JPS5952535B2 - 光学装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は走査面上の第１のマーク及び第２のマークを光
学的に走査し、第１のマークに対する第２のマークの相
対的な位置関係を検出する光学装置に関するものである
。

この種の装置としては特開昭イ７−３６７６５号に示さ
れた装置が知られている。

そしてこの装置は走・査面上にアライメントマークを有
する半導体焼付け用のマスクとウェハーを重ねて配置し
、これらのアライメントマークを走査し、アライメント
マーク間の位置関係を検出することによつてマスクとウ
ェハーの位置関係を検出している。マスクのアライメン
トマークは平行な関係に有る第１、第２のバーにやはり
平行な関係にある第３、第４のバーを９０度の角度で交
差させた構成であり、又ウェハーのアライメントマーク
は第５、第６のバーを９０度の角度で交差させた構成で
ある。これらのアライメントマークの走査は拡大像位置
に配され移動開口によつて行なわれている。

そして、この移動開口は検出信号のレベルを大きくする
ためにスリット状である。移動開口をスリット状にした
ため、交差したバーを検出するためには２つの直交関係
に有るスリット状開口が必要になる。

そして、一方のスリットによつてある方向のマークの位
置関係を検出し、他方のスリツトによつて前記ある方向
に対して直角方向のマークの位置関係を検出している。
この様に従来の光学装置は光量の問題を孝慮した場合複
数個のスリツトを設けなければならなく又複数個のスリ
ツトを設けることによつて光学系を複雑にするという欠
点を有していた。本発明は上記欠点を鑑みなされたもの
である。

従つて、本発明の目的は簡単な光学系を有する光学装置
を提供することである。この目的を達成するために、本
発明の実施例の装置に於いてはスポツト走査が適用され
、このスポツトの走査によつて形成される走査線がマー
タを構成するすべてのバ一を横切る構成になつている。
ここで、スポツト光とはマータに対して方向性を持たな
い例えば中心対称なガウス分布をした強度分布を持つス
ポツトの事をいう。そしてスポツト走査は走査面を前記
スポツト光で直接走査するかもしくは走査面を広い範囲
にわたつて照明し、その走査面の像位置に実質的に移動
するスポツト状の開口例えば円形開口を設ける事によつ
て達成出来る。以下本発明を添付した図面を使用して説
明する。

第１図は本発明の装置の１部を示す図である。

１は対物レンズである。

このレンズの瞳位置に設けられた絞り２の中心３を不図
示の回転多面鏡等の走査器からの走査レーザビームが通
過する。すなわち、絞りの中心３が走査ビームの振れ原
点になつている。このためこの中心位置に回転多面鏡の
反射点を位置させるか、又はこの絞り面の中心位置を回
転多面鏡と絞り面の間に配されたレ．ンズによつて回転
多面鏡の反射点と共役関係にする必要が有る。絞り面２
は対物レンズの焦点面と一致しておりこのような構成は
テレセントリツク光学系と称されている。このような構
成を取ることによつて、対物レンズからの各走査ビーム
の主，光線はこの対物レンズの光軸に対して平行になる
。４は対物レンズからの各走面ビームによつて走査が行
なわれる走査面である。

走査面は必ずしも一つではなくＩＣ製造時のマスクとウ
エハ一の位置合わせの様な場合にはマスクとウエハ一が
同ｚ時に走査される。走査面によつて反射された光は再
びレンズ１を介して絞り方向に進行する。これの反射光
は公知のハーフミラー，レンズ，光検出器より成る光電
変換系に導びかれる。この様な光学系の例として昭和５
１年４月２８日出願の「走査型光検出装置」がある。

以下、この走査面上に配された２つのワークピース、例
えばマスクとウエハ一上に形成されたアライメントマー
クを例としてマークの光学的読み取りについて説明する
。

ＩＣ焼付の際マスクとウエハ一は所定の関係に導かなけ
ればならないが、この操作の間、、マスクとウエハ一は
コンタタト法やプロキシミテイ法の場合には数＋μｍの
距離ｌを於いて平行に保持され、プロジエクシヨン法の
場合には互いに共役に保たれている。第２図はマスクと
ウエハ一をこのような状態で観察した図であり、マスタ
を通してウエハ一側のパターンを対物レンズ１により見
ている事に相当している。

図中５はマスクに形成されたアライメントマークである
。

このアライメントマークは平行関係にある第１のバ一６
と第２のバー７及び平行関係にある第３のバ一８と第４
のバ一９を含み、第１，・第２のバ一６，７若しくはこ
れらの延長線は第３，第４のバ一８，９に９０度の角度
で交わつている。１０はウエハ一に形成されたアライメ
ントマークで゛、このアライメントマーク１０は第５，
第６のバ一１１，１２を含み、これらのバ一１１，１２
若しくはこれらの延長線は９０度の角度で交わつている
。

１３は対物レンズ１によつて走査面４上で円形に結像さ
れている走査スポツトレーザ光の移動によつて形成され
る走査線である。

この走査線１３とバ一６，７，８，９及び１１，１２と
がなす角度は４５度である。そして、スポツトレーザ光
によつてマータ５，１０を走査することによつてこれら
のマーク５，１０のｘ方向， ｙ方向の位置関係が検出
される。第３図は第２図の位置関係（尚、この位置関係
にマーク５，１０が有る時、マーク５，１０は調整され
た位置にあるとする。

）にある時走査した際の検出信号を示すもので、縦軸Ｔ
は時間軸を示すもので、Ｔｌ，・・・・・・，Ｔ６は夫
々第１，・・・・・・，第６のバ一６，・・・・・・，
９の走査時刻に対応している。従つてこの時刻Ｔｌ，
・・・・・・，Ｔ６に夫々バ一検出信号が得られる。Ｗ
１・・・・・・Ｗ５は検出信号の時間間隔である。従つ
て、マーク１０に対して、マーク５がＸ，ｙ方向にずれ
てた場合、時間間隔Ｗ１とＷ２及び時間間隔Ｗ４とＷ５
が異なつてしまう。従つてＷ１とＷ２，Ｗ４とＷ５に差
が有つた場合、マーク５，１０は正確に調整されていな
いことが検出される。次にこのｘ−ｙ方向のずれ量の検
出方法について説明する。説明を簡単にする為今走査線
１３はｙ軸方向と一致しているとし、マーク５，１０が
走査線となす角度は±４５゜であると仮定しよう。

またマーク５，１０が完全に位置合せされた状態では、
マーク１０の頂点Ｂ１がマーク５の頂点Ａｌ，Ａ２の丁
度真中に来る様になつているものとする。この様な系で
如何にしてマーク５，１０ずれを見出すかを示したのが
第４〜７図である。

Ａ１とＡ２の中点Ｂ。をマーク１０の頂点が占めるべき
位置として示している。第４図ではマーク１０がＢＯよ
り△ｘだけずれている時、第６図ではマーク１０がＢ。
より△ｙだけずれている場合が示されている。まず第４
図の△Ｘずれている場合であるが、この時は第５図に示
す様に出力のＷ１とＷ５が同じ量だけ大きくなりＷ２と
Ｗ４がその分だけ小さくなる。

第６図の△ｙずれている場合には第７図に示すようにＷ
１とＷ４が同じ量だけ小さくなり、Ｗ２とＷ５がその分
だけ大きくなつている。

即ち△ｘ方向にずれるか、△ｙ方向にずれるかによつて
大きくなつたり、小さくなつたりするパルス間隔の組合
せが異なる。これを式で示すと△Ｘ，△ｙはという簡単
な関係となる。

ｋはパルス間隔ｗとずれ量との比例定数でルーザースポ
ツトの走査速度に比例する。位置合せが完了し、マーク
１０の頂点Ｂ１がＢ。に一致した時にはＷ１＝Ｗ２，Ｗ
４＝Ｗ５であり△ｘ＝△ｙ＝０となる事は容易に理解さ
れよつ。尚、マスク製作時の誤差やウエハ一の伸縮など
でアライメントマークと実素子″の間にずれがある場合
アライメントマークを合致させて△ｘ＝△ｙ＝Ｏとして
も、肝心の実素子の方でずれが出てしまうことがある。

これは一般にオフセツト量と呼ばれている。この場合に
はアライメントマークと実素子とのずれを予め与えてや
ればＷ１〜Ｗ５の関係は前述の△Ｘ，△ｙの計算式によ
り容易に導き出す事が出来る。本実施例で光源としてレ
ーザーを用い、走査光をレーザースポツトで構成した。

対象物体面上を大きな光量で照明し、しかも高精度を得
る為に小さなスポツト径に絞るという事は通常の光源で
は非常に難かしい。レーザー光はその点輝度が高い上に
指向性が良く、前記の条件を完全に満足させる事ができ
る。物体面上でスポツト走査を行うという技術は、従つ
て、本発明の様にレーザーを用いて極めて有効な手段と
なり得たといえる。以上の実施例では、マーク５とマー
ク１０のＸ，ｙ方向のずれを検出し、マスク，ウエハ一
のＸ，ｙ方向の平行ずれ成分を検出したわけであるが、
実際のマスクとウエハ一の様な二次元物体の位置合せに
はこの他に回転成分θについても検知しなければならな
い。回転成分を検知する為には例えばマスクとウエハ一
の複数個の場所でずれを検出すれば良い。第８図はこの
様子を示したものであり、対物レンズ２２，２３によつ
て、マスク２０上の異なる２ケ所２４，２５を観察して
いる。２４，２５の位置には本発明に従う、前述のアラ
イメントマークが配置されており、ウエハ一２１の対応
箇所にも不図示であるが、対応する前述のアライメント
マークが配されている。

第９図，第１０図は夫べ対物レンズ２２の視野半分と、
対物レンズ２３の視野半分を合成して、マスクとウエハ
一を観祭した時のパターンである。こ′の様な観察法は
スプリツトフイールドと呼ばれている。第９図はスキヤ
ンライン１３を視野分割線に対して平行に設定した場合
で、第２図に示した５，１０のマークがスキヤンライン
１３に対して夫々５ひつかかる様に配置されている。

第１０図はスキヤンライン１３が視野分割線に対して直
角に交わつている場合でマーク５及び１０の向きは第９
図の場合と９０゜異つている。視野分割された片方を右
視野、もう一方を左視θ野と呼ぶ事にする。

この時、左右両視野をどの様にして走査するかについて
は種々の方法があると思われる。第９図の場合、最も簡
単なのは複数個ビームをつくり、それらを夫々左右両視
野にわりふる事である。複数個のビームは複数個の光源
もしくは単一光源にビーム分割素子、例えばビームスプ
リツタ一や結晶を用いる事によつて容易に作り出すこと
ができる。

その複数個のビームを各視野に送るのである。もう一つ
の方法としては、時間的にわけて左右両視野を走査する
やり方が挙げられる。この場合には単一光源で良く、わ
ざわざビームを分割しなくても良い。第１０図の場合に
は単一光源からの光を時間的に左右に振りわける方式が
最も好ましい。

即ち左視野と右視野を交互に走査する方式である。この
方式は左右の視野を重ね合わせた後の光学系の方から光
を走査してやれば容易に実現することができる。この様
にして、第８図の例ではマスクとウエハ一夫々２ケ所で
測定し、マスクに対するウエハ一のｘ方向， ｙ方向の
ずれを求める。

この量を夫々Δｘ右，△ｘ左，△ｙ右，Δｙ左とし、２
つのマークの間の距離を２Ｒとすると、全体としてマス
クに対するウエハ一のずれ量△Ｘ，△Ｙ，△θは二とい
う形で示される。従つて、この値を補正する様に第８図
では不図示の駆動系により、ずれを直してやることによ
りアライメントが完了される。以上の様に、本発明では
レーザースポツトの走査という事で、従来の様に複数個
のスリツトで二方向を走査するという繁雑さを逃れる事
ができ、しかも高精度で、光量も十分にとる事ができる
ので、物体の位置を検出するのに極めて有力な手段を提
供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を実施する際の対物レンズ付近の光路
図、第２図は、本発明によるアライメントマータとスキ
ヤンラインの好ましい配置図で、第３図はその出力を模
式的に示したもの、第４図は、アライメントマークがｘ
方向にずれた場合のマークの相対関係を示す図で、第５
図はその出力を模式的に示したもの、第６図はアライメ
ントマークがｙ方向にずれた場合のマークの相対関係を
示す図で、第７図はその出力を模式的に示したもの、第
８図は、複数個の箇所で物体を観察し、平行移動成分と
共に回転成分をも検知しようという光学系、第９図、第
１０図は第８図の光学系で本発明によるアライメントマ
ークを観察した場合を示す図。 図中、１は対物レンズ、２は瞳、３は瞳の中心でビーム
の振れ原点、４は走査面、５は第一物体上のアライメン
トマーク、１０は第二物体のアライメントマーク、１３
は走査線、２０はマスク、２１はウエハ一、２２，２３
は対物レンズ、２４，２５はマスク上のアライメントマ
ークである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 走査面上の第１のマーク及び第２のマークを光学的
   に走査し、第１のマークに対する第２のマークの相対的
   な位置関係を検出する光学装置に於いて、前記第１のマ
   ーク及び第２のマークは走査装置からの集光された走査
   光によつて走査され、又、前記第一のマークは４本のバ
   ーより構成され、第１のバーと第２のバー及び第３のバ
   ーと第４のバーは夫々所定間隔を置いて平行であり、又
   、第１、第２のバー若しくはこれ等の延長線と第３、第
   ４のバー若しくはこれ等の延長線は所定の角度で交差し
   、更に、前記第２のマークは第５、第６のバーより構成
   され、これら第５、第６のバー若しくはこれらの延長線
   は前記所定角度で交差し、又更に、これら第１から第６
   のバーは夫々前記走査スポット光の移動によつて形成さ
   れる走査線に所望の角度で交わつており、走査光が各バ
   ーに交わることによつて得られる検出信号に基づき第１
   のマークに対する第２のマークの相対的な位置関係を検
   出する光学装置。 ２ 特許請求の範囲第１項の光学装置に於いて、前記走
   査光はレーザー光である。 ３ 特許請求の範囲第１項の光学装置に於いて、前記第
   １のマークは第１のワークピース、前記第２のマークは
   第２のワークピースに形成されていることを特徴とする
   装置。 ４ 特許請求の範囲第３項の光学装置に於いて、前記第
   １、第２のワークピースは位置的に異なる複数個の走査
   線に沿つて走査され、これらの第１、第２のワークピー
   スにはこの走査線に沿つて夫々第１、第２のマークが複
   数個形成されていることを特徴とする。 ５ 特許請求の範囲第１項の光学装置に於いて、前記所
   定の角度は９０度である。 ６ 特許請求の範囲第１項の光学装置に於いて、前記所
   望の角度は４５度である。