JPS63282603A - 位置検出装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、集積回路製造用露光装置等の加工装置、又は
測定装置に利用されるアライメントマークの位置検出装
置に関するものであり、特に光ビームを被検出物上に照
射し、被検出物上の特定部分（例えばアライメントマー
ク）から生じる特有の光情報を検出して、位置検出する
装置に関するものである。

（従来の技術〕 従来のこの種の装置の一例は第２図、第３図に示すよう
に構成されていた。アライメントマークと光ビームとの
相対走査はウェハ等の被検出物を１次元方向にのみ移動
して行なわれる。第２図は走査方向に垂直な方向から見
た図であり、第３図は走査方向から見た図である。光ｔ
Ａ１よりレンズ系２を介して入射した光束ＬＢは、共役
面３ａに集光した後、対物レンズ５に所定の光束断面形
状で通り、被検出物としてのウェハ６上に所定のスポッ
トとなって集光される。この光束ＬＢの照射により、ウ
ェハ面あるいはウェハ６上に微小な凸部（又は凹部）と
して形成さているアライメントマーク８からのもどり光
（生反射光、散乱光、回折光等）は対物レンズ５により
集光し、光路中に斜設されたハーフミラ−あるいはプリ
ズム４により、光電検出器７へ導き、検出器７より得ら
れる光電信号と、相対走査位置の情報とに基づいて、ア
ライメントマーク８の位置検出を行なっていた。

ここでアライメントマーク８は光束ＬＢによるスポット
との相対走査方向と交差する方向に細長（伸びた線状の
パターンとして形状される。このマーク８は公知の回折
格子状のパターンとしてもよい。またレンズ系２の一部
にシリンドリカルレンズ等を用いて、ウェハ６上に形成
されるスポット光をマーク８の長手方向と一致して伸び
た帯状にすることもある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の従来の装置においては、対物レンズ５を通りウェ
ハ６へ達する光束ＬＢが単一光束であること、暗視野検
出（散乱光、回折光の検出）を行う場合、対物レンズ自
体のＮ、Ａ（開口数）に対して照明光束ＬＢのＮ、Ａ（
開口数）を小さくしなければならないことにより、光束
ＬＢのウェハへの入射角（Ｎ、Ａ）は制限されていた。

アライメントマークの検出は感光材料としてのホトレジ
スト（厚み１μｍ程度）の塗られたウェハに対して行な
われるが、アライメントマーク近傍において、アライメ
ントマークの凹凸によりマークの段差エツジ部付近では
ホトレジストに塗りむら、すなわち厚みむらが生じ、こ
の厚さのむらのため、光束ＬＢの照射によるもどり光が
、ウェハ面とホトレジスト表面との間での干渉により強
弱変化し、位置検出へ悪影響を与えていた。

本発明は、この問題点に対してなされたものであり、ア
ライメントマーク近傍でのレジストの塗むらに対して相
対的な光走査より得られる光信号（反射光、散乱光等）
の強度変動を減少させることを目的とする。

〔問題点を解決する為の手段〕

このために、本発明では、対物光学系の非検出物とほぼ
共役な位置に、光分割器を設け、複数の光束が非検出物
上の同一場所に異なる角度で入射するように構成した。

さらに非検出物に入射する光束は、この光束と非検出物
との相対走査方向と交差（例えば直交）する平面内で複
数の方向をもつように構成した。

〔作用〕

本発明では、ホトレジストの塗られたウェハ面に、走査
光として複数の光束が異なる入射角度で入射するため、
ホトレジスト厚に対して各光束の、干渉の条件が異なっ
てくる。これは、入射角の異なる光束に対しては、ホト
レジスト中を通る光学的距離が異なるためである。従っ
て、入射角度の異なる複数の光束を同一場所に入射し、
そのもどり光を検出することにより、−光束を使用した
場合に、顕著に現われていたホトレジストの塗むらによ
る信号の強弱は、複数の光束を用いることにより強弱の
現われる位置のずれた信号が加算されることとなるため
、この強弱は平均化され、アライメントマークから得ら
れる信号と、干渉等によるノイズとのＳＮ比が向上する
。

〔実施例〕

第１図は本発明の第１の実施例による位置検出装置の構
成を示し、光学的な配置は第３図と同じ方向からみたと
きを表わす０本実施例ではレーザ光源１からの光束ＬＢ
の焦点位置、すなわち非検出物としてのウェ、ハロとほ
ぼ共役な位置に、アライメントマーク８の長手方向に光
束を分割する光分割器としての基準回折格子３ｏを設け
る。この回折格子３０の位置には、レンズ系２の作用で
アライメントマーク８の長手方向と平行に伸びた帯状の
スポット光が形成されるように定められている。回折格
子３０にコヒーレントなスポット光が照射されると、０
次光ａ、＋１次光ｂ、−１次光Ｃ等が空間的に分離して
発生する。０次光ａのふるまいについては従来のものと
全く同様であるが、＋１次光す、ｃはアライメントマー
ク８の長手方向に広がって発生し、対物レンズ５の瞳面
（絞り面又は前側焦点面）上で０次光ａの分布位置と異
なる分布位置を通ってウェハ６上の同一部分に集光する
。また第１図の紙面と直交する面での光束ＬＢのふるま
いは第２図の従来のものと同一である。第１図からも明
らかなように０次光ａはつエバ６と垂直な光軸を有し、
＋１次光す、ｃの各々は０次光ａをはさんで対称的な角
度でウェハ６に入射する。さて、第１図において回折格
子３０と対物レンズ５との間にはビームスプリッタ４が
斜設され、ウェハ６の表面、又はアライメントマーク８
からの反射光は光電検出器７によって受光される。そし
てその光電信号は検出装置３２に入力し、この検出器Ｗ
３２によってアライメントマーク８の相対走査方向の位
置が検出される。駆動装置、３３はウェハ６を２次元的
に水平移動させるもので、アライメントマーク８の検出
時にウェハ６をマーク８の長手方向と交差する方向（第
１図では紙面と垂直な方向）に所定速度で移動させる。

第４図、第５図にアライメントマーク近傍における複数
の光束（０次光、＋１次光）の入射の状況を示した。第
４図中斜線で示した部分が光束であり、アライメントマ
ーク８の段差のためにホトレジスト９は塗りむらを生じ
ている。第４図は走査方向に垂直な方向から見た図であ
り、第５図は走査方向から見た図である。第５図にも示
すように０次光ａ、＋１次光す、ｃの３木の光束がホト
レジスト９の層に入射するが、各光束の入射角の違いに
よりホトレジスト９中を通る距離がわずかではあるが異
なることを示している。

さて第６図は回折格子３０の平面形状と光束ＬＢの断面
形状（スポット光）との関係を示す。本実施例では回折
格子３０は透過型の直路子であり、格子の配列方向はマ
ーク８の長手方向と一敗している。さらにスポット光Ｓ
Ｐの長手方向も格子の配列方向と一致するように定めら
れる。

さらに本実施例では、第１図に示すように回折格子３０
を格子の配列方向に一移動させる駆動装置３１が設けら
れている。このように回折格子３０を移動させると０次
光ａに対して＋１次光す、　ｃの位相差が変化する０位
相差の程度は回折格子３０の移動速度に依存する。より
大きな位相差を与えるためには、高速な移動が必要であ
るから、回折格子３０をラジアル・ダレイティング（放
射状格子）にして所定速度で回転させることにしてもよ
い。このように＋１次光す、ｃが０次光ａに対して入射
角度が異なり、位相差を有することから、ホトレジスト
９の層で生じる干渉現象を大きく低減させることができ
る。

第７図は本発明の他の実施例を示し、回折格子３０、対
物レンズ５、ウェハ６の各配置は第１図の場合と同一で
あり、異なる点は光電検出の方式である。第７図におい
て、ウェハ６の表面、あるいはアライメントマーク８か
らの反射光はハーフミラ−あるいはプリズム等のビーム
スプリンタ４で反射されて送光系から分離された後、コ
リメーターレンズ１１を介して対物レンズ５の瞳と共役
な面がレリーされる。この瞳共役面にはウェハ６からの
正反射光を遮光して散乱光や回折光のみを透過する空間
フィルター１０が設けられる。そしてこの空間フィルタ
ーｌＯで抽出された散乱回折光が光電検出器７に受光さ
れ、光量に応じた光電信号が得られる。この実施例の場
合、θ次光ａは対物レンズ５の瞳の中心を通り、＋１次
光す、　ｃは瞳面において瞳中心をはさんだ点対称の位
置を通るようになるため、＋１次光すによるウェハ６で
の正反射光は一１次光Ｃと同じ光路を戻り、−１次光Ｃ
によるウェハ６での正反射光は＋１次光すと同じ光路を
戻る。しかも対物レンズ５のウェハ６側がテレセントリ
ック系である場合、θ次光ａ２±１次光す、ｃの瞳面で
の分布位置は、そのままウェハ６からの正反射光の分布
位置と同一になる。

従って本実施例では空間フィルター１０によって暗視野
検出が可能となり、アライメントマーク８の段差エツジ
からの散乱光を高精度に検出することができる。またア
ライメントマーク８を微小な矩形パターンを一列に配列
した回折格子にした場合も、格子マークからの回折光を
同様に正反射光と分離して検出することができる。この
場合、マークからの回折光は０次光ａ、＋１次光す、　
ｃの夫々の照射によって独立に生じるため、マークから
の正反射光と回折光との成す角度は、０次光ａと＋１次
光す、ｃとの成す角度と異なるように定めることが望ま
しい。

また光分割手段としての回折格子３ｏをラジアル・グレ
ーティングにし、回転位置に応じて格子ピッチが異なる
ような放射状格子パターンにすると、ラジアル・グレー
ティングの回転に応じて、＋１次光す、ｃの０次光ａに
対する発生角度、すなわち回折角度が連続的に変化する
。ただしラジアル・グレーティングが１回転するたびに
元の格子ピッチのところにスポット光ＳＰが照射される
ため、＋１次光す、ｃのウェハ６への入射角は周期的（
又は振動的）に変化する。しかも＋１次光すと一１次光
Ｃとは対称的であるため、＋１次光す、ｃはともに大き
な角度でウェハ６に入射したり、ともに小さな角度でウ
ェハ６に入射したりする。このようにウェハを照射する
複数の光束の入射角度を高速に変化させることによって
も、ホトレジスト９による干渉現象が低減される。尚、
この場合、ラジアル・グレーティングの格子ピッチは必
ずしも連続的に変化するものである必要はなく、回転方
向（円周上）で離散的にしてもよい。

また本発明の各実施例で、対物レンズ５は通常の顕微鏡
のものと同等のものとして説明したが、投影型露光装置
（ウェハステッパー）の投影レンズに置き換えても、本
発明はそのまま適用できる。

また光分割器としては、回折格子でな（超音波偏向器（
以下ＡＯＤと略す）を用いてもよい。この場合、ＡＯＤ
により生じる±１次の回折光は、ラジアル・グレーティ
ングを用いた場合と同様に、位相変化を持ち、また、Ａ
ＯＤへの電気的人力信号の周波数を変化させることによ
り、回折角を変化させることも可能である。

〔発明の効果〕

以上の様に本発明においては、アライメントマーク等の
近傍におけるホトレジストの塗すむらによって生じる照
射光の干渉条件を平均化させる効果があるが、−光束の
Ｎ、Ａ（開口数）を太き（とることにより同様の効果を
得た場合に比べ次の利点がある。すなわち高Ｎ、　Ａの
一光束を用いた場合、被検出物への光線の入射角はＮ、
　Ａの範囲で連続変化し、上記平均化の効果は大きいが
、しかし、検出方法として有利な暗視野検出を行なうこ
とは困難である。これは対物光学系の瞳面上で照明光の
通る面積が大きくなるためである。これに対し本発明に
おいては、被検出物への照明光を入射角の異なる複数の
光束で与え、全体として大きなＮ、Ａをとりながら、暗
視野検出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例による装置の構成を示す
図、第２図、第３図は従来の装置の構成を示す図、第４
図、第５図は第１の実施例の場合の照明光束の入射状態
を示す図、第６図は光分割器として回折格子を用いた場
合の様子を示す平面図、第７図は本発明の第２の実施例
による装置の構成を示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕 １・・・光源 ４・・・ビームスプリッタ ５・・・対物レンズ ６・・・ウェハ ８・・・アライメントマーク ９・・・ホトレジスト ３０・・・回折格子 ３１・・・駆動装置 ＬＢ・・・光束 ａ・・・０次光 す、ｃ・・・１次光

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検出物を対物光学系の焦点面に配置し、該対物
   光学系を通り前記焦点面に集光する光束により前記被検
   出物を相対走査し、前記被検出物上に形成された特定部
   分の位置を検出する装置において、前記被検出物とほぼ
   共役な位置に配置され、前記相対走査に用いる光束を相
   対走査方向と交わる面内で複数の方向に分割する光分割
   手段を有し、これらの分割された光が前記対物光学系を
   介して複数の入射角度で前記被検出物上の特定部分を照
   射するように定めたことを特徴とする位置検出装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記
   光分割手段は回折格子で構成され、該回折格子を移動さ
   せる移動部材を有し、該回折格子から発生する互いに角
   度の異なる回折光に位相差を与え、前記被検出物に入射
   する複数の光束の位相差を変化させることを特徴とする
   位置検出装置。
3. （３）特許請求の範囲第２項記載の装置において、前記
   回折格子は前記移動部材による移動方向に関して格子間
   隔が異なるように構成され、該回折格子の移動により、
   前記回折光の回折角を変化させ、前記被検出物への入射
   角度を変化させることを特徴とする位置検出装置。