JPS62199017A - 信号検出装置 - 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】 ［発明の属する分野］ 本発明は、信号検出装置に関し、特に物体上のマークを
光走査し、該マークの全ての縁（エツジ）から来る情報
光を該マーク上の物質の塗布状態によって空間的に選択
し検出する信号検出装置に関する。

このような信号検出装置は、例えばマスク（またはレチ
クル）とウェハといった２つの物体を整合させるための
位置合せくアライメント）装置に適用して好適なもので
ある。

［従来の技術］ レーザ光を等速に走査し、オートアライメントマーク（
以下、ＡＡマークという）からの反射回折光を受光し、
そこからマスク（またはレチクル）とウェハとの相対位
置ずれを検出する方法については本出願人により既に出
願され実施されている。

また、ＡＡマークの方向に応じて検出する回折光を選択
することにより位置合せｍｒｉをより向上させる方法に
ついても本出願人により既に出願されている（特開昭６
０−５２０２１号）。この方法は、受光する回折光の方
向を選択することによって、ウェハ上に塗布されるレジ
ストによりＡＡマークがずれて検出されてしまうのを軽
減している。

このようなＡＡマークとしては、ＡＡパターンを細い線
幅で構成しその線幅を構成する２本エツジを検出するい
わゆるダブルエツジのものや、ＡＡパターンを広い線幅
で構成してその一本一木の単一エツジを検出するいわゆ
るシングルエツジのものが用いられる。ＡＡマークの検
出は、シングルエツジの場合の方がＡＡパターン形成時
の諸条件の影響を受は難く（例えばダブルエツジの場合
、線幅が細いと解像できないことが生じる）、一般に、
ダブルエツジの場合より容易である。

ところで、ウェハ表面を光走査して顕微鏡等で観察する
際、ＡＡマークの段差が高くなるとマーク付近にレジス
ト厚により干渉して黒くなっている部分が生ずることが
ある。これはレーザ光の様な単一波長を照明光として見
るとより顕著に発生する。この黒い部分は前記のシング
ルエツジの方が前記のダブルエツジに比べてより広い範
囲で発生する。

このように黒い部分が生じた場合、従来の位置合せ装置
においては、むしろシングルエツジをＡＡマークとして
使用した方がアライメント精度が悪くなることがあると
いう不都合があった。また、ダブルエツジにおいてはそ
れぞれのエツジの対称性が悪＜ＡＡ信号が歪むため高精
度な位置合せが行なえないという不都合があった。

［発明の目的〕 本発明は、上述従来例の問題点に鑑みてなされたもので
、例えば位置合せ装置に適用して前述のレジストが対称
に塗布されないために生じる位置合せの不能および精度
劣化を防止した信号検出装置を提供することを目的とす
る。

［実施例の説明］ 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第２図は、本発明の一実施例に係る信号検出装置を有す
る位置合せ装置を適用した露光装置の光学系を示す。ま
た、第３図は、第２図の装置で露光されるウェハ５１上
のＡＡマークの顕微鏡による観察図形である。第３図に
おいて、ダブルエツジの各ＡＡママ−１０片側にレジス
トの塗りむらによる黒い部分２が観察される。レーザ光
は３の方向に走査する。ＡＡマークの段差により回折光
は４ａ〜４ｄおよび５ａ〜５ｄの方向に回折する。

第４図はこれらＡＡマークの段差を暗視野検出するため
の゛空間フィルタ６２の正面拡大図で、透明部の６ａ、
６ｂ、７ａ、７ｂは第３図のＡＡ？−りの各エツジにお
ける回折光の方向（４ａ、５ｄ）。

（４ｂ、５ｃ）、（４ｃ、５ａ）、（４ｄ、５ｂ）に対
応する。

この時、塗りむらが生じない４ａ、４ｂ、５ｄ。

５Ｃ方向の回折光を検出することにより塗りむらに影響
のない信号を検出することが可能となる。

信号を検出する手段としては次の様なものとする。第２
図において、空間フィルタ６２の後には、４チヤンネル
センサ６３がおかれている。第１図は４チヤンネルセン
サおよび電気アンプ系の回路図を示す。４チヤンネルセ
ンサのセンサ部Ｂａ。

８ｂ　、９ａ　、９ｂにはアンプ１０ａ　、　１０ｂ　
、　１１ａ　。

１１ｂが接続され、第４図の空間フィルタ６２の透明部
６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂを通った光を受光する。

その際、塗りむらの状態の情報をメモリ１０１から読み
出してその情報に基づきどの受光素子の出力を使用する
かを決定する回路１００を選択された信号だけが通るこ
とによりレジストの塗りむらの影響がない信号を得るこ
とができる。メモリ１０１内の情報は予めレジスト表面
の状態を測定し、その値を入力しておく。あるいはレジ
ストコーティングのプロセスをコンピュータでシミュレ
ートし、レジストの状態を予測した値を入力しておく。

入力はオフラインで行なったり、また通信回線を通して
オンラインで行なう。

第２図中、５０はマスク、５１はウェハで、投影レンズ
５２はマスク５０の像をウェハ５１上に等倍または縮小
投影する。またアライメント光と露光光を別波長光にし
た場合は、アライメント時にλ／４板５２ａを挿着、露
光時はレンズ５２ｂを交換的に挿着する。レンズ５２ｂ
は波長を異ならせたことによるピントのずれを補償し、
λ／４板は偏光方向によってマスク反射とウェハ反射を
分けるために設ける。なお、アライメント光と露光光が
同一波長である時または投影レンズが２波長補正されて
いる時は、レンズ５２ｂは不要となり、λ／４板５２ａ
を固設する。

マスク５０とウェハ５１には、第５図に示すＡＡパター
ンを各２個ずつ設ける。例えば実線のエレメントをウェ
ハ５１に、破線のエレメントをマスク５０に設ける。

５３はレーザ光源で、紙面に垂直方向に直線偏光してい
るものを使用する。５４はポリゴンミラーで等速回転す
る。５５はｆ−θレンズで、レーザビームを等速走査す
るのに役立つ。５６は観察系であり、５７はビームスプ
リッタである。５８は走査範囲分割プリズムで、このプ
リズム５８はビームの一回の走査の前半と後半を２つの
ＡＡパターンのそれぞれに充当する。以下の系は左手系
と右手系が対称であるから同じ番号を付ける。

５９は偏光ビームスプリッタで、直線偏光状態に応じて
反射と透過に分ける作用を持つ。６０は光路を折曲げる
ための反射部材、６１は集光レンズである。６２は前記
の空間フィルタ、６３は分割ディテクタ（４チヤンネル
センサ）である。フィルタ６２の透明部はＡＡマークの
方向に応じて設定されている。４分割ディテクタ６３の
感応区域はフィルタ６２の透明域に合せて配置するもの
とし、ウェハ５１ｈ１ら来る光を受光する。６４は反射
率の小さな半透鏡、６５は偏光ビームスプリッタ、６６
はコンデンサレンズ、６７は観察用光源である。６８は
リレーレンズ、６９は反射部材、７０は空間周波数フィ
ルタ、７１は集光レンズ、７２は受光素子で、マスク５
０から来る光を受光する。７３は顕微鏡対物レンズ（以
下、対物レンズ）で、マスク５０とウェハ５１とのＡＡ
マークを見込む位置にセットされている。

以上の構成で、レーザ光源５３からのレーザビームはポ
リゴンミラー５４へ入射してここで走査される。撮れ走
査されたレーザビームはｆ−θレンズ５５で平行走査に
変換された後、ビームスプリッタ５７を透過してプリズ
ム５８へ入射し、例えば始めプリズム５８の左斜面で反
射して左側へ向い、途中から右斜面で反′射して右側へ
向う。プリズム５８で反射したビームは偏光ビームスプ
リッタ５９で反射し、半透鏡６４を透過して対物レンズ
７３へ入射してマスク５０上に集光され、更に投影レン
ズ５２を介してウェハ５１上に集光され、両者を走査す
る。まずマスク５０のＡＡパターンで反射された光は対
物レンズ７３へ入射し、続いて半透鏡６４で反射する。

その際、半透鏡６４を透過した光は、ウェハ検出用の４
分割ディテクタ６３へ向うが、この光は図面に垂直な直
線偏光であるから偏光ビームスプリッタ５９で阻止され
る。半透鏡６４で反射した光は偏光ビームスプリッタ６
５へ入射する。この時マスク５０で反射し図面に垂直な
直線偏光は反射するが雑音（後述するウェハ５１で反射
し図面に平行な直線偏光）は阻止される。反射光はリレ
ーレンズ６８と反射部材６９を経た後、直線反射成分は
フィルタ７０で遮断され、ＡＡパターンで散乱された成
分は集光レンズ７１で集光されて受光素子７２に入射し
、マスク側のＡＡ信号となる。

次にマスク５０を透過した走査ビームは投影レンズ５２
を屈折透過する際にλ／４板５２ａに入射し、円偏光に
変換され、ウェハ５１上を走査する。ウェハ５１のＡＡ
パターンで反射された光は逆方向からλ／４板５２ａを
透過する際に先程とは位相が９０゜回転した直線偏光と
なり、対物レンズ７３と半透鏡６４を経て偏光ビームス
プリッタ５９へ入射する。

λ／４板５２ａによって図面に平行な直線偏光になって
いるからウェハ５１の反射光は偏光ビームスプリッタ５
９を透過し、反射部材６０と集光レンズ６１を経てフィ
ルタ６２の透明部で通過して４分割ディテクタ６３へ入
射する。

制御演算回路８０は４分割ディテクタ６３からの出力信
号を選択してウェハ５１に関するＡＡ倍信号確定するが
、これは上述して来た規則に従って４分割ディテクタ６
３の感応区域を順次作動させるか、あるいは全ての感応
区域の出力信号を全て記憶した後、選択構成するかある
いは両者の中間的な方法のいずれも採用し得る。この様
にして取り入れたＡＡ倍信号受光素子７２のマスク側Ａ
Ａ信号に基づいて演算を実行し、その結果（ｘ、ｙ、θ
誤差）により補正機構８１を駆動し、マスクチャック８
２を移動させてマスク５０とウェハ５１のアライメント
を達成する。但し、マスク５０の代りにウェハ５１側を
移動しても良い。

制御演算回路８０には、第１図に示したようなレジスト
の塗りむらのない方向の縁から来る信号光を選択する回
路１００が設けられている。従って、選択回路１０Ｇを
介して得られる信号が持っているＡＡマークの位置情報
はレジストによって歪められていないのでＡＡパターン
１の位置は高精度に検出することができる。

ＡＡパターン１上のレジスタの塗りむら状態の情報は予
めメモリ１０１内にインプットしておく方法とは別に、
ＡＡ時にＡＡパターン１の位置検出と同時にＡＡパター
ン１上のレジスト塗りむら状態を検知し、レジストの塗
りむらの少ない方向から来る信号を選択してＡＡを行な
うこともできる。

第３図において４ａ　、４ｂおよび５ｃ、５ｄ方向から
の回折光はレジストの塗りむらの影響をうけない。レジ
ストの塗りむらのないＡＡマーク１のエツジから回折光
は特定方向に非対称となることなく・等方向に進む。従
って４ａ、４ｂおよび５ｃ５ｄ方向の信号光は空間の光
強度分布が同じでまた波形も第６図のような対称性の良
いものとなる。

ＡＡ時に用いる信号はそれぞれ第３図において４８と４
ｂの方向に進む信号を加算して合成したものと５０と５
ｄの方向に進む信号を加算して合成したものを用いる。

従って信号波形の中心がＡＡマーク１の中心と一致し、
アライメント精度は高くなる。

〜方、４ｃ、４ｄおよび５ａ、５ｂ方向の信号は、第７
図に示す用にレジストの塗りむらによる干渉のためにダ
ブルエツジの片一方、黒い部分２が発生してしまった方
の信号（破線で示した方）の出力が小さくなってしまう
。片一方が大きく、もう一方が小さい信号を加算して合
成すると合成した信号は歪む。この信号から中心位置を
出そうとしてもスライスレベルにより波形の中央位置が
異なってくるのでアライメント精度は低くなる。

以上のことからレジストの塗りむらの情報を検知し、同
時にその影響をうけない高精度なＡＡを行なうには以下
の通りにすればよい。つまり、各方向からの信号を第１
図のような受光素子６３で光電変換した後、回路１ｏｏ
に入力する。回路１ｏｏでは各信号波形の対称性を比較
し、対称性のよいものを出力するようにしておく。その
出力信号でＡＡを行なえば高い位置合せ精度が得られる
。

第８図に示すように、スポットビームＡを矢印の方向に
スキャンさせた場合、ビームがマーク１上すなわち、区
間ａに一部でもががっていれば信号が得られる。ところ
が、プリアライメントの精度が悪い場合、第１シヨツト
でスポットビームＢのようにマーク１の中心からΔｙだ
け離れたところをビームがスキャンし、信号が得られな
いことが生じる。従って、第１シヨツトから確実に信号
を検出して先に述べた方法でＡＡを行なうためには、ウ
ェハ５１をステージに置く際のプリアライメント精度を
高くするがあるいはＡＡマークの位置を模索してビーム
がスキャンすべき位置（ビームがスキャンをすると信号
を得ることができる位置）を検出する機能が必要となる
。スキャン位置を検出した後は、各ショットの間隔がわ
かっているのでレーザ干渉計によりショット間隔を測長
しステージを動かしていけばよい。

また、第１シヨツトから確実に信号を検出して先に述べ
た方法でＡＡを行なうためのその他の手段として、第９
図のようにマーク１を何個も縦に連ね、ビームがスキャ
ンしても良い位置の幅を持たせるようにしてもよい。こ
の際、幅をもたせれば良いのであるからマーク間隔すは
不均一でかまわない。

さらに、ビームをシート状にすることでより広いスキャ
ン幅を持たせることができる。それによってプリアライ
メント精度が低くても信号は確実に検出できる。同図に
示すようにマーク１の中心からΔｙだけ離れた位置をシ
ート状ビームＤがスキャンしても信号を得ることができ
る。この時、ビームの光強度分布は正規分布なので数個
のマーり上をスキャンしても信号光の強度°は１個のマ
ーク上をスキャンした時と著しい差はない。

以上の方法によって第１シヨツトから確実に高精度なア
ライメントを行なうことが可能となる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明の信号検出装置は、物体上のマー
クでの回折光の反射する複数の方向に検出系を持ち、マ
ーク上のレジスト塗布状態の情報により塗りむらによる
影響のない信号を選択してマークの中心位置を検出する
ようにしているため、より実際の中心位置に近い位置を
検出することができる。すなわち、この信号検出装置を
位置検出装置として用いればより高精度の位置検出が可
能となる。

本発明において、さらに、物体上のマークを走査するビ
ームをシート状とすれば物体のプリアライメント精度が
悪い場合でも信号検出が容易となる。また、物体上のマ
ークを間隔をおいて縦に連ねて１つのエレメントにして
も、同様の効果を発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る信号検出装置の要部
構成図、 第２図は、本発明の信号検出装置を位置合せ装置に適用
した半導体露光装置の位置合せ光学系の構成を示す図、 第３図は、第２図の装置で処理されるウェハ上のＡＡマ
ークおよびレジストの塗りむらにより黒くなってしまっ
た部分を示す顕微鏡観察図、第４図は、空間フィルタの
正面図、 第５図は、ＡＡマークを示す図、 第６図は、レジストの塗りむらの影響をうけない方向の
情報光の信号波形図、 第７図は、レジストの塗りむらの影響を受ける方向の情
報光の信号波形図、 第８図は、第２図の装置のプリアライメント精度が高い
時と低い時のウェハ上でのスポットビームによる光走査
の様子を示した図、 第９図は、第２図の装置のプリアライメント精度が高い
時と低いときの改良したＡＡマークをシート状レーザビ
ームで光走査する様子を示した図である。 １：ＡＡマーク、２：黒い部分、３：走査方向、４ａ〜
４ｄ、５ａ〜５ｄ：エツジ（縁）からの回折方向、６ａ
、６ｂ、７ａ、７ｂ　：透明部、８ａ。 ８ｂ　、　９ａ　、　９ｂ　：センサ部、１０ａ　、　
１０ｂ　、　１１ａ　。 １１ｂ＝増幅器、５１：ウェハ、５３：レーザ光源、５
４：ポリゴンミラー、６２：空間フィルタ、６３：分割
ディテクタ（４チヤンネルセンサ）、８０：演算制御部
、１００：受光素子選択回路、１０１：メモリ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、透光層に覆われた物体上のマークを光走査する手段
   と、 該マークの全縁から来る情報光をその出射方向に応じた
   複数の位置で受光し光電変換する手段と、上記情報光の
   出射方向についての対称性の状態を検知し上記光電変換
   手段の出力を選択する手段と を具備することを特徴とする信号検出装置。 ２、前記選択手段が、前記透光層の塗布むらによる前記
   情報光の対称性に与える影響を予め記憶する記憶部と、
   該記憶部の出力に基づき前記光電変換手段の出力のうち
   対称性のあるものを選択する選択部を有する特許請求の
   範囲第１項記載の信号検出装置。 ３、前記選択手段が、前記光電変換手段の出力に基づき
   前記情報光のうち対称性のあるものを検知する検知部と
   、該検知部の出力に基づき上記対称性のある情報光によ
   る上記光電変換手段の出力を選択する選択回路を有する
   特許請求の範囲第１項記載の信号検出装置。４、前記光
   電変換手段が、前記情報光をその出射方向に応じて分離
   する空間フィルタと、分離された情報光をそれぞれ受光
   する複数の光電変換素子を有する特許請求の範囲第１〜
   ３項に記載の信号検出装置。 ５、前記光走査手段が、レーザ光源を有する特許請求の
   範囲第１〜４項記載の信号検出装置。 ６、前記光走査手段が、スポットビームで走査する特許
   請求の範囲第１〜５項記載の信号検出装置。 ７、前記光走査手段が、シート状ビームで走査する特許
   請求の範囲第１〜５項記載の信号検出装置。 ８、前記物体上のマークが、複数個のマークを間隔をお
   いて一列に連ねて１つのエレメントとするものである特
   許請求の範囲第１〜７項記載の信号検出装置。