JP2554626B2 - 回折格子による位置合わせ方法および位置合わせ装置 - Google Patents
回折格子による位置合わせ方法および位置合わせ装置Info
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- JP2554626B2 JP2554626B2 JP61098518A JP9851886A JP2554626B2 JP 2554626 B2 JP2554626 B2 JP 2554626B2 JP 61098518 A JP61098518 A JP 61098518A JP 9851886 A JP9851886 A JP 9851886A JP 2554626 B2 JP2554626 B2 JP 2554626B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体ICやLSIを製造するための露光装置
やパタン評価装置等に用いられている位置合わせ方法お
よびその実施に用いる位置合わせ装置に関するものであ
る。
やパタン評価装置等に用いられている位置合わせ方法お
よびその実施に用いる位置合わせ装置に関するものであ
る。
半導体ICやLSIの微細化に伴い、マスクパタンをウェ
ハーに一括して、もしくはステップ・アンド・レピート
方式によって露光転写する装置において、マスクとウェ
ハとを互いに高精度に位置合わせする技術の進展は、不
可欠のものとなっている。
ハーに一括して、もしくはステップ・アンド・レピート
方式によって露光転写する装置において、マスクとウェ
ハとを互いに高精度に位置合わせする技術の進展は、不
可欠のものとなっている。
回折格子を用いて位置合わせを行なう方法として、例
えば、J.Vac.Sci.Technol.,Vol.19,No.4,1981,P.214で
紹介されている２重回折格子法がある。
えば、J.Vac.Sci.Technol.,Vol.19,No.4,1981,P.214で
紹介されている２重回折格子法がある。
第５図（ａ）〜（ｃ）は、この２重回折格子を用いて
位置合わせする装置の一例を示すもので、（ａ）はその
全体の立断面図、（ｂ）は（ａ）と直交する方向から見
た部分立断面図、（ｃ）は位置合わせ用回折格子マーク
を示す拡大図である。第５図において、レーザー光源１
から発したレーザー光は、ミラー２で方向を変えられ、
真空吸着ホルダ３によって保持されるマスク４の上に作
製されたマスクマーク５にその法線方向から入射し、そ
れを通過した後、粗調ステージ６の上の微調ステージ７
の上に保持されるウェハ８に作製されたウェハマーク９
で反射され、再度マスクマーク５を通過する。
位置合わせする装置の一例を示すもので、（ａ）はその
全体の立断面図、（ｂ）は（ａ）と直交する方向から見
た部分立断面図、（ｃ）は位置合わせ用回折格子マーク
を示す拡大図である。第５図において、レーザー光源１
から発したレーザー光は、ミラー２で方向を変えられ、
真空吸着ホルダ３によって保持されるマスク４の上に作
製されたマスクマーク５にその法線方向から入射し、そ
れを通過した後、粗調ステージ６の上の微調ステージ７
の上に保持されるウェハ８に作製されたウェハマーク９
で反射され、再度マスクマーク５を通過する。
マスクマーク５、ウエハマーク９は回折格子パタンで
あり、（ｃ）に示すように、前者は透過形で窒化膜等の
透明薄膜10上にAuやTa等の不透明薄膜11にもり回折格子
パタンを形成したもの、後者は反射形でウェハ８の表面
を段差状にエッチングすることにより回折格子パタンを
形成したものである。
あり、（ｃ）に示すように、前者は透過形で窒化膜等の
透明薄膜10上にAuやTa等の不透明薄膜11にもり回折格子
パタンを形成したもの、後者は反射形でウェハ８の表面
を段差状にエッチングすることにより回折格子パタンを
形成したものである。
これらマスクマーク５およびウェハマーク９により回
折された光のうち、入射光に対して対称的な方向に回折
された＋１次回折光と−１次回折光のみを光電変換器1
2,13で受け、各回折強度I+1,I-1を光電変換し、その減
算強度ΔＩ＝I+1−I-1の変化を検出することによって位
置合わせを行なう。
折された光のうち、入射光に対して対称的な方向に回折
された＋１次回折光と−１次回折光のみを光電変換器1
2,13で受け、各回折強度I+1,I-1を光電変換し、その減
算強度ΔＩ＝I+1−I-1の変化を検出することによって位
置合わせを行なう。
ところが、第５図に示したような、レーザー光を第１
の回折格子すなわちマスクマーク５に垂直に入射する方
法では、マスクマーク５の法線方向から入射させる手
段、すなわちミラー２のような光学部品をマスクマーク
５の形成されている面、すなわち格子面に対して垂直方
向上方に設定する必要があった。したがって、第５図に
示したような位置合わせ装置によりマスク４とウェハ８
とを位置合わせした後、LSI等のマスクパタンをウェハ
面上に露光転写する装置において、マスクマーク５およ
びウェハマーク９をLSI等のパタンからなるチップ内に
配置した場合、パタン転写の際にミラー２が露光領域内
に含まれて露光の妨げとなり、チップ内のパタンの一部
が転写されないという欠点があった。
の回折格子すなわちマスクマーク５に垂直に入射する方
法では、マスクマーク５の法線方向から入射させる手
段、すなわちミラー２のような光学部品をマスクマーク
５の形成されている面、すなわち格子面に対して垂直方
向上方に設定する必要があった。したがって、第５図に
示したような位置合わせ装置によりマスク４とウェハ８
とを位置合わせした後、LSI等のマスクパタンをウェハ
面上に露光転写する装置において、マスクマーク５およ
びウェハマーク９をLSI等のパタンからなるチップ内に
配置した場合、パタン転写の際にミラー２が露光領域内
に含まれて露光の妨げとなり、チップ内のパタンの一部
が転写されないという欠点があった。
このことについて、第６図（ａ）〜（ｃ）を参照して
さらに詳細に説明する。第６図（ａ）は、２重回折格子
を用いて位置合わせしマスクパタンを露光する装置のマ
スク部を示し、（ｂ）は回折格子からなるそのマスクマ
ーク部、（ｃ）は（ｂ）と直交する方向から見たマスク
マーク部を示す。第６図において、14はマスク、14′は
ウェハ、15はミラー、16,17は光電変換器、18は回折格
子からなるマスクマーク、18′は回折格子からなるウェ
ハマーク、斜線で示す領域19はLSIパタン領域、20は露
光光が通過する露光領域であり、LSIパタン領域19に一
致する場合の例を示す。21は入射光、22は＋１次回折
光、23は−１次回折光、24は透明薄膜、25は不透明薄膜
である。また、Ｂ−Ｂ′は回折格子の格子ライン方向、
Ａ−Ａ′は格子ライン方向に垂直な方向で、格子ピッチ
方向と呼ぶ。Ｃ−Ｃ′は回折格子を形成する格子面の法
線方向である。±１次回折光22,23は、マスクマーク18
の格子面の法線方向（Ｃ−Ｃ′方向）に対して回折格子
の格子ピッチ方向（Ａ−Ａ′方向）に、回折格子のピッ
チＰ、および入射光21の波長λで決まる所定の角度ψ＝
sin-1（±2/P）で回折されるので、光電変換器16,17を
露光領域20の外側に配置して回折光22,23を検出可能で
ある。ところが入射光21をマスクマーク18の格子面の法
線方向から入射させるためには、ミラー15を露光領域20
の内側に配置する必要があるため、露光時にLSIパタン
領域19の面上にミラー15の影を生じ、LSIパタン転写の
妨げになる。
さらに詳細に説明する。第６図（ａ）は、２重回折格子
を用いて位置合わせしマスクパタンを露光する装置のマ
スク部を示し、（ｂ）は回折格子からなるそのマスクマ
ーク部、（ｃ）は（ｂ）と直交する方向から見たマスク
マーク部を示す。第６図において、14はマスク、14′は
ウェハ、15はミラー、16,17は光電変換器、18は回折格
子からなるマスクマーク、18′は回折格子からなるウェ
ハマーク、斜線で示す領域19はLSIパタン領域、20は露
光光が通過する露光領域であり、LSIパタン領域19に一
致する場合の例を示す。21は入射光、22は＋１次回折
光、23は−１次回折光、24は透明薄膜、25は不透明薄膜
である。また、Ｂ−Ｂ′は回折格子の格子ライン方向、
Ａ−Ａ′は格子ライン方向に垂直な方向で、格子ピッチ
方向と呼ぶ。Ｃ−Ｃ′は回折格子を形成する格子面の法
線方向である。±１次回折光22,23は、マスクマーク18
の格子面の法線方向（Ｃ−Ｃ′方向）に対して回折格子
の格子ピッチ方向（Ａ−Ａ′方向）に、回折格子のピッ
チＰ、および入射光21の波長λで決まる所定の角度ψ＝
sin-1（±2/P）で回折されるので、光電変換器16,17を
露光領域20の外側に配置して回折光22,23を検出可能で
ある。ところが入射光21をマスクマーク18の格子面の法
線方向から入射させるためには、ミラー15を露光領域20
の内側に配置する必要があるため、露光時にLSIパタン
領域19の面上にミラー15の影を生じ、LSIパタン転写の
妨げになる。
この問題を解決する方法として、ミラー15を露光時に
露光領域外に退避させる方法、あるいは、マスクマーク
18およびウェハマーク18′をLSIパタン領域19外に配置
する方法等があるが、前者では、ミラー15等の光学部品
を精度よく退避させるための機構系、制御系が必要とな
り、装置が複雑化する。あるいは露光時サーボが不可能
なため高精度の位置合わせが難かしいという欠点があっ
た。また、後者の方法においては、例えばステップ・ア
ンド・レピート方式の露光において、マスクマーク18お
よびウェハマーク18′を、LSIパタン領域19外に配置す
る場合、スクライブラインを大きく確保する必要があ
り、チップ収率を低下させる。一方、１ステップ分離れ
たチップのスクライブライン上を利用する方法も考えら
れるが、いずれの場合においてもLSIパタン領域19か
ら、ミラー15の影の影響をなくすためにはマークをかな
り離れた位置に配置しなければならないため、位置合わ
せ精度を劣化させるという欠点があった。
露光領域外に退避させる方法、あるいは、マスクマーク
18およびウェハマーク18′をLSIパタン領域19外に配置
する方法等があるが、前者では、ミラー15等の光学部品
を精度よく退避させるための機構系、制御系が必要とな
り、装置が複雑化する。あるいは露光時サーボが不可能
なため高精度の位置合わせが難かしいという欠点があっ
た。また、後者の方法においては、例えばステップ・ア
ンド・レピート方式の露光において、マスクマーク18お
よびウェハマーク18′を、LSIパタン領域19外に配置す
る場合、スクライブラインを大きく確保する必要があ
り、チップ収率を低下させる。一方、１ステップ分離れ
たチップのスクライブライン上を利用する方法も考えら
れるが、いずれの場合においてもLSIパタン領域19か
ら、ミラー15の影の影響をなくすためにはマークをかな
り離れた位置に配置しなければならないため、位置合わ
せ精度を劣化させるという欠点があった。
上記の問題点を解決するために、特許請求の範囲第１
項に記載の位置合わせ方法、または特許請求の範囲第３
項に記載の位置合わせ装置は、第１の回折格子が設けら
れた第１の物体と第２の回折格子が設けられた第２の物
体とを相対的に位置合わせする方法または装置であっ
て、周波数がわずかに相異なる２つの単色光をヘデロダ
イン干渉させて基準ビート信号を生成するとともに、前
記２つの単色光を、前記第１の回折格子、または第２の
回折格子を形成する面を第１の面とし、前記第１の面の
法線方向と第１の回折格子、または第２の回折格子のラ
イン方向とを含む面を第２の面とし、これら第１の面お
よび第２の面に対して垂直な面を第３の面として、前記
第２の面に対して対称でかつ前記第３の面に含まれない
２方向、あるいは前記第２の面内で前記第１の面の法線
に対して所定の角度ずれた斜め方向から入射させること
により、前記斜め方向、あるいは前記対称な２方向へ出
射される２つの回折光をヘテロダイン干渉させて回折光
ビート信号を生成し、前記基準ビート信号と前記回折光
ビート信号との位相変化に基づいて、前記第１および第
２の物体を相対的に動かして位置合わせすることを特徴
としている。
項に記載の位置合わせ方法、または特許請求の範囲第３
項に記載の位置合わせ装置は、第１の回折格子が設けら
れた第１の物体と第２の回折格子が設けられた第２の物
体とを相対的に位置合わせする方法または装置であっ
て、周波数がわずかに相異なる２つの単色光をヘデロダ
イン干渉させて基準ビート信号を生成するとともに、前
記２つの単色光を、前記第１の回折格子、または第２の
回折格子を形成する面を第１の面とし、前記第１の面の
法線方向と第１の回折格子、または第２の回折格子のラ
イン方向とを含む面を第２の面とし、これら第１の面お
よび第２の面に対して垂直な面を第３の面として、前記
第２の面に対して対称でかつ前記第３の面に含まれない
２方向、あるいは前記第２の面内で前記第１の面の法線
に対して所定の角度ずれた斜め方向から入射させること
により、前記斜め方向、あるいは前記対称な２方向へ出
射される２つの回折光をヘテロダイン干渉させて回折光
ビート信号を生成し、前記基準ビート信号と前記回折光
ビート信号との位相変化に基づいて、前記第１および第
２の物体を相対的に動かして位置合わせすることを特徴
としている。
また、特許請求の範囲第２項に記載の位置合わせ方
法、または特許請求の範囲第４項に記載の位置合わせ装
置は、第１の回折格子が設けられた第１の物体と第２の
回折格子が設けられた第２の物体とを相対的に位置合わ
せする方法または装置であって、周波数がわずかに相異
なる２つの単色光を、前記第１の回折格子、または第２
の回折格子を形成する面を第１の面とし、前記第１の面
の法線方向と第１の回折格子、または第２の回折格子の
ライン方向とを含む面を第２の面とし、これら第１の面
および第２の面に対して垂直な面を第３の面として、前
記第２の面に対して対称でかつ前記第３の面に含まれな
い２方向、あるいは前記第２の面内で前記第１の面の法
線に対して所定の角度ずれた斜め方向から前記第１およ
び第２の回折格子へ入射し、前記第１の回折格子から前
記斜め方向、あるいは前記対称な２方向へ出射される２
つの回折光をヘテロダイン干渉させて第１のビート信号
を生成するとともに、前記第２の回折格子から前記斜め
方向、あるいは前記対称な２方向へ出射される２つの回
折光をヘテロダイン干渉させて第２のビート信号を生成
し、前記第１のビート信号と第２のビート信号との位相
変化に基づいて前記第１および第２の物体を相対的に動
かして位置合わせすることを特徴としている。
法、または特許請求の範囲第４項に記載の位置合わせ装
置は、第１の回折格子が設けられた第１の物体と第２の
回折格子が設けられた第２の物体とを相対的に位置合わ
せする方法または装置であって、周波数がわずかに相異
なる２つの単色光を、前記第１の回折格子、または第２
の回折格子を形成する面を第１の面とし、前記第１の面
の法線方向と第１の回折格子、または第２の回折格子の
ライン方向とを含む面を第２の面とし、これら第１の面
および第２の面に対して垂直な面を第３の面として、前
記第２の面に対して対称でかつ前記第３の面に含まれな
い２方向、あるいは前記第２の面内で前記第１の面の法
線に対して所定の角度ずれた斜め方向から前記第１およ
び第２の回折格子へ入射し、前記第１の回折格子から前
記斜め方向、あるいは前記対称な２方向へ出射される２
つの回折光をヘテロダイン干渉させて第１のビート信号
を生成するとともに、前記第２の回折格子から前記斜め
方向、あるいは前記対称な２方向へ出射される２つの回
折光をヘテロダイン干渉させて第２のビート信号を生成
し、前記第１のビート信号と第２のビート信号との位相
変化に基づいて前記第１および第２の物体を相対的に動
かして位置合わせすることを特徴としている。
上記構成によれば、単色光の斜め入射手段（例えば、
ミラー等の光学部品）、あるいは回折光を検出する回折
光検出手段（例えば、フォトダイオード等の光電変換
器）が、回折格子を含むLSIパタン等のチップ領域を露
光する露光光が通過する露光領域外に配置される。この
ため、露光時に光学部品あるいは光電変換器等が露光の
妨げとなることはなく、また光学部品、光電変換器等を
退避させるための複雑な機構系を必要としない。また、
第１の物体と第２の物体の位置合わせは、基準ビート信
号と回折光ビート信号との位相変化、あるいは、第１の
ビート信号と第２のビート信号との位相変化に基づいて
行われるため、高い精度の位置合わせが可能である。
ミラー等の光学部品）、あるいは回折光を検出する回折
光検出手段（例えば、フォトダイオード等の光電変換
器）が、回折格子を含むLSIパタン等のチップ領域を露
光する露光光が通過する露光領域外に配置される。この
ため、露光時に光学部品あるいは光電変換器等が露光の
妨げとなることはなく、また光学部品、光電変換器等を
退避させるための複雑な機構系を必要としない。また、
第１の物体と第２の物体の位置合わせは、基準ビート信
号と回折光ビート信号との位相変化、あるいは、第１の
ビート信号と第２のビート信号との位相変化に基づいて
行われるため、高い精度の位置合わせが可能である。
以下、第１図ないし第４図を参照して本発明の実施例
を説明する。
を説明する。
第１図は本発明の第１実施例の位置合わせ装置におけ
るマスク部を示したもので、（ａ）はその斜視図、
（ｂ）は回折格子からなるマスクマーク部を格子ライン
方向から見た図、（ｃ）は同じく格子ピッチ方向から見
た図である。第１図において26はマスク、26′はウェ
ハ、27はミラー、28,29は光電変換器、30は回折格子か
らなるマスクマーク、30′は回折格子からなるウェハマ
ーク、斜線で示す31はLSIパタン領域、32は露光領域、3
3は入射光、34は＋１次回折光、35は−１次回折光、36
は透明薄膜、37は不透明薄膜である。また、Ａ−Ａ′は
回折格子のピッチ方向、Ｂ−Ｂ′は回折格子の格子ライ
ン方向、Ｃ−Ｃ′は回折格子の格子面の法線方向であ
る。θはその法線方向Ｃ−Ｃ′に対して入射光33のなす
角度である。
るマスク部を示したもので、（ａ）はその斜視図、
（ｂ）は回折格子からなるマスクマーク部を格子ライン
方向から見た図、（ｃ）は同じく格子ピッチ方向から見
た図である。第１図において26はマスク、26′はウェ
ハ、27はミラー、28,29は光電変換器、30は回折格子か
らなるマスクマーク、30′は回折格子からなるウェハマ
ーク、斜線で示す31はLSIパタン領域、32は露光領域、3
3は入射光、34は＋１次回折光、35は−１次回折光、36
は透明薄膜、37は不透明薄膜である。また、Ａ−Ａ′は
回折格子のピッチ方向、Ｂ−Ｂ′は回折格子の格子ライ
ン方向、Ｃ−Ｃ′は回折格子の格子面の法線方向であ
る。θはその法線方向Ｃ−Ｃ′に対して入射光33のなす
角度である。
この装置においては、入射光33はミラー27によって回
折格子30に斜め入射する。ここで、入射の方向はＢ′O
C′面内で、線分Ａ−Ａ′に垂直、かつ線分Ｃ−Ｃ′と
所定の角度θを有した方向である。すなわち、マスク26
上の回折格子からなるマスクマーク30の格子ピッチ方向
に垂直であり、かつ格子面の法線方向に対して格子ライ
ン方向Ｂ′側に所定の角度θをなす方向である。したが
って、±１次回折光34,35は、第１図（ｃ）に示すよう
に、法線方向Ｃ−Ｃ′を中心に入射光33の方向と反対側
に対称の角度で回折されるものの、第１図（ｂ）に示す
ごとく、回折格子の格子ライン方向Ｂ′側から見た場
合、法線方向Ｃ−Ｃ′を中心に左右対称の１次回折角方
向に回折される。すなわち、回折格子の格子ピッチ方向
の変位に対して、光電変換器28,29によって得られる±
１次回折光34,35のそれぞれの光強度信号の和信号ある
いは差信号を求めることにより、ウェハ26′とマスウ26
との位置合わせを行なうことができる。
折格子30に斜め入射する。ここで、入射の方向はＢ′O
C′面内で、線分Ａ−Ａ′に垂直、かつ線分Ｃ−Ｃ′と
所定の角度θを有した方向である。すなわち、マスク26
上の回折格子からなるマスクマーク30の格子ピッチ方向
に垂直であり、かつ格子面の法線方向に対して格子ライ
ン方向Ｂ′側に所定の角度θをなす方向である。したが
って、±１次回折光34,35は、第１図（ｃ）に示すよう
に、法線方向Ｃ−Ｃ′を中心に入射光33の方向と反対側
に対称の角度で回折されるものの、第１図（ｂ）に示す
ごとく、回折格子の格子ライン方向Ｂ′側から見た場
合、法線方向Ｃ−Ｃ′を中心に左右対称の１次回折角方
向に回折される。すなわち、回折格子の格子ピッチ方向
の変位に対して、光電変換器28,29によって得られる±
１次回折光34,35のそれぞれの光強度信号の和信号ある
いは差信号を求めることにより、ウェハ26′とマスウ26
との位置合わせを行なうことができる。
一方、入射方向を決定するミラー27、および光電変換
器28,29は、入射方向および回折方向が回折格子マーク3
0に対して垂直な方向Ｃ−Ｃ′と所定の角度θ、あるい
は１次回折角度を有しているため、露光光が通過する露
光領域32の領域外に配置することができ、回折格子マー
ク30をLSI等のパタン領域31内に形成しても、ミラー2
7、光電変換器28,29が露光の妨げにならない。したがっ
て、回折格子マーク30をLSIパタン領域31に近接して配
置でき、パタン領域31外にマーク30を形成して位置合わ
せを行なう方法よりも、より高精度の位置合わせが可能
となる。また、ミラー27、光電変換器28,29等を露光時
に露光の妨げとならないように退避できるよう機構制御
系が不要であり、検出光学系および機構制御系を簡素化
でき、LSIパタン領域31内に複数の回折格子マークを形
成して、x,yの変位の他、マスクの回転補正等の高度の
位置合わせを行なう場合においても、検出光学系、機構
制御系を容易に構成することが可能である。
器28,29は、入射方向および回折方向が回折格子マーク3
0に対して垂直な方向Ｃ−Ｃ′と所定の角度θ、あるい
は１次回折角度を有しているため、露光光が通過する露
光領域32の領域外に配置することができ、回折格子マー
ク30をLSI等のパタン領域31内に形成しても、ミラー2
7、光電変換器28,29が露光の妨げにならない。したがっ
て、回折格子マーク30をLSIパタン領域31に近接して配
置でき、パタン領域31外にマーク30を形成して位置合わ
せを行なう方法よりも、より高精度の位置合わせが可能
となる。また、ミラー27、光電変換器28,29等を露光時
に露光の妨げとならないように退避できるよう機構制御
系が不要であり、検出光学系および機構制御系を簡素化
でき、LSIパタン領域31内に複数の回折格子マークを形
成して、x,yの変位の他、マスクの回転補正等の高度の
位置合わせを行なう場合においても、検出光学系、機構
制御系を容易に構成することが可能である。
第２図は本発明の第２実施例を示すもので、第１実施
例とは入射光、および回折光の向きが異なる。第２図に
おいて、38,39は波長が互いにわずかに異なった入射
光、40,41はミラー、42は回折格子マーク30からの光折
光であり、入射光38,39の回折光の合成光である。合成
回折光42を光電変換器43により検出することによりヘテ
ロダイン干渉によるビート信号が得られ、回折格子マー
ク30あるいは30′の変位に対応したビート信号の移送変
化を利用して位置合わせを行なうことができる。
例とは入射光、および回折光の向きが異なる。第２図に
おいて、38,39は波長が互いにわずかに異なった入射
光、40,41はミラー、42は回折格子マーク30からの光折
光であり、入射光38,39の回折光の合成光である。合成
回折光42を光電変換器43により検出することによりヘテ
ロダイン干渉によるビート信号が得られ、回折格子マー
ク30あるいは30′の変位に対応したビート信号の移送変
化を利用して位置合わせを行なうことができる。
第３図は本発明の第３実施例を示すもので、１対の回
折格子を用いた位置合わせ装置の一例として、半導体IC
やLSIを製造するためのＸ線露光装置の構成の概略を示
す。第３図において、44は周波数が互いにわずかに異な
り、偏光面方向が互いに直交する２波長の光を発する２
波長直交偏向レーザー光源、45はビームスプリッター、
46,46′は集光レンズ、47,47′,47″,47はミラー、48
は偏光ビームスプリッター、49,49′は光検出器、50は
信号処理制御部、51はマスクステージ、52はマスク、53
は透過型回折格子、54は反射型回折格子、55はウェハ、
56はウェハステージ、78,78′は偏光板である。上記の
マスクステージ51およびウェハステージ56は、マスク52
およびウェハ55を相対的に動かす移動テーブルを構成し
ている。
折格子を用いた位置合わせ装置の一例として、半導体IC
やLSIを製造するためのＸ線露光装置の構成の概略を示
す。第３図において、44は周波数が互いにわずかに異な
り、偏光面方向が互いに直交する２波長の光を発する２
波長直交偏向レーザー光源、45はビームスプリッター、
46,46′は集光レンズ、47,47′,47″,47はミラー、48
は偏光ビームスプリッター、49,49′は光検出器、50は
信号処理制御部、51はマスクステージ、52はマスク、53
は透過型回折格子、54は反射型回折格子、55はウェハ、
56はウェハステージ、78,78′は偏光板である。上記の
マスクステージ51およびウェハステージ56は、マスク52
およびウェハ55を相対的に動かす移動テーブルを構成し
ている。
この第３図に示す装置においては、２波長直交偏光レ
ーザー光源44から発した光の一部を、ビームスプリッタ
45を介して取り出し、集光レンズ46、偏光板78を通して
光検出器49でヘテロダイン干渉させて検出し基準ビート
信号として信号処理制御部50に入力する。一方、２波長
直交偏光レーザー光源44から発した光は、ビームスプリ
ッタ45を介して偏光ビームスプリッタ48に入る。偏光ビ
ームスプリッタ48により、それぞれ水平成分あるいは垂
直成分のみを有する直線偏光でしかも周波数がわずかに
異なる２波長の光に分割され、それぞれミラー47,47″,
47を介して所定の入射角で透過型回折格子53、および
反射型回折格子54に入射する。ここでミラー47″,47
の向きを調整することにより、入射角を所定値に調整で
きる。回折格子53,54から得られた所望の回折光をミラ
ー47′、集光レンズ46′、偏光板78′を介して光検出器
49′によりヘテロダイン干渉させて検出し、回折光ビー
ト信号として信号処理制御部50に入力する。信号処理制
御部50では、基準ビート信号と回折光ビート信号との位
相差を検出し、位相差が０゜になるようにマスクステー
ジ51、およびウェハステージ56を制御し、マスク面上の
パタンがウェハ面上の所定の位置に精度よく重なって露
光できるようにマスク52とウェハ55との間の精密な位置
合わせを行なう。
ーザー光源44から発した光の一部を、ビームスプリッタ
45を介して取り出し、集光レンズ46、偏光板78を通して
光検出器49でヘテロダイン干渉させて検出し基準ビート
信号として信号処理制御部50に入力する。一方、２波長
直交偏光レーザー光源44から発した光は、ビームスプリ
ッタ45を介して偏光ビームスプリッタ48に入る。偏光ビ
ームスプリッタ48により、それぞれ水平成分あるいは垂
直成分のみを有する直線偏光でしかも周波数がわずかに
異なる２波長の光に分割され、それぞれミラー47,47″,
47を介して所定の入射角で透過型回折格子53、および
反射型回折格子54に入射する。ここでミラー47″,47
の向きを調整することにより、入射角を所定値に調整で
きる。回折格子53,54から得られた所望の回折光をミラ
ー47′、集光レンズ46′、偏光板78′を介して光検出器
49′によりヘテロダイン干渉させて検出し、回折光ビー
ト信号として信号処理制御部50に入力する。信号処理制
御部50では、基準ビート信号と回折光ビート信号との位
相差を検出し、位相差が０゜になるようにマスクステー
ジ51、およびウェハステージ56を制御し、マスク面上の
パタンがウェハ面上の所定の位置に精度よく重なって露
光できるようにマスク52とウェハ55との間の精密な位置
合わせを行なう。
ここで、ミラー47′、集光レンズ46′を介して光検出
器49′で検出する回折格子53,54からの回折光の方向
は、回折格子53,54のピッチ方向（Ａ−Ａ′方向）に対
して垂直であり、かつ回折格子53,54の格子方向（Ｂ−
Ｂ′方向）に対して所定の角度を有している。また、回
折格子53,54に入射する、偏光ビームスプリッター48に
よって分離された周波数が互いにわずかに異なる２つの
光は、それぞれ回折格子53,54で回折され、ミラー4
7′、集光レンズ46′、光検出器49′からなる光路上
で、それぞれの回折光が光学的に合成されるように入射
角を設定する。したがって、マスク52上のパタンをウェ
ハ55面上に転写するＸ線の空間的な領域すなわちＸ線露
光領域外にミラー47′,47″,47を設定でき、位置合わ
せのためのアライメント光学系とＸ線の露光光学系を完
全に分離することができ、ミラー47′,47″,47等の移
動機構系が不要となる。また、回折格子を露光領域内に
配置できるために高精度の位置合わせが可能となる。
器49′で検出する回折格子53,54からの回折光の方向
は、回折格子53,54のピッチ方向（Ａ−Ａ′方向）に対
して垂直であり、かつ回折格子53,54の格子方向（Ｂ−
Ｂ′方向）に対して所定の角度を有している。また、回
折格子53,54に入射する、偏光ビームスプリッター48に
よって分離された周波数が互いにわずかに異なる２つの
光は、それぞれ回折格子53,54で回折され、ミラー4
7′、集光レンズ46′、光検出器49′からなる光路上
で、それぞれの回折光が光学的に合成されるように入射
角を設定する。したがって、マスク52上のパタンをウェ
ハ55面上に転写するＸ線の空間的な領域すなわちＸ線露
光領域外にミラー47′,47″,47を設定でき、位置合わ
せのためのアライメント光学系とＸ線の露光光学系を完
全に分離することができ、ミラー47′,47″,47等の移
動機構系が不要となる。また、回折格子を露光領域内に
配置できるために高精度の位置合わせが可能となる。
第４図は、本発明の第４実施例の位置合わせ装置の回
折格子部を示した図である。第４図において、57,58は
波長が互いにわずかに異なった入射光、59は入射光のス
ポット形状、60は単色光入射・回折光取り出し窓、61は
回折格子からなるマスクマーク、62は回折格子からなる
ウェハマーク、63はマスク、64はウェハ、65,66は合成
回折光である。
折格子部を示した図である。第４図において、57,58は
波長が互いにわずかに異なった入射光、59は入射光のス
ポット形状、60は単色光入射・回折光取り出し窓、61は
回折格子からなるマスクマーク、62は回折格子からなる
ウェハマーク、63はマスク、64はウェハ、65,66は合成
回折光である。
第４図において、入射光57,58の入射方向は第２図で
示す方向と同じであり、回折格子を形成する面の法線方
向Ｃ−Ｃ′に対し、格子ライン方向Ｂ−Ｂ′のＢ側に角
度θ、およびBOC′面に対して左右対称に角度±１次回
折角だけ傾いた方向である。そして、回折格子61,62の
格子ピッチを等しくし、回折格子62の鉛直方向上方のマ
スク部に前記窓60を設け、回折格子62と回折格子62に対
してＢ−Ｂ′方向のＢ′側に平行にずらして形成されて
いる回折格子61を入射光57,58の同一ビームに配置する
ことにより、入射光57,58に対する回折格子61,62からの
それぞれの−１次回折光は、回折格子61,62を形成する
面の法線方向Ｃ−Ｃ′対して格子ライン方向（Ｂ−Ｂ′
方向）のＢ′側に角度θの方向で合成され、それぞれ合
成回折光65,66となる。したがって、合成回折光65,66を
光電変換器（第１のビート信号生成手段、第２のビート
信号生成手段）によってそれぞれ検出することにより、
２つのヘテロダイン干渉によるビート信号が得られ、回
折格子61と62のＡ−Ａ′方向の相対変位に対応した、両
ビート信号の位相差変化を利用して位置合わせを行なう
ことができる。
示す方向と同じであり、回折格子を形成する面の法線方
向Ｃ−Ｃ′に対し、格子ライン方向Ｂ−Ｂ′のＢ側に角
度θ、およびBOC′面に対して左右対称に角度±１次回
折角だけ傾いた方向である。そして、回折格子61,62の
格子ピッチを等しくし、回折格子62の鉛直方向上方のマ
スク部に前記窓60を設け、回折格子62と回折格子62に対
してＢ−Ｂ′方向のＢ′側に平行にずらして形成されて
いる回折格子61を入射光57,58の同一ビームに配置する
ことにより、入射光57,58に対する回折格子61,62からの
それぞれの−１次回折光は、回折格子61,62を形成する
面の法線方向Ｃ−Ｃ′対して格子ライン方向（Ｂ−Ｂ′
方向）のＢ′側に角度θの方向で合成され、それぞれ合
成回折光65,66となる。したがって、合成回折光65,66を
光電変換器（第１のビート信号生成手段、第２のビート
信号生成手段）によってそれぞれ検出することにより、
２つのヘテロダイン干渉によるビート信号が得られ、回
折格子61と62のＡ−Ａ′方向の相対変位に対応した、両
ビート信号の位相差変化を利用して位置合わせを行なう
ことができる。
なお、第３および第４実施例において、第３図および
第４図に示す構成では、回折格子へ２方向から光を入射
し、１方向への回折光を検出するようにしたが、第１実
施例（第１図参照）と第２実施例（第２図参照）との関
係から明らかなように、回折格子へ１方向から光を入射
し、２方向への回折光をそれぞれ検出するように構成し
てもよいことは、言うまでもない。
第４図に示す構成では、回折格子へ２方向から光を入射
し、１方向への回折光を検出するようにしたが、第１実
施例（第１図参照）と第２実施例（第２図参照）との関
係から明らかなように、回折格子へ１方向から光を入射
し、２方向への回折光をそれぞれ検出するように構成し
てもよいことは、言うまでもない。
以上で詳細に説明したように、本発明によれば、回折
格子に対して単色光を斜め方向から入射させ、あるいは
斜め方向において回折光を検出するようにしたので、回
折格子の格子面に対して垂直方向にミラーあるいは光電
変換器等の入射方向の設定のための、あるいは回折光検
出のための光学部品等を設定する必要がない。したがっ
て、回折格子面に垂直方向上方に空間的な制約、たとえ
ばＸ線露光におけるＸ線の通過する領域（すなわち露光
領域）が存在する場合に適用すれば、上記の光学部品等
が露光の妨げになることがなく、また上記の光学部品等
を退避させるための複雑な機構系を何等必要とせず、極
めて有効である。さらに、第１の物体と第２の物体の位
置合わせは、基準ビート信号と回折光ビート信号との位
相変化、あるいは、第１のビート信号と第２のビート信
号との位相変化に基づいて行われるため、高い精度で位
置合わせを行うことができる。なお、本発明は、位置合
わせのみならず、ある物体の微小変位を測定する装置、
座標位置検出および制御装置等にも適用することができ
る。
格子に対して単色光を斜め方向から入射させ、あるいは
斜め方向において回折光を検出するようにしたので、回
折格子の格子面に対して垂直方向にミラーあるいは光電
変換器等の入射方向の設定のための、あるいは回折光検
出のための光学部品等を設定する必要がない。したがっ
て、回折格子面に垂直方向上方に空間的な制約、たとえ
ばＸ線露光におけるＸ線の通過する領域（すなわち露光
領域）が存在する場合に適用すれば、上記の光学部品等
が露光の妨げになることがなく、また上記の光学部品等
を退避させるための複雑な機構系を何等必要とせず、極
めて有効である。さらに、第１の物体と第２の物体の位
置合わせは、基準ビート信号と回折光ビート信号との位
相変化、あるいは、第１のビート信号と第２のビート信
号との位相変化に基づいて行われるため、高い精度で位
置合わせを行うことができる。なお、本発明は、位置合
わせのみならず、ある物体の微小変位を測定する装置、
座標位置検出および制御装置等にも適用することができ
る。
第１図ないし第４図は本発明の実施例を示す図である。
第１図は第１実施例の位置合わせ装置のマスク部の構成
を示す図であって、このうち（ａ）は斜視図、（ｂ），
（ｃ）はそれぞれＢ′−Ｂ方向、Ａ−Ａ′方向から見た
マスクマーク部の拡大図である。第２図は第２実施例の
位置合わせ装置のマスク部の構成を示す図であって、こ
のうち（ａ）は斜視図、（ｂ），（ｃ）はそれぞれＢ′
−Ｂ方向、Ａ−Ａ′方向から見たマスクマーク部の拡大
図である。第３図は第３実施例の位置合わせ装置の全体
概略構成を示す斜視図、第４図は第４実施例の位置合わ
せ装置の回折格子部を示す斜視図である。 第５図および第６図は２重回折格子を利用した従来の位
置合わせ装置を示すもので、第５図（ａ）は全体立断面
図、第５図（ｂ）は（ａ）と直交する方向から見た部分
立断面図、第５図（ｃ）は位置合わせ用回折格子マーク
を示す拡大図、第６図（ａ）はマスク部の構成を示す斜
視図、第６図（ｂ），（ｃ）はそれぞれＢ′−Ｂ方向、
Ａ−Ａ′方向から見たマスクマーク部の拡大図である。 26,52,63……マスク（第１の物体）、 26′,55,64……ウエハ（第２の物体）、 30,61……マスクマーク（第１の回折格子）、 30′,62……ウェハマーク（第２の回折格子） 53……透過型回折格子（第１の回折格子）、 54……反射型回折格子（第２の回折格子）、 27,40,41,47″,47……ミラー（入射角調整手段）、 28,29,43……光電変換器、 49……光検出器（基準ビート信号生成手段）、 49′……光検出器（回折光ビート信号生成手段）、 33,38,39,57,58……入射光、 34,35,42,65,66……回折光、 44……光源、 50……信号処理制御部（信号処理制御手段）、 51……マスクステージ、 56……ウェハステージ。
第１図は第１実施例の位置合わせ装置のマスク部の構成
を示す図であって、このうち（ａ）は斜視図、（ｂ），
（ｃ）はそれぞれＢ′−Ｂ方向、Ａ−Ａ′方向から見た
マスクマーク部の拡大図である。第２図は第２実施例の
位置合わせ装置のマスク部の構成を示す図であって、こ
のうち（ａ）は斜視図、（ｂ），（ｃ）はそれぞれＢ′
−Ｂ方向、Ａ−Ａ′方向から見たマスクマーク部の拡大
図である。第３図は第３実施例の位置合わせ装置の全体
概略構成を示す斜視図、第４図は第４実施例の位置合わ
せ装置の回折格子部を示す斜視図である。 第５図および第６図は２重回折格子を利用した従来の位
置合わせ装置を示すもので、第５図（ａ）は全体立断面
図、第５図（ｂ）は（ａ）と直交する方向から見た部分
立断面図、第５図（ｃ）は位置合わせ用回折格子マーク
を示す拡大図、第６図（ａ）はマスク部の構成を示す斜
視図、第６図（ｂ），（ｃ）はそれぞれＢ′−Ｂ方向、
Ａ−Ａ′方向から見たマスクマーク部の拡大図である。 26,52,63……マスク（第１の物体）、 26′,55,64……ウエハ（第２の物体）、 30,61……マスクマーク（第１の回折格子）、 30′,62……ウェハマーク（第２の回折格子） 53……透過型回折格子（第１の回折格子）、 54……反射型回折格子（第２の回折格子）、 27,40,41,47″,47……ミラー（入射角調整手段）、 28,29,43……光電変換器、 49……光検出器（基準ビート信号生成手段）、 49′……光検出器（回折光ビート信号生成手段）、 33,38,39,57,58……入射光、 34,35,42,65,66……回折光、 44……光源、 50……信号処理制御部（信号処理制御手段）、 51……マスクステージ、 56……ウェハステージ。
Claims (4)
- 【請求項１】第１の回折格子が設けられた第１の物体と
第２の回折格子が設けられた第２の物体とを相対的に位
置合わせする方法であって、 周波数がわずかに相異なる２つの単色光をヘデロダイン
干渉させて基準ビート信号を生成するとともに、 前記２つの単色光を、前記第１の回折格子、または第２
の回折格子を形成する面を第１の面とし、前記第１の面
の法線方向と第１の回折格子、または第２の回折格子の
ライン方向とを含む面を第２の面とし、これら第１の面
および第２の面に対して垂直な面を第３の面として、前
記第２の面に対して対称でかつ前記第３の面に含まれな
い２方向、あるいは前記第２の面内で前記第１の面の法
線に対して所定の角度ずれた斜め方向から入射させるこ
とにより、前記斜め方向、あるいは前記対称な２方向へ
出射される２つの回折光をヘテロダイン干渉させて回折
光ビート信号を生成し、 前記基準ビート信号と前記回折光ビート信号との位相変
化に基づいて、前記第１および第２の物体を相対的に動
かして位置合わせすることを特徴とする回折格子による
位置合わせ方法。 - 【請求項２】第１の回折格子が設けられた第１の物体と
第２の回折格子が設けられた第２の物体とを相対的に位
置合わせする方法であって、 周波数がわずかに相異なる２つの単色光を、前記第１の
回折格子、または第２の回折格子を形成する面を第１の
面とし、前記第１の面の法線方向と第１の回折格子、ま
たは第２の回折格子のライン方向とを含む面を第２の面
とし、これら第１の面および第２の面に対して垂直な面
を第３の面として、前記第２の面に対して対称でかつ前
記第３の面に含まれない２方向、あるいは前記第２の面
内で前記第１の面の法線に対して所定の角度ずれた斜め
方向から前記第１および第２の回折格子へ入射し、前記
第１の回折格子から前記斜め方向、あるいは前記対称な
２方向へ出射される２つの回折光をヘテロダイン干渉さ
せて第１のビート信号を生成するとともに、前記第２の
回折格子から前記斜め方向、あるいは前記対称な２方向
へ出射される２つの回折光をヘテロダイン干渉させて第
２のビート信号を生成し、 前記第１のビート信号と第２のビート信号との位相変化
に基づいて前記第１および第２の物体を相対的に動かし
て位置合わせすることを特徴とする回折格子による位置
合わせ方法。 - 【請求項３】第１の回折格子が設けられた第１の物体と
第２の回折格子が設けられた第２の物体とを相対的に位
置合わせする装置であって、 制御信号に応じて前記第１の物体と前記第２の物体とを
相対的に動かす移動テーブルと、 周波数がわずかに相異なる２つの単色光を発する光源
と、 前記２つの単色光をヘテロダイン干渉させて基準ビート
信号を生成する基準ビート信号生成手段と、 前記２つの単色光を、前記第１の回折格子、または第２
の回折格子を形成する面を第１の面とし、前記第１の面
の法線方向と第１の回折格子、または第２の回折格子の
ライン方向とを含む面を第２の面とし、これら第１の面
および第２の面に対して垂直な面を第３の面として、前
記第２の面に対して対称でかつ前記第３の面に含まれな
い２方向、あるいは前記第２の面内で前記第１の面の法
線に対して所定の角度ずれた斜め方向から入射させる入
射角調整手段と、 前記斜め方向、あるいは前記対称な２方向へ出射される
２つの回折光をヘテロダイン干渉させて回折光ビート信
号を生成する回折光ビート信号生成手段と、 前記基準ビート信号と前記回折光ビート信号との位相変
化に基づいて、前記移動テーブルに前記制御信号を送出
し、前記第１および第２の物体を相対的に動かして位置
合わせする信号処理制御手段と を具備してなることを特徴とする回折格子による位置合
わせ装置。 - 【請求項４】第１の回折格子が設けられた第１の物体と
第２の回折格子が設けられた第２の物体とを相対的に位
置合わせする装置であって、 制御信号に応じて前記第１の物体と前記第２の物体とを
相対的に動かす移動テーブルと、 周波数がわずかに相異なる２つの単色光を、前記第１の
回折格子、または第２の回折格子を形成する面を第１の
面とし、前記第１の面の法線方向と第１の回折格子、ま
たは第２の回折格子のライン方向とを含む面を第２の面
とし、これら第１の面および第２の面に対して垂直な面
を第３の面として、前記第２の面に対して対称でかつ前
記第３の面に含まれない２方向、あるいは前記第２の面
内で前記第１の面の法線に対して所定の角度ずれた斜め
方向から前記第１および第２の面へ入射させる入射角調
整手段と、 前記第１の回折格子から前記斜め方向、あるいは前記対
称な２方向へ出射される２つの回折光をヘテロダイン干
渉させて第１のビート信号を生成する第１のビート信号
生成手段と、 前記第２の回折格子から前記斜め方向、あるいは前記対
称な２方向へ出射される２つの回折光をヘテロダイン干
渉させて第２のビート信号を生成する第２のビート信号
生成手段と を具備し、前記第１のビート信号と前記第２のビート信
号との位相変化に基づいて、前記移動テーブルに前記制
御信号を送出し、前記第１および第２の物体を相対的に
動かして位置合わせすることを特徴とする回折格子によ
る位置合わせ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61098518A JP2554626B2 (ja) | 1986-04-28 | 1986-04-28 | 回折格子による位置合わせ方法および位置合わせ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61098518A JP2554626B2 (ja) | 1986-04-28 | 1986-04-28 | 回折格子による位置合わせ方法および位置合わせ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62255803A JPS62255803A (ja) | 1987-11-07 |
| JP2554626B2 true JP2554626B2 (ja) | 1996-11-13 |
Family
ID=14221870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61098518A Expired - Fee Related JP2554626B2 (ja) | 1986-04-28 | 1986-04-28 | 回折格子による位置合わせ方法および位置合わせ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2554626B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2629948B2 (ja) * | 1989-03-03 | 1997-07-16 | キヤノン株式会社 | エンコーダー |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5938521B2 (ja) * | 1979-10-26 | 1984-09-18 | 日本電信電話株式会社 | 微小変位測定および位置合わせ装置 |
| JPS59188920A (ja) * | 1983-04-11 | 1984-10-26 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ２重回折格子によるギヤツプ・位置合せ制御法 |
-
1986
- 1986-04-28 JP JP61098518A patent/JP2554626B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62255803A (ja) | 1987-11-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |