JP2704002B2 - 位置検出方法 - Google Patents
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- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
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- G—PHYSICS
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は位置検出、例えば、プロキシミテイ型半導体
製造装置に於けるマスクとウエハの相対的位置ずれ検出
方法に関するものである。
製造装置に於けるマスクとウエハの相対的位置ずれ検出
方法に関するものである。
従来より半導体製造用の露光装置においては、マスク
とウエハの相対的な位置合わせは性能向上を図る為の重
要な一要素となっている。特に最近の露光装置における
位置合わせにおいては、半導体素子の高集積化の為に、
例えばサブミクロン以下の位置合わせ精度を有するもの
が要求されている。
とウエハの相対的な位置合わせは性能向上を図る為の重
要な一要素となっている。特に最近の露光装置における
位置合わせにおいては、半導体素子の高集積化の為に、
例えばサブミクロン以下の位置合わせ精度を有するもの
が要求されている。
多くの位置合わせ装置においては、マスク及びウエハ
面上に位置合わせ用の所謂アライメントパターンを設
け、それらより得られる位置情報を利用して、双方のア
ライメントを行っている。このときのアライメント方法
としては、例えば双方のアライメントパターンのずれ量
を画像処理を行うことにより検出したり、又は米国特許
第4037969号や特開昭56−157033号公報で提案されてい
るようにアライメントパターンとしてゾーンプレートを
用い該ゾーンプレートに光束を照射し、このときゾーン
プレートから射出した光束の所定面上における集光点位
置を検出すること等により行っている。
面上に位置合わせ用の所謂アライメントパターンを設
け、それらより得られる位置情報を利用して、双方のア
ライメントを行っている。このときのアライメント方法
としては、例えば双方のアライメントパターンのずれ量
を画像処理を行うことにより検出したり、又は米国特許
第4037969号や特開昭56−157033号公報で提案されてい
るようにアライメントパターンとしてゾーンプレートを
用い該ゾーンプレートに光束を照射し、このときゾーン
プレートから射出した光束の所定面上における集光点位
置を検出すること等により行っている。
上記位置合わせ装置においては、相対的な位置ずれ量
を求める際にマスクとウエハ面上に設けたゾーンプレー
トからの光を評価すべき所定面上に独立に結像させて各
々基準とする位置からのずれ量を求めている。
を求める際にマスクとウエハ面上に設けたゾーンプレー
トからの光を評価すべき所定面上に独立に結像させて各
々基準とする位置からのずれ量を求めている。
この場合、ゾーンプレートからの直接像をそのまま評
価したのでは相対的な位置ずれ量に対する所定面上の動
きが同程度で小さい為、高精度の位置合わせを行うに
は、例えば所定面上の動きを拡大する拡大系等を必要と
した。
価したのでは相対的な位置ずれ量に対する所定面上の動
きが同程度で小さい為、高精度の位置合わせを行うに
は、例えば所定面上の動きを拡大する拡大系等を必要と
した。
しかしながら仮りに拡大系を設けても、その組立精度
の影響や位置合わせにおける変動の影響により、所定面
上における光量のずれ量を高精度に検出することが難し
い等の問題があった。
の影響や位置合わせにおける変動の影響により、所定面
上における光量のずれ量を高精度に検出することが難し
い等の問題があった。
本発明は拡大系等を用いずに、位置ずれ量に対する所
定面上の像の動き量の倍率を大きく設定可能な位置検出
方法を提供する。
定面上の像の動き量の倍率を大きく設定可能な位置検出
方法を提供する。
本発明は特に、位置ずれを量に対する所定面上の像の
動き量の倍率を大きく設定可能であり、かつ光評価面の
設置精度の許容度を大きくする位置検出方法を提供する
事を第１の目的とする。
動き量の倍率を大きく設定可能であり、かつ光評価面の
設置精度の許容度を大きくする位置検出方法を提供する
事を第１の目的とする。
本発明の他の目的は後述する本発明の実施例の説明の
中で明らかになるであろう。
中で明らかになるであろう。
本願発明は、相対位置ずれを検出すべき第一及び第二
物体上にそれぞれレンズ作用を有する物理光学素子を設
け、第一あるいは第二物体に光束を照射し、照射光束が
第一及び第二物体上の前記物理光学素子によりレンズ作
用を受けて発生する前記相対位置ずれに対して異なった
動きをする検出用２光束の間隔を検出して前記相対位置
ずれを検出する際に、前記第一物体上の所定位置に較正
用物理光学素子を配置し、該物理学光学素子に光束を照
射して生じる較正用２光束の間隔を検出して、前記検出
用２光束の間隔と前記較正用２光束の間隔を用いて、前
記相対位置ずれを決定することを特徴とする。
物体上にそれぞれレンズ作用を有する物理光学素子を設
け、第一あるいは第二物体に光束を照射し、照射光束が
第一及び第二物体上の前記物理光学素子によりレンズ作
用を受けて発生する前記相対位置ずれに対して異なった
動きをする検出用２光束の間隔を検出して前記相対位置
ずれを検出する際に、前記第一物体上の所定位置に較正
用物理光学素子を配置し、該物理学光学素子に光束を照
射して生じる較正用２光束の間隔を検出して、前記検出
用２光束の間隔と前記較正用２光束の間隔を用いて、前
記相対位置ずれを決定することを特徴とする。
ここで本説明中における物理光学素子とは、光学レン
ズやフレネルゾーンプレート等のグレーテイングレンズ
などを言うものとする。
ズやフレネルゾーンプレート等のグレーテイングレンズ
などを言うものとする。
以下、本発明の実施例を説明する。
第１図（Ａ）は本発明の第１実施例に係る半導体露光
装置の構成概略図、第１図（Ｂ）は同概略斜視図、第１
図（Ｃ）は同マスク、ウエハ周辺部説明図である。図
中、１は第１の物体で例えばマスク、２は第２の物体で
例えばウエハ、5,3は各々第１の信号光を得る為のアラ
イメントマークであり、各々1,2の上に設けてある。同
様に6,4は各々第２の信号光を得る為のアライメントマ
ークであり、同じく各々1,2の上に設けてある。各アラ
イメントマーク3,4,5,6は１次元または２次元のレンズ
作用のある物理光学素子の機能を有している。7,8は前
述の第１及び第２のアライメント信号光束を示す。各ア
ライメントマーク3,4と5,6は、例えば１次元であるいは
２次元のフレネルゾーンプレート等のグレーテイングレ
ンズより成り、それぞれマスク１面上とウエハ２面上の
スクライブライン10,9上に設けられている。
装置の構成概略図、第１図（Ｂ）は同概略斜視図、第１
図（Ｃ）は同マスク、ウエハ周辺部説明図である。図
中、１は第１の物体で例えばマスク、２は第２の物体で
例えばウエハ、5,3は各々第１の信号光を得る為のアラ
イメントマークであり、各々1,2の上に設けてある。同
様に6,4は各々第２の信号光を得る為のアライメントマ
ークであり、同じく各々1,2の上に設けてある。各アラ
イメントマーク3,4,5,6は１次元または２次元のレンズ
作用のある物理光学素子の機能を有している。7,8は前
述の第１及び第２のアライメント信号光束を示す。各ア
ライメントマーク3,4と5,6は、例えば１次元であるいは
２次元のフレネルゾーンプレート等のグレーテイングレ
ンズより成り、それぞれマスク１面上とウエハ２面上の
スクライブライン10,9上に設けられている。
13は光源、14はコリメータレンズ（またはビーム径変
換レンズ）15は投射光束折り曲げミラー、16はピツクア
ツプ筺体、17はウエハステージ、18は位置ずれ信号処理
部、19はウエハステージ駆動制御部であり、Ｅは露光光
束幅を示す。21は受光レンズ（第１図（Ｂ）以外は略し
た）、22は１次元CCDよりなるセンサである。センサ22
の各受光素子は第１図（Ａ）では位置検出方向であるｘ
方向に配列されている。光束7aは光源13から出射し、レ
ンズ系14により所定のビーム径にコリメートされ、ミラ
ー15で光路を曲げられている。
換レンズ）15は投射光束折り曲げミラー、16はピツクア
ツプ筺体、17はウエハステージ、18は位置ずれ信号処理
部、19はウエハステージ駆動制御部であり、Ｅは露光光
束幅を示す。21は受光レンズ（第１図（Ｂ）以外は略し
た）、22は１次元CCDよりなるセンサである。センサ22
の各受光素子は第１図（Ａ）では位置検出方向であるｘ
方向に配列されている。光束7aは光源13から出射し、レ
ンズ系14により所定のビーム径にコリメートされ、ミラ
ー15で光路を曲げられている。
本実施例において、光源の種類としては半導体レーザ
ー、He−Neレーザー、Arレーザー等のコヒーレント光束
を放射する光源や、発光ダイオード等の非コヒーレント
光束を放射する光源等である。
ー、He−Neレーザー、Arレーザー等のコヒーレント光束
を放射する光源や、発光ダイオード等の非コヒーレント
光束を放射する光源等である。
尚第１図（Ｂ）に示す様にアライメントマーク5,6は
位置P1以外にP2,P3,P4にも設けられており、それぞれの
位置に対し上述のアライメントマーク3,4や他のピツク
アツプ筺体16内部材も各々別設されている（不図示）。
位置P1以外にP2,P3,P4にも設けられており、それぞれの
位置に対し上述のアライメントマーク3,4や他のピツク
アツプ筺体16内部材も各々別設されている（不図示）。
本説明では適宜上位値P1についてのみ説明する。
本実施例では光束7aは各々マスク１面上のアライメン
トマーク5,6に所定の角度で入射した後、透過回折し、
更にウエハ２面のアライメントマーク3,4で反射回折し
た高速7,8を受光レンズ21で集光されてセンサ22の受光
面上に入射している。そして、センサ22からの信号を受
けた信号処理装置23でセンサ22で該センサ面上に入射し
たアライメント光束のセンサ面内での重心位置を検出
し、該センサ22からの出力信号を利用して信号処理部18
でマスク１とウエハ２についてｘ方向の位置ずれ検出を
行っている。この検出結果に応じて位置ずれ信号処理部
18が指令信号を発し、駆動制御部19がウエハステージ17
を移動させて位置合わせを行う。
トマーク5,6に所定の角度で入射した後、透過回折し、
更にウエハ２面のアライメントマーク3,4で反射回折し
た高速7,8を受光レンズ21で集光されてセンサ22の受光
面上に入射している。そして、センサ22からの信号を受
けた信号処理装置23でセンサ22で該センサ面上に入射し
たアライメント光束のセンサ面内での重心位置を検出
し、該センサ22からの出力信号を利用して信号処理部18
でマスク１とウエハ２についてｘ方向の位置ずれ検出を
行っている。この検出結果に応じて位置ずれ信号処理部
18が指令信号を発し、駆動制御部19がウエハステージ17
を移動させて位置合わせを行う。
ここで光束の重心とは光束断面内において、断面内各
点のその点からの位置ベクトルにその点の光強度の乗算
したものを断面全面で積分したときに積分値が０ベクト
ルになる点のことであるが、別な例として光強度がピー
クとなる点の位置を検出してもよい。
点のその点からの位置ベクトルにその点の光強度の乗算
したものを断面全面で積分したときに積分値が０ベクト
ルになる点のことであるが、別な例として光強度がピー
クとなる点の位置を検出してもよい。
次に本実施例における位置ずれ検出の原理について説
明する。
明する。
第２図は本実施例の位置ずれ検出の原理を説明する為
の光路概略図である。本図ではアライメントマーク3,4
は説明の便宜上、反射型ではなく透過型のグレーテイン
グレンズとして示してある。センサ22の受光面の物体２
からの光学的な距離を説明の便宜上同じ値Ｌとする。更
に物体１と物体２の距離をδ，アライメントマーク５及
び６の焦点距離を各々fa1,fa2とし、物体１と物体２の
ｘ方向相対位置ずれ量をεとし、その時の第１及び第２
の信号光束重心の合致状態からの変位量を各々S1,S2と
する。尚、物体１に入射するアライメント光束は便宜上
平面波とし、符合は図中に示す通りとする。
の光路概略図である。本図ではアライメントマーク3,4
は説明の便宜上、反射型ではなく透過型のグレーテイン
グレンズとして示してある。センサ22の受光面の物体２
からの光学的な距離を説明の便宜上同じ値Ｌとする。更
に物体１と物体２の距離をδ，アライメントマーク５及
び６の焦点距離を各々fa1,fa2とし、物体１と物体２の
ｘ方向相対位置ずれ量をεとし、その時の第１及び第２
の信号光束重心の合致状態からの変位量を各々S1,S2と
する。尚、物体１に入射するアライメント光束は便宜上
平面波とし、符合は図中に示す通りとする。
図に示す様に、ここではアライメント光束７は凸レン
ズ作用を有するアライメントマーク５で集光作用を受
け、凹レンズ作用を有するアライメントマーク３で発散
作用を受けてセンサ22の受光面上に集光する光束であ
る。又、アライメント光束８は凹レンズ作用を有するア
ライメントマーク６で発散作用を受け、凸レンズ作用を
有するアライメントマーク４で集光作用を受けてセンサ
22の受光面上に集光する光束である。
ズ作用を有するアライメントマーク５で集光作用を受
け、凹レンズ作用を有するアライメントマーク３で発散
作用を受けてセンサ22の受光面上に集光する光束であ
る。又、アライメント光束８は凹レンズ作用を有するア
ライメントマーク６で発散作用を受け、凸レンズ作用を
有するアライメントマーク４で集光作用を受けてセンサ
22の受光面上に集光する光束である。
今マスク１とウエハ２とが位置ずれのない状態ではア
ライメントマーク５と３、及び６と４の光軸位置のｘ座
標が、第２図の２点鎖線上に位置するものとすると、位
置ずれのない場合の光束7,8のセンサ22受光面上の入射
点のｘ方向位置はそれぞれ、図面２点鎖線とセンサ22受
光面との交差位置である。ここで第２図の様にマスク１
に対してウエハ２がｘ方向にε（＜０）だけ位置ずれを
おこしたとすると、光学系中の１つの要素が光軸と垂直
な方向に動いた、いわゆる光軸ずれをおこしたのと同様
の状態になり、ウエハから出射する光束7,8の主光線の
出射角が変動し、センサ22受光面上でのｘ方向入射位置
も２点鎖線上からずれる。
ライメントマーク５と３、及び６と４の光軸位置のｘ座
標が、第２図の２点鎖線上に位置するものとすると、位
置ずれのない場合の光束7,8のセンサ22受光面上の入射
点のｘ方向位置はそれぞれ、図面２点鎖線とセンサ22受
光面との交差位置である。ここで第２図の様にマスク１
に対してウエハ２がｘ方向にε（＜０）だけ位置ずれを
おこしたとすると、光学系中の１つの要素が光軸と垂直
な方向に動いた、いわゆる光軸ずれをおこしたのと同様
の状態になり、ウエハから出射する光束7,8の主光線の
出射角が変動し、センサ22受光面上でのｘ方向入射位置
も２点鎖線上からずれる。
信号光束重心の変位値S1及びS2はアライメントマーク
５及び６の焦点F1,F2とアライメントマーク3,4の光軸位
置を結ぶ直線と、センサ22の受光面との交点として幾何
学的に求められる。従って、物体１と物体２の相対位置
ずれに対して各信号光束重心の変位置S1,S2は第２図よ
り明らかな様にアライメントマーク3,4の光学的な結像
倍率の符合を互いに逆とすることで逆方向となる。ま
た、定量的には と表わせ、ずれ倍率はβ１＝S1/ε，β２＝S2/εと定義
できる。従って、ずれ倍率を逆符合とすると、物体１と
物体２のずれに対して、光束7,8は検出部11,12の受光面
で逆方向に、具体的にはそれぞれS1,S2だけ変化する。
５及び６の焦点F1,F2とアライメントマーク3,4の光軸位
置を結ぶ直線と、センサ22の受光面との交点として幾何
学的に求められる。従って、物体１と物体２の相対位置
ずれに対して各信号光束重心の変位置S1,S2は第２図よ
り明らかな様にアライメントマーク3,4の光学的な結像
倍率の符合を互いに逆とすることで逆方向となる。ま
た、定量的には と表わせ、ずれ倍率はβ１＝S1/ε，β２＝S2/εと定義
できる。従って、ずれ倍率を逆符合とすると、物体１と
物体２のずれに対して、光束7,8は検出部11,12の受光面
で逆方向に、具体的にはそれぞれS1,S2だけ変化する。
第２図の上側にはアライメントマーク５で入射束を集
光光束とし、その集光点F1に至る前にアライメントマー
ク３に光束に照射し、これに更に第１の検出部11に結像
させているアライメントマーク３の焦点距離fb1はレン
ズの式 を満たす様に定められる。同様に第２図の下側にはアラ
イメントマーク６により入射光束を入射側の点であるF2
より発散する光束に変え、これをアライメントマーク４
を介して第２の検出部12に結像させるアライメントマー
ク４の焦点距離fb2は を満たす様に定められる。以上の構成条件でアライメン
トマーク５の点像に対する、アライメントマーク３の結
像倍率は図より明らかに正の倍率であり、物体２の移動
εと検出部11の光点変位量S1の方向は逆となり、先に定
義したずれ倍率β１は負となる。同様にアライメントマ
ーク６の点像（虚像）に対するアライメントマーク４の
結像倍率は負であり、物体２の移動εと検出部12上の光
点変位量S2の方向は同方向で、ずれ倍率β２は正とな
る。従って、物体１と物体２の相対ずれεに対してアラ
イメントマーク5,3の系と6.4の系の信号光束ずれS1,S2
は互いに逆方向となる。
光光束とし、その集光点F1に至る前にアライメントマー
ク３に光束に照射し、これに更に第１の検出部11に結像
させているアライメントマーク３の焦点距離fb1はレン
ズの式 を満たす様に定められる。同様に第２図の下側にはアラ
イメントマーク６により入射光束を入射側の点であるF2
より発散する光束に変え、これをアライメントマーク４
を介して第２の検出部12に結像させるアライメントマー
ク４の焦点距離fb2は を満たす様に定められる。以上の構成条件でアライメン
トマーク５の点像に対する、アライメントマーク３の結
像倍率は図より明らかに正の倍率であり、物体２の移動
εと検出部11の光点変位量S1の方向は逆となり、先に定
義したずれ倍率β１は負となる。同様にアライメントマ
ーク６の点像（虚像）に対するアライメントマーク４の
結像倍率は負であり、物体２の移動εと検出部12上の光
点変位量S2の方向は同方向で、ずれ倍率β２は正とな
る。従って、物体１と物体２の相対ずれεに対してアラ
イメントマーク5,3の系と6.4の系の信号光束ずれS1,S2
は互いに逆方向となる。
即ち第２図の配置においてマスク１を空間的に固定
し、ウエハ２を図面下側に変位させた状態を考えるとセ
ンサ22上でのスポットの光束重心位置間隔Ｄは合致状態
でのスポットの光束重心位置間隔D1より広がり、逆に図
面上側に変位させると狭まる様に変化する。従ってセン
サ22により光束7,8の光束重心位置間隔Ｄを求め、あら
かじめ求められているD1の値との差を検出する事によっ
てマスク１とウエハ２とのずれ量εが求められる。ここ
でＤとεとの関係は（ａ）式により以下の様になる。
し、ウエハ２を図面下側に変位させた状態を考えるとセ
ンサ22上でのスポットの光束重心位置間隔Ｄは合致状態
でのスポットの光束重心位置間隔D1より広がり、逆に図
面上側に変位させると狭まる様に変化する。従ってセン
サ22により光束7,8の光束重心位置間隔Ｄを求め、あら
かじめ求められているD1の値との差を検出する事によっ
てマスク１とウエハ２とのずれ量εが求められる。ここ
でＤとεとの関係は（ａ）式により以下の様になる。
この（ｂ）式にＤを代入してεを求める。
ここで実用的な数値例について説明する。
アライメントマーク3,4,5,6は各々異なった値の焦点
距離を有するフレネルゾーンプレート（又はグレーテイ
ングレンズ）より成っている。これらのマークの寸法は
各々スクライブライン９及び10の方向に50〜300μｍ、
スクライブライン幅方向（ｙ方向）に20〜100μｍが実
用的に適当なサイズである。
距離を有するフレネルゾーンプレート（又はグレーテイ
ングレンズ）より成っている。これらのマークの寸法は
各々スクライブライン９及び10の方向に50〜300μｍ、
スクライブライン幅方向（ｙ方向）に20〜100μｍが実
用的に適当なサイズである。
本実施例においては光束7aは、マスク１に対して入射
角約17.5゜で、マスク１面への射影成分がスクライブラ
イン方向（ｘ方向）に直交するように入射している。
角約17.5゜で、マスク１面への射影成分がスクライブラ
イン方向（ｘ方向）に直交するように入射している。
これらの所定角度でマスク１に入射した投射光束7a,8
はグレーテイングレンズ5,6のレンズ作用を受けて収
束、又は発散光となり、マスク１からその主光線がマス
ク１の法線に対して所定角度になるように出射してい
る。
はグレーテイングレンズ5,6のレンズ作用を受けて収
束、又は発散光となり、マスク１からその主光線がマス
ク１の法線に対して所定角度になるように出射してい
る。
そして、アライメントマーク５及び６を透過回折した
光束７と８は各々ウエハ面２の鉛直下方、鉛直上方の所
定点に集光点、発散原点をもつ。このときのアライメン
トマーク５と６の焦点距離は各々214.723,−156.57μｍ
である。又、マスク１とウエハ２との間隔は30μｍであ
る。第１信号光束７はアライメントマーク５で透過回折
し、ウエハ２面上のアライメントマーク３で凹レンズ作
用を受け、センサ22面上の一点に集光している。このと
き、センサ22面上へは光束がこの光束の入射位置の変動
量がアライメントマーク5,3のｘ方向における位置ずれ
量、即ち軸ずれ量に対応し、かつその量が拡大された状
態となって入射する。この結果、入射光束の重心位置の
変動がセンサ22で検出される。
光束７と８は各々ウエハ面２の鉛直下方、鉛直上方の所
定点に集光点、発散原点をもつ。このときのアライメン
トマーク５と６の焦点距離は各々214.723,−156.57μｍ
である。又、マスク１とウエハ２との間隔は30μｍであ
る。第１信号光束７はアライメントマーク５で透過回折
し、ウエハ２面上のアライメントマーク３で凹レンズ作
用を受け、センサ22面上の一点に集光している。このと
き、センサ22面上へは光束がこの光束の入射位置の変動
量がアライメントマーク5,3のｘ方向における位置ずれ
量、即ち軸ずれ量に対応し、かつその量が拡大された状
態となって入射する。この結果、入射光束の重心位置の
変動がセンサ22で検出される。
又、第２信号光束８はアライメントマーク６で透過回
折し、ウエハ２面上のアライメントマーク４で結像点で
のスポット位置を第１信号光束と異なる方向に移動せし
める様に反射回折されてセンサ22面上の一点に集光す
る。光束８も７同様、入射位置の変動量は軸ずれ量に対
応し、かつ拡大された状態になっている。また７及び８
の回折方位は、入射光側の７゜〜13゜程度が適当であ
る。
折し、ウエハ２面上のアライメントマーク４で結像点で
のスポット位置を第１信号光束と異なる方向に移動せし
める様に反射回折されてセンサ22面上の一点に集光す
る。光束８も７同様、入射位置の変動量は軸ずれ量に対
応し、かつ拡大された状態になっている。また７及び８
の回折方位は、入射光側の７゜〜13゜程度が適当であ
る。
この時、光束7,8の集光するセンサ22の受光面の位置
をウエハ面から18.657mmあるいは受光レンズ21を介し
て、ここと等価な位置とすると、各々のずれ倍率（＝セ
ンサ上光束重心位置間隔変化／マスクウエハずれ量）の
絶対値が100倍で方向が逆方向に設定でき合成で200倍と
なる。これにより、マスク１とウエハ２がｘ方向に0.00
5μｍずれると、２つの光束の重心位置間隔、即ちスポ
ツト間隔が１μｍ変化する。このスポツト間隔を検出し
てマスク１とウエハ２との位置ずれを検出する。この
時、センサ面のスポツト径はアライメントマークのレン
ズとしての有効径を200μｍ程度で、光源として0.8μｍ
帯の半導体レーザーを用いたとすると、略々200μｍ程
度にそれぞれ設定可能であり、通常の処理技術を用いて
これを判定することは可能である。
をウエハ面から18.657mmあるいは受光レンズ21を介し
て、ここと等価な位置とすると、各々のずれ倍率（＝セ
ンサ上光束重心位置間隔変化／マスクウエハずれ量）の
絶対値が100倍で方向が逆方向に設定でき合成で200倍と
なる。これにより、マスク１とウエハ２がｘ方向に0.00
5μｍずれると、２つの光束の重心位置間隔、即ちスポ
ツト間隔が１μｍ変化する。このスポツト間隔を検出し
てマスク１とウエハ２との位置ずれを検出する。この
時、センサ面のスポツト径はアライメントマークのレン
ズとしての有効径を200μｍ程度で、光源として0.8μｍ
帯の半導体レーザーを用いたとすると、略々200μｍ程
度にそれぞれ設定可能であり、通常の処理技術を用いて
これを判定することは可能である。
また合致状態に於ける２つのスポツト間隔を、例えば
2.0mm程度に設定しておくのが適当である。
2.0mm程度に設定しておくのが適当である。
ここで、アライメントマーク5,6の中心間隔を100μ
ｍ、ウエハ・センサ間隔Ｌを18.657mmとし、合致状態の
オフセツト（即ち絶対値）を精度0.01μｍで設定する場
合は簡単な幾何計算で約19.6μｍの精度でＬを定める必
要がある。またマスク・ウエハずれ3.0μｍの状態で精
度0.003μｍで計測する為には、ずれ倍率の設定精度は
0.1％以下であり、これはＬの設定精度として約18.5μ
ｍ以内に定めなければならないこととなる。しかしなが
ら、一般にセンサはセラミツクパツケージ等に実装し、
これを検出光学系筺体に固定することとなるが、これは
通常の手法でこの機械精度を得るのは手間がかかる。
ｍ、ウエハ・センサ間隔Ｌを18.657mmとし、合致状態の
オフセツト（即ち絶対値）を精度0.01μｍで設定する場
合は簡単な幾何計算で約19.6μｍの精度でＬを定める必
要がある。またマスク・ウエハずれ3.0μｍの状態で精
度0.003μｍで計測する為には、ずれ倍率の設定精度は
0.1％以下であり、これはＬの設定精度として約18.5μ
ｍ以内に定めなければならないこととなる。しかしなが
ら、一般にセンサはセラミツクパツケージ等に実装し、
これを検出光学系筺体に固定することとなるが、これは
通常の手法でこの機械精度を得るのは手間がかかる。
従って本発明では、前述の系に於ける第１物体即ちこ
こではマスク上に物理光学素子を５′,6′を設け、これ
に検出光学系より光束7aを照射し、前記物理光学素子の
みで検出系のセンサ上に、被位置合わせ物体が合致状態
の際に生じる回折光と、マスク面からの主光線の出射角
と間隔とが等しい回折光７′及び８′を生じる特性を持
たせる様にしている。即ち第１図（Ｂ）の合致状態に於
ける７及び８の光束とこの先に位置する設計値で定める
ところのセンサ位置との交点に向かう光束と主光線出射
角及び間隔が等しい光束７′及び８′を出射する様な物
理光学素子５′及び６′を設計すれば良い。
こではマスク上に物理光学素子を５′,6′を設け、これ
に検出光学系より光束7aを照射し、前記物理光学素子の
みで検出系のセンサ上に、被位置合わせ物体が合致状態
の際に生じる回折光と、マスク面からの主光線の出射角
と間隔とが等しい回折光７′及び８′を生じる特性を持
たせる様にしている。即ち第１図（Ｂ）の合致状態に於
ける７及び８の光束とこの先に位置する設計値で定める
ところのセンサ位置との交点に向かう光束と主光線出射
角及び間隔が等しい光束７′及び８′を出射する様な物
理光学素子５′及び６′を設計すれば良い。
第３図（Ａ）にこの時の装置の状態の概略を第３図
（Ｂ）に物理光学素子５′,6′の近傍の概略を示す。そ
してこの時得られたセンサ上の2Spot間隔を計測してこ
の値を絶対基準、即ち前述のD1として基準間隔値設定を
行う。あるいはまたこの時の値とD1の設計値とを比較し
て前に設定した基準間隔値を較正する。
（Ｂ）に物理光学素子５′,6′の近傍の概略を示す。そ
してこの時得られたセンサ上の2Spot間隔を計測してこ
の値を絶対基準、即ち前述のD1として基準間隔値設定を
行う。あるいはまたこの時の値とD1の設計値とを比較し
て前に設定した基準間隔値を較正する。
また、倍率設定あるいは較正は以下の手順で行う。
第３図（Ｃ）に示す様に、前述のマスクからの等価回
折光束７′,8′のセンサ面に対する出射角（ｘ軸への射
影成分）をQ1及びQ2とする。設計値で組み立てられた時
のセンサ信号εD0、本実施例の較正方法で得られた信号
をＤとし、 ΔＤ≡Ｄ−D0 とすると、センサの設定誤差ΔＬは ΔＬ＝ΔD/（tanθ１＋tanθ２） となる。従って Ｌ′＝Ｌ＋ΔＬ で定められるＬ′を（ｂ）式にあてはめ、εの係数であ
るずれ倍率が定められる。
折光束７′,8′のセンサ面に対する出射角（ｘ軸への射
影成分）をQ1及びQ2とする。設計値で組み立てられた時
のセンサ信号εD0、本実施例の較正方法で得られた信号
をＤとし、 ΔＤ≡Ｄ−D0 とすると、センサの設定誤差ΔＬは ΔＬ＝ΔD/（tanθ１＋tanθ２） となる。従って Ｌ′＝Ｌ＋ΔＬ で定められるＬ′を（ｂ）式にあてはめ、εの係数であ
るずれ倍率が定められる。
尚、便宜上受光系として光学系を介在させないものと
して説明したが途中に光学系を介在させた場合もセンサ
位置変化に対するセンサ信号間隔変化を別途同様の幾何
学計算で容易に求められる。この実施例では簡単の為、
物理光学素子５′,6′の特性として合致状態の回折光を
生じるものとしたが、この所望なずれ状態のものであっ
ても良い。例えばマスクウエハずれ５μｍの状態の時の
２光束と同じ出射角、間隔の主光線を持つ２光束であっ
ても（ｂ）式を用いてD1あるいは倍率設定あるいは較正
が可能である。
して説明したが途中に光学系を介在させた場合もセンサ
位置変化に対するセンサ信号間隔変化を別途同様の幾何
学計算で容易に求められる。この実施例では簡単の為、
物理光学素子５′,6′の特性として合致状態の回折光を
生じるものとしたが、この所望なずれ状態のものであっ
ても良い。例えばマスクウエハずれ５μｍの状態の時の
２光束と同じ出射角、間隔の主光線を持つ２光束であっ
ても（ｂ）式を用いてD1あるいは倍率設定あるいは較正
が可能である。
設定あるいは較正時にはピツクアツプ筺体16をこの設
定較正用物理光学素子５′,6′を照明かつ光検出可能な
位置まで移動させる。移動精度は設定、較正値が変化し
ない程度に充分高くしておく。第２の実施例を第４図
（Ａ），（Ｂ）を用いて説明する。
定較正用物理光学素子５′,6′を照明かつ光検出可能な
位置まで移動させる。移動精度は設定、較正値が変化し
ない程度に充分高くしておく。第２の実施例を第４図
（Ａ），（Ｂ）を用いて説明する。
第４図（Ａ）は第２実施例を説明する為の装置状態の
概略図、第４図（Ｂ）は同物理光学素子３″,4″,5″,
6″近傍の該略図である。図中、３″,4″,5″,6″は物
理光学素子、７″,8″は基準間隔値設定あるいは較正用
光束、２′は反射鏡である。
概略図、第４図（Ｂ）は同物理光学素子３″,4″,5″,
6″近傍の該略図である。図中、３″,4″,5″,6″は物
理光学素子、７″,8″は基準間隔値設定あるいは較正用
光束、２′は反射鏡である。
本実施例の場合、マスク面上に物理光学素子３′,
4′,5′,6′を設け、且つこの下にパターンのない平面
鏡２′を間隔ｌだけ隔てて対向させ、検出光学系より照
射する光束の内、物理光学素子５′,6′を透過回折し、
次に平面鏡２′にて正反射され、更に物理光学素子
３′,4′を透過回折されて検出系のセンサ上に至る光路
を設定する。そして上述の物理光学素子３′,4′,5′,
6′の特性として、上記配置に於いて検出系のセンサ22
上に被位置合わせ物体（ここではマスクとウエハ）が合
致状態の時の回折光7,8と、マスク面からの主光線の出
射角及び間隔が等しい回折光７′,8′を発生する様に設
計されている。
4′,5′,6′を設け、且つこの下にパターンのない平面
鏡２′を間隔ｌだけ隔てて対向させ、検出光学系より照
射する光束の内、物理光学素子５′,6′を透過回折し、
次に平面鏡２′にて正反射され、更に物理光学素子
３′,4′を透過回折されて検出系のセンサ上に至る光路
を設定する。そして上述の物理光学素子３′,4′,5′,
6′の特性として、上記配置に於いて検出系のセンサ22
上に被位置合わせ物体（ここではマスクとウエハ）が合
致状態の時の回折光7,8と、マスク面からの主光線の出
射角及び間隔が等しい回折光７′,8′を発生する様に設
計されている。
従って前述の実施例の様にして、センサ22上の２つの
スポットの間隔を計測し、この値を用いて絶対値D1設定
あるいは較正又、倍率の設定あるいは較正が行える。上
述の物理光学素子３′,4′,5′,6′は、露光転写すべき
回路パターンと同様な高精度な描画位置精度で作成可能
であり、本発明に用いる検出原理方式にて説明したレン
ズの中心位置の設定は例えば0.01μｍ程度が期待でき
る。また、物理光学素子３′,4′,5′,6′の特性は本発
明の目的である位置ずれ検出系の較正の為にはセンサ面
上の２スポットのサイズ等を所望の値とする条件を満足
すれば良く、従って物理光学素子３′,4′の出射側のNA
を位置ずれ検出時用物理光学素子3,4のそれと同程度の
値とすれば良い。即ち物理光学素子３′,4′,5′,6′の
焦点距離は任意で良いことになる。但し、マスク１′と
平面鏡２′の間隔ｌの設計値に対する許容度が大きくで
きる様に、１組の物理光学素子の片方を直接格子（即ち
焦点距離無限大）とし、他方を前述のセンサウエハ間距
離Ｌに今回のマスク平面鏡間隔ｌを考慮した値を焦点距
離とグレーテイングレンズとしても良い。即ち５′ある
いは６′が直線格子で３′,4′をレンズとする場合は焦
点距離をＬ−ｌとし、逆に３′,4′を直線格子で５′,
6′をレンズとする場合は焦点距離をＬ＋ｌとすれば良
い。無論いずれの場合も５′,6′は投射光束を最も有効
に利用できる方向に偏向する特性を持たせることが好ま
しい。また当然のこととして物理光学素子３′,4′,
5′,6′の焦点距離の組み合わせは上記値以外でもよ
く、数mm程度の組み合わせに於いては平面鏡２′を設定
する精度内であれば充分満足しうる。更に第４図（Ｂ）
に示す物理光学素子３′,4′,5′,6′の配列関係は特に
これに限定されるものではなく３′と５′,4′と６′を
入れかえたものでも良い。又、前述実施例同様２光束
７′,8′はマスク、ウエハが所定のずれ量を有している
時の２光束7,8と同じマスクからの出射角及び間隔の主
光線を持つものであってもよい。
スポットの間隔を計測し、この値を用いて絶対値D1設定
あるいは較正又、倍率の設定あるいは較正が行える。上
述の物理光学素子３′,4′,5′,6′は、露光転写すべき
回路パターンと同様な高精度な描画位置精度で作成可能
であり、本発明に用いる検出原理方式にて説明したレン
ズの中心位置の設定は例えば0.01μｍ程度が期待でき
る。また、物理光学素子３′,4′,5′,6′の特性は本発
明の目的である位置ずれ検出系の較正の為にはセンサ面
上の２スポットのサイズ等を所望の値とする条件を満足
すれば良く、従って物理光学素子３′,4′の出射側のNA
を位置ずれ検出時用物理光学素子3,4のそれと同程度の
値とすれば良い。即ち物理光学素子３′,4′,5′,6′の
焦点距離は任意で良いことになる。但し、マスク１′と
平面鏡２′の間隔ｌの設計値に対する許容度が大きくで
きる様に、１組の物理光学素子の片方を直接格子（即ち
焦点距離無限大）とし、他方を前述のセンサウエハ間距
離Ｌに今回のマスク平面鏡間隔ｌを考慮した値を焦点距
離とグレーテイングレンズとしても良い。即ち５′ある
いは６′が直線格子で３′,4′をレンズとする場合は焦
点距離をＬ−ｌとし、逆に３′,4′を直線格子で５′,
6′をレンズとする場合は焦点距離をＬ＋ｌとすれば良
い。無論いずれの場合も５′,6′は投射光束を最も有効
に利用できる方向に偏向する特性を持たせることが好ま
しい。また当然のこととして物理光学素子３′,4′,
5′,6′の焦点距離の組み合わせは上記値以外でもよ
く、数mm程度の組み合わせに於いては平面鏡２′を設定
する精度内であれば充分満足しうる。更に第４図（Ｂ）
に示す物理光学素子３′,4′,5′,6′の配列関係は特に
これに限定されるものではなく３′と５′,4′と６′を
入れかえたものでも良い。又、前述実施例同様２光束
７′,8′はマスク、ウエハが所定のずれ量を有している
時の２光束7,8と同じマスクからの出射角及び間隔の主
光線を持つものであってもよい。
また物理光学素子５′,6′あるいは３″,4″,5″,6″
は低次の回折次数を用いることが他の不用回折光のセン
サ22への入射量が少なくできる点で好ましいが、光の数
値列の如く斜め方向17.5゜で入射させ、反射回折光とし
て入射方向側の７゜あるいはβ゜程度の方向に１次反射
光を得るのは回折角として30゜近くなる為物理光学素子
の輪帯幅の少なくなる点で製作上困難さを伴なう為必要
により２次あるいは３次の回折光を用いても良い。
は低次の回折次数を用いることが他の不用回折光のセン
サ22への入射量が少なくできる点で好ましいが、光の数
値列の如く斜め方向17.5゜で入射させ、反射回折光とし
て入射方向側の７゜あるいはβ゜程度の方向に１次反射
光を得るのは回折角として30゜近くなる為物理光学素子
の輪帯幅の少なくなる点で製作上困難さを伴なう為必要
により２次あるいは３次の回折光を用いても良い。
更に、この物理光学素子５′,6′あるいは３″,4″,
5″,6″はこの様に露光用マスクの周辺部に作成しても
良いし、第５図に示す様に別の基準間隔値設定あるいは
較正の時だけ装置に設置される専用マスク１′上に設け
ても、あるいはまた例えばウエハ上に作成しても、又適
切なサイズにまとめてウエハステージ上あるいはその近
傍で検出光学系からの投射光束が照射できる位置に設定
しても良い 〔発明の効果〕 以上本発明によればマスクとウエハとの相対位置ずれ
量を拡大して検出する事が可能であり、かつ光評価面の
設置精度の許容度を大きくできる。
5″,6″はこの様に露光用マスクの周辺部に作成しても
良いし、第５図に示す様に別の基準間隔値設定あるいは
較正の時だけ装置に設置される専用マスク１′上に設け
ても、あるいはまた例えばウエハ上に作成しても、又適
切なサイズにまとめてウエハステージ上あるいはその近
傍で検出光学系からの投射光束が照射できる位置に設定
しても良い 〔発明の効果〕 以上本発明によればマスクとウエハとの相対位置ずれ
量を拡大して検出する事が可能であり、かつ光評価面の
設置精度の許容度を大きくできる。
第１図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は本発明の第１実施例の
装置のそれぞれ構成概略図、概略斜視図、マスク，ウエ
ハ周辺部説明図、 第２図は同実施例の位置ずれ検出の原理を説明する為の
光路概略図、 第３図（Ａ），（Ｂ）は同実施例の基準間隔値設定ある
いは較正時の、それぞれ装置状態概略図、物理光学素子
近傍概略図、 第３図（Ｃ）は倍率設定あるいは較正原理説明図、 第４図（Ａ），（Ｂ）は本発明の第２実施例における基
準間隔値設定、あるいは較正時のそれぞれ装置状態概略
図、物理光学素子近傍概略図、 第５図は本発明の他の実施例における基準間隔値設定あ
るいは較正時の装置状態概略図である。 図中、 1;マスク、 2;ウエハ、 3,4,5,6;物理光学素子、 13;光源、 22;センサ である。
装置のそれぞれ構成概略図、概略斜視図、マスク，ウエ
ハ周辺部説明図、 第２図は同実施例の位置ずれ検出の原理を説明する為の
光路概略図、 第３図（Ａ），（Ｂ）は同実施例の基準間隔値設定ある
いは較正時の、それぞれ装置状態概略図、物理光学素子
近傍概略図、 第３図（Ｃ）は倍率設定あるいは較正原理説明図、 第４図（Ａ），（Ｂ）は本発明の第２実施例における基
準間隔値設定、あるいは較正時のそれぞれ装置状態概略
図、物理光学素子近傍概略図、 第５図は本発明の他の実施例における基準間隔値設定あ
るいは較正時の装置状態概略図である。 図中、 1;マスク、 2;ウエハ、 3,4,5,6;物理光学素子、 13;光源、 22;センサ である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１１
Claims (1)
- 【請求項１】相対位置ずれを検出すべき第一及び第二物
体上にそれぞれレンズ作用を有する物理光学素子を設
け、第一あるいは第二物体に光束を照射し、照射光束が
第一及び第二物体上の前記物理光学素子によりレンズ作
用を受けて発生する前記相対位置ずれに対して異なった
動きをする検出用２光束の間隔を検出して前記相対位置
ずれを検出する際に、前記第一物体上の所定位置に較正
用物理光学素子を配置し、該物理学光学素子に光束を照
射して生じる較正用２光束の間隔を検出して、前記検出
用２光束の間隔と前記較正用２光束の間隔を用いて、前
記相対位置ずれを決定することを特徴とする位置検出方
法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1186937A JP2704002B2 (ja) | 1989-07-18 | 1989-07-18 | 位置検出方法 |
| US07/553,315 US5114235A (en) | 1989-07-18 | 1990-07-17 | Method of detecting positional deviation |
| EP90307816A EP0409573B1 (en) | 1989-07-18 | 1990-07-17 | Method of detecting positional deviation |
| DE69013428T DE69013428T2 (de) | 1989-07-18 | 1990-07-17 | Verfahren zum Feststellen von Lageabweichungen. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1186937A JP2704002B2 (ja) | 1989-07-18 | 1989-07-18 | 位置検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0348706A JPH0348706A (ja) | 1991-03-01 |
| JP2704002B2 true JP2704002B2 (ja) | 1998-01-26 |
Family
ID=16197331
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1186937A Expired - Fee Related JP2704002B2 (ja) | 1989-07-18 | 1989-07-18 | 位置検出方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5114235A (ja) |
| EP (1) | EP0409573B1 (ja) |
| JP (1) | JP2704002B2 (ja) |
| DE (1) | DE69013428T2 (ja) |
Families Citing this family (29)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5294980A (en) * | 1988-03-24 | 1994-03-15 | Canon Kabushiki Kaisha | Positioning detecting method and apparatus |
| US5235408A (en) * | 1988-09-05 | 1993-08-10 | Canon Kabushiki Kaisha | Position detecting method and apparatus |
| DE69128164T2 (de) * | 1990-05-01 | 1998-04-02 | Canon K.K., Tokio/Tokyo | Verfahren und Apparat zur Detektion von Lageabweichungen |
| US5200800A (en) * | 1990-05-01 | 1993-04-06 | Canon Kabushiki Kaisha | Position detecting method and apparatus |
| JPH0540013A (ja) * | 1991-08-05 | 1993-02-19 | Canon Inc | ずれ測定方法及びこの方法を用いた露光装置 |
| US5495336A (en) * | 1992-02-04 | 1996-02-27 | Canon Kabushiki Kaisha | Position detecting method for detecting a positional relationship between a first object and a second object |
| JP3008654B2 (ja) * | 1992-02-21 | 2000-02-14 | キヤノン株式会社 | 位置検出装置 |
| US5455679A (en) * | 1993-02-22 | 1995-10-03 | Canon Kabushiki Kaisha | Position detecting system |
| JP3306972B2 (ja) * | 1993-02-26 | 2002-07-24 | キヤノン株式会社 | 位置検出装置及びそれを用いた半導体素子の製造方法 |
| WO2001084382A1 (en) * | 2000-05-04 | 2001-11-08 | Kla-Tencor, Inc. | Methods and systems for lithography process control |
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| US6812045B1 (en) | 2000-09-20 | 2004-11-02 | Kla-Tencor, Inc. | Methods and systems for determining a characteristic of a specimen prior to, during, or subsequent to ion implantation |
| US7106425B1 (en) | 2000-09-20 | 2006-09-12 | Kla-Tencor Technologies Corp. | Methods and systems for determining a presence of defects and a thin film characteristic of a specimen |
| US6673637B2 (en) | 2000-09-20 | 2004-01-06 | Kla-Tencor Technologies | Methods and systems for determining a presence of macro defects and overlay of a specimen |
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| US7349090B2 (en) * | 2000-09-20 | 2008-03-25 | Kla-Tencor Technologies Corp. | Methods and systems for determining a property of a specimen prior to, during, or subsequent to lithography |
| US6694284B1 (en) | 2000-09-20 | 2004-02-17 | Kla-Tencor Technologies Corp. | Methods and systems for determining at least four properties of a specimen |
| US6782337B2 (en) | 2000-09-20 | 2004-08-24 | Kla-Tencor Technologies Corp. | Methods and systems for determining a critical dimension an a presence of defects on a specimen |
| US6806951B2 (en) | 2000-09-20 | 2004-10-19 | Kla-Tencor Technologies Corp. | Methods and systems for determining at least one characteristic of defects on at least two sides of a specimen |
| US6919957B2 (en) * | 2000-09-20 | 2005-07-19 | Kla-Tencor Technologies Corp. | Methods and systems for determining a critical dimension, a presence of defects, and a thin film characteristic of a specimen |
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