JPS62212504A

JPS62212504A - 信号検出装置

Info

Publication number: JPS62212504A
Application number: JP61054656A
Authority: JP
Inventors: Takashi Matsumura; 松村　尊
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-03-14
Filing date: 1986-03-14
Publication date: 1987-09-18

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】［発明の腐する分野］本発明は信号検出装置に関し、例えばフォトマスクまた
はレチクル（以下両者を含めてレチクルと称する）に描
かれた集積回路パターンをウェハ上に焼付ける半導体露
光装置においてレチクルとウェハとを位置合わせする際
に使用するアライメントマークの信号を検出する信号検
出装置に関する。

［従来の技術］近年、半導体集積技術の発展に従って半導体露光装置の
進歩も著しく、またその機構も密着もしくは極近接焼付
を行なう装置、レンズもしくはミラー系で等倍焼付を行
なう装置、あるいは縮小投影像をウェハ上にステップ的
に焼付けるいわゆるステッパと呼ばれる装置というよう
に各種のものが存在する。

このステッパにおけるレチクルとウェハとのアライメン
ト方式の一つとして、投影レンズを介して各ショット毎
にレチクルとウェハとの位置合わせを行なうＴＴＬダイ
・パイ・ダイ・アライメント方式がある。この位置合わ
せ方式は、各ショット毎にアライメントを行なう方式で
あるため、高精度の位置合わせが行なえるという特徴が
ある。

ところで、このような位置合わせを行なうためにはアラ
イメントマークが必要である。ところが、ウェハには各
種プロセスが存在し、特にアルミニ程においてはアライ
メントマーク以外の部分からの反射または散乱光が強い
。そして、これらの反射または散乱光がアライメントマ
ーク信号と同じかまたはそれ以上に強くなることがあり
、このときは上記のアライメントマークの検出ができな
い。すなわち、この場合ウェハからの反射または散乱光
を検出し、スライスレベルを設定して２値化する方法に
よる信号位置検出方式では、アライメントマークが全く
検出不可能であるという欠点があった。

［発明の目的］本発明の目的は、上述の従来形の問題点に鑑み、物体に
光を照射してその物体からの反射または散乱光を時系列
的に検出する信号検出装置において、所望の信号以外の
信号（以下ペデスタルという）を減衰させ、信号対雑音
比（以下、Ｓ／Ｎ比という）の改善を図り、信号検出率
の向上を行なうことにある。

［発明の概要］上記の目的を達成するため、本発明の信号検出装置にお
いては、物体に光を照射して該物体からの反射または散
乱光を時系列的に検出する際に、所望の信号が存在する
間以外は照射光の強度を弱めまたは上記照射光を遮光す
る手段を備えることを特徴とする。

本発明は、レチクルに描かれたレチクル像をウェハ上に
ステップ的に焼付ける半導体露光装置等に適用して好適
である。この場合は、レチクルおよびウェハ上に描かれ
た位置合わせをするためのアライメントマークにレーザ
光線を照射し、そのアライメントマークを検出すること
となる。

これにより、アライメントマークの検出信号のＳ／Ｎ比
が向上し、位置合わせすべきレチクルおよびウェハに設
けたアライメントマークの信号と同等以上のペデスタル
成分が存在しても、アライメントマーク信号のみの検出
を行なうことができ、位置合わせが可能となり集積回路
の製作の際の歩留りが向上する。

［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１図は、本発明の一実施例に係る信号検出装置を適用
したステップアンドリピートタイプの半導体露光装置の
概略構造を示す。

同図において、１は集積回路パターンおよびアライメン
トマークを備えたレチクルであり、レチクルステージ２
に保持されている。３は縮小投影レンズ、４は感光層を
備えるウェハで、各ショット領域ごとにアライメントマ
ークを備えている。

５はウェハステージであり、ウェハ４を保持する。レチ
クルステージ２およびウェハステージ５により、レチク
ル１およびウェハ４は平面内（×方向、Ｙ方向）並びに
回転方向（θ方向）に移動可能である。

そして、例えばレチクルステージ２をレチクルステージ
駆動系３３によりＸＹθ方向に移動してレチクル１を装
置に対して初期セットし、ウェハステージ５をウェハス
テージ駆動系３４によりＸＹ方向に送ってステップ・ア
ンド・リピート運動を行ない、ウェハの各ショット領域
ごとに露光を実行する。このとき、レチクル１とウェハ
４のアライメントは、それぞれの駆動系３３．３４によ
りレチクルステージ２をＸＹ方向に移動するとともに、
ウェハステージ５をθ方向に移動して行なう。ただし、
ＸＹｅともレチクルステージ２を動かしてアライメント
してもよいし、逆にウェハステージ５のみを動かしてア
ライメントしてもよい。

また、６と６′はレチクル１のアライメントマーク、７
と７′はウェハ４の一つのショット領域に対するアライ
メントマークである。図ではウェハ４のアライメントマ
ークを便宜上１組描いているが、実際には露光されるシ
ョツト数と同じ数の組が配されている。

なお、レチクル１上のアライメントマークとウェハ４上
のアライメントマークは、等倍投影系以外の系を介在さ
せた時には、投影もしくは逆投影しても両方のアライメ
ントマークの寸法が変わらないようにアライメントマー
クの寸法を変えておく。すなわち、レチクル１のアライ
メントマークの寸法でウェハ４のアライメントマークの
寸法を除算すると縮小倍率になるように設定する。

８は回転軸９を中心として回転する回転多面鏡（ポリゴ
ン・ミラー）である。レーザ光源１０から射出したレー
ザ光線１１は音響光学素子３１を通りレンズ１２により
回転多面鏡８上の面の一点１３へ収束する。

レンズ１４．１５．１６は光線中継用のレンズ、１７は
三角柱プリズムであって、三角柱プリズム１７の頂点は
光軸上に一致するからレーザ光線の一回の走査はその前
半と後半で左右に分けられる。１８は図面内方向のレー
ザ光走査を図面に垂直方向の走査に変換するためのプリ
ズムブロックで、例えば第２図のような形状に構成する
。１９はハーフミラ−１２０はミラー、２１はレンズ、
２２は空間フィルタ、２３はコンデンサレンズ、２４は
光検出器であり、これらは光電検出系を形成する。２．
５．２６は全反射ミラー、２７はｆ−θ対物レンズであ
る。また、２８はコンデンサレンズ、２９は同期信号検
出用の光検出器で、ハーフミラ−１９へ入射したレーザ
光線の一部はコンデンサレンズ２８で集光されて光検出
器２９へ入射する。従って、光検出器２９はレーザ光線
の走査始点と終点を検出するのに役立つ。

なお、図かられかるように信号検出系は全く対称な左右
の系からなっている。以下、オペレータ側を紙面の手前
側とし、ダッシュで示した系を右の信号検出系、ダッシ
ュなしの系を左の信号検出系と呼ぶこととする。なお、
同じ部材には同一の符番にダッシュを付けて表わしてい
る。

レーザ光線は回転多面鏡８の回転によりレチクル１およ
びウェハ４上を走査する。また、対物レンズ系において
、Ｘ方向の移動はミラー２６が図中矢印Ａで示した方向
に移動すると光路長補償部３０により光路長を常に一定
に保つようになっており、ピント位置は変化しない。一
方、Ｙ方向の移動は位置検出用の光学系全体がＹ方向（
紙面に垂直な方向）に移動する。

また、３２は検出器２４．２４’からの各アライメント
マーク６．６’　、７．７’　に応じた信号と、検出器
２９．２９’からの同期信号に基づいてレチクル１、ウ
ニ八４間の相対的なズレ量をＸ、Ｙ、θの各方向で演算
し、これに基づいて駆動系３３．３４による各ステージ
２．５の移動を制御するコントローラで、このコントロ
ーラ３２は上記以外に音響光学素子３１をも制御する。

第３図はレチクル面上でのアライメントマークを示す図
であり、第４図は左マークの拡大図である。

第３図および第４図において、レチクル１上に描かれた
マーク６（第１図）は直交するバー１０５゜１０６から
なり、同様にマーク６′はバー１０５’　。

１０６′からなる。また、ウェハ４上のマーク７と７′
をレチクル１上へ投影レンズを介して逆投影したとき、
マーク７の像は直交関係の平行バー１０１．１０２，１
０３，１０４からなり、マーク７′の像は１０１’　、
１０２’　、１０３’　、１０４’　からなる。これら
のアライメントマークの詳細は特開昭５３−９０８７２
に述べられている。

第５図は、第４図のマークをレーザ光線１００で走査し
たときに、光検出器２４．２４’　により得られる信号
Ｓを示す。

同図において、Ｓ　１０１．Ｓ　１０２．Ｓ　１０３・
・・・・・はマークのバー１０１，１０２，１０３・・
・・・・に各々対応した信号である。従って、検出信号
ｓ　ｔｏｔと５１０５，５１０５とＳ　１０２　、　Ｓ
　１０３とＳ　１０６　、　Ｓ　１０８と５１０４のそ
れぞれの間隔Ｗｌ、Ｗ２．Ｗ３．Ｗ４を計測すればレチ
クル１とウェハ４とのずれ量が検出できる。

第６図は、アルミニ程における従来の信号の例を示す。

同図のように、ウェハ４およびレチクル１のアライメン
トマークからの反射または散乱光による信号８１０１′
〜５１０Ｂ’以外にペデスタル成分も多く存在する。一
般的には同期信号検出器２９の出力から第７図に示すウ
ィンドウ信号を発生させ、不要な時間帯のマスクが行な
われている。しかし、ウェハ４上のペデスタル成分がア
ライメントマーク信号より大きいと、光検出器２４．２
４’のゲインをペデスタル成分に合わせて調整しなけれ
ばならない。従って、検出すべき信号レベルが低くなり
Ｓ／Ｎ比の低下を招くことになる。また、アライメント
信号成分に合わせてゲイン調整を行なうと、ペデスタル
成分で光検出器２４．２４’が飽和してしまい、誤動作
の原因となる。

そこで、本実施例では、第１図に示すように音響光学素
子３１を用いウェハ４に入射するレーザ光線を時間的に
遮断して、第８図に示すような波形の信号を得ている。

すなわち、アライメント動作以前（次ショット領域への
ステップ駆動完了後）のウィンドウ信号とアライメント
信号の位置は、ウェハステージ５の送り精度で決まって
いるため、ウィンドウ信号の発生からアライメント信号
までの遅れ時間は各ショット領域ごとにほぼ一定であり
、ステップ毎の変化は微少である。そこで、コントロー
ラ３２が前回のショット領域におけるアライメント信号
に基づいて音響光学素子３１によりウェハ４に入射する
レーザ光線をアライメントマーク位置以外は遮断するよ
うにできる。そして、ここで適切なスライスレベルを設
定し２値化を行なえば、アライメントマーク信号のみを
検出することが可能である。

なお、本実施例においては、レーザ光線の遮断手段とし
て音響光学素子を用いているが、本発明はこれに限るこ
となくレーザ光線の入射強度を弱めまたは遮光する手段
であればよい。

また、本発明は物体に光を照射し反射または散乱光を時
系列的に検出する信号検出装置において、信号が存在す
る量大射光を強くし、その他の時間は入射光を弱くまた
は遮光することにより、Ｓ／Ｎ比を改善するものである
から信号検出装置全般に適用することが可能である。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、物体に光を照射
して該物体からの反射または散乱光を時系列的に検出す
る信号検出装置において、所望の信号が存在する間以外
は照射光の強度を弱めまたは上記照射光を遮光する手段
を備えているので、ペデスタル成分を減衰させてＳ／Ｎ
比の改善を図ることができ、信号検出率が向上する。

また、半導体露光装置に適用することによって、アライ
メントマーク信号と同等以上のペデスタル成分を含む信
号によるウェハのＴＴＬダイ・パイ・ダイでの高精度ア
ライメントが可能となり、集積回路の歩留りが向上する
。

【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を適用
した半導体露光装置゛の概略構造図、第２図は、第１図
の装置のプリズムブロックの斜視図、第３図は、レチクル面上のアライメントマーク配列図、第４図は、レチクルとウェハ上のアライメントマーク拡
大図、第５図は、各アライメントマークに対する電気信号、第６図は、アルミニ程における信号の一例、第７図は、
ウィンドウ信号、第８図は、Ｓ／Ｎ比を向上させたアライメントマーク信
号である。１・・・レチクル、２・・・レチクルステージ、３・・
・縮小投影レンズ、４…ウエハ、５・・・ウェハステー
ジ、６．６’　、７．７’　・・・アライメントマーク
、２４、２４’・・・光検出器、２９．２９’・・・同
期信号検出用光検出器、３１−・・音響光学素子、１０
１〜１０６．１０１’〜１０６′・・・アライメントマ
ークを構成するバー。特許出願人　　　キャノン株式会社代理人　弁理士　　　伊　東　辰　雄代理人　弁理士　　　伊　東　哲　也第１図第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】１、物体に光を照射して該物体からの反射または散乱光
を時系列的に検出する信号検出装置であって、所望の信
号が存在する間以外は上記照射光の強度を弱めまたは上
記照射光を遮光する手段を備えることを特徴とする信号
検出装置。２、前記物体がレチクル像をウェハ上にステップ的に焼
付ける半導体露光装置におけるレチクルおよびウェハで
あり、前記信号が該レチクルおよびウェハ上に描かれた
位置合わせをするためのアライメントマークの検出信号
である特許請求の範囲第１項記載の信号検出装置。