JPS61133625A

JPS61133625A - 回折格子によるギヤツプ制御法およびそれを用いた位置合せ制御法

Info

Publication number: JPS61133625A
Application number: JP59254242A
Authority: JP
Inventors: Makoto Inoshiro; 猪城　真; Atsunobu Une; 宇根　篤▲のぶ▼; Nobuyuki Takeuchi; 竹内　信行; Kimikichi Deguchi; 出口　公吉
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1984-12-03
Filing date: 1984-12-03
Publication date: 1986-06-20
Also published as: JPH0578929B2

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、例えば半導体ＩＣ−？ＬＳＩ　を製造するた
めの露光装置やパタン評価装量等に利用されるギャップ
制御法および位置合せ制御法に関するものである。

〔従来の技術〕

半導体ＩＣ−？　ＬＳＩ　　の微細化に伴い、サブミク
ロンパタン全生産的に転写できる装置としてＸ線露光装
置の開発が進められているが、発散Ｘ線源を用いるＸ線
露光装置では、高精度位置合せとともに、マスクとウェ
ハ間のギャップを高精度に設定する技術の確立が不可欠
となっている。

このような両物体、例えばマスクとウェハ間のギャップ
を制御する方法として、出願人は先に、回折格子を用い
る方法を提案している。この方法は、たとえば第１５図
に示すよう表装置を用いて行なわれる。同図において、
１はレーザ光源、２は入射角偏向ミラー、３は球面ミラ
ー、４はマスクステージ、５はマスク、６は透過形回折
格子マーク、ｌｊ：ウェハステージ、８はウェハ、９は
反射マーク、１０はハーフミラ−１１１は集光レンズ、
１２．１３は光検出器、１４は信号処理制御部である。

上記構成において、レーザ光源１２発したコヒーレント
光に、ガルバノメータや光偏向素子等からなる入射角偏
向ミラー２で偏向され、さらに球面ミラー８によって反
射されて、真空吸着マスクステージ４によって保持され
るマスク５上の同一点に入射する。マスク５上に作製さ
れた回折格子マーク６上に入射した光は、ウェハステー
ジＴ上に保持されるウェハ８上に作製された反射マーク
９によって反射され、再度回折格子マーク６を通過する
。

マスク５およびウェハ８上に作製されたマークは、第１
６図に拡大して示したように、前者は透透影でマスク５
を構成する透明基板もしくは透明薄膜１５上に不透明薄
膜１８によって回折格子ノ（タンを形成したものでるり
、後者はウェア１８上の反射面である。

これら両マークによって回折・反射されｆｃ元は、入射
光に対して対称的な方向に回折されるプラス・マイナス
の多数の回折光となる。このうち、±１次回折″ｊｔ、
はハーフミラ−１０によって反射され、さラニ集光レン
ズ１１によってそれぞれ光検出器１２．１３に導かれる
。±１次回折光は光検出器１２．１３によって回折光強
度■＋１とニー１に光電変換され、信号処理制御部１４
によってマスクステージ４、ウェハステージ７の駆動信
号になり、マスクとウェハ間のギャップが制御される。

ここで、第１５図上笑線で示した光線は回折格子に直入
射（垂直入射）する光線でるり、破線で示した光線は入
射角偏向ミラー２によって偏向され回折格子に斜め入射
する光線でるる。直入射時における±１次回折光強度Ｉ
＋１＋１１およびそれらの加算信号ΣＩ＝Ｉ＋４＋Ｉ−
１は、第１７図に（イ）で示すようにマスクとウェハ間
のギャップ２に対して周期的に変（ｔＬ、Ｍ＝　λｚ／
Ｐ２＝’＋ｋ　（ｌｃ＝整数）を満たすギャップ２にお
いて最小、Ｍ＝λＺ／Ｐ２＝に？満たすギャップ２にお
いて最大となる。ここでλは元の波長で０．６３２８μ
ｍＸＰは回折格子のピッチで３μｍである。したがって
−ｍ期の範囲内（１４，２μｍ）に、ギャップをプリア
ライメントしておき、回折光強度が最小ｔたは最大とな
るようにマスクステージ４もしくはウェハステージＴを
ギャップ方向に制御することによって、それぞれＭ＝　
ｋ　＋　１／２　、　Ｍ＝　ｋを満たすギャップに容易
に設定できる。ギャップの設定値を変えたい場合には、
ピッチＰもしくはレーザの波長λを変えることによって
簡単に行なうことができる。また、レーザ光の入射角θ
ｋ、ｍ＝ｋ　　１　　　　　１（ ΣＩ、ＩＩ　　はＭ＝Σ＋１９Ｍ＝因　を満たすギャッ
プ点、すなわち直入射の場合の１／２の同期の点でそれ
ぞれ回折光強度は最小、最大値をとる。

したがって、これらの点においてもギャップ設定が可能
と外る。

２Ｐ画θ　１一方、レーザ入射角θがｍ　＝；＜　　”　２　　を満
たす斜め入射時においては、±１次回折光強度の差信号
ΔＩ＝Ｉ＋ｔＩ−１は第１８図に示すようにＭ＝に＋″
−を満たすギャップ２においてゼロクロスし、Ｍ＝ｋｔ
−満たすギャップ２において零となる。したがって、Δ
工が零に近づくようにマスクステージ４もしくはウェハ
ステージ７をギャップ方向に移動し、ΔＩ＝Ｏの点で停
止するという方法によって簡単にギャップ制御できる。

以上の結果は、マスク上の回折格子マーク上面からの反
射回折光がないとして第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理論式
を用いてシミュレートしたものでるる。

これに対し、マスク上の回折格子マーク上面からの反射
回折光がめる場合については、透過回折光（回折格子マ
ーク６を透過回折し、反射マーク９によって反射され再
度回折格子マーク６を透過回折する回折光）と反射回折
光とが干渉し、第１９図および第２１図に示すよう々回
折光強度信号が得られる。第１９図は、波長０．６３２
８μｍのＨｅ−Ｎｅ　　レーザ、３μｍピッチの回折格
子を用いて、直入射時の＋１次回折光強度Ｉ＋１ｋ、ギ
ャップ２に関して実験的に求めた結果である。この検出
信号は、透過形回折光と反射回折光が干渉した２／２同
期の干渉波（イ）とその包絡線で示されるＰ２／／λ　
同期の包絡波（ロ）、とが重畳したものでめり、包絡波
の最大値はＭ＝ｋ（ｋは整数）を満たすギャップ２で生
じている。したがって、包絡波の最大値点Ａ、Ｂ、Ｃ等
を検出することによってギャップ設定を行なうことがで
きる。一方、この最大値点を含む干渉波を利用して、第
２０図に示すように干渉波の最大値ＭＸより低い基準電
圧Ｅｒ　ｋ設け、検出信号との交差点Ｓでギャップサー
ボを行なうと、±０．０１μｍ以下のギャップサーボを
容易に実現できる。また、サーボ点の最大値点からのず
れは’／１６　＝　０．０４μｍ程度でめり、総合精度
として０．０５μｍ以下のギャップ設定が可能になる。

度θ＝３°でレーザ光を回折格子に斜め入射した時の±
１次回折光強度の差信号Δ１をギャップに関して笑験的
に求めた結果でるる。使用したレーザ、回折格子は直入
射の場合と同じでるる。包絡波はＭ＝に？満たすギャッ
プ２において最小となり、この点Ａ’、　Ｂ’　、　Ｃ
’等でギャップ設定を行うことができる。第２２図に、
この設定点の拡大図を示すが、最小振幅となる干渉波の
中点Ｎ（前後の極小・極大値の平均値に相当）ｆ、検出
することによって、容易にギャップ設定できる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上説明した方法は、マスク上１点でのギャップ・位置
合せには十分に有効である。ところが、実際の露光装置
においては、マスク・ウニへ間の平行度を出すためにマ
スク上の複数の点、例えば３点におけるギャップ制御を
行なう必要がめ９、このような場合には、ギャップずれ
方向の判定のための参照信号をもたない上記方式の適用
はむずかしくなる。その理由を以下に説明する。

すなわち、実際の露光装置では、通常、マスク上の１点
でギャップ設定を行なった後に、他の２点のギャップ設
定を行々い平行度を修正するが、そのために、例えば第
１５図に示したマスクステージ４には、当該マスクステ
ージ４をウェハステージ７に平行な各軸を中心としてそ
れぞれ回動させるめおり機構が設けてろる。ところが、
このあおり機構に軸間干渉がるる場合、他の２点のギャ
ップ設定を行なおうとすると、最初の点におけるギャッ
プはギャップ設定点からずれ、このずれ量か大きい場合
、例えば第１９図の場合であればギャップ設定点でめる
最大干渉波以外の干渉波の位置へ移動することになる。

ところが、この移動後の干渉波が、最大干渉波から何本
目のものかを上記検出方式により検知することはむずか
しく、またギャップ検出信号の包絡波は最大干渉波に対
してほぼ対称になっているため、いずれの方向へずれた
かを判定できない。このため、再度最大干渉波の検出か
らやり直すこととなり、上記方式でマスク上３点でのギ
ャップ設定を行表うには多くの１１一時間と複雑な制御アルゴリズムが必要になる。

出願人はさらに、マスクおよびウニへ間の横方向、つま
クギャップ方向とは垂直方向の相対変位とギャップとを
同時に位置合せ制御する方法としてすでに、２重回折格
子を用い、るるいは上述したギャップ制御法にさらに２
重回折格子を組み合せて用いる方法を提案しているが、
その場合も上述したギャップ制御法を用いる以上は同様
の問題が生ずる。

なお、これらのギャップもしくは位置合せ制御法につい
ては、例えば昭和５８年灰精機学会春季大会講演論文集
（１９８３）８２１　、同秋季大会講演論文集（１９８
３）４１７，４１９、同５９年度春季大ｄｋ講演論文集
（１９８４）９３３、同秋季大会講演論文集（１９８４
）４４３等において報告している。

〔問題点を解決するための手段〕

このよう々問題点を解決するために、本発明のギャップ
制御法は、第１および第２の２種の回折光を用い、両者
の強度変化の位相ずれを利用してギャップのずれ方向を
判定するとともに、いずれかの強度変化を利用してギャ
ップを検出し所定値に設定するようにしたものである。

また、本発明の位置合せ制御法は、このようなギャップ
制御法に、２重回折格子による横方向の位置合せ制御上
紐み合せたも、のである。

〔作用〕

ギャップのずれ方向が判定できることから、再度設定点
に戻す制御が簡単に行なえるようになり、多点における
ギャップ設定、平行度の設定が容易となる。

〔実施例〕

まず、ギャップずれ方向の判定を可能にするには、ギャ
ップ設定を行なうための主信号の他に、その主信号と位
相のずれた参照信号を作り出さなければならないが、第
１６図に示したギャップ検出用回折格子にレーザ光を入
射角αで入射した場合の±１次回折光の位相および強度
は、前述した第４３回応用物理学会学術講演会講演論文
集Ｐ。

２７　、１９８２年で紹介されている理論式を簡略化し
た次式により算出できる。

ε＋１＝−πＭ（１−ｍ）　　　　　　・・・・　（１
）ε−１＝　−πＭ（１＋ｍ）　　　　　　・＠番・　
（２）■＋１　＝　房２（πＭ（１−ｍ））　・・・・
　（３）ニー１＝　房２（πＭ（１千ｍ））　・・　・
・　（４）ここでεは位相、■は回折光強度（添字の＋
１は＋１次回折光、−１は一１次回折元を意味する）で
ろり、Ｍは２２／Ｐ、２　、　ｍは工旦蝉臼Ｌ　λはレ
ーλ ザ波長、２はマスク・ウニへ間ギャップ、ＰＧは回折格
子ピッチ、αは上述したようにレーザ入射角である。

そこで、第１図は、本発明の一実施例を示す図でろって
、ギャップ設定の主信号として、直入射した第１のレー
ザ光２１によって生じる＋１次回折光Ｉ’＋１２２　’
ｊ”用い、ギャップずれ方向判定のための参照信号とし
て、新たに斜め入射した第２のレーザ光２３によって生
じる＋１次回折光工“＋１２４ｔ−用いる。なお、同図
中２５は直入射のレーザ光２１によって生じる一１次回
折光Ｉ’１．２６は斜め入射のレーザ光２３によって生
じる一１次回折光工″−１を示す。

ここで　ｍ＝＝Ｖ４として上式より［入射の＋１次回折
光の位相ε′＋１　と斜め入射の＋１次回折光の位相ε
″＋１　との位相差Δεｌ−ε′＋１−ε’！−１およ
びそれぞれの回折光強度を計算した例を第２図に示す。

例えば、Ｉ’＋＋　ｋ主信号として第１９図に示したＭ
＝１の最大値点でギャップ設定を行なう場合、この主信
号Ｉ′＋１　　との間には、Ｍが０．７５から１．２５
の斜線範囲で約シ４　の位相差が存在する九め、後述す
るようにこれ全利用してずれ方向の判定が可能でるる。

さらに第３図は、本発明の他の実施例を示す計算例であ
る。つまり、本実施例では、ｍ−１／８でレーザ光を斜
め入射させ、これによって生じる＋１次回折元強度Ｉ＋
ｌｆ主信号としてＭ＝８／７のギャップ値にギャップ設
定を行ない、＋１次回折光と一１次回折光との位相差Δ
ε３−ε＋１−６−１を用いてずれ方向の判定を行なう
。この場合も、Ｍが０．７５から１．２５　の斜線範囲
で約２／４の位相差が存在し、十分ずれ方向の判定が可
能である。

第４図は、回折格子ピッチ３μｍ１　レーザ波長０．６
３２８μｍ１人射角α−ｗＯ，７６°（ｍ＝し８）とし
、実際にギャップ１４μｍ　（Ｍ＝１　）付近の±１次
回折光強度Ｉ＋１．Ｉ−１’！″検出した実験例である
が、両者の干渉波の間に位相差が生じていることがわか
る。

そこで、このような位相差を利用してギャップのずれ方
向を判定するに鉱、例えば次のような方法金とることが
できる。すなわち、まず両回折元の強度信号、例えば第
４図のＩ＋１　およびＩ−ｔｋそれぞれ２値化する。こ
れは、例えば両信号が所定の値、例えばそれぞれの平均
値よりも大きければ’Ｈ”レベル（ｒｌＪ）の信号全送
出し、平均値より小さければ％Ｌ　Ｈレベル（ｒ’ＯＪ
）　　の信号を送出する回路を用いて行なえる。そこで
、これらの回路の出力により、例えばＩ＋１　　の２値
化信号が％ＨＪＪレベルから　１Ｌ“レベルに移ったと
きＶＣｌＩ−ｔ　　ｎ　’Ｈ″レベルであるか−Ｌ”レ
ベルでめるか會見ることによって、ギャップのずれ方向
を判定することができる。第５図および第６図は冥際に
この判定を行なった実験例を示すもので、両図とも（ｂ
）が、上述したようにＩ＋１　　の２値化信号が蟻ＨＪ
Ｊレベルから１Ｌｌ＋レベルに移行したときのＩ−１の
２値化信号Ｉｎ　’ｉ示す。第５図が、矢印Ａのように
ギャップを大きい側から小さい側へ、つまり縮小する方
向でずらした場合の検出結果を示し、第６図が矢印Ｂの
ようにギャップを小さい側から大きい側へ、つまり拡大
する方向でずらした場合の検出結果を示すが、図中工で
示したギャップ範囲では上記信号ＩＢの出力は安定して
おり、ずれ方向の判定が可能でろる。つまり、このＩＢ
が低レベル信号であればギャップのずれは拡大方向、Ｉ
Ｂが高レベル信号であれば縮小方向と判定できる。

第１図および第２図に示したように直入射の＋１次回折
光Ｉ’　＋１　　と斜め入射の＋１次回折光工“＋１、
またはそれぞれの−１次の回折光を用いる場合も、全く
同様に両者の位相ずれを利用してギャップのずれ方向を
判定することができる。

第７図は本発明のさらに他の実施例を示す図でるる。同
図において、レーザ光源１から発したし−ザビームはエ
クスパンダ−レンズ３１によりビーム径を拡大され、ミ
ラー３２により偏向され、さらにマスク面に焦点を有す
るレンズ３３によって集光されて回折格子マーク６に照
射される。回折格子マーク６より生じた±１次回折光は
、集光されたビーム角と同等のひらき角を有するスポッ
ト内に現われるが、その光強度は式（３）および（４）
の角度成分ｍに応じて変化するため、干渉稿會生じる。

この干渉稿を、図示のようにＣＯＤイメージセンサ−３
４，３５に用いて受光することによって任意の角度に対
する回折光強度を測定できる。例えば、この回折）°Ｃ
パタンから、＋１次回折光スポット内の直入射と斜め入
射ｍ　＝　”／　４　に相当する回折光強度を測定すれ
ば、第１図の実施例と同様の信号が得られ、ギャップ設
定とギャップずれ方向の判定が可能とガる。ＣＣＤ　イ
メージセンサ−の代りに、例えば空間フィルタと７オト
デイテクタによって所望の信号を分離・抽出してもよい
。。

例えば第８図は、第７図のＣＯＤ　イメージセンサ−３
４のかわりに、検出しようとする角度に対応する部分に
穴を開けた空間フィルタ３５とフォトディテクタ３６．
３７とを配置して直入射と斜め入射の場合の各回折光に
相当する回折光を抽出する例を示す。

さらに、このようなギャップ制御法に、先に報告したよ
うな２重回折格子による位置合せ制御法を組み合せるこ
とにより、マスクとウニへ間のギャップと横方向の相対
変位とを同時に高精度で高速制御することができる。そ
れには、例えば第９図に示すようガ位置合せマークを用
いる。すなわち、上述したようなギャップ検出用回折格
子マーク６の近傍に横方向の位置ずれ検出用回折格子マ
ーク４１を設け、その直下のウェハ上に回折格子マーク
４２を設け、第１０図に示すような位置ずれ検出用２重
回折格子を構成している。ウエノ１側回折格子マーク４
２ｔ−を反射形回折格子でるり、ウェハ８を段差状にエ
ッチすることによって回折格子パタン全形成したもので
ある。これらギャップ検出用回折格子と位置ずれ検出用
２重回折格子とを、第９図に示すように同一レーザスポ
ット４３内に、かつ互いの回折光が干渉し々いように格
子の向きを直交して配置している。これら回折格子によ
って互いに直角方向に回折された光は、入射光に対して
、位置ずれ検出用回折格子からの回折ｆｔ、ｎ　θｐ＝
８Ｂ　　１　（２ｍ’、１ｐｗ）　（ｍ＝０．±１．±
２・・・・）、ギャップ検出用回折格子からの回折光は
θｃ　”　ｓｉｎ　　”　（２ｍ’／’ｐａ　）の方向
でのみ強くなる。

なお、ここでλはレーザ光の波長、ＰＷは位置ずれ検出
用ウキハ側回折格子マーク４１のピッチ、ＰＧはギャッ
プ検出用回折格子マーク６のピッチである。

そこで、位置ずれ検出用回折光のうち入射光に対して対
称な方向に回折された同次数の回折光、例えば＋１次回
折光４４と一１次回折光４５のみ全光電変換器で受け、
各回折光強度Ｉ＋１１　Ｉ−１の加算信号ΣＩ　＝　Ｉ
−＋−＋　＋　Ｉ　−１の最大値点もしくは減算信号Δ
Ｉ＝Ｉ＋１−ＩＩ　　の零点を検出することによって横
方向の位置合せを行なうことができる。その際、ギャッ
プを所定の値に設定することが必要になるが、それは、
図上省略したがさらに位相ずれ検出用の参照用レーザ光
を斜めにギャップ検出用回折格子に照射し、上述した直
入射のレーザ光によるギャップ検出用回折格子からの＋
１次回折光４６または一１次回折元４７の強度変化およ
びそれと上記斜め入射光による＋１次回折元または一１
次回折光の強度変化との位相ずれを利用して、第１図の
実施例の場合と同様に行なえる。

位置ずれ検出用回折格子に対しレーザ光を斜め入射させ
て生ずる回折光を利用しても横方向の位置合せを行なう
ことができ、この場合は、斜め入射光のみでギャップお
よび横方向の位置合せ制御を行なうことが可能でろる。

なお、上述しｆｃ実施例では、横方向の位置ずれ検出用
回折光とギャップ検出用回折光との干渉を避けるため、
回折格子の向き全互いに直交させているが、この方式に
よると、露光領域近傍に位置合せマークを設ける場合、
位置ずれ検出用もしくはギャップ検出用の回折光のいず
れか１つが露光領域内に回折されることとなる。このた
め、その回折光については第１１図に示すように検出器
５１を露光領域５２ｆ：挾んで反対側に設置して検出し
なければならず、特に、回折角が小さい場合にはマスク
から遠く離れた上方に設置する必要がある。

その結果検出光学系の高さが大きくなｐ１Ｘ線源とマス
クとの距離が長くなってスループットヲ低下させる要因
となる。

そこで、このような不都合を回避し、しかも両回折光間
の干渉を避けるにｅよ、第１２図に示す工うに、位置ず
れ検出用マスク側回折格子４１のピッチＰＩ　とギャッ
プ検出用回折格子６のピッチＰ２とを異ならせることが
有効でめる。本実施例は、位置ずれ検出用回折格子ピッ
チＰｌｋギャップ検出用回折格子ピンチＰ！より大きく
した場合について示してめるが、このように両ピッチを
異ならせることにより回折光の回折角度θｌ、θ２が互
いに異なるため、それぞれの検出信号を完全に分離する
ことが可能であり、かつ双方の回折光はいずれも露光領
域にそって回折されるので光電変換器を露光領域に接近
して配置できるため、Ｘ線源とマスクとの距離を短くで
きスループットヲ向上させることができる。ただし、互
いのピッチが整数倍だけ異なる場合には、１次回折光と
高次回折光の回折角度が一致するのでピッチの大きさが
互いに整数倍にならないようにする。

ｔた、ギャップ変動による位置ずれ検出信号への影響を
低減化するためには、第１３図に示すように、第１０図
の２重回折格子マーク４１．４２の代りに、マスク側回
折格子マーク６１のピッチＰＭに対しウニノ・側回折格
子マーク６２のピッチＰｗ　ｋ整数倍にしたマークを用
いることが有効でるる。この場合には、マスク・ウニノ
嶌間のギャップを（ｋ＋’）Ｐｍ’／λ（ｋは整数、λ
は光の波釦に設定することによって、位置ずれ検出信号
Δ■”’Ｉ＋ｌｌ−１は最大感度となり高精度の位置合
せが行なえる。第１４図は、マスク側回折格子ＰＭ＝３
μｍ１ウェハ側回折格子ピッチＰｗ　＝　６μｍル−ザ
波長λ＝０．６３２８μＩｎ、ギャップ２０．３μｍと
した場合の±１次回折光強度差信号でメク、この信号の
零点に位置合せを行なう。

さらに、従来のステップアンドリピート方式のＸ線露光
装置では、次の露光領域へ移動するステッピング中にギ
ャップ検出ができないために、露光終了後マスク・ウェ
ハの接触を避けるためギャップを大きく離してステッピ
ングを行ない、再度ギャップ設定・平行度出しを行ない
、次の露光全行なっている。そのために、位置合せ時間
が長くなるという欠点かめり、ウェハの大口径化に伴っ
て露光回数が増加するとスループットが著しく低下する
という問題がめった。

これに対し、本発明によるギャップ制御法では、ウェハ
側の位置合せマークは単なる反射面でよいため、この反
射面としてウニノーのスクライブラインを利用し、マス
ク側のギャップ検出用回折格子マークが当該スクライプ
ライン上を移動するようにステッピングを行なうことと
すれば第１露光領域でギャップ設定・平行度出しを行な
った後、第２露光領域以降への移動の際にはギャップ制
御を行ないながら移動できるので、ギャップ設定に要す
る時間はほとんど無視でき、位置合せ全高速で行なうこ
とが可能となる。

以上、入射光としてレーザ光（コヒーレント光）を用い
た場合についてのみ説明したが、準単色光を用いてもほ
ぼ同様の結果が得られる。

また、半導体プロセスにおいてマスクとウェハとを高ｎ
度で位置合せする場合全例に説明したが本発明によるギ
ャップ制御法は、横方向の位置合せを必要としない場合
、例えばビデオディスク装置などでギャップもしくは平
行度のみを高精度で制御することが必要な場合にも使用
できることはいうまでもない。また、位置合せを目的と
する場合でも、横方向の位置合せについては２重回折格
子によらず、他の手段、例えばＩＴＶカメラ等を用いて
もよいことはいうまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のギャップ制御法によれば
、ギャップ検出用の回折光のほかに参照用の回折光を加
え、両者の強度変化の位相ずれを利用してギャップのず
れ方向を判定するようにしたことによム多点におけるギ
ャップ設定・平行度設定が容易に行なえるようになる。

したがってこのギャップ制御法と２重回折格子による横
方向の位置合せ制御法とを組合せた本発明の位置合せ制
御法においても、多点での高精度な位置合せが高速で行
なえる利点がろる。特に、本発明のギャップ制御法によ
れば一方のマークは単なる反射面でよく、シかもギャッ
プのずれ方向が判定できるから、例えばステップアンド
リピート方式の露光装置において、反射面としてウェハ
のスクライプラインを利用してギャップ検出することに
より、ステッピング中にもギャップ・平行度制御が可能
となり、ギャップ設定に要する時間を無視できるので位
置合せ時間’ｔｌｓ、ｉ化でき、スループットを向上で
きる利点がるる。

さらに、本発明の位置合せ制御法ではギャップ制御と横
方向の位置合せ用に同一の入射光を共通に使用すること
が可能で、例えば位置ずれ検出用回折格子ピッチとギャ
ップ検出用回折格子ピッチとを異ならせることによって
両者の干渉を防いで同一レーザスポット内に配置するこ
とにより、回゛　　新党の検出器を露光領域近くに配置
できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のギャップ制御法の一実施例を示す図、
第２図は第１図の実施例における直入射および斜め入射
の＋１次回折光強度と両者の位相差の計算値を示す図、
第３図は本発明の他の実施例の計算例で斜め入射の±１
次回折光強度と位相差を示す図、第４図、第５図、第６
図は本実施例の夾験結果を示す図、第７図および第８図
はそれぞれ本発明のさらに他の実施例を示す図、第９図
は本発明の位置合せ制御法の一実施例を示す図、第１０
図は位置ずれ検出用２重回折格子マークの構成例を示す
図、第１１図は回折光を受光する検出器の配置例を示す
図、第１２図は本発明の他の実施例を示す図、第１３図
は位置ずれ検出用２重回折格子マークの他の構成例を示
す図、第１４図は位置ずれ検出信号の一例を示す図、第
１５図は従来の回折格子によるギャップ制御装置の構成
例を示す図、第１６図はギヤツブ検出用回折格子マ−り
の構成例を示す図、第１７図はレーザ直入射時のギャッ
プ検出信号の計算例を示す図、第１８図は斜め入射の場
合のギャップ検出信号の計算例を示す図、第１９図およ
び第２１図はギャップ検出用回折格子にレーザ光をそれ
ぞれ直入射および斜め入射した場合のギャップ検出信号
の夾験例を示す図、第２０図および第２２図は第１９図
および第２１図のギャップ設定点付近を拡大し模式的に
示した図である。１・・・・レーザ光源、２・・拳・入射角偏向ミラー、
３・・・・球面ミラー、４・・・・マスクステージ、５
・・Φ・マスク、６拳・・・ギャップ検出用回折格子マ
ーク、７・・・・ウェハステージ、８・・・・ウェハ、
９．５２・・・・反射マーク、１０・・・−ハーフミラ
−１１１・・・・集光レンズ、１２．１３・・・・光電
変換器、１４・・・・信号処理制御部、１５・・・・透
明薄膜、１８・・・・不透明薄膜、２１・・・・直入射
レーザ光、２２・争・・医大射光による＋１次回折光、
２３＠・・・斜め入射レーザ光、２４・・・・斜め入射
光による＋１次回折光、２５・・・・直入射光による一
１次回折光、２６・・・・斜め入射光による一１次回折
光、３１・・・・エクスパンダルレンズ、３２・・＠Φ
全反射ミラー、３３・・拳Φ集光レンズ、３４，３５・
・・・ＣＣＤイメージセンサ、３６・・・・空間フイ〃
り、３７．３８．５１　・・・・検出器、４１　。６１・・・・横方向ずれ検出用マスク側回折格子マーク
、４２．６２・・・・横方向位置ずれ検出用ウェハ側回
折格子マーク、４３・・・・レーザスポット、４４．４
５・・・・横方向位置ずれ検出用回折光、４６．４７・
・・・ギャップ検出用回折光。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）第１の物体に回折格子を、第２の物体に反射面を
設け、上記回折格子にコヒーレント光もしくは準単色光
を入射させ、当該回折格子および反射面でそれぞれ回折
・反射された第１および第２の回折光の強度変化の位相
ずれを利用して第１の物体と第２の物体間のギャップの
ずれ方向を判定するとともにいずれかの回折光の強度変
化を利用して上記ギャップを検出しこれを所定の値に設
定することを特徴とする回折格子によるギャップ制御法
。
（２）第１の回折光として回折格子にコヒーレント光も
しくは準単色光を垂直入射させた場合に生ずる回折光を
用い、第２の回折光として回折格子にコヒーレント光も
しくは準単色光を斜め入射させた場合に生ずる回折光を
用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の回
折格子によるギャップ制御法。
（３）第１および第２の回折光として回折格子にコヒー
レント光もしくは準単色光を斜め入射させた場合に生ず
る入射光に対して対称的な方向に回折された同次数の回
折光を用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の回折格子によるギャップ制御法。
（４）第１の回折光として回折格子にコヒーレント光も
しくは準単色光を集光入射させた場合に生ずる回折光パ
タンから垂直入射させた場合に生ずる回折光に相当する
回折光を分離・抽出して用い、第２の回折光として上記
回折光パタンから斜め入射させた場合に生ずる回折光に
相当する回折光を分離・抽出して用いることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の回折格子によるギャップ
制御法。
（５）第１および第２の回折光として回折格子にコヒー
レント光もしくは準単色光を集光入射させた場合に生ず
る回折光パタンから斜め入射させた場合に入射光に対し
て対称的な方向に生ずる同次数の回折光に相当する回折
光を分離・抽出して用いることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の回折格子によるギャップ制御法。
（６）第１の物体に第１の回折格子を、第２の物体に反
射面を設けるとともに、第１の物体の上記第１の回折格
子の近傍に第２の回折格子を、第２の物体の上記第２の
回折格子に対向する位置に第３の回折格子を設け、上記
第１の回折格子にコヒーレント光もしくは準単色光を入
射させ、当該回折格子および反射面でそれぞれ回折・反
射された第１および第２の回折光の強度変化の位相ずれ
を利用して第１の物体と第２の物体間のギャップのずれ
方向を判定するとともにいずれかの回折光の強度変化を
利用して上記ギャップを検出しこれを所定の値に制御し
、かつ第２の回折格子にコヒーレント光もしくは準単色
光を入射させ、第２および第３の回折格子によつて入射
光に対して対称的な方向に回折された同次数の回折光の
強度変化を利用して第１の物体と第２の物体間の横方向
の相対変位を検出して位置合せすることを特徴とする回
折格子による位置合せ制御法。
（７）第１の回折格子と第２の回折格子の向きを相互に
直交させて配置することを特徴とする特許請求の範囲第
６項記載の回折格子による位置合せ制御法。
（８）第１の回折格子と第２の回折格子のピッチを相互
に異ならせることを特徴とする特許請求の範囲第６項記
載の回折格子による位置合せ制御法。
（９）第１の物体と第２の物体間のギャップを（ｋ＋１
／２）Ｐ＾２／λ（ｋは整数、λは入射光の波長、Ｐは
第２の回折光のピッチ）付近に設定するとともに、第２
の回折格子のピッチＰに対して第３の回折格子のピッチ
を整数倍に設定することを特徴とする特許請求の範囲第
６項記載の回折格子による位置合せ制御法。
（１０）第１の物体と第２の物体とを、第２の物体に設
けた反射面に沿つて第１の物体に設けた第１の回折格子
が移動するように、横方向に相対移動させながらギャッ
プ制御を行なうことを特徴とする特許請求の範囲第６項
記載の回折格子による位置合せ制御法。
（１１）第１の回折格子と第２の回折格子とを、コヒー
レント光もしくは準単色光の同一スポット内に配置する
ことを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の回折格子
による位置合せ制御法。