークがマ
スク側アライメントマークに対向する位置にウエハを運
ぶ。
【００６２】次に波長λ１の光に対応するギャップにウ
エハを送り込み、波長λ１の光を照射してアライメント
信号波形を測定する。続いて、波長λ２の光に対応する
ギャップにウエハを送り込み、波長λ２の光を照射して
アライメント信号波形を測定する。
エハを送り込み、波長λ１の光を照射してアライメント
信号波形を測定する。続いて、波長λ２の光に対応する
ギャップにウエハを送り込み、波長λ２の光を照射して
アライメント信号波形を測定する。
【００６３】本実施形態では、図１に示すように、波長
λ１の光と、波長λ２の光はアライメント方向と垂直方
向に平行に並んだ２ラインのラインセンサー１５ａ，１
５ｂで各々受光している。
λ１の光と、波長λ２の光はアライメント方向と垂直方
向に平行に並んだ２ラインのラインセンサー１５ａ，１
５ｂで各々受光している。
【００６４】図５には、それぞれのラインセンサー１５
ａ，１５ｂで受光した光の信号波形の様子を示してい
る。このように、先行ウエハをロードし、数ショットの
信号波形を信号記憶手段に蓄積して、２つの波長での信
号波形のＳ／Ｎを比較して波長選択手段で相対的に優れ
ている方の波長の光をアライメント光に採用するように
している。アライメント光を選択した後、そのアライメ
ント光を用い、かつ対応するギャップでアライメントを
行って、露光シーケンスに移る。
ａ，１５ｂで受光した光の信号波形の様子を示してい
る。このように、先行ウエハをロードし、数ショットの
信号波形を信号記憶手段に蓄積して、２つの波長での信
号波形のＳ／Ｎを比較して波長選択手段で相対的に優れ
ている方の波長の光をアライメント光に採用するように
している。アライメント光を選択した後、そのアライメ
ント光を用い、かつ対応するギャップでアライメントを
行って、露光シーケンスに移る。
【００６５】図７には他のアライメント光の選択シーケ
ンスを示している。先の実施形態がアライメント信号の
波形レベルでの評価であるのに対し、この例は各波長の
アライメント光について、先行ウエハをそれぞれ１枚以
上使用して、各波長で適切なギャップでアライメントを
行い、露光用のギャップに設定後、露光を行う。露光し
たウエハをレジストレーション測定器（重ね合わせ測定
器）で検査し、再現性の良い波長のアライメント光を指
定し、そのアライメント光の波長に対応したギャップで
アライメントを行い、露光用のギャップに設定後、露光
を行う。アライメント方式はダイバイダイアライメント
方式、グローバルアライメント方式のどちらにも適用可
能である。
ンスを示している。先の実施形態がアライメント信号の
波形レベルでの評価であるのに対し、この例は各波長の
アライメント光について、先行ウエハをそれぞれ１枚以
上使用して、各波長で適切なギャップでアライメントを
行い、露光用のギャップに設定後、露光を行う。露光し
たウエハをレジストレーション測定器（重ね合わせ測定
器）で検査し、再現性の良い波長のアライメント光を指
定し、そのアライメント光の波長に対応したギャップで
アライメントを行い、露光用のギャップに設定後、露光
を行う。アライメント方式はダイバイダイアライメント
方式、グローバルアライメント方式のどちらにも適用可
能である。
【００６６】尚、図１には１軸方向の位置ずれを検出す
るアライメントマークと、そのマーク検出用の光ピック
アップのみの構成概略図を示しているが、本実施形態の
装置においては、図８に示すように露光画角の４辺に接
するように、アライメントマークとその光ピックアップ
を９０度ずつ回転して配置してあり、４つの位置ずれ検
出信号をもとに、ｘ，ｙ方向のシフト成分、及びチップ
ローテーションを演算器２８により処理され、その相対
位置ずれ量に応じてマスク保持器３１、ウエハステージ
３２の移動量を決定して、駆動信号をアクチュエータ２
９，３０に送っている。マスク保持器３１、ウエハステ
ージ３２はこのときの信号に基づいてマスク８及びウエ
ハ９を移動している。
るアライメントマークと、そのマーク検出用の光ピック
アップのみの構成概略図を示しているが、本実施形態の
装置においては、図８に示すように露光画角の４辺に接
するように、アライメントマークとその光ピックアップ
を９０度ずつ回転して配置してあり、４つの位置ずれ検
出信号をもとに、ｘ，ｙ方向のシフト成分、及びチップ
ローテーションを演算器２８により処理され、その相対
位置ずれ量に応じてマスク保持器３１、ウエハステージ
３２の移動量を決定して、駆動信号をアクチュエータ２
９，３０に送っている。マスク保持器３１、ウエハステ
ージ３２はこのときの信号に基づいてマスク８及びウエ
ハ９を移動している。
【００６７】尚、本実施形態では２つの波長λ１，λ２
について示したが、３つ以上の波長の光を用いてそのう
ちから１つの波長の光を用いるようにしても良い。
について示したが、３つ以上の波長の光を用いてそのう
ちから１つの波長の光を用いるようにしても良い。
【００６８】図９は本発明の実施形態２の要部概略図、
図１０は図９の一部分の説明図である。本実施形態は図
１の実施形態１に比べて実施形態１が２つのアライメン
ト光（波長λ１，λ２）を同じ角度でマスク８に入射
し、異なる角度で回折した光を異なるセンサー１５ａ，
１５ｂで受光するのに対し、本実施形態では図９に示す
ように、異なる波長λ１，λ２のアライメント光を回折
角が同じになるように異なる角度でマスク８に入射させ
て、同一のラインセンサー１５ｃで受光している点が異
なっているだけであり、その他の構成は基本的に同じで
ある。
図１０は図９の一部分の説明図である。本実施形態は図
１の実施形態１に比べて実施形態１が２つのアライメン
ト光（波長λ１，λ２）を同じ角度でマスク８に入射
し、異なる角度で回折した光を異なるセンサー１５ａ，
１５ｂで受光するのに対し、本実施形態では図９に示す
ように、異なる波長λ１，λ２のアライメント光を回折
角が同じになるように異なる角度でマスク８に入射させ
て、同一のラインセンサー１５ｃで受光している点が異
なっているだけであり、その他の構成は基本的に同じで
ある。
【００６９】図９においてＬＤ等の光源１からの波長λ
１の光束は、コリメータレンズ２により平行光束とな
る。平行光束は投光レンズ３をとおり、ミラー５ａで反
射偏向され、露光領域７内にあるマスク８の横ずれ検知
用の物理光学素子１０，１１、そしてウエハ９の物理光
学素子１２，１３に照射される。各物理光学素子からの
回折角はマスク８とウエハ９の横ずれ量を示す情報を含
んでおり、受光レンズ１４により光検出器１５の受光面
に結像される。
１の光束は、コリメータレンズ２により平行光束とな
る。平行光束は投光レンズ３をとおり、ミラー５ａで反
射偏向され、露光領域７内にあるマスク８の横ずれ検知
用の物理光学素子１０，１１、そしてウエハ９の物理光
学素子１２，１３に照射される。各物理光学素子からの
回折角はマスク８とウエハ９の横ずれ量を示す情報を含
んでおり、受光レンズ１４により光検出器１５の受光面
に結像される。
【００７０】同様に、光源１６からの波長λ２の光束も
コリメータレンズ１７により平行光束となる。平行光束
は投光レンズ１８をとおり、ミラー５ｂで偏向され、露
光領域７内にあるマスク８の横ずれ検知用の物理光学素
子１０，１１、そしてウエハ９の物理光学素子１２，１
３に照射される。各物理光学素子からの回折光はマスク
８とウエハ９の横ずれ量に示す情報を含んでおり、受光
レンズ１４により光検出器１５の受光面に結像される。
なお、波長λ１と波長λ２の光は共に、図９上でｘｚ平
面内でアライメントマークに入射するようにミラー５
ａ，５ｂを調整している。
コリメータレンズ１７により平行光束となる。平行光束
は投光レンズ１８をとおり、ミラー５ｂで偏向され、露
光領域７内にあるマスク８の横ずれ検知用の物理光学素
子１０，１１、そしてウエハ９の物理光学素子１２，１
３に照射される。各物理光学素子からの回折光はマスク
８とウエハ９の横ずれ量に示す情報を含んでおり、受光
レンズ１４により光検出器１５の受光面に結像される。
なお、波長λ１と波長λ２の光は共に、図９上でｘｚ平
面内でアライメントマークに入射するようにミラー５
ａ，５ｂを調整している。
【００７１】続いて図９を用いて、各アライメント光の
入射角、受光角、更にアライメントマークのｘ方向のピ
ッチの関係について説明する。波長λ１の光の入射角を
θin1 、波長λ２の光の入射角をθin2 とし、波長λ１
の光のマスク８上のアライメントマーク１０，１１での
回折角をθm1、波長λ２の光の回折角をθm2として、マ
スク８上のアライメントマーク１０，１１のｘ方向のゾ
ーンプレートのピッチをＰｗ、さらに波長λ１，波長λ
２の光の受光角をθout とする。
入射角、受光角、更にアライメントマークのｘ方向のピ
ッチの関係について説明する。波長λ１の光の入射角を
θin1 、波長λ２の光の入射角をθin2 とし、波長λ１
の光のマスク８上のアライメントマーク１０，１１での
回折角をθm1、波長λ２の光の回折角をθm2として、マ
スク８上のアライメントマーク１０，１１のｘ方向のゾ
ーンプレートのピッチをＰｗ、さらに波長λ１，波長λ
２の光の受光角をθout とする。
【００７２】波長λ１の入射角θin1 と光のマスク上ア
ライメントマーク１０，１１での回折角θm1とピッチＰ
m との関係式は、１次回折光の回折方程式から、 Ｐm ｛sin （θin1 ）−sin （θm1）｝＝λ１ ‥‥‥（１３） 波長λ２の入射角θin2 と光のマスク上アライメントマ
ーク１０，１１での回折角θm2とピッチＰm との関係式
は、１次回折光の回折方程式から、 Ｐm ｛sin （θin2 ）−sin （θm2）｝＝λ２ ‥‥‥（１４） 同様にウエハ側のアライメントマークに関して、１次回
折光の回折方程式から、 Ｐw ｛Ｐsin （θout ）−sin （θm1）｝＝λ１‥‥‥（１５） Ｐw ｛Ｐsin （θout ）−sin （θm2）｝＝λ２‥‥‥（１６） が成り立つ。
ライメントマーク１０，１１での回折角θm1とピッチＰ
m との関係式は、１次回折光の回折方程式から、 Ｐm ｛sin （θin1 ）−sin （θm1）｝＝λ１ ‥‥‥（１３） 波長λ２の入射角θin2 と光のマスク上アライメントマ
ーク１０，１１での回折角θm2とピッチＰm との関係式
は、１次回折光の回折方程式から、 Ｐm ｛sin （θin2 ）−sin （θm2）｝＝λ２ ‥‥‥（１４） 同様にウエハ側のアライメントマークに関して、１次回
折光の回折方程式から、 Ｐw ｛Ｐsin （θout ）−sin （θm1）｝＝λ１‥‥‥（１５） Ｐw ｛Ｐsin （θout ）−sin （θm2）｝＝λ２‥‥‥（１６） が成り立つ。
【００７３】本実施形態では波長λ１を７８５ｎｍ、入
射角θin1 を１５度、回折角θm1を０度に設計してお
り、この時のマスク側マークのピッチＰm は１３式よ
り、Ｐm＝３．０３μｍとなる。
射角θin1 を１５度、回折角θm1を０度に設計してお
り、この時のマスク側マークのピッチＰm は１３式よ
り、Ｐm＝３．０３μｍとなる。
【００７４】また、受光角θout を１０度に設計してお
り、この時のウエハ側マークのピッチＰw は１５式より
Ｐw ＝４．５２μｍとなる。続いて、１６式より波長λ
２＝６３０ｎｍの光のウエハ側マークへの入射角θm2は
θm2＝１．９６度と計算され、１３式から波長λ２の入
射角θin2 は、θin2 ＝１４度となる。このように、１
３式から１６式を用いて所望の波長に対して、それぞれ
入射角を決定して同一の受光角で受光している。
り、この時のウエハ側マークのピッチＰw は１５式より
Ｐw ＝４．５２μｍとなる。続いて、１６式より波長λ
２＝６３０ｎｍの光のウエハ側マークへの入射角θm2は
θm2＝１．９６度と計算され、１３式から波長λ２の入
射角θin2 は、θin2 ＝１４度となる。このように、１
３式から１６式を用いて所望の波長に対して、それぞれ
入射角を決定して同一の受光角で受光している。
【００７５】図１１は本発明の実施形態３の要部概略図
である。本実施形態は、例えば露光装置において、マス
クとウエハの相対位置合わせ装置に応用したものであ
る。
である。本実施形態は、例えば露光装置において、マス
クとウエハの相対位置合わせ装置に応用したものであ
る。
【００７６】図１１において、互いに波長の異なるＬＤ
等の光源１０１、光源１０２、光源１０３が配置されて
おり、各光源からはそれぞれ波長λ１、波長λ２、波長
λ３の光が出射している。光源１０１から出射した波長
λ１の光は、コリメータレンズ１０４により平行光束と
なりレンズ１０７、照明域をマーク部に限定する為の視
野絞り１１０、ミラー１１３、ダイクロイックミラー１
１４，１１５、ミラー１１７、レンズ１１８を通り、マ
スク８上のアライメントマーク１０，１１に平行光束と
して照射されている。
等の光源１０１、光源１０２、光源１０３が配置されて
おり、各光源からはそれぞれ波長λ１、波長λ２、波長
λ３の光が出射している。光源１０１から出射した波長
λ１の光は、コリメータレンズ１０４により平行光束と
なりレンズ１０７、照明域をマーク部に限定する為の視
野絞り１１０、ミラー１１３、ダイクロイックミラー１
１４，１１５、ミラー１１７、レンズ１１８を通り、マ
スク８上のアライメントマーク１０，１１に平行光束と
して照射されている。
【００７７】同様に、光源１０２、光源１０３から出射
される波長λ２、波長λ３の光束もそれぞれレンズ１０
８，１０９、視野絞り１１１，１１２、ミラー１１６、
ダイクロイックミラー１１４，１１５を通りマスク８上
のアライメントマーク１０，１１に平行光束として照射
されている。マスク８上のアライメントマーク１０，１
１を透過回折した光束はウエハ９上のアライメントマー
ク１２，１３で反射回折し、マスク８を透過し、レンズ
１１８、視野絞り１１９、レンズ（集光レンズ）２０を
透過し、センサ（光検出器）１２１の受光面に結像され
る。
される波長λ２、波長λ３の光束もそれぞれレンズ１０
８，１０９、視野絞り１１１，１１２、ミラー１１６、
ダイクロイックミラー１１４，１１５を通りマスク８上
のアライメントマーク１０，１１に平行光束として照射
されている。マスク８上のアライメントマーク１０，１
１を透過回折した光束はウエハ９上のアライメントマー
ク１２，１３で反射回折し、マスク８を透過し、レンズ
１１８、視野絞り１１９、レンズ（集光レンズ）２０を
透過し、センサ（光検出器）１２１の受光面に結像され
る。
【００７８】センサ１２１上で検出した回折光、即ちア
ライメント信号のＳ／Ｎ比は、プロセスを経たウエハ１
２５上のアライメントマークの状態に依存して変化す
る。複数光源の中から、最良のＳ／Ｎ比での検出が可能
になるように適宜波長を選択する。
ライメント信号のＳ／Ｎ比は、プロセスを経たウエハ１
２５上のアライメントマークの状態に依存して変化す
る。複数光源の中から、最良のＳ／Ｎ比での検出が可能
になるように適宜波長を選択する。
【００７９】ここで、アライメント用の光源の波長が異
なることによって生じる、アライメント信号のセンサ１
２１位置での結像状態の色収差除去の為の調整は、前述
と同様、マスク８、ウエハ９の間隔を使用波長に応じて
変化させることにより行なっている。このとき、受光レ
ンズ１１８に対するマスク８、或いはウエハ９の共役
面、又はその近傍に視野絞り１１９を設置し、マスク
８、或いはウエハ９の物理光学素子周辺で発生するノイ
ズ光がセンサ１２１に混入しないようにしている。受光
レンズ１１８には、使用するアライメント光の各波長に
ついて色収差補正したレンズを用いるのが好ましい。
又、視野絞り１１９の開口サイズ、或いは光軸方向の設
置位置が状況に応じて可変な機構にしておいても良い。
集光レンズ１２０は視野絞り１１９の開口部を通過した
光束を光検出器１２１に導光している。
なることによって生じる、アライメント信号のセンサ１
２１位置での結像状態の色収差除去の為の調整は、前述
と同様、マスク８、ウエハ９の間隔を使用波長に応じて
変化させることにより行なっている。このとき、受光レ
ンズ１１８に対するマスク８、或いはウエハ９の共役
面、又はその近傍に視野絞り１１９を設置し、マスク
８、或いはウエハ９の物理光学素子周辺で発生するノイ
ズ光がセンサ１２１に混入しないようにしている。受光
レンズ１１８には、使用するアライメント光の各波長に
ついて色収差補正したレンズを用いるのが好ましい。
又、視野絞り１１９の開口サイズ、或いは光軸方向の設
置位置が状況に応じて可変な機構にしておいても良い。
集光レンズ１２０は視野絞り１１９の開口部を通過した
光束を光検出器１２１に導光している。
【００８０】本実施形態では以上の構成により、高精度
の位置検出を行なっている。
の位置検出を行なっている。
【００８１】次に上記説明した露光装置を利用したデバ
イスの製造方法の実施例を説明する。
イスの製造方法の実施例を説明する。
【００８２】図１２は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等
の半導体チップ、或は液晶パネルやＣＣＤ等）の製造の
フローを示す。
の半導体チップ、或は液晶パネルやＣＣＤ等）の製造の
フローを示す。
【００８３】ステップ１（回路設計）では半導体デバイ
スの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では設
計した回路パターンを形成したマスクを製作する。
スの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では設
計した回路パターンを形成したマスクを製作する。
【００８４】一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリ
コン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４
（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマ
スクとウエハを用いてリソグラフィ技術によってウエハ
上に実際の回路を形成する。
コン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４
（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマ
スクとウエハを用いてリソグラフィ技術によってウエハ
上に実際の回路を形成する。
【００８５】次のステップ５（組立）は後工程と呼ば
れ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導
体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシ
ング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封
入）等の工程を含む。
れ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導
体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシ
ング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封
入）等の工程を含む。
【００８６】ステップ６（検査）ではステップ５で作製
された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト
等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイス
が完成し、これが出荷（ステップ７）される。
された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト
等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイス
が完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００８７】図１３は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸
化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶
縁膜を形成する。
ーを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸
化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶
縁膜を形成する。
【００８８】ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に
電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打
込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では上記説明した露光装置によってマ
スクの回路パターンをウエハに焼付露光する。
電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打
込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では上記説明した露光装置によってマ
スクの回路パターンをウエハに焼付露光する。
【００８９】ステップ１７（現像）では露光したウエハ
を現像する。ステップ１８（エッチング）では現像した
レジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジ
スト剥離）ではエッチングがすんで不要となったレジス
トを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうこと
によってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
を現像する。ステップ１８（エッチング）では現像した
レジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジ
スト剥離）ではエッチングがすんで不要となったレジス
トを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうこと
によってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００９０】本実施例の製造方法を用いれば、従来は製
造が難しかった高集積度のデバイスを製造することがで
きる。
造が難しかった高集積度のデバイスを製造することがで
きる。
【００９１】
【発明の効果】本発明によれば以上のように、マスクの
メンブレンの材質、あるいはウエハのプロセス依存、レ
ジスト膜厚に応じて最適な波長の光束を選択して放射す
る光照射手段と選択した波長に応じて第１物体と第２物
体との面間隔を変更する間隔設定手段とを利用すること
により第１物体と第２物体の状態が変わっても第１物体
と第２物体との相対的な位置ずれを高精度に検出するこ
とができ、高精度なアライメントを行うことのできる位
置検出装置及びそれを用いたデバイスの製造方法達成す
ることができる。
メンブレンの材質、あるいはウエハのプロセス依存、レ
ジスト膜厚に応じて最適な波長の光束を選択して放射す
る光照射手段と選択した波長に応じて第１物体と第２物
体との面間隔を変更する間隔設定手段とを利用すること
により第１物体と第２物体の状態が変わっても第１物体
と第２物体との相対的な位置ずれを高精度に検出するこ
とができ、高精度なアライメントを行うことのできる位
置検出装置及びそれを用いたデバイスの製造方法達成す
ることができる。
【００９２】特に本発明によれば、第１物体上にレンズ
作用を有する第１の物理光学素子を設け、第２物体上に
レンズ作用を有する第２の物理光学素子を設け、第１，
第２の物理光学素子に複数の波長の光を選択的に照射す
る光照射手段を設け、選択した光の波長に応じて第１物
体と第２物体の間隔を変更する間隔設定手段を設けるこ
とにより、該物理光学素子により集光あるいは発散され
た光束がそれぞれ検出面上に集光される状態となり、検
出信号強度が充分、かつＳ／Ｎ比が高く、検出信号の安
定性が良好な状態での測定が可能となり、高精度な位置
検出ができる。
作用を有する第１の物理光学素子を設け、第２物体上に
レンズ作用を有する第２の物理光学素子を設け、第１，
第２の物理光学素子に複数の波長の光を選択的に照射す
る光照射手段を設け、選択した光の波長に応じて第１物
体と第２物体の間隔を変更する間隔設定手段を設けるこ
とにより、該物理光学素子により集光あるいは発散され
た光束がそれぞれ検出面上に集光される状態となり、検
出信号強度が充分、かつＳ／Ｎ比が高く、検出信号の安
定性が良好な状態での測定が可能となり、高精度な位置
検出ができる。
【００９３】さらに、これら複数の波長の検出信号の中
からその検出信号の状態を判断し、実際の位置検出に用
いる検出信号を選択する波長選択手段を有し、マスクの
メンブレンの材質、あるいはウエハのプロセス依存、レ
ジスト膜厚に応じて最適な光源の波長を設定し、これに
より高精度なアライメントを行うことができるという効
果がある。
からその検出信号の状態を判断し、実際の位置検出に用
いる検出信号を選択する波長選択手段を有し、マスクの
メンブレンの材質、あるいはウエハのプロセス依存、レ
ジスト膜厚に応じて最適な光源の波長を設定し、これに
より高精度なアライメントを行うことができるという効
果がある。
【図１】本発明の実施形態１の要部斜視図
【図２】図１のアライメントマークの説明図
【図３】本発明における位置ずれ検出の説明図
【図４】本発明における位置ずれ検出の説明図
【図５】図１のラインセンサー面上の信号波形の説明図
【図６】本発明における第１の最適波長の選択過程を示
すフローチャート
すフローチャート
【図７】本発明における第２の最適波長の選択過程を示
すフローチャート
すフローチャート
【図８】本発明の実施形態１のアライメントマークの説
明図
明図
【図９】本発明の実施形態２の要部概略図
【図１０】図９の一部分の説明図
【図１１】本発明の実施形態３の要部概略図
【図１２】本発明のデバイスの製造方法のフローチャー
ト
ト
【図１３】本発明のデバイスの製造方法のフローチャー
ト
ト
【図１４】従来の位置検出装置の要部概略図
【図１５】従来の位置検出装置の要部概略図
１，１６ 光源 ２，１７ コリメーターレンズ ３，１８ 投光レンズ ４ ハーフミラー ５ ミラー ８ 第１物体（マスク） ９ 第２物体（ウエハ） １０〜１３ 物理光学素子 １４ 受光レンズ １５ 光検出器 １５ａ，１５ｂ，１５ｃ ラインセンサー １９ 照明光（アライメント光） ２０，２１ 回折光 ２８ 演算器 ２９，３０ アクチュエータ ３１ マスク保持器 ３２ ウエハステージ １３４ マスク １３５ ウエハ １３９ Ｘ線ビーム １１８ レンズ系 １１９ 視野絞り １２０ 集光レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/30 ５２５Ｍ
Claims (15)
- 【請求項１】 対向配置した第１物体と第２物体のうち
該第１物体にレンズ作用をする第１の物理光学素子を設
け、該第２物体にレンズ作用をする第２の物理光学素子
を設け、光照射手段からの光束を該第１，第２の物理光
学素子に照射させ、該第１，第２の物理光学素子を介し
た光束を光検出器で検出して、該第１物体と第２物体と
の相対的な位置検出を行う位置検出装置において、該光
照射手段は複数の波長の光のうちから所定の波長の光を
選択して照射しており、該光照射手段によって選択した
光の波長に基づいて該第１物体と第２物体との間隔を間
隔設定手段で変更していることを特徴とする位置検出装
置。 - 【請求項２】 前記複数の波長の光の強度分布を記憶す
る信号記憶手段と、該複数の波長の光の強度分布を比較
して、最適な波長を選択する波長選択手段を有している
ことを特徴とする請求項１の位置検出装置。 - 【請求項３】 前記光検出器は前記複数の波長の光の各
波長毎の光を各々検出する複数の受光素子を有している
ことを特徴とする請求項１の位置検出装置。 - 【請求項４】 前記光照射手段は前記複数の波長の各波
長毎の光を各々、異なる角度で前記第１の物理光学素子
に入射させていることを特徴とする請求項１の位置検出
装置。 - 【請求項５】 前記物理光学素子と前記光検出器との間
の光路中にノイズ光を除去する為の開口部を有している
ことを特徴とする請求項１，２，３又は４の位置検出装
置。 - 【請求項６】 前記物理光学素子と前記光検出器との間
の光路中には、該物理光学素子を介した光束を該光検出
器側に導光するレンズ系と、該レンズ系を介した該物理
光学素子の共役面、又はその近傍に該物理光学素子から
生ずるノイズ光を除去する為の視野絞りと、を有してい
ることを特徴とする請求項１，２，３又は４の位置検出
装置。 - 【請求項７】 前記物理光学素子と前記光検出器との間
の光路中には、該物理光学素子を介した光束を該光検出
器側に導光するレンズ系と、該レンズ系を介した該物理
光学素子の共役面、又はその近傍に該物理光学素子から
生ずるノイズ光を除去する為の視野絞りと、該視野絞り
を通過した光束を該光検出器に集光する集光レンズとを
有していることを特徴とする請求項１，２，３又は４の
位置検出装置。 - 【請求項８】 前記レンズ系は複数の波長の光に対して
色収差補正されていることを特徴とする請求項６又は７
の位置検出装置。 - 【請求項９】 対向配置した第１物体と第２物体のうち
該第１物体にレンズ作用をする第１の物理光学素子を設
け、該第２物体にレンズ作用をする第２の物理光学素子
を設け、該第１，第２の物理光学素子に光束を照射さ
せ、該第１，第２の物理光学素子を介した光束を検出し
て、該第１物体と第２物体との相対的な位置検出を行う
位置検出方法において、該第１，第２の物理光学素子に
は複数の波長の光のうちから所定の波長の光を選択して
照射しており、選択した光の波長に基づいて該第１物体
と第２物体との間隔を変更していることを特徴とする位
置検出方法。 - 【請求項１０】 前記複数の波長の光の光強度分布を比
較して、最適な波長の光を選択していることを特徴とす
る請求項９の位置検出方法。 - 【請求項１１】 請求項１から８のいずれか１項記載の
位置検出装置を用いて第１物体と第２物体との相対的な
位置合わせを行った後に第１物体面上のパターンを第２
物体面上に露光転写していることを特徴とする露光装
置。 - 【請求項１２】 請求項９又は１０の位置検出方法を用
いて第１物体と第２物体との相対的な位置合わせを行っ
た後に第１物体面上のパターンを第２物体面上に露光転
写していることを特徴とする露光装置。 - 【請求項１３】 請求項１〜８のいずれか１項記載の位
置検出装置を用いて第１物体と第２物体との相対的な位
置ずれを求める工程を介してマスクとウエハとの相対的
な位置検出を行った後、該マスク面上のパターンをウエ
ハ面上に転写し、次いで現像処理工程を介してデバイス
を製造したことを特徴とするデバイスの製造方法。 - 【請求項１４】 請求項９又は１０の位置検出方法を用
いて第１物体と第２物体との相対的な位置ずれを求める
工程を介してマスクとウエハとの相対的な位置検出を行
った後、該マスク面上のパターンをウエハ面上に転写
し、次いで現像処理工程を介してデバイスを製造したこ
とを特徴とするデバイスの製造方法。 - 【請求項１５】 請求項１１又は１２の露光装置を用い
てマスク面上のパターンをウエハ面上に転写し、次いで
該ウエハを現像処理工程を介してデバイスを製造してい
ることを特徴とするデバイスの製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP10350746A JPH11241908A (ja) | 1997-12-03 | 1998-11-25 | 位置検出装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 |
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| JP9-348587 | 1997-12-03 | ||
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