JPS63229817A

JPS63229817A - マ−クの検出装置

Info

Publication number: JPS63229817A
Application number: JP62065457A
Authority: JP
Inventors: Yuji Imai; 裕二今井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1987-03-19
Filing date: 1987-03-19
Publication date: 1988-09-26

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】（発明の技術分野）本発明は物体に形成したマークを検出するマーク検出装
置に関する。

（発明の背景）半導体製造過程で用いられる縮小投影露光装置では、レ
チクルとウェハとのアライメント（位置合せ）を行なう
ために、レチクルとウェハとにアライメントマークを設
け、レチクルのアライメントマークとウェハのアライメ
ントマークとを光電的に検出し、それぞれのアライメン
トマークを所定の位置関係になすようにレチクルとウェ
ハとを相対的に移動して、アライメントを行なっていた
。

より具体的に述べると、例えば、アライメントマークを
計測方向に対してできるだけ幅の細いマークとし、その
マーク上を計測方向ヘアライメント光にて走査し、信号
の中心位置を求めていた。

この場合、アライメントマークの幅が細ければそれだけ
精度の良いマーク検出信号が得られるが、アライメント
マークはプロセスを経ることにより崩れてしまうので、
マーク形状に安定性がなく、従って、アライメント精度
が低下してしまう、という欠点があった。

（発明の目的）本発明は、プロセスによる崩れの影響を受けにくい新規
なマークを検出するマーク検出装置を得ることを目的と
する。

（発明の概要）本発明は、所定位ｉ！ｆｆ１（Ｐ＋）で交差する２つの
直線上でかつ又前記所定位置に対して対称なエツジ（ａ
）、（ｂ）を有するマーク（２）を検出するマーク検出
装置において、細長形状の光束（１）を射出する光学系
（１０１，１０２，１０３，１０４，１０６）と、前記
マーク（２）と前記光束（１）とを相対的に移動し、前
記光束（１）が前記エツジ（ａ）、（ｂ）に対して角度
を有する方向から前記マーク（２）を走査するようにな
す走査手段（１０９，１１０，１１２）と、前記エツジ
（ａ）、（ｂ）で得られる散乱光を受光し、前記所定位
置（Ｐｔ）に前記光束（１）があるときとそれ以外のと
きとで識別された信号を出力する受光手段（６，７，１
０１，１０２，１０３，１０４，１０６，１１１，１１
３，１１４）と、を有し、前記受光手段の出力によって
前記マークの位置を検出することを特徴とするマーク位
置検出装置である。

（実施例）第１図は本発明の実施例であって、不図示の光源からの
アライメント光１００はビームスプリンタ１０１を通過
し、対物レンズ１０２、ミラー１０３で位置Ｐ、に集光
され、さらに、ミラー１０４で反射してレチクル１０５
の下側側方から投影レンズ１０６に入射し、投影レンズ
１０６によって、光束１のようにウェハ１０８面上に結
像される。図より明らかなように、対物レンズ１０２の
光軸は、投影レンズ１０６の入射瞳位置１０７において
投影レンズ１０６の光軸に交差している。

ウェハ１０８上には、アライメントマーク２（その形状
については後述する）が配されており、このアライメン
トマーク２上をアライメント光束１が走査した時、マー
ク２のエツジ部分にアライメント光束１が達すると、そ
こから散乱光が発生される。この検出光と直接光（正反
射光）は、投影レンズ１０６、ミラー１０４．１０３、
対物レンズ１０２を通りビームスプリッタ１０１で反射
され、空間フィルタ６に達する。空間フィルタ６は投影
レンズ１０６の瞳共役位置と共役な位置に配され、後述
の如き構造により散乱光のみを通過させる。空間フィル
タ６を通過した散乱光は光電変換素子７で検出される。

光電変換素子７で光電変換された信号は、Ａ／Ｄ変換器
１１４でデジタル変換され、メモリ回路１１３に入力さ
れる。Ａ／Ｄ変換及びメモリ取込のタイミングは、ステ
ージ１０９が移動する時、ステージ１０９の位置座標を
計数するレーザ干渉計１１１より発生する位置パルスに
同期して行われる。その結果、ステージ１０９を走査す
ることで、メモリ１１３は位置パルスの数に対応してメ
モリアドレスが変化するため、ステージ１０９の位置座
標に対するアライメント信号の強度変化（Ａ／Ｄ変換器
１１４から出力される）が記憶される。ＣＰＵＩ　１５
はメモリ１１３の信号データより後述の如くアライメン
ト位置を計算し、ステージコントローラ１１２を介して
モータ１１０を駆動制御し、ステージ１０９をアライメ
ント位置へ移動させる。

第２図は本発明に係る新規なアライメントマーク２とア
ライメント光１との関係を示したものである。第２図の
横軸は、アライメント光束１とアライメントマーク２の
相対的な移動方向を示し、第１図の例ではアライメント
光束１が固定でステージ１０９が移動しているが、説明
を簡単にするために、マーク２に対して光束１が移動す
るとして説明する。アライメントマーク２は、アライメ
ント中心位置Ｐ２において交差する２つの直線上でかつ
又位置Ｐ２に対して対称なマークエツジａとｂとを有し
ている（エツジａとｂは直交することが好ましい。）。

この様なアライメントマーク２上を細長いアライメント
光束１が第２図の左方から右方へ走査すると、第１図の
空間フィルタ６面上（投影レンズ１０６の入射瞳位置１
０７と共役な位置にある）の検出光（散乱光）の動きは
、第３図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の様になる。

すなわち、まず、第２図のＡの位置にアライメント光束
１がある時、第３図Ａに示したように、検出光は正反射
光３のみである。ところが、例えばＢの位置にアライメ
ント光束１がくると、マークエツジａ、ｂにより散乱光
が発生し、アライメントマークが凸マークの場合は、第
３図（Ｂ）の様に、４ａ、４ｂの方向の散乱光が強く出
る。さらに、アライメント光束１が移動し、マークセン
ターＰ２を通るＣの位置に達すると、第３図（Ｃ）に示
した様に、散乱光は４ａ、４ｂ、５ａ。

５ｂのすべての方向に均等に発生する。さらにアライメ
ント光束１が移動し、たとえばＤの位置の様な場所では
、第３図ＣＤ）に示した様に、散乱光は５ａ、５ｂの方
向が支配的となり、アライメント光束１がマーク２を通
過してＥの位置にくると、第３図Ａと同様正反射光のみ
となる。

従って、第４図に示す様な平面形状の正反射光のみをカ
ットする空間フィルタ６が用いられる。

すなわち、空間フィルタ６は正反射光の集光位置に正反
射光カット用遮光部６ａを有し、かつ、散乱光を透過す
る透光部を有する。空間フィルタ６を透過した散乱光は
、空間フィルタ６の直後に配設した４分割の受光部７ａ
、７ｂ、７ｃ、７ｄを有する光電変換器７で散乱光を検
出する。各受光部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄは４方向散乱
光成分（第３図の４ａ、４ｂ、５ａ、５　ｂ　）　ニ対
応する。

従って、第１図のＡ／Ｄ変換器１１４、メモリ１１３は
各受光部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄに対応して設けたＡ／
Ｄ変換部、メモリ部を有し、ＣＰＵ１１５は各メモリ部
の内容から４方向散乱光成分の強度変化を比較し、４方
向に等量の信号強度が得られる位置を求めることによっ
て、そのときのメモリアドレスからアライメント位置を
知ることができる。

第５図は空間フィルタ６を通過した散乱信号を検出する
第２の実施例であり、空間フィルタ６を通過した散乱光
を結像レンズ８により、結像レンズ８の焦点距離ｆ上に
配したラインセンサ９に結像する。すなわち、ラインセ
ンサ９とウェハ面上のアライメントマーク２の位置は共
役の関係にある。

第１の実施例で示したと同様に、アライメント光束１と
アライメントマーク２の位置関係に対するラインセンサ
９上の検出光の関係を示すと第６図の様になる。ライン
センサ９上には、アライメントマーク２のエツジａ、ｂ
部分の散乱光のみが結像されることになる。すなわち、
第２図のＡの位置にアライメント光束１があるときには
、第６図（Ａ）のようにラインセンサ９上の光点はなく
、アライメント光束１が第２図のＢの位置のようにマー
ク２にかかってくると、その位置に応じた距離Ｘの光点
が第６図（Ｂｌ）、（Ｂりのように生ずる。アライメン
ト光束１がマーク中心に対応するＣの位置の時は、第６
図（Ｃ）のように、散乱光点は１つになる。そして、ア
ライメント光束１が第２図のＣの位置をすぎると、第６
図（Ｄ、）、（Ｄ２）のように光点が生ずる。従って、
アライメント光束１を走査した特待られる２つの散乱光
点間の距離Ｘを求めて行き、Ｘ＝Ｏの点を検出すればそ
の点がアライメント位置となる。

具体的な回路構成の一例を説明すると、ラインセンサ９
の情報をシリアルに出力するドライバ回路を設け、内部
クロックに同期して、ラインセンサ９の各エレメントが
受光した信号を出力する。

この信号は、Ａ／Ｄ変換器によって上述の内部クロック
に同期してＡ／Ｄ変換され、ラインセンサ９の各エレメ
ントに対応させてメモリに記憶される（メモリの書き込
みのタイミングを上述の内部クロックに同期させれば良
い）。一方、データを格納するメモリの番地を上述の内
部クロックをラインセンサの走査開始から計数するカウ
ンタ回路にて作る。その結果、ステージ１０９の位置座
標に同期して得られる干渉計１１１からのパルスと、ド
ライバ回路の内部クロックを使って、２次元的な行と列
の番地が得られる。そして、コンピュータによって第６
図Ｃの状態となるステージ１０９の位置座標を求めれば
、その点がアライメント位置となる。

上述の実施例、例えば、第２の実施例では、マークを走
査して走査領域内の２次元的な情報を得た後、最小２乗
法を用いてアライメント位置を求めるが、ステージ１０
９を移動しながら、第６図（Ｃ）の状態になるとアナロ
グ的な信号処理によってステージを停止させるようサー
ボをかけても良い。また、アライメントマークは、直交
する２木のバーマークを用いることができる。

（発明の効果）以上のように本発明によれば、マークの２つのエツジを
用いることにより２種の信号が得られることにより、平
均化効果が上り、さらに計測方向にパターンが幅α（第
２図参照）だけ存在することにより、細いマークより、
多くの情報量が得られることにより、さらに精度が上昇
するのみならず、マーク自体がプロセスによるダメージ
を受は難くなっているので、露光装置のアライメント装
置におけるマーク検出装置として用いると、アライメン
ト精度を上げることが出来るようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による第１の実施例のシステム構成図、
第２図はアライメント光束とアライメントマークとの関
係を示す図、第３図は空間フィルタ面上での検出光の変
化図、第４図は、空間フィルタと４分割ディテクタの関
係図、第５図は第２の実施例の空間フィルタとラインセ
ンサとの関係図、第６図は第２の実施例の場合のライン
センサ上での検出光の変化を示す図である。（主要部分の符号の説明）１・・・アライメント光束、２・・・アライメントマー
ク、６・・・空間フィルタ、７　（７ａ、７ｂ、マＣ１
７ｄ）・・・４分割ディテクタ、８・・・結像レンズ、
９・・・ラインセンサ、１０１・・・ビームスプリンタ
、１０２・・・対物レンズ、１０３．１０４・・・ミラ
ー、１０５・・・レチクル、１０６・・・縮小投影レン
ズ、１０９・・・ウェハステージ、１１０・・・モータ
１１１・・・干渉計システム、１１２・・・ステージコ
ントローラ、１１３・・・メモリ回路、１１４・・・Ａ
／Ｄ変換器

Claims

【特許請求の範囲】所定位置で交差する２つの直線上でかつ又前記所定位置
に対して対称なエッジを有するマークを検出するマーク
検出装置において、細長形状の光束を射出する光学系と、前記マークと前記
光束とを相対的に移動し、前記光束が前記エッジに対し
て角度を有する方向から前記マークを走査するようにな
す走査手段と、前記エッジで得られる散乱光を受光し、
前記所定位置に前記光束があるときとそれ以外のときと
で識別された信号を出力する受光手段と、を有し、前記
受光手段の出力によって前記マークの位置を検出するこ
とを特徴とするマーク位置検出装置。