JPS59158521A - ２重回折格子による位置合せ制御法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、半導体ＩＣやＬＳＩを製造するための露光装
置やバタン評価装置に利用される位置合せ制御法に関す
るものである。

〔従来技術〕

従来半導（４，ＩＣやＬＳＩを製造するだめの紫外線露
光装置では、マスクとウエノ・にそれぞれ位置合せマー
クを作製し、それらのマークを顕微鏡等で拡大投影し、
マスク上のマークとウニノー上のマークとがぴり／こシ
一致するようにマスクもしくはウェハ′ｆ：動かして位
置合せが行なわれてきた。

しかし、この方法では位置合せ精度は±０．２μｍ程度
であるために、Ｘ線露光装置用としてＪ　、　Ｖｏ　ｃ
。

Ｓｃｉ、　Ｔｅｃｂｎｏｌ、、Ｖｏｌ、　１９．Ｎｏ・
４．Ｐ２１４，１９８］で紹介されているように２重回
折格子を用いた位置合ぜ法が開発された。

第１図（Ａ）に、このような２重回折格子を用いて位置
合せする装置の一例を示す。図において、レーザ光源１
から発したコヒーレント光は、ミラー２で方向を変えら
れ、真空吸着ホルダ３によって保持されるマスク４の上
に作製されたマスクマーク５に入射、通過後、粗調ステ
ージ６の上の微調ステージ７の上に保持されるウエノ飄
８に作製されたウェハマーり９で反射され、再度マスク
マーク５を通過する。

”マスクマーク５、ウェハマーク９は回折格子バタンで
あυ、第１図（Ｂ）に示すように前者は透過形で、石英
ガラス等の透明基板もしくはＳｉ、Ｎ、等の透明薄膜１
０の上にＣｒやＴｉ等の不透明薄膜１１により回折格子
バタンを形成したもの、後者は反射形でウェハ８の上に
無反射薄膜１２によシ回折格子バタンを形成したもので
ある。

これらマスクマーク５およびウェハマーク９によシ回折
された光は、入射光に対してθ＝ｍ＋−１（ηφ（７７
Ｌ＝Ｏ，±１．±２．・・・・・・）の方向でのみ強く
な）、それらはｍの値によってｍ次の回折光と呼ばれて
いる。なお、λは光の波長、Ｐは回折格子のピッチであ
る。

そこで、これらの回折光のうち入射光に対して対称的な
方向に回折された同次数の回折光、例えば＋１次回折光
と一１次回折光のみを光電変換器１３．１４で受け、各
回折光強度Ｉ＋１＋”−１を光電変換し、その減算強度
△Ｉ−Ｉ＋ｌｌ−１の変化を検出することによって位置
合せを行なうことができる。すなわち、この減算強度△
工は、回折格子のピッチＰを周期として同じ波形を繰返
し、２つの回折格子がびったシ一致しだとき（位置ずれ
量ｄ＝０）と、２つの回折格子の相対位置ずれ量ｄがＰ
／２のとき、マスクとウェハ間のギャップ２にか＼わら
ず零になる。したがって、通常ΔＩが零になるように微
調ステージ７を移動させて位置合せを行なっている。

ところか、この相対位置ずれ量ｄに対するΔ工の変化曲
線は、第２図に示すようにギャップ２が微小変動するこ
とによって大きく変化する。すなわち第２図は波長λ−
Ｑ、６３２８μｍ、ピンチＰ＝４μｍ。

入射角α−０°（回折格子に対して垂直入射）の場合に
ついて位置ずれ量ｄに対する減算強度△Ｉの変化を示し
たもので、同図囚がギャップＺ　−２０，０２μｍ、同
図（′Ｂ）がＺ＝２０．０５μ７ｘの場合を示す０した
がって、このような２重回折格子による位置合せ法にお
いて高精度の位置合せを行なうためには、その前提とし
てギャップ２を正確に設定することが必要でお見そのた
めに従来は第１図（ト）に示すようにマスク４の上に容
量形ギャップセンサ１５を設けてギャップを測定してい
る。

しかしながらこのギャップセンサ１５は、マスク４の上
にマスクマーク５の作製工程とは別工程で作製しなけれ
ばならず、しかも数ｍｍ程度の大きさをもつためにマス
クマーク５と同じ場所に作製することはできず、マスク
４の周辺に作製せざるを得ない。このためマスク４もし
くはウェハ８の平面度が悪い場合には、ギャップセンサ
１５によシ正確にギャップを測定し設定しても、マスク
マーク５とウェハマーク９との間のギャップＺは必ずし
も設定値範囲に入るとは限らないという欠点があった。

一方、位置合せとギャップの設定とを同時に制御するこ
とを目的として、２重焦点レンズによる方法が開発され
ている。これは、第３図（Ａ）に示すように２重焦点レ
ンズ１６の第１焦点をウェハ８の上に作製されたウェハ
マーク９′に、第２焦点をマスク４の上に作製されたマ
スクマーク５′に合せることによってマスク４とウェハ
８との間のギャップを設定するとともに、同図（Ｂ）に
示すようにウェハマーク９’−＆マスクマーク５′で挾
ミ、マスクマーク５′の中心にウェハマーク９′がくる
ようにウェー・８とマスク４とを相対移動し位置合せす
るものである。

しかしながら、この方法ではギャップ設定のだめに２重
焦点レンズを用いており、レンズには１μｍ程度の焦点
深度があるために高精度のギャップ設定は行なえない欠
点がある。また、レンズ口径は無限に小さくすることは
でき、々いため、ステップ・アンド・レピート方式によ
って露光領域が小さくなると、露光領域から離れた位置
合せマークを利用せざるを得なくなる。このため、ウェ
ハ８の周辺まで露光することができず、露光可能領域が
小きいという欠爪があった。さらに、このような光学的
方法では位置合せ精度自体も±０１μｍ程度であ夛、例
えは０．０２μｍというような超微細バタンを転写する
には問題があった。

〔発明の目的および構成〕

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであシ、
その目的は、両物体間のギャップの設定を容易かつ正確
に行なって高精度な位置合せを行なうことを可能にする
２重回折格子による位置合せ制御法を提供することにあ
る。

このような目的を達成するために、本発明は、回折光強
度信号から両物体間のギャップを検出し制御するもので
ある。すなわち、ギャップの制御を、位置合せ自体と同
様に回折光強度を利用して行なおうとするものである。

ここで回折光強度信号とは、展次の回折光強度自体の他
に、入射光に対して対称的な方向に回折された同次数の
回折光強度を加算もしくは減算処理した加算もしくは減
算強度、両物体を位置合せ方向に相対振動させたときに
生じる回折光の強度振幅、同じく両物体を位置合せ方向
に相対振動させたときに生じる加算もしくは減算強度振
幅を含む概念である。以下、実施例を用いて本発明の詳
細な説明する。

〔実施例〕

（使用する装置について） 第４図は、本発明の一実施例を示す位置合せ装置の構成
図であり、図においてレーザ光源１．マスクホルダ３．
マスク４．透過形回折格子からなるマスクマーク５．粗
調ステージ６１微調ステージ７、ウェハ８１反射形回折
格子からなるウェハマーク９．光電変換器１３．１４は
第１図と同様である。また、１７，１８．１９は球面ミ
ラー。

２０は入射角可変装置、２１は信号処理制御部。

２２は振動子である。

レーザ光源１から発したコヒーレント光は、入射角可変
装置２０および球面ミラー１７によって方向を変えられ
、入射角αにかかわらずマスク４の同一点に入射する。

マスク４に作製されたマスクマーク５に入射した光は、
ウェハ８に作製されたウェハマーク９で反射され、再度
マスクマーク５を通過する。これら両マークによって回
折された＋１次、−１次の回折光をそれぞれ光電変換器
１３．１４で受け、電気信号に変換する。この＋１次回
折光強度工＋１’＋　　’１次回折光強度Ｉ−１これら
を信号処理制御部２１において加算した加算強度Σｒ−
ｒ＋１十Ｉ　１．同じく減算した減算強度△Ｉ＝Ｉ＋１
−１１　　または後述するようにマスク４とウェハ８と
を位置合せ方向に相対振動させたときの上記１千１＋ニ
ー１　　もしくはΣＩ、ΔＩの強度振幅は、後述するよ
うにマスク４とウェハ８との間のギャップ２と一定の関
係を有するから、これら回折光強度信号からギャップ２
を検出することができる。したがって信号処理制御部２
１から上記検出結果に基いて、マスクホルダ３もしくは
微調ステージ７に組込まれた２軸微調機構を駆動するギ
ャップ制御信号を送出することによシ、マスクホルダ３
もしくは微調ステージ７を上下動してマスク４とウェハ
８との間のギャップ２を所定の値に制御する。なお、マ
スク４とウェハ８を位置合せ方向に相対振動させる場合
には、信号処理制御部２１からの指令によって振動子２
２を動作させて行なう。

（回折光強度の理論計算について） 上記構成において、回折光強度工。は、第４３回応用物
理学会学術講演会講演予稿集、Ｐ２７゜１９８２年で紹
介されている次のような理論式（１）を用いて計算でき
る。

ここで、ＪＣｋは回折格子のフーリエ係数であυ、マス
ク、ｌ−２のときウェハの回折格子を表わす。

また、ｒは回折格子のピッチＰに対する回折格子の透明
部５ａもしくは反射部９１Ｌ（第１図（Ａ）参照）の長
さの比であ）、本実施例ではとの比ｒは０．５であるも
のとする。

（ギーＹツブ２の設定について） 第５図に、この（１）式を用いて、波長λ＝０．６３２
８μｍ、ピンチＰ＝４μｍ、入射角α＝０°（垂直入射
）の場合について、マスク４とウェハ８の相対位置ずれ
量ｄをＯから２μｍｉで変動させた際の、マスク４とウ
ェハ８との間のギャップ２に対する１次回折光強度■＋
１（同図（Ａ））と、＋１次と一１次の回折光の加算強
度Σ■（同図（Ｂ））とを計算した結果を示す。

第５図において、（イ）、（ロ）、（ハ）、に）、（ホ
）はそれぞわ相対位置ずれ量ｄが０．０．５，１．０，
１．５．２μｍの場合を示すが、それぞれλ’ｌ、／ｐ
２ｘ＝　Ｈ（ｎ；整数）の条件を満たすギャップ２．す
なわち本例ではＺ　≠０　、２５．３　、５０．６　ｐ
ｍ、・＝・４）近辺でｉ＋１ΣＩともに最大値と々る。

このＩＩ１．Σ工は、相対位置ずれ量ｄによって変化し
、ｄ＝ｏのときはλＺ／Ｐ’＝２ｋ（ｋは整数）を満た
すギャップＺで、ｄ＝Ｐ／２のときはλｚ／ｐ２＝　２
ｋ　−ｉ−１を満たすギャップＺで最大値となるので、
予め粗調によシギャップ２を±５μｍ２位置ずれ量ｄを
±１１１ｒｎ範囲程度に入れておけば、微調ステージ７
をＩＩ１もしくはΣ工が大きくなるように位置合せ方向
に移動しながらマスクホルダ３もしくは微調ステージ７
を上下動し、■＋１．ΣＩが最大になる点で停止すてこ
とに１）ギー’ｒ７プ２をＺ　＝　２５．３　、５０．
６　μｍ、　・・に容易に設定できる。

また、第５図から明らかなように相対位置ずれｉｄに無
関係、・（、λＺ　／Ｐ　２−ｎ　＋２　　（ｎは整数
）の条件を満たすギャップ２、本例ではＺ＝１２．６゜
３７９μｍ、・・・の時、ＩＩ１＋ΣＴはいずれも一定
値となる。したがって、相対位置ずれ量が０から２μｍ
の範囲で変動するようにマスク４とウェハ８とを位置合
せ方向に相対振動させると、第６図（Ａ）（工＋１の場
合）および（Ｂ）（Σ■の場合）に示すような強度振幅
曲線が得られる。強度振幅は、λＺ／Ｐ”−１〕十−（
ＩＩはギ数）の条件を満たすギャップ２で最小１λＺ／
Ｐ２＝ｎ　の条件を満たすギャップ２で最大となるので
、この点でギャップ設定が可能になる。ｆｆｒ、わち、
予め粗調によってギャップ２を１２．６１ｔＬ７５４ら
３７．９　μｍ　＋　　もしくは２５．：３１１から５
０６μｍの範囲に入れておけば、マスクホルダ３もしく
は微調ステージ７を上方向もしくは下方向へ移動し、強
度振幅が最小もしくは最大となった時に停止する簡単な
制御方法によって、ギャップ２を１２．６　ｔｔ７７１
．３７．９　ｐｍもしくは２５．３　μｍ、　５０．６
μｍの設定値に合わすことができる。以上、相対位置ず
れ景ｄの変動幅が０〜２μｍの場合について述べたが、
変動幅は０〜２μｍ以上でも、同様の強度振幅曲線が得
られる。また、入射角αがＱ　（１，すなわち垂直入射
の場合について述べたが、入射角αが２ＰＳｔｎα／λ
−ｋ（ｋは整数）を満たす条件のとき、すなわち本例の
場合α’；４．５４°、９．１０°、・・・・・・の角
度で斜め入射させた場合も、全く同様にギャンブ制御を
行なうことができる。

さらに第７図は、波長λ＝　０．６３２８　ｓｎ、　　
ピンチＰ＝４μｍの条件は第５図と同じで、入射角αを
２ＰＳｉｆｌα／λ＝”Ｔ（ｋは整数）を満足する値、
すなわち本例の場合α＝２．２７°とした場合について
、マスク４とウェハ８の相対位置ずれ量ｄをＯから２μ
、ｍまで変動した際の、マスク４とウェハ８との間のギ
ャップ２に対する＋１次と一１次の回折光の加算強度Σ
■を第５図（Ｂ）の場合と同様に（１）式を用いて計算
した結果を示す。

第７図−（おいて、（イ）、（ロ）詠→、に）、（ホ）
はそれぞれ第５図と同様に相対位置ずれ量ｄが０　、０
．５　、１＝０　。

１．５　、２．０μｍの場合を示すが、相対位置ずれ量
ｄに無関係にΣ工が零になるギャップ２が存在する。

λＺ／Ｐ　２＝　２　ｎ　＋１　（ｎは整数）の条件を
満たすギャップＺ、すなわち本例ではＺ　’−＝　２５
．３　、７５．９１ｔｍ。

・・・のときにΣＸ＝０が成立するので、予め粗調によ
ってギャップＺを２５．３μｍから７５．９μｍの範囲
に入れておけば、マスクホルダ３もしくは微調ステージ
７を上方向もしくは下方向へ移動し、Σ工が零になる点
で停止するという簡単な制御方法によって、ギャップ２
を２５．３μ扉もしくは７５．９μｍに設定できる。ま
た、ＩＩは相対位置ずれ量ｄによって変化し、ｃｌ＝ｏ
のときλｚ／ｐ”＝　２　ｎ（ｎは整数）を満たすギャ
ップ２で最大値となるので、予め粗調によシギャップを
±５μｍ１位置ずれ量ｄを±１μｍ範囲程度に入れてお
けば、微調ステージγをΣ工が大きくなるように位置合
せ方向に移動しながら、マスクホルダ３もしくは微調ス
テージ定できる。さらに、マスク４とウェハ８とを位置
合せ方向に相対振動させると、第６図（Ｂ）に示したと
同様に加算強度振幅曲線が得られるので、その最小とな
る点（λｚ／ｐ”　＝　２　ｎ　＋　１を満たす２）も
しくけ最大となる点（λｚ／ｐ２＝２ｎを満たすＺ）に
おいて、ギャップ２の設定が行なえる。

まだ、第８図は第７図と同一条件で、＋１次と一１次の
回折光の減算強度△Ｉの変化を（１）式を用いて計算し
た結果を示す。

第８図において、（イ）、（ロ）、（ハ）、（ロ）、（
ホ）はそれぞれ第７図と同様に相対位置ずれ量ｄカ５０
，０．５゜１．０　、１．５　、２．０μｍの場合を示
すが、この相対位置ずれ量ｄに無関係に△工が零になる
ギヤング２が存在し、λｚ／ｐ２＝　ｎ（ｎは整数）を
満足する条件のとき△Ｉ−〇が成立する。本例ではＺ＝
２５．３゜５０．６　、７５．９μ已・・・・・・のと
きに△Ｉは零となるので、予め粗調によってギャップＺ
を±５μｍ程度の範囲に入れておけば、マスクホルダ３
もしくは微調ステージ７を上方向もしくは下方向へ移動
し、Δ工が零になる点で停止する簡単な制御方法によっ
てギャップＺを容易に設定できる。さ幼にマスク４とウ
ェハ８とを位置合せ方向に振動させると第６図に示し、
７たと同様の強度振幅（ただしこの場合は減算強度振幅
）曲線が得られるので、その零点（λＺ／Ｐ２−．＝ｎ
を満たすＺ）においてギャップ２を設定できる。

以上説明し７たギャップ制御法において、ギャップ設定
値を変えたい場合には、そのギャップ設定条件を満足す
るように波長λもしくはピッチＰを変更すればよい。

（位置合せにつ員て） 一方、第９図は波長λ、ピンチＰ、入射角αともに第５
図と同一条件でギャップＺを２５．２８μｍから２６０
８μ〃Ｉまで変動させた際の、マスク４とウェハ８の相
対位置ずれ量ｄに対する＋１次と一１次回折光の力ｉｉ
狼−強度ΣＩの変化を（１）式によって計算した結果を
示す。

第９図において、（イ）、（ロ）、（ハ）、に）、（ホ
）はそれぞれギヤ７ブ２が２５．２８　、２５．４８　
、２５．６８　。

２５．８８　、２６．０８１ｌｒｎｔ７）８合を示ｆ−
Ｍ、イスｔＬモ１周期に１回の最小値もしくは最大値を
もつ単純な曲線となり、しかもギャップ２が２５．２８
μｍがら２６．０８μｍに変化しても曲線形状の変化は
小さい。

したがって、粗調によシー−＜ｄ＜−（０＜ｄ＜２ Ｐ）の範囲に位置合せしておけば、Σ工が小さくもしく
は大きくなるように微調ステージ７を位置合せ方向に移
動させ、最小点もしくは最大点にきたときに停止すると
いう簡単な制御方法によって位置合せが可能である。

第１０図に、波長λ、ピンチＰ、入射角αの各条件を第
９図と同一にしてギャップ２を２５．３μｍ２５．６μ
ｍ、２５．９μｍ、と変動させた際の、マスク４とウェ
ハ８の相対位置ずれ量ｄに対する＋１次と一１次回折光
の加算強度ΣＩの変化を実験によυ求めた結果を示す。

縦軸は光電変換器１３．１４の出力の和をボルト単位で
示しである。レーザ光′″ノー算には、出力のドリフト
を避けるために安定化電源を用いた。

第１０図において、（イ）、（ロ）、（／→、がそれぞ
れギャップＺが２５．３　ｐ−、２５，６ｔｔｍ　、　
２５．９　ａｍの場合を示すが、図から明らかなように
ギャップ２の変動に対する曲線形状の変化はきわめて小
さく、かつ単純な曲線こなっておシ、計算によるシュミ
レーション結果（第９図）を裏付けている。したがって
、ΣＩ而面を利用することによシ、簡単な制御方法で高
精度の位置合せが可能である。

第１１図は、第１０図の２１曲線の最小値部分を出力増
幅し、１．７Ｈ２のローパスフィルタを通した場合の信
号を示す。位置ずれ方向への微調ステージ７の移動速度
は０．８μｍ／寛である。図から、０．０２μｍの位置
合せに十分な感度を有しているととがわかる。

以上、入射角が０°の場合について述べたが、２　Ｐ　
ｓｉｎα／λ＝　ｋ　（ｋは整数）を満たす角度で斜め
入射しても全く同一の曲線となシ、同様に制御可能であ
る。曲線の形状はλＺ／Ｐ２＝ｎ（ｎは整数）、２　ｐ
　ｓｉｎα／λ＝ｋ（ｋは整数）を満たすギャップ２、
入射角αのとき最も単純になシ、しかもギャップ２の変
動に対する変化も最も小さくなるので、この条件下で最
も高精度の位置合せを単純な制御方法で行なうことがで
きる。

さらに第１２図は、波長λ、ピッチＰは第５図と同一条
件で、入射角αが２．２７°の条件において、ギヤング
２を１２．４４μ７７Ｌから１２．８４　ｐ１７Ｌ’Ｊ
で変動させた際のマスク４とウニ／・８の相対位置ずれ
量ｄに対する＋１次と一１次回折光の減算強度△工の変
化を（１）式によって計算した結果を示す。

第１２図において、（イ）、（ロ）、（ハ）、に）、（
ホ）はそれぞれギャップ２が１２．４４，１２．５４，
１２．６４゜１２．７４　、１２．８４μｍの場合を示
すが、曲線はいずれもｄが上と３ｐでΔＩ＝００軸を横
切る単純４ な曲線となシ、ゼロクロス点での位置合せが可能になる
。したがって、△Ｉの正負判定を行ないながら△工が零
に近づくように微調ステージ１を移動させ、零点で停止
する簡単な制御方法によって位置合せが行なえる。また
、零点を横切る曲線は直線状で、かつ傾きが大きいので
高感度の位置合せが可能で１見　しかもギャップＺの変
動による形状変化も小さいのでギャップ設定が容易であ
る。

曲線の形状はλｚ／Ｐ２＝ｎ十−（ｎは整数）、２ｐＨ
ｉｌｌα／λ＝に十７（ｋは整数）を満たすギャップ２
、入射角αの〆き最も単純になシ、ギャップ変動に対す
る形状変化も最も小さくなるので、この条件で最も高精
度の位置合せが可能になる。

（まとめ） 以上ギヤングＺの設定および位置合せについて述べたと
ころを総合すれば、ギャップ２がλＺ／Ｐ”＝ｎ（ｎは
整数）、入射角αが２Ｐ灯α／λ＝ｋ（ｋけ整数）を満
足する条件では、第５図および第６図に示したように回
折光強度Ｉ＋１もしくは加算強度Σ工またはこれらの強
度振幅が最大になる点でギャップＺを設定でき、かつ、
第９図に示したように加算強度Σ■が最小もしくは最大
になる点で最も高精度の位置合せができるので、ギャッ
プ２の設定と位置合せとを同一の信号、すなわち回折光
強度信号によって同時に制御することが可能になる。す
なわち、例えばギャップ設定にＩ＋１もしくけΣ■を用
い、位置合せにΣＩの最大点を用いる場合には、ある相
対位置ずれ量ｄにおいてＩ＋１もしくはΣ■が最大にな
るようにマスクホルダ３もしくは微調ステージＴを上下
動し、次にΣ工が最大になるように微調ステージ７を位
置合せ方向に移動する。この上下動および位置合せ方向
への移動を交互に繰返して、Ｉ＋１もしくはΣＩが最大
になった時にギャップ設定および位置合せ制御を終了す
る。まだ、ギャップ設定にＩ＋、もしくはΣＩを用い、
位置合せにΣ工の最小点を用いる場合、またはギャップ
設定に１＋１もしくはΣＩの強度振幅を用い、位置合せ
にΣ工の最小もしくは最大点を用いる場合には、微調ス
テージ７を位置合せ方向に微動し、またはマスクホルダ
３を振動子２２によって位置合せ方向に振動しつつ、ｒ
＋ｘもしくはΣ工またはこれらの強度振幅が最大になる
ようにギャップ２を設定後、マスクホルダ３の振動は停
止し、微調ステージ７を位置合せ方向に移動してΣ■が
最小もしくは最大になった点で停止して位置合せを行な
う。

これに対し、ギャップ２がλＺ／Ｐ咥”Ｔ（”は整数）
、入射角αが２Ｐｓ１ｎα／λ＝ｋ（ｋは整数）を満足
する条件では、第６図に示したようにＩ＋４もしくはΣ
Ｉの強度振幅が最小になる点でギャップを設定でき、か
つその状態で入射角αだけを、２Ｐｓｉｎα／λ−に＋
Ｔ（ｋは整数）を満足するように変更することによ）、
第１２図に示したように減算強度ΔＩが零になる点で最
も高精度の位置合せができるので、ギャップの設定１位
置合せを同時に制御することが可能になる。すなわち、
Ｉ＋１もしくはΣＩの強度振幅が最小に々るように、マ
スクホルダ３もしくは微調ステージ７を上下動し、最小
になった点で停止する。次に、入射角可変装置２０によ
って入射角αを変更し、マスクホルダ３の振動を止めた
うえで、△■が零になるように微調ステージＴを位置合
せ方向に移動し、零になった点で停止して位置合せを行
なう。

さらに、ギャップ２がλｚ／Ｐ２＝２ｎ＋１　もしくけ
２ｎ（ｎは整数）、入射角αが２ＰＳｈｌα／λ＝に＋
−Ｌ（ｋは整数）を満足する条件では、第８図に示した
ようにΣ■が零もしくは最大になる点でギャップを設定
でき、かつその状態で入射角αのみを２ｐ＝α／λ、＝
ｋ（ｋは整数）を満足するように変更することによシ、
第９図に示しだようにΣＩが最小もしくは最大になる点
で最も高精度の位置合せができるので、ギャップの設定
および位置合せを同一信号によって制御することが可能
になる。すなわち、この場合は、Σ工が零になるように
、マスクホルダ３もしくは微調ステーク）上下動するか
、またはΣＩが最大になるように、微調ステージ７を位
置合せ方向に移動しつつ、マスクホルダ３もしくは微調
ステージ７を上下動する。

次に入射角可変装置２０によって入射角αを変更後、Σ
■が最小もしくは最大になるように微調ステージＴを位
置合せ方向に移動する。このギヤツブ制御１泣置合せ制
御を交互に繰返して、それぞれΣ工が零もしくは最大、
ΣＩが最小もしくは最大になった時にギャップ設定およ
び位置合せ制御を終了する。ギャップ設定に加算強度振
幅を使用する場合も、同様の方法によってギャップ設定
。

位置合せ制御を行なうことができる。

また、ギャップ２がλｚ／ｐ２＝ｎ（ｎは整数）、入射
角αが２Ｐ８ｉ１１α／λ＝に＋−（ｋは整数）を満足
する条件では、第８図に示したように△Ｉが零になる点
でギャップ２を設定でき、かつその状態で入射角αのみ
を２ｐｓｉｎα／λ＝ｋ（ｋは整数）を満足するよう−
・ζ変更することによシ、第９図に示したように加算強
度Σ工が最小もしくは最大になる点で最も高精度の位置
合せができるので、ギャップの設定および位置合せを同
時に制御することが可能になる。すなわち、この場合に
は、Δ工が零になるようにマスクホルダ３もしくは微調
ステージ７を上下動する。次に入射角可変装置２０によ
って入射角αを変更後、ΣＩが最小もしくは最大になる
ように微調ステージ７を位置合せ方向に移動する。この
ギヤツブ制御１泣置合せ制御を繰返して、それぞれ△Ｉ
が零、ΣＩが最小もしくは最大になった時にギャップＺ
の設定および位置合せ制御を終了する。ギャップ設定に
減算強度振幅を利用する場合も、同様の方法によってギ
ヤング設定および位置合せ制御を行なうことができる。

（その他の実施例） 以上の実施例では、１次回折光を利用した場合について
のみ説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
く、２次、３次あるいはよシ高次の回折光を利用しても
同様の効果を得ることができる。まだ、上述した実施例
ではマスク、ウエノ・にそれぞれ１つの回折格子マーク
を作製した場合についてのみ説明したが、例えば特開昭
５３−２２７５９において説明されているようにｘ、ｙ
軸方向に直交する回折格子を１組としてマークを作製す
ると、ＸｒＹ軸両軸向方向いて同時にギャップ設定およ
び位置合せ制御ができ、さらにもう１つのマークを別に
設けることによシマスク、ウェハ間の平行度をきわめて
高精度に制御できる。

また、レーザ光源から発するコヒーレント光の代りに準
単色光を用いても同様の効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、回折光強度信号
を用いて両物体間の、ギャップを検出しこれを制御する
ようにしたことによシ、本来の位置合せ用のマークをそ
のままギャップ制御用に利用でき、しかも位置合せ用の
回折光強度信号を用いてギャップを設定できるため、容
量形ギャップセンサのようなギャップ検出用のセンサや
その他の検出機構を別に設ける必要がなく、装置構造を
簡単にできる。また、２重焦点レンズを用いる方法のよ
うに対物レンズを使用せず、露光バタンの最も近くに配
ｆＡした位置合せマークを利用できるため、例えばマス
ク−やウェハの平面度が悪くても、マスク上の炭、光バ
タンとレジストを塗布したウェハとの間のギャップを正
確に設定でき、しかもその制御方法は容易であるという
利点を有する。このように本発明によれば、同一の信号
、すなわち回折光強度信号のみを利用して、ギャップを
正確に制御しながら位置合せが行なえるため、簡単な装
置構造でしかも高精度な位置合せが容易に行なえるとい
う効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は従来の２重回折格子を用いた位置合せ装
置を示す構成図、同図（Ｂ）は位置合せマークを示す詳
細図、第２図（Ｎおよび（Ｂ）はそれぞれ相対位置ずれ
量に対する＋１次と一１次回折光の減算強度△Ｉの変化
の一例を示す図、第３図（Ａ）は従来の２重焦点レンズ
を用いたギヤツブおよび位置合せ同時検出法を示す図、
同図（Ｂ）は位置合せマークを示す詳細図、第４図は本
発明の一実施例を示す位置合せ装置の構成図、第５回置
および（Ｂ）はギャップに対する回折光強度Ｉ＋１お工
び加算強度Σ■の変化の一例を示す図、第６図体）およ
び（Ｂ）はギャップに対するＩ＋１およびΣＩの強度振
幅の変化の一例を示す図、第７図は斜め入射時における
ギャップに対するΣ工の変化の一例を示す図、第８図は
斜め入射時におけるギャップに対する△Ｉの変化の一例
を示す図、第９図は相対位置ずれ紫に対するΣ工の変化
の一例を示す図、第１０図は同じくΣ工の実験結果を示
す図、第１１図は同じくΣ工の最小点付近の拡大図、第
１２図は斜め入射時における相対位置ずれ量に対する△
１の変化の一例を示す図である。 １・・・・ｖ−ｆ光源、３・・・・マスクホルダ、４・
・・・マスク、５・・・・マスクマーク、５ａ・・・・
透明部、６・・・・粗調ステージ、７・・・・微調ステ
ージ、８・・・・ウェハ、９・・・・ウェハマーク、９
ａ・・・・反射部、１３．１４・・・・光電変換器、１
７，１８．１９・・・・球面ミラー、２ｏ・・・・入射
角可変装置、２１・・−・信号処理制御部、２２・・・
・振動子。 特許用１．穎入　　　日本電信電話公社化　理　人　　
　山　　川　　政　　樹第１図 １　　　　　　　（Ａ） （Ｂ） ／−−ｍ− 第２図 ■ １、ＩＰｍ 第３図 第４図 第５図 １（Ａ） 第６図 （Ａ）　　　　　　　　　強 夾 Σ１ （Ｂ） ”、”ｑツブＺ　（Ｐｍ） 第９図 イＬｚ７　れ量ｄ（ｌＬｍ） 第１０図 り 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１の物体に設けた第１の回折格子と、第２の物体に設
   けた第２の回折格子とを一定のギャップをおいて重ね、
   これら第１および第２の回折格子にコヒーレント光もし
   くは準単色光を入射し、両回折格子によって生じた回折
   光の強度の変化によって第１の物体と第２の物体の相対
   変位を検出して位置合せする方法において、回折光強度
   信号から第１と第２の物体間のギャップを検出してこれ
   を所定の値に設定する過程を有することを特徴とする２
   重回折格子による位置合せ制御法。