JP2554091B2 - 露光装置 - Google Patents
露光装置Info
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- JP2554091B2 JP2554091B2 JP62187744A JP18774487A JP2554091B2 JP 2554091 B2 JP2554091 B2 JP 2554091B2 JP 62187744 A JP62187744 A JP 62187744A JP 18774487 A JP18774487 A JP 18774487A JP 2554091 B2 JP2554091 B2 JP 2554091B2
- Authority
- JP
- Japan
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- light
- mask
- wafer
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- mark
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
- G03F9/7049—Technique, e.g. interferometric
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、マスクパタンを半導体ウェハ上のレジスト
に、精度よく位置合わせできる露光装置に関するもので
ある。
に、精度よく位置合わせできる露光装置に関するもので
ある。
従来の露光装置は、アイ・イー・イー・イー・トラン
ザクションズ・オン・エレクトロン・デバイセス（IEEE
TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES）VOL.ED−26,No.
4,April,1979,p723に記載されているように、第８図に
示した構成になっている。上記装置では、第１の光源か
らの光、すなわち露光光はコンデンサレンズ30を通過し
てマスク31に入射する。マスク31を透過した光は投影レ
ンズ32、33を通過してウェハ34に達し、マスク31の像を
ウェハ34上に結像させる。上記光源系は物体すなわちマ
スク31側においてもウェハ34側においても、いわゆるテ
レセントリック光学系になっており、ウェハ側およびマ
スク側の両方とも、結像のための光線における主光線は
ウェハ34、マスク31のそれぞれに垂直に入射している。
位置合わせのための光は、第２の光源としてレーザ光35
を用い、投影レンズ33、32中の小ミラー36によって反射
したレーザ光35はウェハマークとしての格子パタンに入
射する。上記格子パタンからの反射光のうち、±１次回
折光だけが投影レンズ中の空間フィルタ37で選ばれてマ
スク31上に結像する。上記マスク31にはマスクマークと
しての格子パタンが配置されており、ウェハマークから
のパタンとマスクマークのパタンとが合致させられ、ウ
ェハ34とマスク31との位置ずれが検地される。
ザクションズ・オン・エレクトロン・デバイセス（IEEE
TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES）VOL.ED−26,No.
4,April,1979,p723に記載されているように、第８図に
示した構成になっている。上記装置では、第１の光源か
らの光、すなわち露光光はコンデンサレンズ30を通過し
てマスク31に入射する。マスク31を透過した光は投影レ
ンズ32、33を通過してウェハ34に達し、マスク31の像を
ウェハ34上に結像させる。上記光源系は物体すなわちマ
スク31側においてもウェハ34側においても、いわゆるテ
レセントリック光学系になっており、ウェハ側およびマ
スク側の両方とも、結像のための光線における主光線は
ウェハ34、マスク31のそれぞれに垂直に入射している。
位置合わせのための光は、第２の光源としてレーザ光35
を用い、投影レンズ33、32中の小ミラー36によって反射
したレーザ光35はウェハマークとしての格子パタンに入
射する。上記格子パタンからの反射光のうち、±１次回
折光だけが投影レンズ中の空間フィルタ37で選ばれてマ
スク31上に結像する。上記マスク31にはマスクマークと
しての格子パタンが配置されており、ウェハマークから
のパタンとマスクマークのパタンとが合致させられ、ウ
ェハ34とマスク31との位置ずれが検地される。
また、第８図に38で示しているように、偏光子を用い
てウェハマークからの回折像を横にずらせた２重像とし
て、それぞれの像をファラデー素子で電気的に交互に取
出すことにより、位置合わせ精度を向上させる試みがな
されている。しかし、上記方法では、回折像を横ずらし
にする量が発生させる２重像のそれぞれを、精度よく等
しい値だけ左右にずらす必要があり、用いる光学部品が
高精度で作成され、かつ、経済的に位置ずれを生じない
構成としなければならない。
てウェハマークからの回折像を横にずらせた２重像とし
て、それぞれの像をファラデー素子で電気的に交互に取
出すことにより、位置合わせ精度を向上させる試みがな
されている。しかし、上記方法では、回折像を横ずらし
にする量が発生させる２重像のそれぞれを、精度よく等
しい値だけ左右にずらす必要があり、用いる光学部品が
高精度で作成され、かつ、経済的に位置ずれを生じない
構成としなければならない。
上記従来技術は、つぎに示す点で限界があり、欠点を
有している。すなわち、第１の光源としての露光光の波
長および第２の光源としての位置合わせ用レーザ光の波
長が、大きく離れているときには、投影レンズの色収差
補正が十分になされず、上記ウェハマークからの反射光
はマスク上で結像しなくなり、上記従来技術は使用でき
なくなる。また、第８図に示した光学系では、ウェハマ
ークの格子ピッチ方向は、ウェハの光軸との交点とウェ
ハマークを結ぶ線分方向に垂直になっているため、ウェ
ハマークからの±１次回折光がマスク上に結像するパタ
ンの位置は、投影レンズの色収差によりずれ、露光光に
よる結像位置と、位置合わせ用レーザ光による位置検出
位置がずれたものになる欠点がある。また、ウェハマー
クからの±１次回折光を取出すフィルタは投影レンズの
中にあり、マスクパタンをウェハに転写する露光光を一
部遮ることになり好ましくない。
有している。すなわち、第１の光源としての露光光の波
長および第２の光源としての位置合わせ用レーザ光の波
長が、大きく離れているときには、投影レンズの色収差
補正が十分になされず、上記ウェハマークからの反射光
はマスク上で結像しなくなり、上記従来技術は使用でき
なくなる。また、第８図に示した光学系では、ウェハマ
ークの格子ピッチ方向は、ウェハの光軸との交点とウェ
ハマークを結ぶ線分方向に垂直になっているため、ウェ
ハマークからの±１次回折光がマスク上に結像するパタ
ンの位置は、投影レンズの色収差によりずれ、露光光に
よる結像位置と、位置合わせ用レーザ光による位置検出
位置がずれたものになる欠点がある。また、ウェハマー
クからの±１次回折光を取出すフィルタは投影レンズの
中にあり、マスクパタンをウェハに転写する露光光を一
部遮ることになり好ましくない。
上記問題点を解決するために、本発明では、第１の光
源からの光を露光光としてマスクに照射し、投影レンズ
で結像させてウェハ上の感光材料に感光させる露光装置
において、格子パタンをウェハマークとし、該ウェハマ
ークの格子ピッチ方向と垂直な方向が、投影レンズ中心
を通る光軸方向を向くように配置し、上記第１の光源と
異なる波長、あるいは第１の波長と異なる波長で、しか
も偏光状態がそれぞれ異なる波長で出射する第２の光源
からの光を、上記ウェハマークに照射し、上記ウェハマ
ークからの反射光のうち、±１次回折光がマスク上にお
いて横ずらし状態で一部重ね合わさるよにし、上記ウェ
ハマークからの反射光を上記第２の光学系で光検知器上
に結像させ、上記第２の光学系のフーリエ面に、上記反
射光の±１次回折光だけを取り出すフィルタを装着して
位置合わせを行い、あるいは上記±１次回折光のそれぞ
れが異なる波長をもつように透過するフィルタを装着
し、上記±１次回折光の干渉により生じる周波数ν１−
ν２に対する光検知信号の位相を、第２の光源の参照信
号と比較することにより、高い位置合わせ精度を実現す
ることができる。
源からの光を露光光としてマスクに照射し、投影レンズ
で結像させてウェハ上の感光材料に感光させる露光装置
において、格子パタンをウェハマークとし、該ウェハマ
ークの格子ピッチ方向と垂直な方向が、投影レンズ中心
を通る光軸方向を向くように配置し、上記第１の光源と
異なる波長、あるいは第１の波長と異なる波長で、しか
も偏光状態がそれぞれ異なる波長で出射する第２の光源
からの光を、上記ウェハマークに照射し、上記ウェハマ
ークからの反射光のうち、±１次回折光がマスク上にお
いて横ずらし状態で一部重ね合わさるよにし、上記ウェ
ハマークからの反射光を上記第２の光学系で光検知器上
に結像させ、上記第２の光学系のフーリエ面に、上記反
射光の±１次回折光だけを取り出すフィルタを装着して
位置合わせを行い、あるいは上記±１次回折光のそれぞ
れが異なる波長をもつように透過するフィルタを装着
し、上記±１次回折光の干渉により生じる周波数ν１−
ν２に対する光検知信号の位相を、第２の光源の参照信
号と比較することにより、高い位置合わせ精度を実現す
ることができる。
本発明の原理を第９図〜第13図を用いて説明する。第
９図に示すようにウェハ３上にはICパタン５およびウェ
ハ位置合わせ用の格子パタンからなるウェハマーク４が
形成されている。マスク１上のマスクパタンを露光光８
により投影レンズ２を用いて結像し、ウェハ３上に形成
されているICパタン５に正確に位置合わせし重ねて作成
する。本発明は上記のようにウェハ３とマスク１とを正
確に位置合わせするための装置を得るものである。ま
ず、ウェハマーク４を使って、ウェハ３の位置をマスク
１の位置に対応する場所で位置合わせする原理を説明す
る。第10図は露光光８に対する光学系のｘ−ｚあるいは
ｙ−ｚ断面を説明する図で、露光光８としては波長248.
4nmのKrFレーザ光を用い、投影レンズ２として焦点距離
80nm、屈折率1.50831の合成石英ガラスで、マスク１を
縮小投影する倍率として1/5のものを用いる。投影レン
ズ２のマスク側焦点位置に絞り６を置くテレセントリッ
ク配置にすると、投影レンズ２とウェハ３間の距離ａは
96mm、投影レンズ２とマスク１間の距離ｂは480mmにな
る。第11図は位置合わせ用レーザ光に対する光学系の説
明図である。位置合わせ用レーザとして波長632.8nmのH
e−Neレーザを用いるとすると、投影レンズ２のレンズ
材料である合成石英の屈折率は1.4571となるため、投影
レンズ２の焦点距離も80mmから89mmと大きく変り、ウェ
ハ３の表面に対応するマスク１側の結像位置ｂ′も480m
mから1214mmと大きくマスク１の位置からずれることに
なる。第11図（ａ）はウェハマーク４からの反射光をｘ
−ｚ断面に斜影した図を示し、第11図（ｂ）はｙ−ｚ断
面に斜影した図を示している。観察するウェハマーク４
はｘ軸上にあり、格子ピッチに垂直な方向は、ｘ軸すな
わち投影レンズ２の光軸とウェハ３との交点ｄの方向に
おおむね向いているとする。ウェハマーク４の格子は第
12図に示すように、ピッチｐの凹凸格子とし、入射する
レーザ光と回折する光の角度をθとすると、psinθ＝ｍ
λなる関係がある。ここでｍは回折の次数、λは光の波
長である。いま、上記ピッチｐを８μｍ、λ＝0.6328μ
ｍとすると、±１次回折光の回折角は±4.537°（0.079
ラジアン）になる。第11図（ｂ）には±１次回折光が示
してある。±１次回折光は投影レンズ２からｂ′の位置
で交叉し、その場所で干渉パタンを形成する。ところ
で、マスク１の位置（投影レンズからｂの距離にある位
置）では±１次回折光は第11図（ｂ）に示すように離れ
てしまう。この離れた位置をｅとすれば、 で与えられ、上記例ではｅは9.17mmにもなる。マスク１
の位置で±１次回折光によるパタンを作るためには、第
13図（ａ），（ｂ）で示すように、±１次回折光がマス
ク１の位置で、それぞれｅだけ横ずらしした状態で一部
が重なるようにする。すなわち、第13図（ｂ）でｅ＜ｇ
になるように設定する。ｇは±１次回折光ビームのマス
ク位置における直径である。上記±１次回折光が重なっ
た場所でウェハマーク４に対応する干渉縞が形成され
る。第13図（ａ）においてウェハマーク４の格子ピッチ
はｙ方向であり、上記ウェハマーク４はｙ−ｚ平面の斜
影図では投影レンズ２の光軸中心にあるため、マスク１
の面付近の干渉縞はｘ−ｚ平面に平行でｙ方向に並んだ
ものになるので、干渉縞の観察点が投影レンズ２と離れ
た位置からｂだけ離れた位置に移っても干渉縞はずれ
ず、マスク１の表面でも精度よくウェハ３の位置が検出
できる。
９図に示すようにウェハ３上にはICパタン５およびウェ
ハ位置合わせ用の格子パタンからなるウェハマーク４が
形成されている。マスク１上のマスクパタンを露光光８
により投影レンズ２を用いて結像し、ウェハ３上に形成
されているICパタン５に正確に位置合わせし重ねて作成
する。本発明は上記のようにウェハ３とマスク１とを正
確に位置合わせするための装置を得るものである。ま
ず、ウェハマーク４を使って、ウェハ３の位置をマスク
１の位置に対応する場所で位置合わせする原理を説明す
る。第10図は露光光８に対する光学系のｘ−ｚあるいは
ｙ−ｚ断面を説明する図で、露光光８としては波長248.
4nmのKrFレーザ光を用い、投影レンズ２として焦点距離
80nm、屈折率1.50831の合成石英ガラスで、マスク１を
縮小投影する倍率として1/5のものを用いる。投影レン
ズ２のマスク側焦点位置に絞り６を置くテレセントリッ
ク配置にすると、投影レンズ２とウェハ３間の距離ａは
96mm、投影レンズ２とマスク１間の距離ｂは480mmにな
る。第11図は位置合わせ用レーザ光に対する光学系の説
明図である。位置合わせ用レーザとして波長632.8nmのH
e−Neレーザを用いるとすると、投影レンズ２のレンズ
材料である合成石英の屈折率は1.4571となるため、投影
レンズ２の焦点距離も80mmから89mmと大きく変り、ウェ
ハ３の表面に対応するマスク１側の結像位置ｂ′も480m
mから1214mmと大きくマスク１の位置からずれることに
なる。第11図（ａ）はウェハマーク４からの反射光をｘ
−ｚ断面に斜影した図を示し、第11図（ｂ）はｙ−ｚ断
面に斜影した図を示している。観察するウェハマーク４
はｘ軸上にあり、格子ピッチに垂直な方向は、ｘ軸すな
わち投影レンズ２の光軸とウェハ３との交点ｄの方向に
おおむね向いているとする。ウェハマーク４の格子は第
12図に示すように、ピッチｐの凹凸格子とし、入射する
レーザ光と回折する光の角度をθとすると、psinθ＝ｍ
λなる関係がある。ここでｍは回折の次数、λは光の波
長である。いま、上記ピッチｐを８μｍ、λ＝0.6328μ
ｍとすると、±１次回折光の回折角は±4.537°（0.079
ラジアン）になる。第11図（ｂ）には±１次回折光が示
してある。±１次回折光は投影レンズ２からｂ′の位置
で交叉し、その場所で干渉パタンを形成する。ところ
で、マスク１の位置（投影レンズからｂの距離にある位
置）では±１次回折光は第11図（ｂ）に示すように離れ
てしまう。この離れた位置をｅとすれば、 で与えられ、上記例ではｅは9.17mmにもなる。マスク１
の位置で±１次回折光によるパタンを作るためには、第
13図（ａ），（ｂ）で示すように、±１次回折光がマス
ク１の位置で、それぞれｅだけ横ずらしした状態で一部
が重なるようにする。すなわち、第13図（ｂ）でｅ＜ｇ
になるように設定する。ｇは±１次回折光ビームのマス
ク位置における直径である。上記±１次回折光が重なっ
た場所でウェハマーク４に対応する干渉縞が形成され
る。第13図（ａ）においてウェハマーク４の格子ピッチ
はｙ方向であり、上記ウェハマーク４はｙ−ｚ平面の斜
影図では投影レンズ２の光軸中心にあるため、マスク１
の面付近の干渉縞はｘ−ｚ平面に平行でｙ方向に並んだ
ものになるので、干渉縞の観察点が投影レンズ２と離れ
た位置からｂだけ離れた位置に移っても干渉縞はずれ
ず、マスク１の表面でも精度よくウェハ３の位置が検出
できる。
また、ウェハマーク４で回折した±１次光の周波数が
それぞれ異なり、ν１、ν２でありマスク１の表面で干
渉する場合を第14図を用いて説明する。これは基本的に
は光ヘテロダイン技術を応用したものである。±１次回
折光７−１、７−２はそれぞれ で表わされる。マスク１の面での干渉パタンは次式で計
算できる。
それぞれ異なり、ν１、ν２でありマスク１の表面で干
渉する場合を第14図を用いて説明する。これは基本的に
は光ヘテロダイン技術を応用したものである。±１次回
折光７−１、７−２はそれぞれ で表わされる。マスク１の面での干渉パタンは次式で計
算できる。
ここで、ｃは光の速度、ｔは時間、λは光の波長、Δ
ν＝ν１−ν２である。
ν＝ν１−ν２である。
したがって、マスク１上の位置ｙは次のように測定さ
れる。ν１、ν２の周波数で出力されるレーザ光の光検
知信号より発生される基準信号23は、第15図に模式的に
示すようにcos（２πΔνｔ）であり、マスク１上の位
置ｙで発生する干渉パタンの信号24は、δ＝2ysinα／
（λΔν）だけ基準信号より位相がずれている。上記位
相差δを正確に測定することによってマスク１の位置ｙ
を求める。位相差δは第16図に示す位相比較器を求めら
れる。位相差δが信号周期1/Δνの1/1000の精度で求め
られるとすると、マスク１の位置ｙはλ/158という高精
度で求めることができる。
れる。ν１、ν２の周波数で出力されるレーザ光の光検
知信号より発生される基準信号23は、第15図に模式的に
示すようにcos（２πΔνｔ）であり、マスク１上の位
置ｙで発生する干渉パタンの信号24は、δ＝2ysinα／
（λΔν）だけ基準信号より位相がずれている。上記位
相差δを正確に測定することによってマスク１の位置ｙ
を求める。位相差δは第16図に示す位相比較器を求めら
れる。位相差δが信号周期1/Δνの1/1000の精度で求め
られるとすると、マスク１の位置ｙはλ/158という高精
度で求めることができる。
つぎに本発明の実施例を図面とともに説明する。第１
図は本発明による露光装置の第１実施例を示す構成図、
第２図（ａ）、（ｂ）は上記実施例のマスクマークをそ
れぞれ示す図、第３図（ａ）、（ｂ）は上記実施例のフ
ィルタをそれぞれ示す図、第４図（ａ）、（ｂ）は上記
実施例のウェハマークにおける２つの例をそれぞれ示す
図、第５図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ実施例の
動作を説明する図、第６図は本発明の第２実施例を示す
構成図、第７図（ａ）〜（ｄ）は上記実施例におけるフ
ィルタをそれぞれ示す説明図である。
図は本発明による露光装置の第１実施例を示す構成図、
第２図（ａ）、（ｂ）は上記実施例のマスクマークをそ
れぞれ示す図、第３図（ａ）、（ｂ）は上記実施例のフ
ィルタをそれぞれ示す図、第４図（ａ）、（ｂ）は上記
実施例のウェハマークにおける２つの例をそれぞれ示す
図、第５図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ実施例の
動作を説明する図、第６図は本発明の第２実施例を示す
構成図、第７図（ａ）〜（ｄ）は上記実施例におけるフ
ィルタをそれぞれ示す説明図である。
本発明の第１実施例を示す第１図において、エキシマ
レーザからの露光光８がコンデンサレンズ21を通過し
て、マスク１上のパタンをウェハ３上に転写するが、上
記マスク１に対するウェハ３の位置合わせをつぎのよう
にして行う。位置合わせ用レーザとしてはHe−Neレーザ
10を用いる。He−Neレーザ10からの光は、半透鏡14で反
射してレンズ15−２、15−１を通過し、マスク１上のマ
スクマーク９の反射鏡部（第２図（ａ）、（ｂ）の９−
３）により反射され、投影レンズ２を通過しウェハマー
ク４に入射する。上記ウェハマーク４で回折された光は
入射光路を逆にたどり、上記半透明鏡14を透過したの
ち、フィルタ12で±１次回折光だけが透過されて２次元
光検知器13に達する。上記レンズ系15−１、15−２およ
び15−３、15−４はマスクマーク９上の光パタンが、上
記２次元光検知器13上に結像するように設計されてい
る。光源11はマスク１の位置を検出するためのもので、
第２図に示すマスクマーク９の９−１あるいは９−２を
照明する。上記マスクマークの９−１あるいは９−２
は、レンズ15−１から15−４までの光学系で、上記２次
元光検知器13上に結像する。このとき、フィルタ12は不
用なので矢印22で示すように光学系の外に取出される。
第２図に示す（ａ）および（ｂ）はマスクマーク９のそ
れぞれ異なる例を示し、９−３は上記したようにマスク
マーク９の反射鏡部で、９−１および９−２はマスク１
の位置合わせ用に使うマークである。９−２に示すマー
クの形状は９−１のマーク形状と同様であるが内部にグ
レーティングが作成してあり、マスク合わせ用光源11が
露光光８の通過空間外に十分離れていても、上記グレー
ティングからの反射光が光学系15−１〜15−４内に十分
入るようにすることが可能であり、露光時に露光光が光
源11等の妨害物でさえぎられることがなくなる。第３図
に示す（ａ）および（ｂ）はフィルタ12における２つの
例を示すもので、（ａ）は±１次回折光が通過できる穴
12−１が設けられ、（ｂ）は±１次回折光が通過する場
所12−２とその他の場所12−３とが異なる偏光子からで
きており、通過する偏光の方位は互いに90°をなすよう
になっている。この場合、ウェハ３から反射してくる回
折光は12−３で遮られるように、12−３の偏光方位と直
交する偏光方位をもつようにする。また、マスク合わせ
用光源11からの光は、フィルタ12によって結像が劣化さ
れないように、無偏光あるいは12−２、12−３の偏光方
位と45°をなす偏光をもたせたり、あるいは円偏光にし
たりすることのいずれかに設定する。このようにする
と、第１図に示したように、フィルタ12を光学系から出
し入れする必要がなくなる。
レーザからの露光光８がコンデンサレンズ21を通過し
て、マスク１上のパタンをウェハ３上に転写するが、上
記マスク１に対するウェハ３の位置合わせをつぎのよう
にして行う。位置合わせ用レーザとしてはHe−Neレーザ
10を用いる。He−Neレーザ10からの光は、半透鏡14で反
射してレンズ15−２、15−１を通過し、マスク１上のマ
スクマーク９の反射鏡部（第２図（ａ）、（ｂ）の９−
３）により反射され、投影レンズ２を通過しウェハマー
ク４に入射する。上記ウェハマーク４で回折された光は
入射光路を逆にたどり、上記半透明鏡14を透過したの
ち、フィルタ12で±１次回折光だけが透過されて２次元
光検知器13に達する。上記レンズ系15−１、15−２およ
び15−３、15−４はマスクマーク９上の光パタンが、上
記２次元光検知器13上に結像するように設計されてい
る。光源11はマスク１の位置を検出するためのもので、
第２図に示すマスクマーク９の９−１あるいは９−２を
照明する。上記マスクマークの９−１あるいは９−２
は、レンズ15−１から15−４までの光学系で、上記２次
元光検知器13上に結像する。このとき、フィルタ12は不
用なので矢印22で示すように光学系の外に取出される。
第２図に示す（ａ）および（ｂ）はマスクマーク９のそ
れぞれ異なる例を示し、９−３は上記したようにマスク
マーク９の反射鏡部で、９−１および９−２はマスク１
の位置合わせ用に使うマークである。９−２に示すマー
クの形状は９−１のマーク形状と同様であるが内部にグ
レーティングが作成してあり、マスク合わせ用光源11が
露光光８の通過空間外に十分離れていても、上記グレー
ティングからの反射光が光学系15−１〜15−４内に十分
入るようにすることが可能であり、露光時に露光光が光
源11等の妨害物でさえぎられることがなくなる。第３図
に示す（ａ）および（ｂ）はフィルタ12における２つの
例を示すもので、（ａ）は±１次回折光が通過できる穴
12−１が設けられ、（ｂ）は±１次回折光が通過する場
所12−２とその他の場所12−３とが異なる偏光子からで
きており、通過する偏光の方位は互いに90°をなすよう
になっている。この場合、ウェハ３から反射してくる回
折光は12−３で遮られるように、12−３の偏光方位と直
交する偏光方位をもつようにする。また、マスク合わせ
用光源11からの光は、フィルタ12によって結像が劣化さ
れないように、無偏光あるいは12−２、12−３の偏光方
位と45°をなす偏光をもたせたり、あるいは円偏光にし
たりすることのいずれかに設定する。このようにする
と、第１図に示したように、フィルタ12を光学系から出
し入れする必要がなくなる。
第４図の（ａ）および（ｂ）はウェハマーク４の２例
をそれぞれ示した図である。第４図（ａ）のウェハマー
ク４からの光パタンを２次元光検知器13で検知し、その
光検知信号をシンクロスコープでモニタした例を第５図
（ａ）の曲線16に示し、マスクマーク９−１からの信号
を２次元光検知器13で検知した例を曲線17に示してい
る。なお、それぞれの光検知信号16、17を位置合わせす
ると、マスク１とウェハ３との位置を精密に合わせるこ
とが可能になる。第５図（ｂ）は第４図（ｂ）に示した
ウェハマーク４−１、４−２およびマスクマーク９−１
からの信号を検知した例を示す図である。ウェハマーク
４−１、４−２に基づく光検知信号はそれぞれ第５図
（ｂ）に示す曲線18、19になり、上記光検知信号18、19
は相互に180°位相がずれている。上記光検知信号18、1
9を差動増幅すると、それぞれの信号のDC成分、雑音等
が少なくなるという利点がある。第５図（ｃ）に示す曲
線20は（ｂ）に示す信号18、19を差動増幅したものを示
し、その信号とマスクマーク９−１あるいは９−２から
の信号17とを比較することにより、正確な位置合わせを
行うことができる。
をそれぞれ示した図である。第４図（ａ）のウェハマー
ク４からの光パタンを２次元光検知器13で検知し、その
光検知信号をシンクロスコープでモニタした例を第５図
（ａ）の曲線16に示し、マスクマーク９−１からの信号
を２次元光検知器13で検知した例を曲線17に示してい
る。なお、それぞれの光検知信号16、17を位置合わせす
ると、マスク１とウェハ３との位置を精密に合わせるこ
とが可能になる。第５図（ｂ）は第４図（ｂ）に示した
ウェハマーク４−１、４−２およびマスクマーク９−１
からの信号を検知した例を示す図である。ウェハマーク
４−１、４−２に基づく光検知信号はそれぞれ第５図
（ｂ）に示す曲線18、19になり、上記光検知信号18、19
は相互に180°位相がずれている。上記光検知信号18、1
9を差動増幅すると、それぞれの信号のDC成分、雑音等
が少なくなるという利点がある。第５図（ｃ）に示す曲
線20は（ｂ）に示す信号18、19を差動増幅したものを示
し、その信号とマスクマーク９−１あるいは９−２から
の信号17とを比較することにより、正確な位置合わせを
行うことができる。
第６図は本発明の第２実施例を示す構成図で、マスク
１に対するウェハ３の位置合わせはつぎのようにして行
う。ウェハ位置合わせ用レーザ10としては、ゼーマン効
果を応用したいわゆるゼーマンレーザを用いる。すなわ
ち、He−Neレーザ管の軸方向に磁界を印加すると、ゼー
マン効果で分離した約1.8MHzの周波数だけ異なる。２つ
の発振周波数をもつ左右円偏光が出力される。上記レー
ザ光はλ/4板28およびλ/2板29を通過させることによ
り、それぞれ偏光面が直交し、周波数が異なる２種類の
直線偏光光になる。上記レーザ光を半透鏡14で反射さ
せ、レンズ15−１、15−２を通り、マスク１のマスクマ
ーク９の反射鏡部（第２図（ａ）、（ｂ）の９−３参
照）で反射され、投影レンズ２を通過し第４図（ａ）の
４に示すウェハマークに入射する。ウェハマーク４で回
折された光は入射光路を逆にたどり、半透鏡14を透過し
フィルタ12で±１次回折光だけが透過され、スリット26
を介して光検知器13に達する。レンズ系15−１〜15−４
はマスクマーク９上の光パタンが光検知器13上に結像す
るように設計されている。第７図（ａ）に示すように±
１次回折光７−１、７−２は、それぞれの偏光成分が矢
印方向を向くようにλ/2板29で設定されており、それぞ
れ図に示すように周波数ν１、ν２を有している。第７
図（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すフィルタ12は、（ｂ）
に示す12−１、12−２が縞方向の偏光だけを通過させる
ためフィルタで、12−１は回折光７−１のν１成分の
光、12−２は回折光７−２のν２成分の光だけを通過さ
せる。（ｃ）に示す12−３はそれぞれの周波数成分の光
が光検知器13上で干渉するように、±１次回折光の隔た
り方向と直交する方向の偏光成分だけを通過させるため
のものであり、（ｄ）に示す12−４は０次光および高次
回折光を遮断するためのものであり、スリット12−５に
よって±１次回折光さけを通過させ光検知器13上に導
く。
１に対するウェハ３の位置合わせはつぎのようにして行
う。ウェハ位置合わせ用レーザ10としては、ゼーマン効
果を応用したいわゆるゼーマンレーザを用いる。すなわ
ち、He−Neレーザ管の軸方向に磁界を印加すると、ゼー
マン効果で分離した約1.8MHzの周波数だけ異なる。２つ
の発振周波数をもつ左右円偏光が出力される。上記レー
ザ光はλ/4板28およびλ/2板29を通過させることによ
り、それぞれ偏光面が直交し、周波数が異なる２種類の
直線偏光光になる。上記レーザ光を半透鏡14で反射さ
せ、レンズ15−１、15−２を通り、マスク１のマスクマ
ーク９の反射鏡部（第２図（ａ）、（ｂ）の９−３参
照）で反射され、投影レンズ２を通過し第４図（ａ）の
４に示すウェハマークに入射する。ウェハマーク４で回
折された光は入射光路を逆にたどり、半透鏡14を透過し
フィルタ12で±１次回折光だけが透過され、スリット26
を介して光検知器13に達する。レンズ系15−１〜15−４
はマスクマーク９上の光パタンが光検知器13上に結像す
るように設計されている。第７図（ａ）に示すように±
１次回折光７−１、７−２は、それぞれの偏光成分が矢
印方向を向くようにλ/2板29で設定されており、それぞ
れ図に示すように周波数ν１、ν２を有している。第７
図（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すフィルタ12は、（ｂ）
に示す12−１、12−２が縞方向の偏光だけを通過させる
ためフィルタで、12−１は回折光７−１のν１成分の
光、12−２は回折光７−２のν２成分の光だけを通過さ
せる。（ｃ）に示す12−３はそれぞれの周波数成分の光
が光検知器13上で干渉するように、±１次回折光の隔た
り方向と直交する方向の偏光成分だけを通過させるため
のものであり、（ｄ）に示す12−４は０次光および高次
回折光を遮断するためのものであり、スリット12−５に
よって±１次回折光さけを通過させ光検知器13上に導
く。
第６図のスリット26は矢印27に示すように走査され、
それぞれの走査位置における光検知信号は光検知器13で
検知される。ウェハ位置合わせ用レーザ10から出射した
光の一部は半透鏡30で光検知器31に導かれ、この光検知
信号は第16図に23で示した基準信号として、位相比較器
25に入力されている。上記スリット26の各走査位置での
光検知信号も上記位相比較器25に入力されており、前記
したように、これら信号の位相差δを上記位相比較器25
により求めることができる。上記位相差δはウェハマー
ク４の位置と直接関係し、ウェハ位置が求められたこと
になる。
それぞれの走査位置における光検知信号は光検知器13で
検知される。ウェハ位置合わせ用レーザ10から出射した
光の一部は半透鏡30で光検知器31に導かれ、この光検知
信号は第16図に23で示した基準信号として、位相比較器
25に入力されている。上記スリット26の各走査位置での
光検知信号も上記位相比較器25に入力されており、前記
したように、これら信号の位相差δを上記位相比較器25
により求めることができる。上記位相差δはウェハマー
ク４の位置と直接関係し、ウェハ位置が求められたこと
になる。
光源11はマスク位置を検出するためのもので、第２図
（ａ）、（ｂ）に示すマスクマーク９の９−１あるいは
９−２を照明する。マスクマーク９は光学系15−１〜15
−４で光検知器13上に結像される。上記マスクマーク９
の検出時、フィルタ12は矢印22で示すように上記光学系
15−１〜15−４の外に取出される。
（ａ）、（ｂ）に示すマスクマーク９の９−１あるいは
９−２を照明する。マスクマーク９は光学系15−１〜15
−４で光検知器13上に結像される。上記マスクマーク９
の検出時、フィルタ12は矢印22で示すように上記光学系
15−１〜15−４の外に取出される。
上記第２実施例は、ウェハ位置合わせ用光源10として
ゼーマンレーザを用いる例を示したが、音響光学効果に
より偏光状態および周波数が異なる２種の光を発生させ
る装置を用いてもよい。
ゼーマンレーザを用いる例を示したが、音響光学効果に
より偏光状態および周波数が異なる２種の光を発生させ
る装置を用いてもよい。
上記各実施例においては、ウェハマーク４からの反射
光がマスク１で反射される光学系を示しているが、これ
に限らずマスク１を透過する光学系であってもよい。
光がマスク１で反射される光学系を示しているが、これ
に限らずマスク１を透過する光学系であってもよい。
上記のように本発明による露光装置は、第１の光源か
らの光をマスクに照射し、投影レンズを含む第１の光学
系でウェハ上に結像させ、感光材料に感光させる露光装
置において、上記ウェハ上の格子パタンからなるウェハ
マークを、格子ピッチ方向に垂直な方向が、上記投影レ
ンズ中心を通る光軸とウェハとの交点を向くように配置
し、上記第１の光源と異なる波長、または上記第１の光
源と異なる波長で偏光状態が異なる２つの波長の光を出
射する、第２の光源からの光を上記ウェハマークに照射
し、ウェハマークからの反射光のうち、±１次回折光が
上記マスク上で横ずれ状態で一部重なるようにし、上記
ウェハマークからの反射光を第２の光学系で光検知器上
に結像させ、上記第２の光学系のフーリエ面には、上記
反射光の±１次回折光だけを取出すフィルタ、または上
記±１次回折光だけを取出すとともに、上記±１次回折
光がそれぞれ異なる波長をもつように透過するフィルタ
を装着したことにより、光検出信号に基づいて精密な位
置合わせを行うことができ、また、第２の光源に偏光状
態が異なる２つの波長の光を用い、上記±１次回折光の
干渉で生じた周波数に対する光検知信号の位相を、上記
第２の光源の参照信号と比較することによって位置合わ
せを行うことができるので、マスクとウェハの位置合わ
せを高精度に実現することが可能である。
らの光をマスクに照射し、投影レンズを含む第１の光学
系でウェハ上に結像させ、感光材料に感光させる露光装
置において、上記ウェハ上の格子パタンからなるウェハ
マークを、格子ピッチ方向に垂直な方向が、上記投影レ
ンズ中心を通る光軸とウェハとの交点を向くように配置
し、上記第１の光源と異なる波長、または上記第１の光
源と異なる波長で偏光状態が異なる２つの波長の光を出
射する、第２の光源からの光を上記ウェハマークに照射
し、ウェハマークからの反射光のうち、±１次回折光が
上記マスク上で横ずれ状態で一部重なるようにし、上記
ウェハマークからの反射光を第２の光学系で光検知器上
に結像させ、上記第２の光学系のフーリエ面には、上記
反射光の±１次回折光だけを取出すフィルタ、または上
記±１次回折光だけを取出すとともに、上記±１次回折
光がそれぞれ異なる波長をもつように透過するフィルタ
を装着したことにより、光検出信号に基づいて精密な位
置合わせを行うことができ、また、第２の光源に偏光状
態が異なる２つの波長の光を用い、上記±１次回折光の
干渉で生じた周波数に対する光検知信号の位相を、上記
第２の光源の参照信号と比較することによって位置合わ
せを行うことができるので、マスクとウェハの位置合わ
せを高精度に実現することが可能である。
第１図は本発明による露光装置の第１実施例を示す構成
図、第２図（ａ）、（ｂ）は上記実施例のマスクマーク
をそれぞれ示す図、第３図（ａ）、（ｂ）は上記実施例
のフィルタをそれぞれ示す図、第４図（ａ）、（ｂ）は
上記実施例のウェハマークにおける２つの例をそれぞれ
示す図、第５図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ上記
実施例の動作を説明する図、第６図は本発明の第２実施
例を示す構成図、第７図（ａ）は±１次回折光のそれぞ
れの偏光成分を示す図で、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそ
れぞれフィルタを示す図、第８図は従来の露光装置の構
成を示す図、第９図は露光装置における位置合わせ原理
の説明図、第10図は露光光に対する光学系の説明図、第
11図（ａ）はウェハマークからの反射光をｘ−ｚ断面に
斜影した図、（ｂ）は上記反射光をｙ−ｚ断面に斜影し
た図、第12図は格子を示す図、第13図（ａ）、（ｂ）は
それぞれマスク位置に±１次回折光のパタンを作るため
の説明図、第14図は±１次回折光の干渉を説明する図、
第15図は位相比較の説明図、第16図は基準信号と干渉パ
タン信号の位相差を説明する図である。 １…マスク、２…投影レンズ ３…ウェハ、４…ウェハマーク ８…第１光源の光、10…第２の光源 12…フィルタ、13…光検知器
図、第２図（ａ）、（ｂ）は上記実施例のマスクマーク
をそれぞれ示す図、第３図（ａ）、（ｂ）は上記実施例
のフィルタをそれぞれ示す図、第４図（ａ）、（ｂ）は
上記実施例のウェハマークにおける２つの例をそれぞれ
示す図、第５図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ上記
実施例の動作を説明する図、第６図は本発明の第２実施
例を示す構成図、第７図（ａ）は±１次回折光のそれぞ
れの偏光成分を示す図で、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそ
れぞれフィルタを示す図、第８図は従来の露光装置の構
成を示す図、第９図は露光装置における位置合わせ原理
の説明図、第10図は露光光に対する光学系の説明図、第
11図（ａ）はウェハマークからの反射光をｘ−ｚ断面に
斜影した図、（ｂ）は上記反射光をｙ−ｚ断面に斜影し
た図、第12図は格子を示す図、第13図（ａ）、（ｂ）は
それぞれマスク位置に±１次回折光のパタンを作るため
の説明図、第14図は±１次回折光の干渉を説明する図、
第15図は位相比較の説明図、第16図は基準信号と干渉パ
タン信号の位相差を説明する図である。 １…マスク、２…投影レンズ ３…ウェハ、４…ウェハマーク ８…第１光源の光、10…第２の光源 12…フィルタ、13…光検知器
Claims (6)
- 【請求項１】第１の光源からの光をマスクに照射し、投
影レンズを含む第１の光学系でウェハ上に結像させ、感
光材料に感光させる露光装置において、上記ウェハ上の
格子パタンからなるウェハマークを、格子ピッチ方向に
垂直な方向が、上記投影レンズ中心を通る光軸とウェハ
との交点を向くように配置し、上記第１の光源と異なる
波長の第２の光源からの光を上記ウェハマークに照射
し、ウェハマークからの反射光のうち、±１次回折光が
上記マスク上で横ずれ状態で一部重なるようにし、上記
ウェハマークからの反射光を第２の光学系で光検知器上
に結像させ、上記第２の光学系のフーリエ面に、上記反
射光の±１次回折光だけを取出すフィルタを装着したこ
とを特徴とする露光装置。 - 【請求項２】上記第２の光学系は、上記フィルタを取出
す手段を有し、マスクマークからの光を結像させるよう
にしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載し
た露光装置。 - 【請求項３】上記フィルタは、上記ウェハマークからの
反射光の偏光と直交する偏光方向の偏光子を、±１次回
折光の光路以外の場所に配置したことを特徴とする特許
請求の範囲第１項に記載した露光装置。 - 【請求項４】上記ウェハマークは、２個以上の格子パタ
ンを互いにずらして配置し、上記光検知器で検知したそ
れぞれの格子パタンによる光検知信号の差を、得るため
の手段を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
に記載した露光装置。 - 【請求項５】上記第２の光源は、偏光状態が異なる２つ
の波長で出射し、上記第２光学系のフーリエ面には、ウ
ェハマークからの反射光の±１次回折光だけを取出すと
ともに、上記±１次回折光がそれぞれ異なる波長をもつ
ように透過するフィルタを装着したことを特徴とする特
許請求の範囲第１項に記載した露光装置。 - 【請求項６】上記第２光学系は、上記±１次回折光が干
渉により生じる周波数ν1−ν2からなる光検知信号の位
相を、参照信号の位相と比較する手段を備えたことを特
徴とする特許請求の範囲第５項に記載した露光装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62187744A JP2554091B2 (ja) | 1987-07-29 | 1987-07-29 | 露光装置 |
| US07/224,654 US4857744A (en) | 1987-07-29 | 1988-07-27 | Optical projection printing apparatus wherein wafer mark has a grating pitch in the sagittal plane of the first optical system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62187744A JP2554091B2 (ja) | 1987-07-29 | 1987-07-29 | 露光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6432624A JPS6432624A (en) | 1989-02-02 |
| JP2554091B2 true JP2554091B2 (ja) | 1996-11-13 |
Family
ID=16211437
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62187744A Expired - Lifetime JP2554091B2 (ja) | 1987-07-29 | 1987-07-29 | 露光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2554091B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07120939A (ja) * | 1993-10-28 | 1995-05-12 | Nec Corp | ウェーハ位置決め装置 |
| JP3542864B2 (ja) * | 1995-12-18 | 2004-07-14 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光半導体素子の製造方法 |
-
1987
- 1987-07-29 JP JP62187744A patent/JP2554091B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6432624A (en) | 1989-02-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |