JP2545582B2 - 複波長照明を用いたダブルリニアフレネルゾーンプレートによる位置検出装置 - Google Patents
複波長照明を用いたダブルリニアフレネルゾーンプレートによる位置検出装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、超精密位置計測(0.01μmオーダー)装
置、特にマスクとウエハーを0.01μmオーダーで位置検
出可能な、複波長を用いたダブルリニアフレネルゾーン
プレートによる位置検出装置に関する。
置、特にマスクとウエハーを0.01μmオーダーで位置検
出可能な、複波長を用いたダブルリニアフレネルゾーン
プレートによる位置検出装置に関する。
[従来の技術] 現在実用化されているマスクとウエハーのアライメン
ト方法には、大きく分けて、パターン計測方式、回折光
方式、及び、これら両方式を部分的に合せたハイブリッ
ト方式があり、以下これらを個々に説明する。
ト方法には、大きく分けて、パターン計測方式、回折光
方式、及び、これら両方式を部分的に合せたハイブリッ
ト方式があり、以下これらを個々に説明する。
まず、これらを紹介している文献名をあげておく。
文献1−精密機械51/5/1985,PP.156〜162 文献2−Technical Proceedings Semicon/West 1987,Ma
y 19−21 San Metro,CA,PP.242〜247 文献3−昭和62年度精密工学会秋季大会学術講演会論文
集PP.347〜348 文献4−特開昭61−236117号公報 文献5−特開昭61−1933448号公報 文献6−(株)昭晃堂発行「光技術応用システム」(昭
和58年3月20日)PP.165〜167 文献7−昭和59年度精密学会秋季大会学術講演会論文集
PP.443〜444 文献8−昭和62年度精密工学会秋季大会学術講演会論文
集PP.353〜354 文献9−昭和61年度精密工学会秋季大会学術講演会論文
集PP.703〜704 文献10−昭和60年度精機学会春季大会学術講演会論文集
PP.301〜302 文献11−Semicon News 1986,7,P,20 文献12−第48回応用物理学術講演会予講集(昭和62年)
P,448 文献13−J,Vac,Sci Technol,19(4),Nov,/Dec,1981,P
P.1224〜1228 文献14−Solid State Tekhnology,21,5(1985)P.175 文献15−J,Vac,Sci Technol,16(6),Nov,/Dec,1979,P
P.1954〜1958 文献16−J,Vac,Sci Technol,19(4),Nov,/Dec,1981,P
P.1219〜1223 文献17−IEEE Transactions on Electron Devices,Vo
l,ED−26,NO,4PP.723〜728 文献18−1987年(昭和62年)秋季、第48回応用物理学会
学術講演会、第2分冊P427,18a−F−8 文献19−同,18a−F−9 文献20−Semiconductor World 1985,5,PP.105〜111 (1)パターン計測方式 複屈折による2重焦点レンズによる検出方法 (開発機関)Bell研及びNTT (概略)複屈折による2重焦点レンズによりアライメン
トマークを検出する。また、露光領域を分割し、各露光
領域ごとにアライメントを行なうステップ・アンド・リ
ピート方式となっている。(NTTの例については文献1
参照) (欠点) (I)レンズ径の減少に制限があり、マーク位置が露光
領域からかなり離れた(10数mm程度)スクライブライン
にあるため、マスクの伸縮によるアライメント誤差が加
算され、アライメント精度が低下する。
y 19−21 San Metro,CA,PP.242〜247 文献3−昭和62年度精密工学会秋季大会学術講演会論文
集PP.347〜348 文献4−特開昭61−236117号公報 文献5−特開昭61−1933448号公報 文献6−(株)昭晃堂発行「光技術応用システム」(昭
和58年3月20日)PP.165〜167 文献7−昭和59年度精密学会秋季大会学術講演会論文集
PP.443〜444 文献8−昭和62年度精密工学会秋季大会学術講演会論文
集PP.353〜354 文献9−昭和61年度精密工学会秋季大会学術講演会論文
集PP.703〜704 文献10−昭和60年度精機学会春季大会学術講演会論文集
PP.301〜302 文献11−Semicon News 1986,7,P,20 文献12−第48回応用物理学術講演会予講集(昭和62年)
P,448 文献13−J,Vac,Sci Technol,19(4),Nov,/Dec,1981,P
P.1224〜1228 文献14−Solid State Tekhnology,21,5(1985)P.175 文献15−J,Vac,Sci Technol,16(6),Nov,/Dec,1979,P
P.1954〜1958 文献16−J,Vac,Sci Technol,19(4),Nov,/Dec,1981,P
P.1219〜1223 文献17−IEEE Transactions on Electron Devices,Vo
l,ED−26,NO,4PP.723〜728 文献18−1987年(昭和62年)秋季、第48回応用物理学会
学術講演会、第2分冊P427,18a−F−8 文献19−同,18a−F−9 文献20−Semiconductor World 1985,5,PP.105〜111 (1)パターン計測方式 複屈折による2重焦点レンズによる検出方法 (開発機関)Bell研及びNTT (概略)複屈折による2重焦点レンズによりアライメン
トマークを検出する。また、露光領域を分割し、各露光
領域ごとにアライメントを行なうステップ・アンド・リ
ピート方式となっている。(NTTの例については文献1
参照) (欠点) (I)レンズ径の減少に制限があり、マーク位置が露光
領域からかなり離れた(10数mm程度)スクライブライン
にあるため、マスクの伸縮によるアライメント誤差が加
算され、アライメント精度が低下する。
(II)(I)により、露光領域内にマークを設けること
ができない。
ができない。
(III)2値化処理に伴ない、マークの対称性に依存す
る。
る。
(IV)2次元カメラにて検出するため、高速検出化でき
ない(30Hz以下)。
ない(30Hz以下)。
2重焦点レンズによる検出方法(複屈折によるかどう
か不明)。
か不明)。
(開発機関)Karl Zu (概略)2重焦点を有する光学顕微鏡にてマークを検出
する。アライメントはこの顕微鏡の下にマスクとウエハ
ーが移動し、完了後、マスクとウエハーはロックされ、
露光位置に移動し、X線照射が行なわれる。(文献2参
照) (欠点)他のX線アライナーと露光概念が異なり、アラ
イメントと露光を別の場所で行なうため、一概に比較で
きないが、少なくとも、露光中サーボ制御と高速検出は
不可能である。
する。アライメントはこの顕微鏡の下にマスクとウエハ
ーが移動し、完了後、マスクとウエハーはロックされ、
露光位置に移動し、X線照射が行なわれる。(文献2参
照) (欠点)他のX線アライナーと露光概念が異なり、アラ
イメントと露光を別の場所で行なうため、一概に比較で
きないが、少なくとも、露光中サーボ制御と高速検出は
不可能である。
斜方検出 (開発機関)日立製作所 (概略)X線露光領域外に、NAの小さい対物レンズを傾
斜させ、マスクとウエハーのマークを斜方検出すること
により、露光中も露光領域内に設けたマークの検出が可
能な装置となっている。(文献3,4,5参照)。
斜させ、マスクとウエハーのマークを斜方検出すること
により、露光中も露光領域内に設けたマークの検出が可
能な装置となっている。(文献3,4,5参照)。
(欠点) (I)2次元カメラにより検出しているため(文献3,4
参照)に、高速検出化ができない。
参照)に、高速検出化ができない。
(II)対称性パターンマッチング(文献5参照)なる処
理を行なっており、これはマークの対称性を前提とした
演算方法で、検出精度はマークの対称性に大きく依存し
ている。
理を行なっており、これはマークの対称性を前提とした
演算方法で、検出精度はマークの対称性に大きく依存し
ている。
(III)斜方結像のため、結像範囲がきわめて狭く、ラ
スター圧縮などによるS/N比向上がむづかしく、マーク
形状保持の点から、プロセス依存性が高い。
スター圧縮などによるS/N比向上がむづかしく、マーク
形状保持の点から、プロセス依存性が高い。
(2)回折光方式 等ピッチ2重回折格子法 (開発機関)MIT (概略)マスクとウエハー上に同一ピッチの回折格子を
設け、1次の透過回折光の強度差により重ね合せ信号を
得る。位置変位は、 Δφm=(2πm/d)Δx ただし、 Δφm:移送変位 Δx:移送変位 m:回折次数 の関係で表され、 10μmの格子ピッチで0.1μm, 1.2μmの格子ピッチで200Å, の重ね合せ精度が得られる。(文献6,7参照) (欠点) (I)ギャップ変動による位置ずれ信号の影響がきわめ
て多い。文献の図2に、位置ずれ信号がギャップ変動
(±0.04μm)により大きく影響される様子が示され
る。
設け、1次の透過回折光の強度差により重ね合せ信号を
得る。位置変位は、 Δφm=(2πm/d)Δx ただし、 Δφm:移送変位 Δx:移送変位 m:回折次数 の関係で表され、 10μmの格子ピッチで0.1μm, 1.2μmの格子ピッチで200Å, の重ね合せ精度が得られる。(文献6,7参照) (欠点) (I)ギャップ変動による位置ずれ信号の影響がきわめ
て多い。文献の図2に、位置ずれ信号がギャップ変動
(±0.04μm)により大きく影響される様子が示され
る。
(II)単色光アライメントのため、回折光強度は薄膜の
定在波効果など、光の干渉現象により大きく影響を受け
る。
定在波効果など、光の干渉現象により大きく影響を受け
る。
(III)マークの対称性に依存する(非対称形状格子で
は、検出精度が低下する)。
は、検出精度が低下する)。
倍ピッチ2重回折格子法 (開発機関)NTT通研 (概略)従来の2重回折格子法の欠点であったギャップ
の変動の影響を倍ピッチ回折格子により除去し、ギャッ
プ検出用として、従来のフォーカス信号の代りに単一回
折格子からの回折光強度信号を利用する方法である。
(文献8,9,10参照) 文献8には倍ピッチ2重回折格子法による検出装置を
搭載したX線アライナーの概要が、また、文献9には検
出装置の概要がそれぞれ説明されている。
の変動の影響を倍ピッチ回折格子により除去し、ギャッ
プ検出用として、従来のフォーカス信号の代りに単一回
折格子からの回折光強度信号を利用する方法である。
(文献8,9,10参照) 文献8には倍ピッチ2重回折格子法による検出装置を
搭載したX線アライナーの概要が、また、文献9には検
出装置の概要がそれぞれ説明されている。
(欠点) (I)ギャップ依存性は等ピッチ2重回折格子法に比べ
ればかなり低減されたが、それでも0.1μmオーダーの
ギャップ制御が必要とされる。
ればかなり低減されたが、それでも0.1μmオーダーの
ギャップ制御が必要とされる。
(II)単色光アライメントであるため、光の干渉問題か
ら、プロセスによる影響(段差、段差幅、薄膜堆積層)
が避けられない。文献10にプロセスの影響が示されてい
る。
ら、プロセスによる影響(段差、段差幅、薄膜堆積層)
が避けられない。文献10にプロセスの影響が示されてい
る。
(III)回折格子マークの対称性に依存する。
回折格子をペアで使用する方法 (問題機関)電総研 (概略)文献11の図面に示されているように、ウエハー
側に対になった 回折格子を配置することで、マスク・
ウエハー間のギャップ変動に位置ずれ検出信号が影響さ
れない原理となっている。特徴は文献12に示されている
ように、 (a)2つの回折格子を直接対向させない (b)格子周期を非整数倍にする の2点である。(文献11,12参照) (欠点) (I)単色光アライメントであるため、光の干渉問題か
らプロセスの影響が避けられない。
側に対になった 回折格子を配置することで、マスク・
ウエハー間のギャップ変動に位置ずれ検出信号が影響さ
れない原理となっている。特徴は文献12に示されている
ように、 (a)2つの回折格子を直接対向させない (b)格子周期を非整数倍にする の2点である。(文献11,12参照) (欠点) (I)単色光アライメントであるため、光の干渉問題か
らプロセスの影響が避けられない。
(II)回折格子マークの対称性に依存する。
(III)ギャップ依存性は、文献12に示されている通
り、シュミレーションによるもので、実証されてはいな
い。
り、シュミレーションによるもので、実証されてはいな
い。
2重フレネルゾーンターゲット法 (開発機関)Bell研 (概略)マスク上に形成した焦点距離fの円形フレネル
ゾーンターゲット(FZT)とウエハー上に形成した焦点
距離(ftギャップ)のFZTに、平行なレーザビームを照
射し、その時生じる集光スポットの位置変化を検出する
ことによって、位置とギャップを検出するものである。
(文献13参照) (欠点) (I)文献13の表1及び図2に示されているように、単
色光アライメントであるため、光の干渉問題からプロセ
スの影響が避けられず、十分なS/N比が得られなかった
り、薄膜の定在波効果により膜厚コントロールが難しく
なる。
ゾーンターゲット(FZT)とウエハー上に形成した焦点
距離(ftギャップ)のFZTに、平行なレーザビームを照
射し、その時生じる集光スポットの位置変化を検出する
ことによって、位置とギャップを検出するものである。
(文献13参照) (欠点) (I)文献13の表1及び図2に示されているように、単
色光アライメントであるため、光の干渉問題からプロセ
スの影響が避けられず、十分なS/N比が得られなかった
り、薄膜の定在波効果により膜厚コントロールが難しく
なる。
(II)ギャップ依存性が高い、回折格子法に比べればギ
ャップ依存性は低いが、ギャップ変動により、フレネル
回折により集光したスポットの光強度は変動する。
ャップ依存性は低いが、ギャップ変動により、フレネル
回折により集光したスポットの光強度は変動する。
(III)マークの対称性に依存する。円形FZTは一種の凸
レンズと考えることができるので、マークの対称性が損
なわれると、レンズで言う非点収差とかコマ収差に相当
する現象が発生し、検出精度が低下する。
レンズと考えることができるので、マークの対称性が損
なわれると、レンズで言う非点収差とかコマ収差に相当
する現象が発生し、検出精度が低下する。
(IV)マーク形状が複雑で、プロセス変化に基づくパタ
ーン変化がおきやすい。
ーン変化がおきやすい。
(V)フレネル回折で集光された焦点付近に発生するス
プリアス像によって、像点の非対称性が発生し位置誤差
となる。
プリアス像によって、像点の非対称性が発生し位置誤差
となる。
2重円形フレネルゾーンターゲット法 (開発機関)Micronix (概略)アライメイト原理は回折光方式ののBell研の
ものと同じものを適用しており、MicronixにおいてMx−
15の商品名でアライナーに組み込んで販売されている。
(文献14参照) (欠点) (I)上記で述べた欠点をそのまま持ち合せている。
ものと同じものを適用しており、MicronixにおいてMx−
15の商品名でアライナーに組み込んで販売されている。
(文献14参照) (欠点) (I)上記で述べた欠点をそのまま持ち合せている。
(III)露光中サーボ制御システムとなっていない。
(III)2次元カメラにて検出しているので高速検出は
不可能である。
不可能である。
リニアフレネルゾーンプレートと回折格子を組み合せ
た方法 (開発機関)Thomson−CSF,Micronix (概略)マスクマークとして透過型のリニア・フレネル
・ゾーン・プレート(LFZP)を、ウエハーマークとして
は反射型の線状回折格子を使って位置検出を行なう。LF
ZPの焦点距離がマスクとウエハー間のギャップ量に相当
するため、垂直方向の位置合せも可能となる。(文献1
5,16参照) (欠点) (I)単色光をアライメント光に使用しているため、光
の干渉問題がある。
た方法 (開発機関)Thomson−CSF,Micronix (概略)マスクマークとして透過型のリニア・フレネル
・ゾーン・プレート(LFZP)を、ウエハーマークとして
は反射型の線状回折格子を使って位置検出を行なう。LF
ZPの焦点距離がマスクとウエハー間のギャップ量に相当
するため、垂直方向の位置合せも可能となる。(文献1
5,16参照) (欠点) (I)単色光をアライメント光に使用しているため、光
の干渉問題がある。
(II)ウエハー上の回折格子の対称性に検出精度が依存
する。
する。
(III)ギャップ依存性が高い。
(IV)検出を精度上げるためには、S/N比を上げる必要
があり、そのためLFZPと回折格子をマトリックス状に配
置せざるを得ず、マスクの専有面積が1000μm平方程度
ときわめて広いエリアが必要である。
があり、そのためLFZPと回折格子をマトリックス状に配
置せざるを得ず、マスクの専有面積が1000μm平方程度
ときわめて広いエリアが必要である。
(V)それらのマーク相互間に高い重ね合せ精度が必
要である。
要である。
以上、回折光によるアライメント方式について、か
らにわたって個々に説明したが、その中で共通して持
っている問題である「回折アライメントマークの対称性
に依存する」の点に関して、文献17には、その図2に示
すようなさまざまなプロファイルを持つ回折格子につい
て、アライメント精度が検討されている。その図2のう
ち(e)のプロファイルのような非対称回折格子におい
ては、この文献中の式(3)である、 におけるΨ1がゼロでなくなるため、検出精度が低下す
ることが明らかになっている。
らにわたって個々に説明したが、その中で共通して持
っている問題である「回折アライメントマークの対称性
に依存する」の点に関して、文献17には、その図2に示
すようなさまざまなプロファイルを持つ回折格子につい
て、アライメント精度が検討されている。その図2のう
ち(e)のプロファイルのような非対称回折格子におい
ては、この文献中の式(3)である、 におけるΨ1がゼロでなくなるため、検出精度が低下す
ることが明らかになっている。
また、文献18においては、非対称回折格子の補正につ
いて論じており、非対称性を定義するΔから次の式によ
って得られる応答信号Jnから、非対称性を補正すること
が可能であることが示されている。
いて論じており、非対称性を定義するΔから次の式によ
って得られる応答信号Jnから、非対称性を補正すること
が可能であることが示されている。
Jn=In[1+cos2k(x−Δ)・nλ/l] さらに、文献19には、レジスト膜厚の定在波効果によ
る回折格子の非対称性化について報告されている。
る回折格子の非対称性化について報告されている。
(3)ハイブリッド方式(パターン計測方式+回折光方
式) 回折格子とパターン計測による2つの方式を織り混ぜ
た方式として、ニコンの光ステッパー:NSR1505G3Aに搭
載されているLSA(レーザ・ステップ・アライメント)
検出装置がある。
式) 回折格子とパターン計測による2つの方式を織り混ぜ
た方式として、ニコンの光ステッパー:NSR1505G3Aに搭
載されているLSA(レーザ・ステップ・アライメント)
検出装置がある。
(概略)ウエハー上に回折格子マークを設け、ステージ
の移動によってビームがアライメントマーク上を通過し
た時、回折光が発生し、その光強度による信号波形が得
られる。これをディテクターで受けた後、A/D変換し、
ディジタル信号として波形メモリーに格納し、波形プロ
セッサーによりその中心位置を計測する。検出信号とし
ては回折格子の光強度を使用し、その波形から位置を求
める処理はパターン計測により波形データの中心位置を
算出している。(ハイブリット化)(文献20参照) (欠点) (I)単色光アライメントである。
の移動によってビームがアライメントマーク上を通過し
た時、回折光が発生し、その光強度による信号波形が得
られる。これをディテクターで受けた後、A/D変換し、
ディジタル信号として波形メモリーに格納し、波形プロ
セッサーによりその中心位置を計測する。検出信号とし
ては回折格子の光強度を使用し、その波形から位置を求
める処理はパターン計測により波形データの中心位置を
算出している。(ハイブリット化)(文献20参照) (欠点) (I)単色光アライメントである。
(II)回折格子マークの対称性に依存する。
(III)検出速度が信号処理系(ディジタル系)に依存
する。
する。
以上、従来のパターン計測方式及び回折光方式の各々
が持つ主な問題点を整理すると第1表のようになる。
が持つ主な問題点を整理すると第1表のようになる。
(注)Xが問題点である。
△になる理由: NO,3のパターン計測の場合、 (1)のの斜方検出によれば可能であるが、(1)の
の複屈折を利用した2重焦点レンズや、(1)のの
方式によれば不可能である。
の複屈折を利用した2重焦点レンズや、(1)のの
方式によれば不可能である。
NO,3のフレネル・ゾーン・プレートの場合、 (2)ののThomson−CSFによれば、マークが大きい
(1mm×1mm)という欠点を持つが一応可能である。しか
し、(2)ののMicronix(Mx−15)によれば、スクラ
ブラインにマークを設けるので不可能である。
(1mm×1mm)という欠点を持つが一応可能である。しか
し、(2)ののMicronix(Mx−15)によれば、スクラ
ブラインにマークを設けるので不可能である。
NO,4のフレネル・ゾーン・プレートの場合、 (2)ののMicronix(Mx−5)あるいは(2)の
のBell研のように円形フレネル・ゾーン・プレートを用
いた場合は、2次元カメラを受光素子として使用するの
で、その応答性(30Hz)から高速検出は不可能である。
のBell研のように円形フレネル・ゾーン・プレートを用
いた場合は、2次元カメラを受光素子として使用するの
で、その応答性(30Hz)から高速検出は不可能である。
[発明が解決しようとする課題] この発明は、上記の第1表にあげた従来技術の6つの
問題点を解決した新規なアライメント装置を提供しよう
とするものでる。すなわち、半導体の超高集積化が急ピ
ッチで進む中で、今後量産される16M,64M,256Mなどのメ
モリー素子の生産に使われるシンクロトロン放射光(SO
R)などの線源に持つX線アライナーにおいて、マスク
とウエハーを0.01μmオーダーで位置検出可能なアライ
メント装置を提供しようとするものである。現在使用さ
れている光ステッパー及びX線アライナーにおけるアラ
イメント方式は、パターン計測法(コントラスト法、
エッジ検出法)、回折光を利用した方式の2つに大別
される。各々の方式においてはそれぞれ長所短所があり
優劣はつけがたいが、この発明は、との長所を融合
させたハイブリットなアライメント方式を採用した位置
検出装置を提供することを目的としている。
問題点を解決した新規なアライメント装置を提供しよう
とするものでる。すなわち、半導体の超高集積化が急ピ
ッチで進む中で、今後量産される16M,64M,256Mなどのメ
モリー素子の生産に使われるシンクロトロン放射光(SO
R)などの線源に持つX線アライナーにおいて、マスク
とウエハーを0.01μmオーダーで位置検出可能なアライ
メント装置を提供しようとするものである。現在使用さ
れている光ステッパー及びX線アライナーにおけるアラ
イメント方式は、パターン計測法(コントラスト法、
エッジ検出法)、回折光を利用した方式の2つに大別
される。各々の方式においてはそれぞれ長所短所があり
優劣はつけがたいが、この発明は、との長所を融合
させたハイブリットなアライメント方式を採用した位置
検出装置を提供することを目的としている。
[課題を解決するための手段] この発明の位置検出装置は、X線露光光の光軸方向に
微小距離離間した第一の物体と第二の物体の光軸に直交
する方向の相対位置を検出する位置検出装置であって、
各物体上にリニアフレネルゾーシプレート(LFZP)から
なるアライメントマークを設け、これらLFZPを同一方向
から同時に複数の波長の光により照明するように照明装
置を構成し、上記LFZPの波長ごとに位置の異なる回折焦
点にその波長の焦点が一致するような色収差を有する対
物レンズを備え、上記対物レンズによって同一結像面上
に重ね合せて結像された上記LFZPの直線状の回折焦点像
を、その長手方向に対して直角な方向に1次元走査して
電気信号に変換するリニアセンサーを上記結像面上に備
え、上記直線状の回折焦点像をその長手方向に圧縮して
上記リニアセンサー上に結像するように、シリンドリカ
ルレンズを上記対物レンズと上記リニアセンサーの間に
配置し、上記リニアセンサーから得られた信号を処理す
ることにより上記各アライメントマークの位置を検出す
る手段を有する複波長照明を用いたダブルリニアフレネ
ルゾーンプレートによる位置検出装置である。
微小距離離間した第一の物体と第二の物体の光軸に直交
する方向の相対位置を検出する位置検出装置であって、
各物体上にリニアフレネルゾーシプレート(LFZP)から
なるアライメントマークを設け、これらLFZPを同一方向
から同時に複数の波長の光により照明するように照明装
置を構成し、上記LFZPの波長ごとに位置の異なる回折焦
点にその波長の焦点が一致するような色収差を有する対
物レンズを備え、上記対物レンズによって同一結像面上
に重ね合せて結像された上記LFZPの直線状の回折焦点像
を、その長手方向に対して直角な方向に1次元走査して
電気信号に変換するリニアセンサーを上記結像面上に備
え、上記直線状の回折焦点像をその長手方向に圧縮して
上記リニアセンサー上に結像するように、シリンドリカ
ルレンズを上記対物レンズと上記リニアセンサーの間に
配置し、上記リニアセンサーから得られた信号を処理す
ることにより上記各アライメントマークの位置を検出す
る手段を有する複波長照明を用いたダブルリニアフレネ
ルゾーンプレートによる位置検出装置である。
第一の物体のアライメントマークとしては単一のLFZP
を用い、第二の物体のアライメントマークとして一対の
LFZPを用い、第一の物体の単一のLFZPを第二の物体の一
対のLFZPの間に入るような配置とすると都合がよい。
を用い、第二の物体のアライメントマークとして一対の
LFZPを用い、第一の物体の単一のLFZPを第二の物体の一
対のLFZPの間に入るような配置とすると都合がよい。
第一の物体はマスクであり、第二の物体はウエハーで
あり、ウエハーのアライメントマークの回折光及び入射
光が通るマスク部分に透明なウインドゥ領域を設けるこ
とが現実的である。
あり、ウエハーのアライメントマークの回折光及び入射
光が通るマスク部分に透明なウインドゥ領域を設けるこ
とが現実的である。
照明装置及び対物レンズを、第一物体アライメントマ
ーク及び第二物体アライメントマークの左右斜上方の対
向する位置に配置し、これらアライメントマークに立て
た垂線に対して、照明装置の入射角が対物レンズを含む
検出光学系の検出角に等しくなるように配置することに
よって、本発明の位置検出装置をX線露光領域外に配置
することができる。
ーク及び第二物体アライメントマークの左右斜上方の対
向する位置に配置し、これらアライメントマークに立て
た垂線に対して、照明装置の入射角が対物レンズを含む
検出光学系の検出角に等しくなるように配置することに
よって、本発明の位置検出装置をX線露光領域外に配置
することができる。
リニアセンサーから得られた信号を処理して上記各ア
ライメントマークの位置を検出する手段が相似性パター
ンマッチング処理を行なう手段であると、高精度の位置
検出が可能である。
ライメントマークの位置を検出する手段が相似性パター
ンマッチング処理を行なう手段であると、高精度の位置
検出が可能である。
[作用] 各物体上に設けられたLFZPを複数の波長の光で同時に
照明すると、これら波長に応じて焦点距離の異なる位置
にLFZPの回折焦点が形成される。各波長の光に対して、
両物体のLFZPの回折焦点が同一焦点面上に位置するよう
に、各LFZPの焦点距離は選ばれる。各波長の回折焦点面
に対物レンズをその波長の焦点が一致するように、色収
差を有する対物レンズが配置され、各波長の回折焦点像
はこの対物レンズによって同一結合面上に重ね合せて結
像される。同一結像面上に重ね合せて結像された各LFZP
の直線状の回折焦点像は、上記結像面上に配置されたリ
ニアセンサーによって、その長手方向に対して直角な方
向に1次元走査されて電気信号に変換される。この際、
上記対物レンズと上記リニアセンサーの間に配置された
シリンドリカルレンズによって、上記直線状の回折焦点
像はその長手方向に圧縮して上記リニアセンサー上に結
像される。上記リニアセンサーから得られた信号は処理
されて上記各アライメントマークの位置が検出され、両
者はアライメントされる。
照明すると、これら波長に応じて焦点距離の異なる位置
にLFZPの回折焦点が形成される。各波長の光に対して、
両物体のLFZPの回折焦点が同一焦点面上に位置するよう
に、各LFZPの焦点距離は選ばれる。各波長の回折焦点面
に対物レンズをその波長の焦点が一致するように、色収
差を有する対物レンズが配置され、各波長の回折焦点像
はこの対物レンズによって同一結合面上に重ね合せて結
像される。同一結像面上に重ね合せて結像された各LFZP
の直線状の回折焦点像は、上記結像面上に配置されたリ
ニアセンサーによって、その長手方向に対して直角な方
向に1次元走査されて電気信号に変換される。この際、
上記対物レンズと上記リニアセンサーの間に配置された
シリンドリカルレンズによって、上記直線状の回折焦点
像はその長手方向に圧縮して上記リニアセンサー上に結
像される。上記リニアセンサーから得られた信号は処理
されて上記各アライメントマークの位置が検出され、両
者はアライメントされる。
[実 施 例] 以下、第1図か第17図を参照にして、この発明の複波
長照明を用いたダブルリニアフレネルゾーンプレートに
よる位置検出装置の構成と作用を説明する。第1図はマ
スク及びウエハーに対して本発明の位置検出装置を適用
する場合の側面概略図であり、第2図はその上面概略図
である。数10μmのギャップ18をもって重ね合されたウ
エハー15とマスク14の左右斜め上方には照明光学装置5
と検出光学装置10が対向する位置に配置される。照明光
学装置5の光軸のマスク14又はウエハーの法線に対する
斜入斜照明角度19と検出光学装置10の光軸の斜方検出角
度20とは等しく、通常は10゜〜45゜の範囲内から選択さ
れる(図の場合は25゜)。本発明においては、このよう
に、照明光と検出光をマスク及びウエハーに対して傾け
ることにより、X線露光領域13内にあるアライメントマ
ーク16(マスク)、17(ウエハー)を照明光学装置5、
検出光学装置10を動かすことなく検出できるようにする
ものである。このことは、特に第2図を参照にすると明
瞭である。検出光学装置10は、露光領域13の光路外に設
けられているため、露光中もアライメントマーク16(1
7)を検出することができ、また、検出光学装置10をア
ライメント毎に動かす必要がないので高スループットが
可能となる。
長照明を用いたダブルリニアフレネルゾーンプレートに
よる位置検出装置の構成と作用を説明する。第1図はマ
スク及びウエハーに対して本発明の位置検出装置を適用
する場合の側面概略図であり、第2図はその上面概略図
である。数10μmのギャップ18をもって重ね合されたウ
エハー15とマスク14の左右斜め上方には照明光学装置5
と検出光学装置10が対向する位置に配置される。照明光
学装置5の光軸のマスク14又はウエハーの法線に対する
斜入斜照明角度19と検出光学装置10の光軸の斜方検出角
度20とは等しく、通常は10゜〜45゜の範囲内から選択さ
れる(図の場合は25゜)。本発明においては、このよう
に、照明光と検出光をマスク及びウエハーに対して傾け
ることにより、X線露光領域13内にあるアライメントマ
ーク16(マスク)、17(ウエハー)を照明光学装置5、
検出光学装置10を動かすことなく検出できるようにする
ものである。このことは、特に第2図を参照にすると明
瞭である。検出光学装置10は、露光領域13の光路外に設
けられているため、露光中もアライメントマーク16(1
7)を検出することができ、また、検出光学装置10をア
ライメント毎に動かす必要がないので高スループットが
可能となる。
さて、照明光学装置5は、第1図においてはレーザー
光を使用しているが、他の照明光でも半値幅の狭い輝線
が得られるものであれば種類は問わない。第1図の場
合、レーザー1からの波長λ1のレーザー光とレーザー
3からの波長λ2のレーザー光(λ1>λ2)とを、ビ
ームスプリッター2で合成してミラー4で斜下方へ平行
光として反射させて照明を行なっている。検出光学装置
10は軸上色収差を有する対物レンズ9を備えており、こ
の対物レンズ9が波長λ1とλ2の光では異なる焦点距
離を有しているために、異なる物***置にある波長λ1
の光の物点と波長λ2の光の物点とを同じ像点位置に重
ね合わせて結像できること(後述)を利用して、リニア
フレネルゾーンプレート(LFZP)からなるマスク14のア
ライメントマーク16のウエハー15のアライメントマーク
17の波長λ1、λ2の光によって位置の異なる焦点(直
線状の焦点)を対物レンズ9のλ1の光の焦点とλ2の
光の焦点に一致させ、対物レンズ9とリレーレンズ8に
よって図のY方向に細長い検出領域を有するリニアセン
サー6上に重ね合わせて結像させるようになっている。
なお、リレーレンズ8は必ずしも必要ではない。リレー
レンズ8とリニアセンサー6の間には、第1図の平面内
に位置し、検出光学系10の光軸に直交する直線状のマー
ク16、17の焦点をこの直線方向に圧縮してリニアセンサ
ー6上に結像させるシリンドリカルレンズ7(後述)が
配置されており、高速検出を可能にしている。リニアセ
ンサー6からの検出信号は後述する信号処理がほどこさ
れ、アライメントマーク16のY方向の位置とアライメン
トマーク17のY方向の位置がそれぞれ検出される。以
下、マスク14,ウエハー15面上のアライメントマーク16,
17、対物レンズ9、シリンドリカルレンズ7、リニアセ
ンサー6からの信号の処理等について詳しく説明する。
光を使用しているが、他の照明光でも半値幅の狭い輝線
が得られるものであれば種類は問わない。第1図の場
合、レーザー1からの波長λ1のレーザー光とレーザー
3からの波長λ2のレーザー光(λ1>λ2)とを、ビ
ームスプリッター2で合成してミラー4で斜下方へ平行
光として反射させて照明を行なっている。検出光学装置
10は軸上色収差を有する対物レンズ9を備えており、こ
の対物レンズ9が波長λ1とλ2の光では異なる焦点距
離を有しているために、異なる物***置にある波長λ1
の光の物点と波長λ2の光の物点とを同じ像点位置に重
ね合わせて結像できること(後述)を利用して、リニア
フレネルゾーンプレート(LFZP)からなるマスク14のア
ライメントマーク16のウエハー15のアライメントマーク
17の波長λ1、λ2の光によって位置の異なる焦点(直
線状の焦点)を対物レンズ9のλ1の光の焦点とλ2の
光の焦点に一致させ、対物レンズ9とリレーレンズ8に
よって図のY方向に細長い検出領域を有するリニアセン
サー6上に重ね合わせて結像させるようになっている。
なお、リレーレンズ8は必ずしも必要ではない。リレー
レンズ8とリニアセンサー6の間には、第1図の平面内
に位置し、検出光学系10の光軸に直交する直線状のマー
ク16、17の焦点をこの直線方向に圧縮してリニアセンサ
ー6上に結像させるシリンドリカルレンズ7(後述)が
配置されており、高速検出を可能にしている。リニアセ
ンサー6からの検出信号は後述する信号処理がほどこさ
れ、アライメントマーク16のY方向の位置とアライメン
トマーク17のY方向の位置がそれぞれ検出される。以
下、マスク14,ウエハー15面上のアライメントマーク16,
17、対物レンズ9、シリンドリカルレンズ7、リニアセ
ンサー6からの信号の処理等について詳しく説明する。
まず、マスク14のアライメントマーク(マスクマー
ク)16とウエハー15のアライメントマーク17について第
3図を参照にして説明する。マスクマーク16、ウエハー
マーク17とも第1図のX方向に直線上の縞(ゾーン)を
有するリニアフレネルゾーンプレート(LFZP)からなっ
ている。
ク)16とウエハー15のアライメントマーク17について第
3図を参照にして説明する。マスクマーク16、ウエハー
マーク17とも第1図のX方向に直線上の縞(ゾーン)を
有するリニアフレネルゾーンプレート(LFZP)からなっ
ている。
第4図に示すように、一般に、LFZP23はその縞方向に
平行(図ではX方向)な直線状の焦点24(フレネル焦
点)を有するもので、その焦点距離は波長に依存して異
なる。通常の円形フレネルゾーンプレートにおいては平
行に入射した光束が円錐状に点状の焦点に集光するが、
LFZPにおいては縞に直交する断面(Y−Z面)内でのみ
焦点に集光し、縞に平行な断面(X−Z面)内において
は回折を受けずに平行光のまま反射(透過)することに
なるため、直線状の焦点24となる。円形フレネルゾーン
プレートは球面からなる凸レンズと同様の作用をする
が、LFZPは凸のシリンドリカルレンズと同様の作用をす
ると理解することができる。
平行(図ではX方向)な直線状の焦点24(フレネル焦
点)を有するもので、その焦点距離は波長に依存して異
なる。通常の円形フレネルゾーンプレートにおいては平
行に入射した光束が円錐状に点状の焦点に集光するが、
LFZPにおいては縞に直交する断面(Y−Z面)内でのみ
焦点に集光し、縞に平行な断面(X−Z面)内において
は回折を受けずに平行光のまま反射(透過)することに
なるため、直線状の焦点24となる。円形フレネルゾーン
プレートは球面からなる凸レンズと同様の作用をする
が、LFZPは凸のシリンドリカルレンズと同様の作用をす
ると理解することができる。
さて、第3図にもどると、ウエハー15上には、図に示
すように、LFZPからなるウエハーマーク17がY方向に所
定距離離れて一対設けられている。マスク14上には、LF
ZPからなるマスクマーク16が2つのウエハーマーク17の
中間に設けられている。マスク14上には、ウエハーLFZP
17からの回折光が透過できるように、ウエハーLFZP17上
の対応位置に透明なマスクウインドゥ22が用意されてい
る。なお、ウエハーマーク17は、レジストやその他の薄
膜により15上に形成されている。
すように、LFZPからなるウエハーマーク17がY方向に所
定距離離れて一対設けられている。マスク14上には、LF
ZPからなるマスクマーク16が2つのウエハーマーク17の
中間に設けられている。マスク14上には、ウエハーLFZP
17からの回折光が透過できるように、ウエハーLFZP17上
の対応位置に透明なマスクウインドゥ22が用意されてい
る。なお、ウエハーマーク17は、レジストやその他の薄
膜により15上に形成されている。
このようなマスク14とウエハー15を第5図,第6図に
示すように、ギャップ18(μm)だけ離して重ね合わ
せ、第1図に示すように波長λ1とλ2の光で同時に照
射すると、マスクマーク16、ウエハーマーク17のそれぞ
れについて、入射波長λ1,λ2の光によるフレネル回折
が起き、各波長の光により、2つの焦点面が形成され
る。マスクLFZP16の焦点距離fmとウエハーLFZP17の焦点
距離fwとは、ギャップ18分(δμm)だけ異なるように
選択する(δ=fw−fm)。LFZPの焦点距離は波長によっ
て異なるので、図示したように、波長λ1の光の焦点面
は符号25の面に、波長λ2の光の焦点面は符号26の面に
形成される(λ1>λ2)。LFZP16と17の焦点距離fm,f
wともδに比較して大きく選択されるので、両者の
λ1、λ2の光の各焦点面は、δ=fw−fmの関係から、
図示のように相互に一致すると考えてよい。そして、マ
ーク16,17によるX−Z平面における焦点面25,26(焦点
はこの平面内で直線状となる)は第1図の入射角、検出
角θがあまり大きくない範囲ににおいて、第6図に示す
ように検出光学系の光軸に対して垂直な面と考えてよ
い。なお、マスクマーク(LFZP)16の各波長λ1,λ2の
光によるフレネル回折は次式で表わされる。
示すように、ギャップ18(μm)だけ離して重ね合わ
せ、第1図に示すように波長λ1とλ2の光で同時に照
射すると、マスクマーク16、ウエハーマーク17のそれぞ
れについて、入射波長λ1,λ2の光によるフレネル回折
が起き、各波長の光により、2つの焦点面が形成され
る。マスクLFZP16の焦点距離fmとウエハーLFZP17の焦点
距離fwとは、ギャップ18分(δμm)だけ異なるように
選択する(δ=fw−fm)。LFZPの焦点距離は波長によっ
て異なるので、図示したように、波長λ1の光の焦点面
は符号25の面に、波長λ2の光の焦点面は符号26の面に
形成される(λ1>λ2)。LFZP16と17の焦点距離fm,f
wともδに比較して大きく選択されるので、両者の
λ1、λ2の光の各焦点面は、δ=fw−fmの関係から、
図示のように相互に一致すると考えてよい。そして、マ
ーク16,17によるX−Z平面における焦点面25,26(焦点
はこの平面内で直線状となる)は第1図の入射角、検出
角θがあまり大きくない範囲ににおいて、第6図に示す
ように検出光学系の光軸に対して垂直な面と考えてよ
い。なお、マスクマーク(LFZP)16の各波長λ1,λ2の
光によるフレネル回折は次式で表わされる。
(波長λ1の光について) (波長λ2の光について) 同様に、ウエハーマーク(LFZP)17の各波長λ1,λ2
によるフレネル回折は次式で表わされる。
によるフレネル回折は次式で表わされる。
(波長λ1の光について) (波長λ2の光について) 上記式(1)〜(4)において、 γMm:マスクLFZPのm次のゾーンエッジの中心からの距
離 γWm:ウエハーLFZPのm次のゾーンエッジの中心からの
距離 fM1:マスクLFZPの波長λ1の光の焦点距離 fM2:マスクLFZPの波長λ2の光の焦点距離 fW1:ウエハーLFZPの波長λ1の光の焦点距離 fW2:ウエハーLFZPの波長λ2の光の焦点距離そして、波
長λ1とλ2の光で同時に照射する時、λ1の光とλ2
の光は相互にインコヒーレント光となるので、波長間の
干渉の問題は全く起らない。この性質はこの発明におい
ては重要である。
離 γWm:ウエハーLFZPのm次のゾーンエッジの中心からの
距離 fM1:マスクLFZPの波長λ1の光の焦点距離 fM2:マスクLFZPの波長λ2の光の焦点距離 fW1:ウエハーLFZPの波長λ1の光の焦点距離 fW2:ウエハーLFZPの波長λ2の光の焦点距離そして、波
長λ1とλ2の光で同時に照射する時、λ1の光とλ2
の光は相互にインコヒーレント光となるので、波長間の
干渉の問題は全く起らない。この性質はこの発明におい
ては重要である。
次に、第1図の色収差を利用した2重焦点検出系12に
ついて説明する。この検出系の基本的なものは本出願人
によってすでに出願されているものであり(特願昭62−
196174号参照)、まずこれを第7図を用いて説明する
と、対物レンズ0bは波長の異なる光線に対し色収差を有
し、例えばg線(λ=435nm)、e線(λ=546nm)の2
種の光線に対し異なる焦点距離をもっている。したがっ
て、同一物点上にあるマークをg線の光を使用して結像
させた像点とe線の光を使用したときに生ずる像点は異
なることになる。例えば、開口数NA=0.4、倍率n=10
倍の対物レンズ0bの焦点距離はe線,g線の光に対しそれ
ぞれFe=12.5mm,Fg=12.741mmとなり、物点距離Sを13.
75mmとしたときに生ずる像点距離S″はそれぞれS″g
=137.5mm,S″e=137,615mmとなる。このような対物レ
ンズ0bを使用して微小間隔g離れた物点、例えばマスク
MAとウエハーWAが図に示すようにそれぞれ光軸上M,M′
にあるとすると、g線,e線の光の焦点距離Fg,Feが異な
るため、2つの光線によるマスクMA上のマークの像はD,
B点に生じ、ウエハーWA上のマークの像はB,C点にそれぞ
れ生じることになる。つまり対物レンズ系の色収差によ
ってB点にはマスクMA上のマークとウエハーWA上のマー
クの像が同一位置に生じている。ただし、マスクMA上の
マークはg線の光により形成された像であり、ウエハー
WA上のマークはe線の光により形成された像である。
ついて説明する。この検出系の基本的なものは本出願人
によってすでに出願されているものであり(特願昭62−
196174号参照)、まずこれを第7図を用いて説明する
と、対物レンズ0bは波長の異なる光線に対し色収差を有
し、例えばg線(λ=435nm)、e線(λ=546nm)の2
種の光線に対し異なる焦点距離をもっている。したがっ
て、同一物点上にあるマークをg線の光を使用して結像
させた像点とe線の光を使用したときに生ずる像点は異
なることになる。例えば、開口数NA=0.4、倍率n=10
倍の対物レンズ0bの焦点距離はe線,g線の光に対しそれ
ぞれFe=12.5mm,Fg=12.741mmとなり、物点距離Sを13.
75mmとしたときに生ずる像点距離S″はそれぞれS″g
=137.5mm,S″e=137,615mmとなる。このような対物レ
ンズ0bを使用して微小間隔g離れた物点、例えばマスク
MAとウエハーWAが図に示すようにそれぞれ光軸上M,M′
にあるとすると、g線,e線の光の焦点距離Fg,Feが異な
るため、2つの光線によるマスクMA上のマークの像はD,
B点に生じ、ウエハーWA上のマークの像はB,C点にそれぞ
れ生じることになる。つまり対物レンズ系の色収差によ
ってB点にはマスクMA上のマークとウエハーWA上のマー
クの像が同一位置に生じている。ただし、マスクMA上の
マークはg線の光により形成された像であり、ウエハー
WA上のマークはe線の光により形成された像である。
今、B点に例えばテレビカメラ等の検出系を置いて観
察すると、マスクMA上のマークとウエハーWA上のマーク
を同時に観察することができるが、色収差のためにそれ
ぞれにじみの像を伴って観察される。このにじみの像を
g線の光をカットしてe線の光を透過するフィルタおよ
び逆にg線の光を透過しe線の光をカットするフィルタ
を組み合わせたフィルタ(パターンバリアフィルターと
称する)を使用することにより、それぞれの色収差にに
じみを除去することによって同一のB点においてそれぞ
れ異なった位置におけるマスクとウエハー上のアライメ
ントマークの像を観察することが可能となる(特開昭62
−196174号参照)。
察すると、マスクMA上のマークとウエハーWA上のマーク
を同時に観察することができるが、色収差のためにそれ
ぞれにじみの像を伴って観察される。このにじみの像を
g線の光をカットしてe線の光を透過するフィルタおよ
び逆にg線の光を透過しe線の光をカットするフィルタ
を組み合わせたフィルタ(パターンバリアフィルターと
称する)を使用することにより、それぞれの色収差にに
じみを除去することによって同一のB点においてそれぞ
れ異なった位置におけるマスクとウエハー上のアライメ
ントマークの像を観察することが可能となる(特開昭62
−196174号参照)。
以上が先願発明の内容であるが、この発明で使用する
対物レンズは、このように色収差を積極的に生じさせ、
かつ収差をよく補正した色収差対物レンズである。以
下、その光学系スペックの一例を第2表に示す。
対物レンズは、このように色収差を積極的に生じさせ、
かつ収差をよく補正した色収差対物レンズである。以
下、その光学系スペックの一例を第2表に示す。
この発明において、使用する対物レンズ9は第7図に
示した対物レンズ0bと同様な性質を有するもので、第5
図の波長λ1の光の焦点面25を第7図のMの位置に、波
長λ2の光の焦点面26を第7図のM′の位置に配置する
と、第7図のBの位置には、LFZP16,17の波長λ1の光
の焦点像と波長λ2の光の焦点像が重なって結像され
る。これを第8図を用いて説明すると、アライメントマ
ーク16,17の波長λ1の光による回折焦点面25と波長λ
2の光による回折焦点面26は対物レンズ9の波長λ1,λ
2の光に対する2重焦点面と位置関係が完全に一致する
ように配置されている。したがって、両方の焦点面25と
26は対物レンズ9とリレーレンズ8を通ってリニアセン
サー6上に重ね合わされて結像する。この様子をさらに
第9図を用いて説明する。図の(a)はマスクマーク16
及びウエハーマーク17からの波長λ1の光の焦点面25に
おける回折光強度分布を示しており、波長λ1の光の焦
点面25は当然のことながら波長λ1の光によるフレネル
焦点なので、波長λ1の光による回折光強度31がピーク
を示す。一方、波長λ2の光による回折光は、その焦点
から遠く離れている(ギャップδμm分)ため、その光
強度32は大変弱く、図中で点線で示すように、低くなだ
らかな光強度分布となる。図の(b)はマスクマーク16
及びウエハーマーク17からの波長λ2の光の焦点面26に
おける回折光強度分布を示しており、λ2の光の焦点面
26はλ2の光のフレネル焦点なので、λ2の光による回
折光強度31′がピークとなる。一方、波長λ1の光によ
る回折光は、その焦点から遠く離れているため、その光
強度32′は大変弱く、図中で実線で示すように低くなだ
らかな光強度分布となる。図の(c)はマスクマーク及
びウエハーマークからの波長λ1と波長λ2の光による
回折光の結像面6での光強度分布を示しており、結像面
6での光強度分布は、各波長による光がインコヒーレン
トで互いに干渉することはないため、基本的に波長λ1
と波長λ2の光の焦点面での光強度の和31″,32″とし
て得られる。すなわち、光強度は、 の加算として表現されるので、この加算のため、リニア
センサー6から得られるアライメント信号として使用す
るピーク信号のゲインは2倍に増幅されることになり、
S/N比も改善される。
示した対物レンズ0bと同様な性質を有するもので、第5
図の波長λ1の光の焦点面25を第7図のMの位置に、波
長λ2の光の焦点面26を第7図のM′の位置に配置する
と、第7図のBの位置には、LFZP16,17の波長λ1の光
の焦点像と波長λ2の光の焦点像が重なって結像され
る。これを第8図を用いて説明すると、アライメントマ
ーク16,17の波長λ1の光による回折焦点面25と波長λ
2の光による回折焦点面26は対物レンズ9の波長λ1,λ
2の光に対する2重焦点面と位置関係が完全に一致する
ように配置されている。したがって、両方の焦点面25と
26は対物レンズ9とリレーレンズ8を通ってリニアセン
サー6上に重ね合わされて結像する。この様子をさらに
第9図を用いて説明する。図の(a)はマスクマーク16
及びウエハーマーク17からの波長λ1の光の焦点面25に
おける回折光強度分布を示しており、波長λ1の光の焦
点面25は当然のことながら波長λ1の光によるフレネル
焦点なので、波長λ1の光による回折光強度31がピーク
を示す。一方、波長λ2の光による回折光は、その焦点
から遠く離れている(ギャップδμm分)ため、その光
強度32は大変弱く、図中で点線で示すように、低くなだ
らかな光強度分布となる。図の(b)はマスクマーク16
及びウエハーマーク17からの波長λ2の光の焦点面26に
おける回折光強度分布を示しており、λ2の光の焦点面
26はλ2の光のフレネル焦点なので、λ2の光による回
折光強度31′がピークとなる。一方、波長λ1の光によ
る回折光は、その焦点から遠く離れているため、その光
強度32′は大変弱く、図中で実線で示すように低くなだ
らかな光強度分布となる。図の(c)はマスクマーク及
びウエハーマークからの波長λ1と波長λ2の光による
回折光の結像面6での光強度分布を示しており、結像面
6での光強度分布は、各波長による光がインコヒーレン
トで互いに干渉することはないため、基本的に波長λ1
と波長λ2の光の焦点面での光強度の和31″,32″とし
て得られる。すなわち、光強度は、 の加算として表現されるので、この加算のため、リニア
センサー6から得られるアライメント信号として使用す
るピーク信号のゲインは2倍に増幅されることになり、
S/N比も改善される。
次に、第1図,第8図におけるシリンドリカルレンズ
7の作用を説明する。色収差を利用した2重焦点検出系
12で拡大されたマスクマーク16とウエハーマーク17のフ
レネル回折焦点像を2次元カメラで検出すると、カメラ
の検出速度が30Hzのため、それ以上に検出速度を上げる
ことが困難である。その上、焦点像が第8図においてX
方向に延びる直線であるり、ディジタル的なラスター圧
縮処理も必要となるため、処理速度は大きく低下する。
そこで、2次元カメラの代りに1次元カメラ、すなわ
ち、CCD等からなるリニアセンサー6でこの焦点像を検
出するようにすると、検出速度を10KHz前後まで飛躍的
に高めることができる。リニアセンサー6を焦点の直線
に直交する方向(Y方向)に配置したため、直線上の焦
点像は一部しかリニアセンサー6によって検出されな
い。そこで、X方向に伸びる直線焦点像をX方向に圧縮
するシリンドリカルレンズ7を用いてより有効に焦点像
を検出できるようにする。
7の作用を説明する。色収差を利用した2重焦点検出系
12で拡大されたマスクマーク16とウエハーマーク17のフ
レネル回折焦点像を2次元カメラで検出すると、カメラ
の検出速度が30Hzのため、それ以上に検出速度を上げる
ことが困難である。その上、焦点像が第8図においてX
方向に延びる直線であるり、ディジタル的なラスター圧
縮処理も必要となるため、処理速度は大きく低下する。
そこで、2次元カメラの代りに1次元カメラ、すなわ
ち、CCD等からなるリニアセンサー6でこの焦点像を検
出するようにすると、検出速度を10KHz前後まで飛躍的
に高めることができる。リニアセンサー6を焦点の直線
に直交する方向(Y方向)に配置したため、直線上の焦
点像は一部しかリニアセンサー6によって検出されな
い。そこで、X方向に伸びる直線焦点像をX方向に圧縮
するシリンドリカルレンズ7を用いてより有効に焦点像
を検出できるようにする。
この点を第10図を用いて説明する。この図において
は、LFZPの1つを例にとって示してあり、対物レンズ9
は省略してある。LFZP16又は17の縞と直交する方向(Y
方向)に母線を有するシリンドリカルレンズ7を配置す
ることによって、LFZP16又は17のX方向に延びる直線状
の焦点の光強度分布33をX方向に圧縮すると、符号34で
示したような分布になり、全ての光をY方向に配置した
リニアセンサー6に入射させることができる。シリンド
リカルレンズ7のX方向の圧縮率を10とすると、シリン
ドリカルレンズ7を用いない場合に比べて光量は10倍に
なり、そのため信号強度は基本的に10倍になるので、十
分な信号強度が得られることになる。また、シリンドリ
カルレンズ7を用いることで、ディジタル的に行なって
いたラスター圧縮を光学的に行なわせることができ、実
質上ラスター圧縮時間はゼロになり、ラスター圧縮と信
号検出に要する検出速度は10KHz前後と極めて高速化さ
れる。その上、ラスター走査において混入する不必要な
白色雑音成分も低減され、結果として高S/N比が得らえ
ることになる。
は、LFZPの1つを例にとって示してあり、対物レンズ9
は省略してある。LFZP16又は17の縞と直交する方向(Y
方向)に母線を有するシリンドリカルレンズ7を配置す
ることによって、LFZP16又は17のX方向に延びる直線状
の焦点の光強度分布33をX方向に圧縮すると、符号34で
示したような分布になり、全ての光をY方向に配置した
リニアセンサー6に入射させることができる。シリンド
リカルレンズ7のX方向の圧縮率を10とすると、シリン
ドリカルレンズ7を用いない場合に比べて光量は10倍に
なり、そのため信号強度は基本的に10倍になるので、十
分な信号強度が得られることになる。また、シリンドリ
カルレンズ7を用いることで、ディジタル的に行なって
いたラスター圧縮を光学的に行なわせることができ、実
質上ラスター圧縮時間はゼロになり、ラスター圧縮と信
号検出に要する検出速度は10KHz前後と極めて高速化さ
れる。その上、ラスター走査において混入する不必要な
白色雑音成分も低減され、結果として高S/N比が得らえ
ることになる。
なお、以上のシリンドリカルレンズを用いる点につい
ては、本出願人によって「アライメントマークの位置検
出装置」(特願昭63−63921号)として出願済みであ
る。
ては、本出願人によって「アライメントマークの位置検
出装置」(特願昭63−63921号)として出願済みであ
る。
次に、リニアセンサー6によって得られた信号を処理
して位置検出を行なう信号処理方法について説明する。
その1つの方法として相似性パターンマッチング手法が
ある(同一出願人による特願昭62−243194号参照)。こ
の方法は、第11図(a)に示すように、同じ形の2つの
マークを所定間隔離して配置し、これをマークの間隔方
向へ走査して同図(b)に示すような入力画像信号V
(j)を得、この入力画像信号V(j)を微分して同図
(c)のようなエッジ抽出信号V′(j)を求め、次の
式(5)で定義される自己相関関数A(W,P,R)を求め
る。
して位置検出を行なう信号処理方法について説明する。
その1つの方法として相似性パターンマッチング手法が
ある(同一出願人による特願昭62−243194号参照)。こ
の方法は、第11図(a)に示すように、同じ形の2つの
マークを所定間隔離して配置し、これをマークの間隔方
向へ走査して同図(b)に示すような入力画像信号V
(j)を得、この入力画像信号V(j)を微分して同図
(c)のようなエッジ抽出信号V′(j)を求め、次の
式(5)で定義される自己相関関数A(W,P,R)を求め
る。
ここで、 P:相関区間の開始点 R:相関区間 W:左右パターンの幅 V′(j):画素jにおける画像入力値V(j)の1次
微分値 第11図(a)のマーク間の距離は、A(W,P,R)が最
大値を取るW1と2番目を取るW2の中間に存在する。
微分値 第11図(a)のマーク間の距離は、A(W,P,R)が最
大値を取るW1と2番目を取るW2の中間に存在する。
従来のパターンマッチング法による中心位置検出方法
においては、第11図(a)における各マークの対称性を
前提としているが、例えば半導体処理プロセスの影響で
その対称性は簡単に崩れてしまい、そのため中心検出精
度は低下してしまう。しかしながら、上記した相似性パ
ターンマッチングの手法によると、近接したマークは処
理プロセスにより相似性を保ちながら同時に崩れるとい
うプロセス上の特性に基づき、その位置を求める方法に
なっているため、半導体処理プロセス依存性の極めて低
い方法となっている。
においては、第11図(a)における各マークの対称性を
前提としているが、例えば半導体処理プロセスの影響で
その対称性は簡単に崩れてしまい、そのため中心検出精
度は低下してしまう。しかしながら、上記した相似性パ
ターンマッチングの手法によると、近接したマークは処
理プロセスにより相似性を保ちながら同時に崩れるとい
うプロセス上の特性に基づき、その位置を求める方法に
なっているため、半導体処理プロセス依存性の極めて低
い方法となっている。
さて、リニアセンサー6から得られる信号は第12図
(a)のようなものである。第3図に示したようなマス
クマーク16の場合、LFZPを1つしか使用していないの
で、マスクマーク16が対応する信号42は1個しか現われ
ない。一方、ウエハーマーク17は2個用いているので、
対応する信号41、43は2個現われ、これらの位置関係は
マスクマーク16の対応する信号42を中心にその両側にウ
エハーマーク信号41、43が存在する。この出力信号はA/
Dコンバータでディジタル化され、1次微分処理を受け
て、第12図(b)のような信号が得られる。(b)図に
おいて、符号44,46の信号はウエハーマークに、45はマ
スクマークにそれぞれ対応している。この(b)図の信
号を、例えば上記した相似性パターンマッチングの手法
を適用し、マスク14とウエハー15のY方向(第2図,第
5図等)の位置関係が検出でき、両者のアライメントが
可能となる。
(a)のようなものである。第3図に示したようなマス
クマーク16の場合、LFZPを1つしか使用していないの
で、マスクマーク16が対応する信号42は1個しか現われ
ない。一方、ウエハーマーク17は2個用いているので、
対応する信号41、43は2個現われ、これらの位置関係は
マスクマーク16の対応する信号42を中心にその両側にウ
エハーマーク信号41、43が存在する。この出力信号はA/
Dコンバータでディジタル化され、1次微分処理を受け
て、第12図(b)のような信号が得られる。(b)図に
おいて、符号44,46の信号はウエハーマークに、45はマ
スクマークにそれぞれ対応している。この(b)図の信
号を、例えば上記した相似性パターンマッチングの手法
を適用し、マスク14とウエハー15のY方向(第2図,第
5図等)の位置関係が検出でき、両者のアライメントが
可能となる。
ここで、本発明の位置検出装置を用いてマスクマーク
16とウエハーマーク17をアライメントする原理を説明し
ておく。リニアフレネルゾーンプレート(LFZP)は先に
説明したように焦点距離fを有する凸のシリンドリカル
レンズと同じ作用をする。第13図において、紙面に垂直
(X方向)に縞を有するLFZP23は同じ方向の直線状の焦
点24を有しており、したがってマスク又はウエハー上の
LFZPがその縞と直角方向(Y方向)にΔδμm動くと、
焦点も同じ方向に同じ量Δδμm動く。この焦点の移動
量をLFZPのずれ量(Δδμm)とみなすことができる。
したがって、焦点のずれ量を検出することによってマス
ク又はウエハーのずれ量を知ることができるので、マス
クとウエハーそれぞれにLFZPからなるマークを設けてお
き、それぞれの焦点の位置を同時に検出することによっ
てマスクマークとウエハーマークのアライメントを行な
うことができる。この発明においては、LFZPを複数(原
理上必ずしも2色に限定する必要はない)の波長で同時
に照射し、LFZPの焦点位置が波長によって異なるのを色
収差を有する対物レンズで補正して同一焦点面へ結像さ
せ、かつ、この対物レンズによって上記ずれ量を拡大倍
率分(N)だけ拡大して、Y方向に走査するリニアセン
サー上に結像させるものであり、第14図に示すように、
結像面(リニアセンサー)6上におけるマスクマーク16
又はウエハーマーク17の焦点の移動量は(Δδ×N)μ
mと拡大される。この移動量をマスク14及びウエハー15
について同時にリニアセンサー6からの信号を処理する
ことによって求め、両者もマークの中心位置を一致させ
る。なお、シリンドリカルレンズ7はLFZP16,17のX方
向に延びる焦点をこの方向へ圧縮して処理速度の高速
化、信号強度の増幅等を行なうものである。
16とウエハーマーク17をアライメントする原理を説明し
ておく。リニアフレネルゾーンプレート(LFZP)は先に
説明したように焦点距離fを有する凸のシリンドリカル
レンズと同じ作用をする。第13図において、紙面に垂直
(X方向)に縞を有するLFZP23は同じ方向の直線状の焦
点24を有しており、したがってマスク又はウエハー上の
LFZPがその縞と直角方向(Y方向)にΔδμm動くと、
焦点も同じ方向に同じ量Δδμm動く。この焦点の移動
量をLFZPのずれ量(Δδμm)とみなすことができる。
したがって、焦点のずれ量を検出することによってマス
ク又はウエハーのずれ量を知ることができるので、マス
クとウエハーそれぞれにLFZPからなるマークを設けてお
き、それぞれの焦点の位置を同時に検出することによっ
てマスクマークとウエハーマークのアライメントを行な
うことができる。この発明においては、LFZPを複数(原
理上必ずしも2色に限定する必要はない)の波長で同時
に照射し、LFZPの焦点位置が波長によって異なるのを色
収差を有する対物レンズで補正して同一焦点面へ結像さ
せ、かつ、この対物レンズによって上記ずれ量を拡大倍
率分(N)だけ拡大して、Y方向に走査するリニアセン
サー上に結像させるものであり、第14図に示すように、
結像面(リニアセンサー)6上におけるマスクマーク16
又はウエハーマーク17の焦点の移動量は(Δδ×N)μ
mと拡大される。この移動量をマスク14及びウエハー15
について同時にリニアセンサー6からの信号を処理する
ことによって求め、両者もマークの中心位置を一致させ
る。なお、シリンドリカルレンズ7はLFZP16,17のX方
向に延びる焦点をこの方向へ圧縮して処理速度の高速
化、信号強度の増幅等を行なうものである。
ここで、その他若干の補足を行なっておく。先ず、第
6図を用いた説明において、マーク16,17によるX−Z
平面における焦点面25,26は入射角、検出角があまり大
きくない範囲において検出光学系の光軸に対して垂直な
面と考えてよいと述べたが、θが大きくなるとこのよう
に考えることはできない。マーク16,17の焦点面は、第
6図の符号25′,26′に示すようにマスク又はウエハー
面と平行な面と考えねばならず、したがって、対物レン
ズ9以降の光学系は第1図の配置から多少修正しなけれ
ばならない。最も簡単には第1図の代りに第15図のに示
すように対物レンズ9,リレーレンズ8,シリンドリカルレ
ンズ7の光軸がマスク14,ウエハー15の平面に対して垂
直になるようにY方向を中心に回転させれば良い。
6図を用いた説明において、マーク16,17によるX−Z
平面における焦点面25,26は入射角、検出角があまり大
きくない範囲において検出光学系の光軸に対して垂直な
面と考えてよいと述べたが、θが大きくなるとこのよう
に考えることはできない。マーク16,17の焦点面は、第
6図の符号25′,26′に示すようにマスク又はウエハー
面と平行な面と考えねばならず、したがって、対物レン
ズ9以降の光学系は第1図の配置から多少修正しなけれ
ばならない。最も簡単には第1図の代りに第15図のに示
すように対物レンズ9,リレーレンズ8,シリンドリカルレ
ンズ7の光軸がマスク14,ウエハー15の平面に対して垂
直になるようにY方向を中心に回転させれば良い。
次に、LFZPのスリットの数について、文献15によって
報告されているとおり、回折光強度はLFZPのスリット数
に依存しているため、適当なスリット数を決定する必要
がある。また、LFZPのタイプにもクリアセンタータイプ
とダークセンタータイプの2種類があるため、どちらか
を選択する必要がある。以上の2種類の決定にあたって
は、処理プロセスの影響を見ながら実験により適切な数
及びタイプを決定する必要がある。第16図にLFZPのスリ
ット数及び種類の違いによる信号強度の変化を示す。
報告されているとおり、回折光強度はLFZPのスリット数
に依存しているため、適当なスリット数を決定する必要
がある。また、LFZPのタイプにもクリアセンタータイプ
とダークセンタータイプの2種類があるため、どちらか
を選択する必要がある。以上の2種類の決定にあたって
は、処理プロセスの影響を見ながら実験により適切な数
及びタイプを決定する必要がある。第16図にLFZPのスリ
ット数及び種類の違いによる信号強度の変化を示す。
また、この発明において、検出信号は、フレネル回折
光強度をリニアセンサーで受光し、これをA/D変換する
のが、その変換した信号と同様の例を第17図に示す(文
献13)。A/D変換した後の信号は先に示したように、1
次微分、相似性パターンマッチング、補間演算などが行
なわれる。
光強度をリニアセンサーで受光し、これをA/D変換する
のが、その変換した信号と同様の例を第17図に示す(文
献13)。A/D変換した後の信号は先に示したように、1
次微分、相似性パターンマッチング、補間演算などが行
なわれる。
この発明の位置検出装置を利用した第1図のアライメ
ント装置の概略的なスペックは次のとおりである。
ント装置の概略的なスペックは次のとおりである。
1.アライメントマーク: ウエハーマーク=LFZP×2 マスクマーク=LFZP×1 2.検出信号: フレネル回折による集光焦点面における波長λ1及びλ
2の光による回折光強度 3.検出装置:複波長による色収差を利用した2重焦点検
出装置とシリンドリカルレンズによる光学的ラスタ圧縮
光学系 4.受光素子:リニアセンサー 5.信号処理方法: 相似性パターンマッチング等によるアライメントマーク
の位置検出 次に、この発明の位置検出装置を用いたアライメント
方法によって、第1表に示した従来の各種アライメント
方式が持つNo.1からNo.6の問題点をどのように解決して
いるかを以下に説明する。
2の光による回折光強度 3.検出装置:複波長による色収差を利用した2重焦点検
出装置とシリンドリカルレンズによる光学的ラスタ圧縮
光学系 4.受光素子:リニアセンサー 5.信号処理方法: 相似性パターンマッチング等によるアライメントマーク
の位置検出 次に、この発明の位置検出装置を用いたアライメント
方法によって、第1表に示した従来の各種アライメント
方式が持つNo.1からNo.6の問題点をどのように解決して
いるかを以下に説明する。
No.1 プロセス依存性(No.は第1表のNo.に対応してい
る。以下同じ) 単波長アライメント光による光の干渉問題。
る。以下同じ) 単波長アライメント光による光の干渉問題。
この発明によれば、複数波長のフレネル回折光を、色
収差を利用した2重焦点検出系で検出するため、従来の
回折格子によるアライメント法が持つ光の干渉問題を根
本的に解決している。
収差を利用した2重焦点検出系で検出するため、従来の
回折格子によるアライメント法が持つ光の干渉問題を根
本的に解決している。
なお、回折格子法において起こる干渉問題の例は、文
献13において、Bell研の円形フレネル・ゾーン・プレー
トによるアライメント方法においては、薄膜の厚さによ
り干渉効果が引き起こされ、そのためにフレネル回折光
強度が変化することが報告されている(文献13の表1参
照)。また、照明波長により、各種薄膜に対して回折光
強度が正弦波状に変化することが報告されている(文献
13の図2参照)。
献13において、Bell研の円形フレネル・ゾーン・プレー
トによるアライメント方法においては、薄膜の厚さによ
り干渉効果が引き起こされ、そのためにフレネル回折光
強度が変化することが報告されている(文献13の表1参
照)。また、照明波長により、各種薄膜に対して回折光
強度が正弦波状に変化することが報告されている(文献
13の図2参照)。
さらに、文献19においては、回折光を用いるアライメ
ント方式において、レジスト膜厚を均一化することによ
って干渉強度変化を小さく押え、アライメント精度の改
善を図っている。
ント方式において、レジスト膜厚を均一化することによ
って干渉強度変化を小さく押え、アライメント精度の改
善を図っている。
マークの対称性に依存する。
この発明によると、この問題点は基本的に次の技術を
組み合わせることにより解決している。
組み合わせることにより解決している。
(a)LFZPをペアで使用し、その位置をアライメントマ
ークの位置とする。
ークの位置とする。
(b)位置を求める演算処理として相似性パターンマッ
チングを適用する。
チングを適用する。
次に、上記の2つの技術の組み合わせによって解決さ
れるマークの対称性の依存性について、従来技術との関
連で説明する。
れるマークの対称性の依存性について、従来技術との関
連で説明する。
まず、この発明と間接的に関係のある円形フレネル・
ゾーンターゲットによるアライメント方式について紹介
し、それらがマークの対称性に依存することを説明す
る。
ゾーンターゲットによるアライメント方式について紹介
し、それらがマークの対称性に依存することを説明す
る。
Bell研によって提案された円形フレネル・ゾーン・タ
ーゲットによる方式は文献13に報告されているが、この
方式は、第18図(a)に示すように、マスク上に円形フ
レネル・ゾーン・ターゲット50のペアを2つ設け、その
中心に、ウエハー上に設けた円形フレネル・ゾーン。タ
ーゲット51の中心を位置合わせしようとするものであ
る。
ーゲットによる方式は文献13に報告されているが、この
方式は、第18図(a)に示すように、マスク上に円形フ
レネル・ゾーン・ターゲット50のペアを2つ設け、その
中心に、ウエハー上に設けた円形フレネル・ゾーン。タ
ーゲット51の中心を位置合わせしようとするものであ
る。
また、上記のBell研の方式を踏襲したMicronixのX線
アライナーが文献14に、報告されているが、この方式は
第18図(b)に示すように、マスク上に円形フレネル・
ゾーン・ターゲット50をペアで設け、その中心にウエハ
ー上に設けた円形フレネル・ゾーン・ターゲット51の中
心を位置合わせしようとするものである。
アライナーが文献14に、報告されているが、この方式は
第18図(b)に示すように、マスク上に円形フレネル・
ゾーン・ターゲット50をペアで設け、その中心にウエハ
ー上に設けた円形フレネル・ゾーン・ターゲット51の中
心を位置合わせしようとするものである。
これら第18図(a),(b)から明らかなように、ウ
エハーアライメントマークとして、1つの円形フレネル
・ゾーン・ターゲットを用いているため、プロセスの影
響により変化するウエハーアライメントマークの中心位
置に、アライメント精度が常に左右されることになる。
エハーアライメントマークとして、1つの円形フレネル
・ゾーン・ターゲットを用いているため、プロセスの影
響により変化するウエハーアライメントマークの中心位
置に、アライメント精度が常に左右されることになる。
第18図(b)の場合を例にとり、アライメントマーク
からの検出信号において、アライメント精度がウエハー
マークの対称性にどのように依存するかを以下に説明す
る。第19図(a),(b),(c)にウエハーマークの
対称性が変化した場合の検出信号を示す。(a)に示す
ように、ウエハーマーク51からの検出信号53が対称性を
保っている場合、マスクマークの中心位置55とウエハー
マークの中心位置56とが一致しているため、検出誤差は
ない。これに対して、(b)に示すように、ウエハーマ
ークの対称性が崩れて左にずれることがある。これは、
例えばプロセスの影響でウエハーマークからの回折光強
度が対称性を失ない、(b)のように本来の中心位置か
ら左側にその中心位置56がずれる場合であって、(b)
図中符号57で示すアライメント誤差が生じる。(c)は
(b)と同様に、ウエハーマークの対称性が崩れて右に
ずれた場合で、(b)と同じ理由で、アライメント誤差
57が右方向に生じる。
からの検出信号において、アライメント精度がウエハー
マークの対称性にどのように依存するかを以下に説明す
る。第19図(a),(b),(c)にウエハーマークの
対称性が変化した場合の検出信号を示す。(a)に示す
ように、ウエハーマーク51からの検出信号53が対称性を
保っている場合、マスクマークの中心位置55とウエハー
マークの中心位置56とが一致しているため、検出誤差は
ない。これに対して、(b)に示すように、ウエハーマ
ークの対称性が崩れて左にずれることがある。これは、
例えばプロセスの影響でウエハーマークからの回折光強
度が対称性を失ない、(b)のように本来の中心位置か
ら左側にその中心位置56がずれる場合であって、(b)
図中符号57で示すアライメント誤差が生じる。(c)は
(b)と同様に、ウエハーマークの対称性が崩れて右に
ずれた場合で、(b)と同じ理由で、アライメント誤差
57が右方向に生じる。
これらの従来の方式に対して、本発明においては、第
3図に示すように、ウエハーマーク17を2つペアで設け
ている。第3図の場合を例にとって、アライメント精度
がマークの対称性に極めて依存しにくい理由を説明す
る。第20図(a),(b),(c)にウエハーマークか
らの検出信号においてその対称性が変化した場合を示
す。これら(a),(b),(c)には第11図を参照し
て説明した相似性パターンマッチングの式(5)におけ
る変数P,R,Wを図示してある。(a)に示すように、ウ
エハーマーク17(第3図)の検出信号59が対称性を保っ
ている場合、マスクマーク(1個)の中心位置61とペア
をなすウエハーマークの中心位置とは一致する。これに
対して、(b)に示すように、各ウエハーマークの対称
性が崩れて左にずれた場合、各マークの中心位置62は左
側にずれている。そして、左右マークの対称性の崩れ方
は、マークが近接しているため、相似性を保ちながら変
化している。そこで、この相似性を保ちながら変形し、
非対称性となった左右マークに相似性パターンマッチン
グの手法を適用すると、対称性パターンマッチングによ
る場合に比べて左右ペアマークの中心位置は第20図
(a)図の位置(61の位置)に近い場所に存在し、左右
マークの非対称性に影響されにくいことがわかる。すな
わち、次の式(5)で表わされる相関式に従って、 ここで、 P:相関区間の開始点 R:相関区間 W:左右パターンの幅 V′(j):画素jにおける画像入力値V(j)の1次
微分値 左側の検出信号を右に平行に移動すると右側の検出信
号と重なり合い(数学的には相関操作に相当する)、最
も良く一致する位置は左右パターンの対称性の距離を表
わす。
3図に示すように、ウエハーマーク17を2つペアで設け
ている。第3図の場合を例にとって、アライメント精度
がマークの対称性に極めて依存しにくい理由を説明す
る。第20図(a),(b),(c)にウエハーマークか
らの検出信号においてその対称性が変化した場合を示
す。これら(a),(b),(c)には第11図を参照し
て説明した相似性パターンマッチングの式(5)におけ
る変数P,R,Wを図示してある。(a)に示すように、ウ
エハーマーク17(第3図)の検出信号59が対称性を保っ
ている場合、マスクマーク(1個)の中心位置61とペア
をなすウエハーマークの中心位置とは一致する。これに
対して、(b)に示すように、各ウエハーマークの対称
性が崩れて左にずれた場合、各マークの中心位置62は左
側にずれている。そして、左右マークの対称性の崩れ方
は、マークが近接しているため、相似性を保ちながら変
化している。そこで、この相似性を保ちながら変形し、
非対称性となった左右マークに相似性パターンマッチン
グの手法を適用すると、対称性パターンマッチングによ
る場合に比べて左右ペアマークの中心位置は第20図
(a)図の位置(61の位置)に近い場所に存在し、左右
マークの非対称性に影響されにくいことがわかる。すな
わち、次の式(5)で表わされる相関式に従って、 ここで、 P:相関区間の開始点 R:相関区間 W:左右パターンの幅 V′(j):画素jにおける画像入力値V(j)の1次
微分値 左側の検出信号を右に平行に移動すると右側の検出信
号と重なり合い(数学的には相関操作に相当する)、最
も良く一致する位置は左右パターンの対称性の距離を表
わす。
NO.2ギャップ依存性が高い。
基本的に、本発明におけるギャップ依存性は、色収差
を利用した検出装置の対物レンズの焦点深度で決まる。
つまり、対物レンズの開口数をNAとすると、ギャップ変
動が下記の式(6)で定義されるレーリーの焦点深度内
であれば、検出精度はギャップ変動の影響を受けない。
を利用した検出装置の対物レンズの焦点深度で決まる。
つまり、対物レンズの開口数をNAとすると、ギャップ変
動が下記の式(6)で定義されるレーリーの焦点深度内
であれば、検出精度はギャップ変動の影響を受けない。
ただし、λ:照明波長 例えば、λ=546nm(e線)を入射した場合、NA=0.4
とすると、焦点深度は±1.5μmとなり、その範囲のギ
ャップ変動には影響されない。
とすると、焦点深度は±1.5μmとなり、その範囲のギ
ャップ変動には影響されない。
第21図にフレネル回折の焦点面と対物レンズの焦点深
度の関係を示す。この図において、マスク14及びウエハ
ー15(第3図)上に設けたLFZP16又は17の回折焦点面25
は、マスク及びウエハー各々の光軸方向の変動に非常に
敏感に反応して位置が変動する。したがって、回折光の
検出面が固定された一点(一面)であれば、検出強度は
ギャップに大きく影響され、常に変動することになり、
アライメント精度はギャップ依存性が極めて高くなり、
そのため、精度は不安定になり、低下する。ところが、
対物レンズ9には式(6)で表わされる焦点深度63が存
在し、その範囲内に物点があれば、光学的な検出分解能
は一定とみなせるため、回折焦点面25が焦点深度63内で
変動しても、結像面で検出する回折光強度分布は変化し
ない。
度の関係を示す。この図において、マスク14及びウエハ
ー15(第3図)上に設けたLFZP16又は17の回折焦点面25
は、マスク及びウエハー各々の光軸方向の変動に非常に
敏感に反応して位置が変動する。したがって、回折光の
検出面が固定された一点(一面)であれば、検出強度は
ギャップに大きく影響され、常に変動することになり、
アライメント精度はギャップ依存性が極めて高くなり、
そのため、精度は不安定になり、低下する。ところが、
対物レンズ9には式(6)で表わされる焦点深度63が存
在し、その範囲内に物点があれば、光学的な検出分解能
は一定とみなせるため、回折焦点面25が焦点深度63内で
変動しても、結像面で検出する回折光強度分布は変化し
ない。
以上の説明から、本発明によれば、回折光を利用して
いるにもかかわらず、パターン計測と同様に、ギャップ
依存性の低い検出装置が実現可能である。
いるにもかかわらず、パターン計測と同様に、ギャップ
依存性の低い検出装置が実現可能である。
NO.3露光エリア中に設けたアライメントマーク検出によ
る露光サーボ制御 第1図に示した装置外形構成から明らかなように、本
発明においては斜入射、斜方検出方式を採用しているた
め、露光領域内にアライメントマークを設け、その、マ
ークを、露光波長(X線)と干渉することなく、露光中
も検出することが可能である。したがって、露光中も検
出光学系を退避させることなく、ウエハー位置を検出し
て補正でき、さらに、ウエハー全面をスラップ・アンド
・リピート露光できるため、アライメント精度の向上及
びスループットの大幅な向上が可能となる。
る露光サーボ制御 第1図に示した装置外形構成から明らかなように、本
発明においては斜入射、斜方検出方式を採用しているた
め、露光領域内にアライメントマークを設け、その、マ
ークを、露光波長(X線)と干渉することなく、露光中
も検出することが可能である。したがって、露光中も検
出光学系を退避させることなく、ウエハー位置を検出し
て補正でき、さらに、ウエハー全面をスラップ・アンド
・リピート露光できるため、アライメント精度の向上及
びスループットの大幅な向上が可能となる。
この発明の装置と検出光学装置の配置が類似している
例として、文献3に示されている日立製作所の斜方検出
を行なうものがある。これは、第22図に示したような配
置となっており、パターン計測と通常の落射顕微鏡を用
いている。これに対し、本発明においては、主としてLF
ZP(回折方式)と色収差による検出装置を用いており、
この点において、文献3のものとは大きく相違するが、
第22図の検出光学系67を色収差を利用した位置検出系12
(第1図)に置き換え、アライメントマークをLFZPに、
画像検出系68を2次元カメラから1次元のリニアセンサ
ーに置き換えれば、第22図のものは本発明の装置と外形
がほぼ一致することになる。
例として、文献3に示されている日立製作所の斜方検出
を行なうものがある。これは、第22図に示したような配
置となっており、パターン計測と通常の落射顕微鏡を用
いている。これに対し、本発明においては、主としてLF
ZP(回折方式)と色収差による検出装置を用いており、
この点において、文献3のものとは大きく相違するが、
第22図の検出光学系67を色収差を利用した位置検出系12
(第1図)に置き換え、アライメントマークをLFZPに、
画像検出系68を2次元カメラから1次元のリニアセンサ
ーに置き換えれば、第22図のものは本発明の装置と外形
がほぼ一致することになる。
NO.4 高速検出 第10図との関連で高速検出を可能にする技術の概略を
説明したように、色収差を利用した位置検出装置に、シ
リンドリカルレンズとリニアセンサーを組み合わせるこ
とによって、検出速度を数10倍以上に高めることが可能
である。色収差を利用した位置検出装置におけるシリン
ドリカルレンズとリニアセンサーの組み合わせ方法の詳
細については、特願昭63−63921号「アライメントマー
クの位置検出装置」の明細書を参照のこと。
説明したように、色収差を利用した位置検出装置に、シ
リンドリカルレンズとリニアセンサーを組み合わせるこ
とによって、検出速度を数10倍以上に高めることが可能
である。色収差を利用した位置検出装置におけるシリン
ドリカルレンズとリニアセンサーの組み合わせ方法の詳
細については、特願昭63−63921号「アライメントマー
クの位置検出装置」の明細書を参照のこと。
NO.5 マークの形状が複雑でプロセス変化に基づくパタ
ーン変化が起きやすい 従来のフレネル回折を利用する方式では、文献13,14
に示すように円形フレネル・ゾーン・ターゲット(プレ
ート)を使用していた。第23図(a)にこのような円形
フレネル・ゾーン・プレートの平面図を示す。これに対
して、この発明においては、第23図(b)に示したよう
なリニア・フレネル・ゾーン・プレートを使用している
ため、マーク形状はかなり簡素化されており、プロセス
変化に基づくパターン変化が起きにくくなっている。
ーン変化が起きやすい 従来のフレネル回折を利用する方式では、文献13,14
に示すように円形フレネル・ゾーン・ターゲット(プレ
ート)を使用していた。第23図(a)にこのような円形
フレネル・ゾーン・プレートの平面図を示す。これに対
して、この発明においては、第23図(b)に示したよう
なリニア・フレネル・ゾーン・プレートを使用している
ため、マーク形状はかなり簡素化されており、プロセス
変化に基づくパターン変化が起きにくくなっている。
NO.6 フレネル回折で集光された焦点付近に発生するス
プリアス像によって焦点の非対称性が発生すると位置誤
差になる この問題に関しては、基本的に、上記のNO.1ののマ
ークの対称性に依存する問題に包括されるので、同様に
説明される。つまり、スプリアス像によるマークの対称
性の崩れは、プロセスによる影響と同様に、検出信号を
非対称にするため、基本的に次の2つの技術により解決
される。
プリアス像によって焦点の非対称性が発生すると位置誤
差になる この問題に関しては、基本的に、上記のNO.1ののマ
ークの対称性に依存する問題に包括されるので、同様に
説明される。つまり、スプリアス像によるマークの対称
性の崩れは、プロセスによる影響と同様に、検出信号を
非対称にするため、基本的に次の2つの技術により解決
される。
(a)LFZPをペアで使用し、その位置からアライメント
マークの位置を求める。
マークの位置を求める。
(b)アライメントマークの相対位置を求める演算処理
として相似性パターンマッチングを適用する。
として相似性パターンマッチングを適用する。
以上、この発明の実施例と従来例の問題上の解決の仕
方を説明したが、以上の説明から明らかなように、この
発明は、シンクロトロン放射光(SOR)などを線源に持
つX線アライナーにおいて、マスクとウエハーを0.01μ
m以上のオーダで位置検出可能なアライメント装置に適
用できるだけでなく、光源がX線以外で、かつ、プロキ
シミティー露光を行なうアライナーにおいて、マスクと
ウエハーを精密に位置決めする必要のあるアライナーに
おいても利用でき、また、それ以外にも、比較的近接し
た2物体(数10μm〜数100μm)を精密に位置合わせ
する位置に適用することができる。この発明はX線アラ
イナー装置においてはマスクとウエハーの位置検出装置
として使用され、高精度高スループットを可能にする。
また、X−Yステージやマスクステージなどのサーボ系
に対しては位置信号を得る手段として用いられる。
方を説明したが、以上の説明から明らかなように、この
発明は、シンクロトロン放射光(SOR)などを線源に持
つX線アライナーにおいて、マスクとウエハーを0.01μ
m以上のオーダで位置検出可能なアライメント装置に適
用できるだけでなく、光源がX線以外で、かつ、プロキ
シミティー露光を行なうアライナーにおいて、マスクと
ウエハーを精密に位置決めする必要のあるアライナーに
おいても利用でき、また、それ以外にも、比較的近接し
た2物体(数10μm〜数100μm)を精密に位置合わせ
する位置に適用することができる。この発明はX線アラ
イナー装置においてはマスクとウエハーの位置検出装置
として使用され、高精度高スループットを可能にする。
また、X−Yステージやマスクステージなどのサーボ系
に対しては位置信号を得る手段として用いられる。
[発明の効果] この発明の効果は、実施例の中で詳しく説明したとお
り、第1表の従来技術のNO.1から6の問題点を解決でき
ることである。特に、 (1)露光エリア内に設けたアラインメントマークを検
出する露光中サーボ制御が可能である (2)プロセス依存性がきわめて低い マークの対称性に依存しない 薄膜など光の干渉による定在波効果の影響を受けにく
い (3)ギャップ依存性がきわめて低い (4)高速検出が可能 である点において極めて効果が大きい。
り、第1表の従来技術のNO.1から6の問題点を解決でき
ることである。特に、 (1)露光エリア内に設けたアラインメントマークを検
出する露光中サーボ制御が可能である (2)プロセス依存性がきわめて低い マークの対称性に依存しない 薄膜など光の干渉による定在波効果の影響を受けにく
い (3)ギャップ依存性がきわめて低い (4)高速検出が可能 である点において極めて効果が大きい。
したがって、以上のことから、この発明によれば、超
精密位置計測(0.01μmオーダー)、特に、マスクとウ
エハーを0.01μmオーダーで位置検出可能であり、ま
た、高スループットが可能になる。
精密位置計測(0.01μmオーダー)、特に、マスクとウ
エハーを0.01μmオーダーで位置検出可能であり、ま
た、高スループットが可能になる。
第1図は、本発明の位置検出装置の側面概略図、 第2図は、その上面概略図、 第3図(a),(b)は、アライメントマークの上面図
と側面図、 第4図は、LFZPの作用の説明図、 第5図、第6図は、LFZPからなるアライメントマークの
フレネル回折の説明図、 第7図は、色収差を有する対物レンズの作用を示す光路
図、 第8図(a),(b)は、フレネル回折焦点と2重焦点
検出装置の関係の説明図、 第9図(a),(b),(c)は、フレネル焦点面及び
結像面における回折光強度分布図、 第10図は、シリンドリカルレンズによる光学的ラスター
圧縮の説明図、 第11図(a),(b),(c)は、相似性パターンマッ
チングの説明図、 第12図(a),(b)は、検出信号及びその1次微分信
号の波形図、 第13図、第14図は、本発明のアライメント原理の説明
図、 第15図は、他の実施例の第1図と同様な図面、 第16図は、LFZPのスリット数及び種類の違いによる信号
強度の変化を示す説明図、 第17図は、A/D変換後の検出信号波形図、 第18図(a),(b)は、従来例のマスクマークとウエ
ハーマークの配置図、 第19図(a),(b),(c)は、従来例の場合の検出
信号の波形図、 第20図(a),(b),(c)は、本発明の場合の検出
信号の波形図、 第21図は、本発明のギャップ依存性の説明図、 第22図は、従来例のアライナーの斜視図、 第23図(a),(b)は、円形フレネル・ゾーンプレー
トとLFZPの比較図である。 1:レーザ(波長λ1)、2:ビームスプリッター、3:レー
ザー(波長λ2)、4:ミラー、5:照明光学装置、6:リニ
アセンサー、7:シリンドリカルレンズ、8:リレーレン
ズ、9:対物レンズ、10:検出光学装置、11:シリンドリカ
ルレンズとリニアセンサーからなく高速検出系、12:色
収差を利用した2重焦点検出系、13:X線露光領域、14:
マスク、15:ウエハー、16:アライメントマーク=LFZP、
17:アライメントマーク=LFZP×2、18:ギャップ、19:
斜入射照明角度(θ)、20:斜方検出角度(θ)、21:不
透明部、22:マスクウィンドウ(透明部分)
と側面図、 第4図は、LFZPの作用の説明図、 第5図、第6図は、LFZPからなるアライメントマークの
フレネル回折の説明図、 第7図は、色収差を有する対物レンズの作用を示す光路
図、 第8図(a),(b)は、フレネル回折焦点と2重焦点
検出装置の関係の説明図、 第9図(a),(b),(c)は、フレネル焦点面及び
結像面における回折光強度分布図、 第10図は、シリンドリカルレンズによる光学的ラスター
圧縮の説明図、 第11図(a),(b),(c)は、相似性パターンマッ
チングの説明図、 第12図(a),(b)は、検出信号及びその1次微分信
号の波形図、 第13図、第14図は、本発明のアライメント原理の説明
図、 第15図は、他の実施例の第1図と同様な図面、 第16図は、LFZPのスリット数及び種類の違いによる信号
強度の変化を示す説明図、 第17図は、A/D変換後の検出信号波形図、 第18図(a),(b)は、従来例のマスクマークとウエ
ハーマークの配置図、 第19図(a),(b),(c)は、従来例の場合の検出
信号の波形図、 第20図(a),(b),(c)は、本発明の場合の検出
信号の波形図、 第21図は、本発明のギャップ依存性の説明図、 第22図は、従来例のアライナーの斜視図、 第23図(a),(b)は、円形フレネル・ゾーンプレー
トとLFZPの比較図である。 1:レーザ(波長λ1)、2:ビームスプリッター、3:レー
ザー(波長λ2)、4:ミラー、5:照明光学装置、6:リニ
アセンサー、7:シリンドリカルレンズ、8:リレーレン
ズ、9:対物レンズ、10:検出光学装置、11:シリンドリカ
ルレンズとリニアセンサーからなく高速検出系、12:色
収差を利用した2重焦点検出系、13:X線露光領域、14:
マスク、15:ウエハー、16:アライメントマーク=LFZP、
17:アライメントマーク=LFZP×2、18:ギャップ、19:
斜入射照明角度(θ)、20:斜方検出角度(θ)、21:不
透明部、22:マスクウィンドウ(透明部分)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−232125(JP,A) 特開 昭63−73102(JP,A) 特開 昭63−150917(JP,A) 特開 昭63−283129(JP,A) 特開 昭63−14430(JP,A) 特開 昭61−236116(JP,A) 特開 昭63−131008(JP,A) 特開 昭62−66632(JP,A) 特開 昭60−98623(JP,A)
Claims (5)
- 【請求項1】X線露光光の光軸方向に微小距離離間した
第一の物体と第二の物体の光軸に直交する方向の相対位
置を検出する位置検出装置において、 各物体上にリニアフレネルゾーンプレート(LFZP)から
なるアライメントマークを設け、 これらLFZPを同一方向から同時に複数の波長の光により
照明するように照明装置を構成し、 上記LFZPの波長ごとに位置の異なる回折焦点にその波長
の焦点が一致するような色収差を有する対物レンズを備
え、 上記対物レンズによって同一結像面上に重ね合せて結像
された上記LFZPの直線状の回折焦点像を、その長手方向
に対して直角な方向に1次元操作して電気信号に変換す
るリニアセンサーを上記結像上に備え、 上記直線状の回折焦点像をその長手方向に圧縮して上記
リニアセンサー上に結像するように、シリンドリカルレ
ンズを上記対物レンズと上記リニアセンサーの間に配置
し、 上記リニアセンサーから得られた信号を処理して上記各
アライメントマークの位置を検出する手段を有する、 ことを特徴とする複波長照明を用いたダブルリニアフレ
ネルゾーンプレートによる位置検出装置。 - 【請求項2】第一の物体のアライメントマークとして単
一のLFZPを用い、第二の物体のアライメントマークとし
て一対のLFZPを用い、第一の物体の単一のLFZPを第二の
物体の一対のLFZPの間に入るような配置とすることを特
徴とする請求項1記載の位置検出装置。 - 【請求項3】第一の物体はマスクであり、第二の物体は
ウエハーであり、ウエハーのアライメントマークの回折
光及び入射光が通るマスク部分に透明なウインドゥ領域
を設けたことを特徴とする請求項1又は2記載の位置検
出装置。 - 【請求項4】照明装置及び代物レンズを、第一物体アラ
イメントマーク及び第二物体アライメントマークの左右
斜上方の対向する位置に配置し、これらアライメントマ
ークに立てた垂線に対して、照明装置の入射角が対物レ
ンズを含む検出光学系の検出角に等しくなるように配置
したことを特徴とする請求項1から3いずれかに記載の
位置検出装置。 - 【請求項5】リニアセンサーから得られた信号を処理し
て上記各アライメントマークの位置を検出する手段が相
似性パターンマッチング処理を行なう手段であることを
特徴とする請求項1から4いずれかに記載の位置検出装
置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63162915A JP2545582B2 (ja) | 1988-06-29 | 1988-06-29 | 複波長照明を用いたダブルリニアフレネルゾーンプレートによる位置検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63162915A JP2545582B2 (ja) | 1988-06-29 | 1988-06-29 | 複波長照明を用いたダブルリニアフレネルゾーンプレートによる位置検出装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0210202A JPH0210202A (ja) | 1990-01-16 |
JP2545582B2 true JP2545582B2 (ja) | 1996-10-23 |
Family
ID=15763647
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63162915A Expired - Fee Related JP2545582B2 (ja) | 1988-06-29 | 1988-06-29 | 複波長照明を用いたダブルリニアフレネルゾーンプレートによる位置検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2545582B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10890527B2 (en) | 2018-06-28 | 2021-01-12 | Samsung Electronics Co., Ltd. | EUV mask inspection apparatus and method, and EUV mask manufacturing method including EUV mask inspection method |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2791120B2 (ja) * | 1989-08-04 | 1998-08-27 | キヤノン株式会社 | 位置検出装置及び方法 |
JP2012007942A (ja) * | 2010-06-23 | 2012-01-12 | Fuji Xerox Co Ltd | 位置測定装置 |
JP2011209294A (ja) * | 2011-06-20 | 2011-10-20 | Mitsutoyo Corp | プローブ顕微鏡 |
-
1988
- 1988-06-29 JP JP63162915A patent/JP2545582B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10890527B2 (en) | 2018-06-28 | 2021-01-12 | Samsung Electronics Co., Ltd. | EUV mask inspection apparatus and method, and EUV mask manufacturing method including EUV mask inspection method |
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0210202A (ja) | 1990-01-16 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |