JPS5999721A - マーク検出装置 - Google Patents

マーク検出装置

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JPS5999721A
JPS5999721A JP57208764A JP20876482A JPS5999721A JP S5999721 A JPS5999721 A JP S5999721A JP 57208764 A JP57208764 A JP 57208764A JP 20876482 A JP20876482 A JP 20876482A JP S5999721 A JPS5999721 A JP S5999721A
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light
beams
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deflected
alignment
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Shigeki Nakano
茂樹 中野
Masao Totsuka
戸塚 正雄
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Canon Inc
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7065Production of alignment light, e.g. light source, control of coherence, polarization, pulse length, wavelength
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7073Alignment marks and their environment
    • G03F9/7076Mark details, e.g. phase grating mark, temporary mark

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

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】 本発明は、゛1イ導体焼(1装に6等ζこおけるマスク
とウェハーのような2物体を整合するイ☆置合わせイJ
、号検出装置に関するものである。
従来、マス々とウェハ〜との相力゛位置合わせは、一般
に走査面一1−にアライメントマークをイjするマスク
とウェハーとを屯ねて配置し、これらのマークを光を使
って走査し、アライメンi・マーク間の11′、間幅を
検出することによってマスクとウェハーとの位置関係を
検出している。
基体的には、マスクのアライメントマークMは、第1図
(a’)に’]<すよう(こ走査線A上−て乎イーlな
関係にある八′ろ1.第2のアライメントマーク旧、M
2と、これらのマーク旧、H2と走査線Aに対し通向き
に(ぼ!け同様に平行な関係にある第3、第4のマーク
)43、阿4とを、走査線Aに苅しそれぞれ角度Q−4
5度として配置した構成である。また、ウェハーのアラ
イメントマークWは、第1図(b)に示すように第1、
負′32のアライメンI・マークWl、W2を互いに逆
向きに傾けると共に、走査線Aに対しそれぞれ角)BO
= 45度とした構成であって、アライメンI・マーク
MとWとを(C)に示すように重ね合わせてマスクとウ
ェハーとの相対的な位置合わせを行うわけである。
この状態において、例えば特開昭47−36765号公
報に開示された装置のように、分離した2方向のスリッ
ト状移動開口を有する光走査機構を用いてアライメント
マークM、W上を走査線Aに沿って走査する装置が知ら
れている。2方向の移動開口は交差したアライメントマ
ークM、Wを検出するために、一方向のスリット状開口
により例えばマークM1、Wl、M2の位置関係を検出
し、他方の開口によりマークM3、w2、M4の位置関
係を検出する。しかし、このような従来の光学装置は、
複数個のスリットを設けなければならず、また複数個の
スリットを設けることによって光学系を枚数にするとい
う欠点を有している。また、光量の問題を考慮した場合
に検出用照明光は物体の被観察領域全体を照明し、その
一部しか検出に寄与していないことになり、光の利用効
率が悪いという問題点も存在する。
他の検出装鐸の例としては、物体面をスポフト光で走査
するものや、スリット状のビームをアライメントマーク
M、Wの傾き方向に合わせて、走査の途中でスリットの
向きを切換えるものがある。前記のスポット光で走査す
る装置では、走査線上に塵挨等が存在した場合の検出、
又はアライメントマークM、Wの欠落等による整合の失
敗や検出精度の悪化を招くという欠点を有している。
また、後記のスリット状ビームをアライメントマークM
、Wに合わせてその方向を切換えるものでは、その切換
え機構が高精度を要求するために構造が複雑となり、更
には測定時間も長くなるという欠点がある。
本発明の目的は、上述の欠点を払拭し、位置合わせマー
クによる物体の位置合わせを高精度にかつ能率良く検出
する位置合わせ信号検出装置を提供することにあり、そ
の要旨は、傾き方向の異なる2個以上の細条状の位置合
わせマークを光走査により走査する装置において、前記
マークの両傾きと一致させると共に分離可能な性質のス
リット光を交差させて形成した照明手段と、該照明手段
によって走査されたマークからの反射散乱光を傾きごと
に別個に分離して検出する検出手段とを具備したことを
特徴とするものである。
以下に本発明を第2図以下に図示の実施例に基づいて詳
細に説明する。
第2図は位置合わせ信号検出装置の光学系の構成図を示
し、1はマスク、2はウェハーであって、ウェハー2は
ウェハーステージ3上に載置されている。このマスク1
とウニ/\−2上には、第1図(a) 、 (b)に示
すアライメントマークM、 Wが描かれ、これらは第1
図(C)に示すように重ね合わされている。10はレー
ザー光源であり、このレーザー光源10から出射された
レーザービームLの進路に沿って、ハーフミラ−11、
反射ミラー12、入/2板13、図面に対し45度傾い
た軸を持つ第1のシリンドリカルレンズ14、P偏光を
透過しS偏光を反射する第1の偏光ビームスブリック1
5、結像レンズ16、回転多面鏡17が配置されている
。また、ハーフミラ−11の反射側には、反射ミラー1
8か設けられ、反射光を先の第1のシリンドリカルレン
ズ14の軸とその集光能力を持つ軸が直交する第2のシ
リンドリカルレンズ19を経て、第1の偏光ビームスプ
リッタ15に入射するようになっている。更に、この回
転多面鏡17により偏向走査されたレーザービームLの
光軸に沿って、中間レンズ21.22及び直角の二方向
に走査角に従って順次にレーザービームLを偏向するた
めのプリズム23が構設されている。また、このプリズ
ム23の両側には対称的に2系列の光学系が設けられて
おり、偏向されたレーザービームLの進行順に沿って、
レーザービームLを偏向すると共にイに路の反射光を充
電検出光学系に導光するためのハーフミラ−24a、2
4b、中間レンズ25a、25b、絞り26a、26b
、対物L/7ズ27a、27bがそれぞれ配置されてい
る。また、復路においてハーフミラ−24a、24bに
より分離される透過光の光軸上には、第2、第3の偏光
ビームスプリッタ28a、28b、反射ミラー29a、
29bが配置され、これらの反射側に、即ち左右対称に
計4系夕1の光電検出光学系が模成されている。ここで
、第2、第3の偏光ビームスプリッタ28a、28bは
先の第1の偏光ビームスプリング15と同様に、Pi光
を透過しS偏光を反射するような特性を有している。そ
して、これらの第2、第3の偏光ビームスプリッタ2E
la、28.bの反則側には、結像レンズ30a、30
 、b、部分遮光板31a、31.b、コンデンサレン
ズ32a、32b、光電変換器3.3 a、33bがそ
れぞれ配置されている。また、反射ミラー29 a 、
29bの反射側には同様にして、結像レンズ34a、3
41>、部分遮光板35a、35b、コンデンサレンズ
36 、、a 、 36b、光電変換器37a、37b
がそれぞれ配置、されている。部分遮光板31a、31
bは例えば第3図(a、)に示すように中央部を遮光構
造としたスリット状の透過部38を有するのに対し、部
分遮光板35a、35bは同様に中央部に遮光構、造を
有し、部分遮光板31a、31bの透過部38とは直交
する方向にスリット状の透過部39が設け、、うれてい
る。
不発苧の実施例は上述のオル成を有するので、レーザー
光源艮Oから出射されたレーザービームLが、例えばS
、偏光である。りすると、このレーザービームLは/:
\−フミラー11で2分され、それぞれ反則ミラー12
.18により偏向される。反射ミラー12で反射された
しニー、7−ビームLは入/2板13によ、すP偏光と
され、更に、第1のシリンドリカルレンズ14によりス
リン]・状のビームLlとされ、、第1の偏光ビームス
プlル〈り15に入射しここを透過する。一方、反射ミ
ラー18で反射されたS偏光のレーザービームLは、第
2のシリンドリカルレンズ19により、ビームL1と互
いに直交する方向のスリン、ト状、ビ、−,ムL2とし
て第1の偏光ビームスプリッタ、15に入射し、ここ!
反射する子とにより先のビームLlと合成9れ1.P偏
光とS偏光とが互いに交差した。スリン、1・状ビーム
L3として、結像レンズ16を経由して回転多面鏡17
ρ集門原点Bに入射し偏向走査される。回転多面鏡17
により偏向走査されたこのビームL3は、中間レンズ2
1.22を通過した後にプリズム23の側面23aに入
射し、ここで左方向に偏向され、更にハーフミラ−24
により下方向に偏向される。、そして、中間レンズ25
a、絞り26a、対物し、ンズ2..,7..aを介し
て−スぞ、1及びウェハー2の面」−に結像する。マス
ター及□びウェハー2に結像したこのビームL3は、第
4図(a)に示すように、アライメンI・マークM1、
Wl、M2と平行なP偏光のビームL1とマークM3、
W2、M4と平行なS偏光のビームL2と←ら成り、マ
スクl、ウニハト□ 一2co′″1iOF!、”(1)754yLy“ご−
1”゛。
I2を照射することになる。   、、、、。
この状態において、ビームL3が走査線Aに沿って右方
向に走査すると、先ずアライメントマークM1、Wl、
M2に対応する位置で散乱が生ずる。第4図(b)に示
す出力信号S1、S2、S3は、P偏光のビ1   ・ −ムL1のアライメントマークM1・、・、Wll、M
2における散乱反則光が、・第、2図の対偏゛し:ンズ
g7a、紋、す。
□−1、山 26a、′中間し1ンズ125aの復□路を戻り、第2
の偏光ビームスプリッタ28aを透過し反射ミラー29
aで反則し、更に結像レンズ34a1部分遮光板35a
、コンデンサレンズ36aを経由して光電変換器37a
に入射することにより得られる。この場合、ビームL1
はスリット状の傾きを有し、アライメントアーク旧、1
j11. M2にほぼ重なることにより検中するので、
従来の単なるスポット光よりもその検出感度は高ぐ、検
出精度は良好となる。
一方、S偏光のビームL2によってもアライメントマー
クM1.・1111、M2との交差した部分から散乱反
射が生じ、この散乱反身]光は復路を戻り偏光ビームス
ブリック28aで反射されるが、この散乱反射光のレベ
ルは低く光電変換器33aから出力されても波形処理上
カットされる。なおこの間に、マスク1、ウェハー2の
平滑面で反射された非散乱光は部分遮光板31a、35
aの中央部に結像し、ここで遮光され光電変換器33a
、37aに到達することはない。
酵いて、ビームL3か更に右方向に走査されると、アラ
イメントマークM3、W2、旧が同方向の傾きを44す
るS偏光のビームL2により、光電変換器33aの出力
として第4図(c)に示す出力信号S4、S5、S6が
イL)られる。これらの出力信号S1〜S6は図示しな
い波形整形回路で整形した後に、第5図に示すように各
出力信号間の時間幅wl、 w2、w3、W4が求めら
れ、次の式に従ってウェハー2を移動すれば整合が実施
できる。
X方向の移動量= (wl+w2−w3−w4) / 
4Y方向の移動量= (−wl+w2−w3+w4) 
/ 4このようにして、光電変換器33a、37aから
第4図(b) 、 (c)に示す出力信号S1〜S6が
得られ、第1のアライメントマーク群I、、I2の検出
が終了する。
そしてビームL3が更に偏向走査されて、プリズム23
の側面23bに達すると、今度はビームL3はプリズム
23により右側に偏向され、中間レンズ25b、絞り2
6b、対物レンズ27bを経てマスク1、ウェハー2の
面上の第2のアライメントマーク群I1..n2を先の
説明と同様に検出することになる。
」二連の実施例においては、互いに直交するビームL1
とL2とをP偏光とS偏光により構成し、光電検出系で
分離(L判別できるようにしたが、その他の分離可能な
手段、例えば使用する波長を異にして散乱反射光を分離
判別するようにしてもよい。また、本発明はマスク1と
ウェハー2との間に投影光学系が存在する投影方式の自
動位置合わせ装置にも有効に使用できることは勿論であ
る。
以上説明したように本発明に係る位置合わせ信号検出装
置は、物理的性質の異なる分離可能な交差状の2方向の
スリット光を使用して、傾きの異なるマークを有する位
置合わせマークを検出するものであり、位置合わせマー
クを高精度にかつ高速度に検出できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(C)は従来のアライメントマークの検
出方法の説明図、第2図以下は本発明に係る位置合わせ
(,1号検出装置の実施例を示し、第2図は検出装置の
光学系の構成図、第3図は(a)、(b)は部分遮光板
の正面図、第4図は(a)〜(C)は作動状態の説明図
、第5図はパルスと時間幅との関係図である。 符号1はマスク、2はウェハー、10はレーザ光源、1
1.24a、24bはハーフミラ−113は入/2板、
14.19はシリンドリカルレンズ、15.28a、2
8bは偏光ビームスプリッタ、17は回転多面鏡、23
はプリズム、27a、27bは対物レンズ、31a、3
1b、35a、35bは部分遮光板、33a、33b、
37a、37bは光電変換器、M、Wはアライメントマ
ークである。 特許出願人   キャノン株式会社 ff11図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、  fげlき方向の異なる2個以上の細条状の1)
    7♂゛J合わせマークを光走査により走査する装置にお
    いて、前記マークの1Il=i傾きと一致させると共に
    分離可能な性質のスリット光を交差させて形成した1j
    (1明手段と、該照明手段によって走査されたマークか
    らの反I4散乱光を(げ)きごどに別個に分離しで検出
    する検出手段とを其備したことを特徴とする位置合わせ
    イ1.−ぢ検出装置。 2、 前記分子4f ’iif能な性質の光は偏光角の
    異なる尤どする特1;1請求の範囲第1項に記載の位置
    合わせイ1′1弓−検出装置。 3、  +ii+記分1′8i[U可能な性質の光は波
    長の異なる光と1−る特許請求の範囲第1項に記載の位
    置合わせ111号検出装置。
JP57208764A 1982-11-29 1982-11-29 マーク検出装置 Granted JPS5999721A (ja)

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