JP2778231B2 - 位置検出装置 - Google Patents
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は位置検出装置に関し、例えば半導体素子製造
用の露光装置において、マスクやレチクル（以下「マス
ク」という。）等の第１物体面上に形成されている微細
な電子回路パターンをウエハ等の第２物体面上に露光転
写する際にマスクとウエハの間隔を測定し、所定の値に
制御し、（間隔設定）更にマスクとウエハの相対的な面
内の位置決め（アライメント）を行う場合に好適な位置
検出装置に関するものである。
用の露光装置において、マスクやレチクル（以下「マス
ク」という。）等の第１物体面上に形成されている微細
な電子回路パターンをウエハ等の第２物体面上に露光転
写する際にマスクとウエハの間隔を測定し、所定の値に
制御し、（間隔設定）更にマスクとウエハの相対的な面
内の位置決め（アライメント）を行う場合に好適な位置
検出装置に関するものである。
（従来の技術） 従来より半導体素子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間隔設定及び位置合わせは性能
向上を図る為の重要な一要素となっている。特に最近の
露光装置における間隔設定及び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
の精度を有するものが要求されている。
スクとウエハの相対的な間隔設定及び位置合わせは性能
向上を図る為の重要な一要素となっている。特に最近の
露光装置における間隔設定及び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
の精度を有するものが要求されている。
その際マスクとウエハとの間隔を面間隔測定装置等で
測定し、所定の間隔となるように制御した後に、マスク
及びウエハ面上に設けた位置合わせ用の所謂アライメン
トパターン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。
測定し、所定の間隔となるように制御した後に、マスク
及びウエハ面上に設けた位置合わせ用の所謂アライメン
トパターン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。
一般にゾーンプレートを利用したアライメント方法
は、単なるアライメントマークを用いた方法に比べてア
ライメントマークの欠損に影響されずに比較的高精度の
アライメントが出来る特長がある。
は、単なるアライメントマークを用いた方法に比べてア
ライメントマークの欠損に影響されずに比較的高精度の
アライメントが出来る特長がある。
第８図はゾーンプレートを利用した従来の位置検出装
置の概略図である。
置の概略図である。
同図において光源72から射出した平行光束はハーフミ
ラー74を通過後、集光レンズ76で集光点78に集光された
後、マスク68面上のマスクアライメントパターン68a及
び支持台62に載置したウエハ60面上のウエハアライメン
トパターン60aを照射する。これらのアライメントパタ
ーン68a,60aは反射型のゾーンプレートより構成され、
各々集光点78を含む光軸と直交する平面上に集光点を形
成する。このときの平面上の集光点位置のずれ量を集光
レンズ76とレンズ80により検出面82上に導光して検出し
ている。
ラー74を通過後、集光レンズ76で集光点78に集光された
後、マスク68面上のマスクアライメントパターン68a及
び支持台62に載置したウエハ60面上のウエハアライメン
トパターン60aを照射する。これらのアライメントパタ
ーン68a,60aは反射型のゾーンプレートより構成され、
各々集光点78を含む光軸と直交する平面上に集光点を形
成する。このときの平面上の集光点位置のずれ量を集光
レンズ76とレンズ80により検出面82上に導光して検出し
ている。
そして検出器82からの出力信号に基づいて制御回路84
により駆動回路64を駆動させてマスク68をウエハ60の相
対的な位置決めを行っている。
により駆動回路64を駆動させてマスク68をウエハ60の相
対的な位置決めを行っている。
第９図は第８図に示したマスクアライメントパターン
68aとウエハアライメントパターン60aからの光束の結像
関係を示した説明図である。
68aとウエハアライメントパターン60aからの光束の結像
関係を示した説明図である。
同図において集光点78から発散した光束はマスクアラ
イメントパターン68aよりその一部の光束が回折し、集
光点78近傍にマスク位置を示す集光点78aを形成する。
又、その他の一部の光束はマスク68を０次透過光として
透過し、波面を変えずにウエハ60面上のウエハアライメ
ントパターン60aに入射する。このとき光束はウエハア
ライメントパターン60aにより回折された後、再びマス
ク68を０次透過光として透過し、集光点78近傍に集光し
ウエハ位置をあらわす集光点78bを形成する。同図にお
いてはウエハ60により回折された光束が集光点を形成す
る際には、マスク68は単なる素通し状態としての作用を
する。
イメントパターン68aよりその一部の光束が回折し、集
光点78近傍にマスク位置を示す集光点78aを形成する。
又、その他の一部の光束はマスク68を０次透過光として
透過し、波面を変えずにウエハ60面上のウエハアライメ
ントパターン60aに入射する。このとき光束はウエハア
ライメントパターン60aにより回折された後、再びマス
ク68を０次透過光として透過し、集光点78近傍に集光し
ウエハ位置をあらわす集光点78bを形成する。同図にお
いてはウエハ60により回折された光束が集光点を形成す
る際には、マスク68は単なる素通し状態としての作用を
する。
このようにして形成されたウエハアライメントパター
ン60aによる集光点78bの位置は、ウエハ60のマスク78に
対するマスク・ウエハ面に沿った方向（横方向）のずれ
量Δσに応じて集光点78を含む光軸と直交する平面に沿
って該ずれ量Δσに対応した量のずれ量Δσ′として形
成される。
ン60aによる集光点78bの位置は、ウエハ60のマスク78に
対するマスク・ウエハ面に沿った方向（横方向）のずれ
量Δσに応じて集光点78を含む光軸と直交する平面に沿
って該ずれ量Δσに対応した量のずれ量Δσ′として形
成される。
第10図は特開昭61−111402号公報で提案されている間
隔測定装置の概略図である。同図においては第１物体と
してのマスクＭと第２物体としてのウエハＷとを対向配
置し、レンズL1によって光束をマスクＭとウエハＷとの
間の点Psに集光させている。
隔測定装置の概略図である。同図においては第１物体と
してのマスクＭと第２物体としてのウエハＷとを対向配
置し、レンズL1によって光束をマスクＭとウエハＷとの
間の点Psに集光させている。
このとき光束はマスクＭ面上とウエハＷ面上で各々反
射し、レンズL2を介してスクリーンＳ面上の点PW,PMに
収束投影されている。マスクＭとウエハＷとの間隔はス
クリーンＳ面上の光束の集光点PW,PMとの間隔を検出す
ることにより測定している。
射し、レンズL2を介してスクリーンＳ面上の点PW,PMに
収束投影されている。マスクＭとウエハＷとの間隔はス
クリーンＳ面上の光束の集光点PW,PMとの間隔を検出す
ることにより測定している。
（発明が解決しようとする問題点） 前述した位置検出装置や間隔測定装置では、光源手段
として光出力が大きく、かつ指向性の良いレーザ光源が
用いられている。
として光出力が大きく、かつ指向性の良いレーザ光源が
用いられている。
一方、レーザ光源は可干渉性が良い為、マスクとウエ
ハ間の多重反射による干渉縞やマスクとウエハの微細な
凹凸部からのスペックル散乱光による干渉縞等のノイズ
光の影響により検出面上に入射するレーザ光束の光強度
分布、或いは光束断面形状が検出面上への入射位置毎に
変化してくるという問題点があった。ノイズ光の検出面
上への入射位置が一定であれば空間的に固定されている
ことが多いので時間が経過しても検出信号は変化せず、
入射光束の光強度分布を時間平均してもこのノイズ光を
打ち消すことができない。従って検出面上でのレーザ光
束の集光点（例えば円光束の中心）や光強度に基づいた
基準点（例えば光強度がピークの点）等の移動を検出し
ようとすると、光束断面形状や光強度が変動してしまう
為、レーザ光束の入射点の移動量が実際のレーザ光束の
集光点の移動量と一致せず、この結果位置ずれ検出及び
間隔ずれ検出に検出誤差が生じてくるという問題点があ
った。
ハ間の多重反射による干渉縞やマスクとウエハの微細な
凹凸部からのスペックル散乱光による干渉縞等のノイズ
光の影響により検出面上に入射するレーザ光束の光強度
分布、或いは光束断面形状が検出面上への入射位置毎に
変化してくるという問題点があった。ノイズ光の検出面
上への入射位置が一定であれば空間的に固定されている
ことが多いので時間が経過しても検出信号は変化せず、
入射光束の光強度分布を時間平均してもこのノイズ光を
打ち消すことができない。従って検出面上でのレーザ光
束の集光点（例えば円光束の中心）や光強度に基づいた
基準点（例えば光強度がピークの点）等の移動を検出し
ようとすると、光束断面形状や光強度が変動してしまう
為、レーザ光束の入射点の移動量が実際のレーザ光束の
集光点の移動量と一致せず、この結果位置ずれ検出及び
間隔ずれ検出に検出誤差が生じてくるという問題点があ
った。
本発明は光源手段として可干渉性の良いレーザ光束を
用いたときのスペックル散乱光による検出誤差を少なく
し、対向配置した第１物体と第２物体の相対的位置ずれ
や相対的間隔ずれを高精度に検出することができる位置
検出装置の提供を目的とする。
用いたときのスペックル散乱光による検出誤差を少なく
し、対向配置した第１物体と第２物体の相対的位置ずれ
や相対的間隔ずれを高精度に検出することができる位置
検出装置の提供を目的とする。
（問題点を解決する為の手段） 本発明の位置検出装置は、対向配置した第１物体面上
と第２物体面上に各々双方の相対的な面内の位置ずれ又
は／及び相対的間隔ずれを検出する為のアライメントマ
ークを設け、投光手段からの光束のうち該第１物体面上
と該第２物体面上のアライメントマークで各々波面変換
作用を受けた光束を所定面上に導光し、該所定面上にお
ける該光束の入射位置を検出手段で検出することによ
り、該第１物体と第２物体の相対的位置ずれ又は／及び
相対的間隔ずれを検出する際、該第１物体又は第２物体
の少なくとも一方を駆動手段により相対的位置ずれ又は
相対的間隔ずれ検出方向とは不感知な方向に微少振動さ
せたことを特徴としている。
と第２物体面上に各々双方の相対的な面内の位置ずれ又
は／及び相対的間隔ずれを検出する為のアライメントマ
ークを設け、投光手段からの光束のうち該第１物体面上
と該第２物体面上のアライメントマークで各々波面変換
作用を受けた光束を所定面上に導光し、該所定面上にお
ける該光束の入射位置を検出手段で検出することによ
り、該第１物体と第２物体の相対的位置ずれ又は／及び
相対的間隔ずれを検出する際、該第１物体又は第２物体
の少なくとも一方を駆動手段により相対的位置ずれ又は
相対的間隔ずれ検出方向とは不感知な方向に微少振動さ
せたことを特徴としている。
例えば本発明では、前記第１物体又は第２物体の少な
くとも一方を相対的位置ずれ検出面内と直交する方向に
微少振動させたことを特徴としている。本発明の露光装
置は前述の位置検出装置を用いて、第１物体と第２物体
との相対的な位置合わせを行い、該第１物体面上のパタ
ーンを第２物体面上に露光転写していることを特徴とし
ている。
くとも一方を相対的位置ずれ検出面内と直交する方向に
微少振動させたことを特徴としている。本発明の露光装
置は前述の位置検出装置を用いて、第１物体と第２物体
との相対的な位置合わせを行い、該第１物体面上のパタ
ーンを第２物体面上に露光転写していることを特徴とし
ている。
（実施例） 第１図（Ａ）は本発明の第１実施例の要部断面図、第
１図（Ｂ）は第１図（Ａ）の主要部分を展開した概略図
である。尚第１図（Ｂ）ではXY面内の位置ずれ検出を行
う場合を示している。
１図（Ｂ）は第１図（Ａ）の主要部分を展開した概略図
である。尚第１図（Ｂ）ではXY面内の位置ずれ検出を行
う場合を示している。
本実施例ではプロキシミティ型半導体素子製造用の露
光装置に適用した場合を示している。
光装置に適用した場合を示している。
１は第１物体としてのマスクであり、その面上には電
子回路パターンが形成されている。２は第２物体として
のウエハである。５はマスク１面上に設けたアライメン
トマーク、３はウエハ２面上に設けたアライメントマー
クである。アライメントマーク3,5は各々１次元又は２
次元のレンズ作用をするグレーティングレンズやフレネ
ルゾーンプレート又はレンズ作用のない回折格子等の物
理光学素子より成っている。
子回路パターンが形成されている。２は第２物体として
のウエハである。５はマスク１面上に設けたアライメン
トマーク、３はウエハ２面上に設けたアライメントマー
クである。アライメントマーク3,5は各々１次元又は２
次元のレンズ作用をするグレーティングレンズやフレネ
ルゾーンプレート又はレンズ作用のない回折格子等の物
理光学素子より成っている。
本実施例ではアライメントマーク5,3で波面変換作用
を受けた光束を利用してマスク１とウエハ２とのXY面内
の相対的な位置ずれ検出を行っている。アライメントマ
ーク3,（５）をフレネルゾーンプレートより構成したと
きのパターンの一例を第２図に示す。
を受けた光束を利用してマスク１とウエハ２とのXY面内
の相対的な位置ずれ検出を行っている。アライメントマ
ーク3,（５）をフレネルゾーンプレートより構成したと
きのパターンの一例を第２図に示す。
10はレーザ光源であり、指向性の良い、可干渉性の光
束を放射している。12は投光レンズであり、レーザ光源
10からのレーザ光を平行光束にしてマスク１面上のアラ
イメントマーク５に投光している。11は検出部であり、
例えばCCD等のラインセンサから成っている。13は受光
レンズでありマスク１面からの光束を受光し、検出部11
に導光している。17はウエハステージであり、ウエハ２
を載置している。18はステージ駆動手段であり、ウエハ
ステージ17を駆動及び後述するように微少ストロークで
振動させている。Ｅは露光領域である。
束を放射している。12は投光レンズであり、レーザ光源
10からのレーザ光を平行光束にしてマスク１面上のアラ
イメントマーク５に投光している。11は検出部であり、
例えばCCD等のラインセンサから成っている。13は受光
レンズでありマスク１面からの光束を受光し、検出部11
に導光している。17はウエハステージであり、ウエハ２
を載置している。18はステージ駆動手段であり、ウエハ
ステージ17を駆動及び後述するように微少ストロークで
振動させている。Ｅは露光領域である。
本実施例ではレーザ光源10からのレーザ光を投光レン
ズ11で平行光束としてウエハ１面上のアライメントマー
ク５に入射させているアライメントマーク５で波面変換
作用、例えば透過回折作用を受けた光束をウエハ２面上
のアライメントマーク３に入射させる。アライメントマ
ーク３で光学的作用、例えば反射回折作用を受けた光束
はマスク１のアライメントマークで回折作用を受けずに
透過して受光レンズ13で集光してアライメント光束とし
て検出部11面上に入射する。
ズ11で平行光束としてウエハ１面上のアライメントマー
ク５に入射させているアライメントマーク５で波面変換
作用、例えば透過回折作用を受けた光束をウエハ２面上
のアライメントマーク３に入射させる。アライメントマ
ーク３で光学的作用、例えば反射回折作用を受けた光束
はマスク１のアライメントマークで回折作用を受けずに
透過して受光レンズ13で集光してアライメント光束とし
て検出部11面上に入射する。
第３図は検出部11面上に入射したアライメント光の強
度分布の説明図である。検出部11に入射したアライメン
ト光束は光電変換され、例えば第３図に示すのと同様な
波形の信号が得られる。検出部11からの出力信号はAD変
換部19でA/D変換されて演算手段20に送出される。そし
て演算手段20により検出部11へのアライメント光束の入
射位置（重心位置）よりマスク１とウエハ２との相対的
な面内（XY面内）の位置ずれを求めている。
度分布の説明図である。検出部11に入射したアライメン
ト光束は光電変換され、例えば第３図に示すのと同様な
波形の信号が得られる。検出部11からの出力信号はAD変
換部19でA/D変換されて演算手段20に送出される。そし
て演算手段20により検出部11へのアライメント光束の入
射位置（重心位置）よりマスク１とウエハ２との相対的
な面内（XY面内）の位置ずれを求めている。
今、第１図（Ｂ）に示すようにマスク１とウエハ２と
が平行方向にΔσずれており、ウエハ２からウエハ２の
アライメントマーク３で反射した光束の集光点までの距
離をａ、マスク１のアライメントマーク５を通過した光
束の集光点までの距離をｂとすると検出部11面上でのア
ライメント光束の集光点の重心ずれ量Δδは となる。即ち重心ずれ量Δδは（b/a＋１）倍に拡大さ
れる。
が平行方向にΔσずれており、ウエハ２からウエハ２の
アライメントマーク３で反射した光束の集光点までの距
離をａ、マスク１のアライメントマーク５を通過した光
束の集光点までの距離をｂとすると検出部11面上でのア
ライメント光束の集光点の重心ずれ量Δδは となる。即ち重心ずれ量Δδは（b/a＋１）倍に拡大さ
れる。
例えば、ａ＝0.5mm,b＝50mmとすれば重心ずれ量Δδ
は（ａ）式より101倍に拡大される。
は（ａ）式より101倍に拡大される。
尚、このときの重心ずれ量Δδと位置ずれ量Δσは
（ａ）式より明かのように比例関係となる。検出部11の
分解能が0.1μｍであるとすると位置ずれ量Δσは0.001
μｍの位置分解能となる。
（ａ）式より明かのように比例関係となる。検出部11の
分解能が0.1μｍであるとすると位置ずれ量Δσは0.001
μｍの位置分解能となる。
本実施例において光束の重心とは検出部の受光面内に
おいて、受光面内各点の位置ベクトルにその点の光強度
を乗算したものを断面全面で積分した時に積分値が０ベ
クトルになる点のことであるが代表点として光強度が最
高となる点を用いても良い。
おいて、受光面内各点の位置ベクトルにその点の光強度
を乗算したものを断面全面で積分した時に積分値が０ベ
クトルになる点のことであるが代表点として光強度が最
高となる点を用いても良い。
尚、本実施例におけるこの位置ずれ検出方法の原理と
しては本出願人が例えば特開平１−233305号公報や特開
平２−1506号公報で提案している。
しては本出願人が例えば特開平１−233305号公報や特開
平２−1506号公報で提案している。
次に本実施例の特徴について説明する。
一般にマスク面上の微細な凹凸部やウエハ一面上の表
面のAl皮膜されている微細な凹凸部（〜1000Å）にレー
ザ光束が入射すると、これらの凹凸部によりスペックル
散乱光が生じノイズ光となって検出部面上でアライメン
ト光束に重畳してくる。このスペックル散乱光によるノ
イズ光の強度はレーザ光源の可干渉性が大きい程大きく
なってくる。このノイズ光の入射位置や大きさはマスク
やウエハの相対的位置や間隔により変化してくる。レー
ザ光源、マスク、ウエハ等が相対的に変化しないとノイ
ズ光も時間的に変化しないので電気的に時間平均しても
ノイズ光を除去することができない。
面のAl皮膜されている微細な凹凸部（〜1000Å）にレー
ザ光束が入射すると、これらの凹凸部によりスペックル
散乱光が生じノイズ光となって検出部面上でアライメン
ト光束に重畳してくる。このスペックル散乱光によるノ
イズ光の強度はレーザ光源の可干渉性が大きい程大きく
なってくる。このノイズ光の入射位置や大きさはマスク
やウエハの相対的位置や間隔により変化してくる。レー
ザ光源、マスク、ウエハ等が相対的に変化しないとノイ
ズ光も時間的に変化しないので電気的に時間平均しても
ノイズ光を除去することができない。
又、ノイズ光のスポット径はアライメント光束の径と
略等しいので検出部面上でアライメント光束に重なった
ときには、空間的に分離したり、又空間周波数軸上で分
離することができない。
略等しいので検出部面上でアライメント光束に重なった
ときには、空間的に分離したり、又空間周波数軸上で分
離することができない。
この結果、例えば第４図に示すように検出部からの出
力信号の波形が乱れてきて検出部面上における入射光束
の重心位置が変動し、この結果位置ずれ検出誤差が発生
してくる。この検出誤差は検出部面上の光スポットの位
置に発生しているので電気信号に変換された後に平均化
しても位置ずれ検出誤差を減少させることが出来ない。
力信号の波形が乱れてきて検出部面上における入射光束
の重心位置が変動し、この結果位置ずれ検出誤差が発生
してくる。この検出誤差は検出部面上の光スポットの位
置に発生しているので電気信号に変換された後に平均化
しても位置ずれ検出誤差を減少させることが出来ない。
そこで本実施例では局所的に集中したアライメント光
束に重畳したスペックル散乱光によるノイズ光を光空間
的に平均化する為にマスク１又はウエハ２を位置ずれ検
出に際して不感知な方向に微少振動させている。
束に重畳したスペックル散乱光によるノイズ光を光空間
的に平均化する為にマスク１又はウエハ２を位置ずれ検
出に際して不感知な方向に微少振動させている。
例えばマスクとウエハの対向方向（Ｚ方向）にウエハ
２をウエハ駆動手段18により1000〜2000Åの範囲内で微
少振動させている。
２をウエハ駆動手段18により1000〜2000Åの範囲内で微
少振動させている。
一般に検出部11は第５図に示すように位置ずれ検出方
向（Ｘ方向）に複数の素子（11a,11b,11c,…）を配置し
て構成されている。この為本実施例では位置ずれ検出に
際して、不感知な方向、例えばＺ方向にウエハ２を振動
させている。（尚Ｙ方向に微少振動させても良い。） このときスペックル散乱光によるノイズ光はマスクか
らウエハの微細構造の平均的周期で現われる。アライメ
ント光の位置ずれ検出方向の重心位置は変化せず検出部
からの出力信号の波形を時間的に平均化することにより
スペックル散乱光によるアライメント光束の重心変動を
少なくし、位置ずれ検出誤差を低減している。
向（Ｘ方向）に複数の素子（11a,11b,11c,…）を配置し
て構成されている。この為本実施例では位置ずれ検出に
際して、不感知な方向、例えばＺ方向にウエハ２を振動
させている。（尚Ｙ方向に微少振動させても良い。） このときスペックル散乱光によるノイズ光はマスクか
らウエハの微細構造の平均的周期で現われる。アライメ
ント光の位置ずれ検出方向の重心位置は変化せず検出部
からの出力信号の波形を時間的に平均化することにより
スペックル散乱光によるアライメント光束の重心変動を
少なくし、位置ずれ検出誤差を低減している。
第６図はウエハ駆動手段18として圧電素子を用いてウ
エハステージ17をXY面内で微少振動させるときの圧電素
子に印加する電圧と検出部11としてCCDを用いたときの
検出部からの出力信号との関係を示すタイミングチャー
トの説明図である。
エハステージ17をXY面内で微少振動させるときの圧電素
子に印加する電圧と検出部11としてCCDを用いたときの
検出部からの出力信号との関係を示すタイミングチャー
トの説明図である。
尚、本実施例においてはウエハ駆動手段18としてバイ
モルフを用いても同様の効果を得ることができる。
モルフを用いても同様の効果を得ることができる。
以上の実施例はマスクとウエハのXY面内での位置ずれ
検出を行う場合について説明したが、マスクとウエハと
の予め設定した間隔からの間隔ずれ量を求める相対的な
間隔ずれ検出に対しても本発明は同様に適用することが
できる。
検出を行う場合について説明したが、マスクとウエハと
の予め設定した間隔からの間隔ずれ量を求める相対的な
間隔ずれ検出に対しても本発明は同様に適用することが
できる。
第７図（Ａ）は本発明を半導体製造装置のマスクとウ
エハとの間隔を測定する装置に適用した場合の一実施例
の光学系の概略図、第７図（Ｂ），（Ｃ）は同図（Ａ）
の一部分の光路を示す要部概略図である。
エハとの間隔を測定する装置に適用した場合の一実施例
の光学系の概略図、第７図（Ｂ），（Ｃ）は同図（Ａ）
の一部分の光路を示す要部概略図である。
同図において71は例えばHe−Neレーザーや半導体レー
ザーLD等からの光束、72は第１物体で例えばマスク、73
は第２物体で例えばウエハであり、マスク72とウエハ73
は最初に間隔dOを隔てた位置に対向配置されている。7
4,75は各々マスク72面上の一部例えばスクライブライン
内に設けたアライメントマークとしての第1,第２物理光
学素子で、これらの物理光学素子74,75は例えば回折格
子やゾーンプレートフレネルレンズ等から成っている。
ザーLD等からの光束、72は第１物体で例えばマスク、73
は第２物体で例えばウエハであり、マスク72とウエハ73
は最初に間隔dOを隔てた位置に対向配置されている。7
4,75は各々マスク72面上の一部例えばスクライブライン
内に設けたアライメントマークとしての第1,第２物理光
学素子で、これらの物理光学素子74,75は例えば回折格
子やゾーンプレートフレネルレンズ等から成っている。
78は受光手段であり、例えばラインセンサーやPSD等
から成り、入射光束の重心位置を検出している。79は信
号処理回路であり、受光手段８からの信号を用いて受光
手段78面上に入射した光束の重心位置を求め、後述する
ようにマスク72とウエハ73との間隔を演算し求めてい
る。80を光プローブであり、受光手段78、そして必要に
応じて信号処理回路79を有しており、マスク72やウエハ
73とは相対的に移動可能となっている。
から成り、入射光束の重心位置を検出している。79は信
号処理回路であり、受光手段８からの信号を用いて受光
手段78面上に入射した光束の重心位置を求め、後述する
ようにマスク72とウエハ73との間隔を演算し求めてい
る。80を光プローブであり、受光手段78、そして必要に
応じて信号処理回路79を有しており、マスク72やウエハ
73とは相対的に移動可能となっている。
本実施例においては半導体レーザーLDからの光束71
（波長λ＝830nm）をマスク72面上の第１物理光学素子
であるフレネルゾーンプレート（以下FZPと略記する）7
4面上の点Ａに入射させている。そして第１のFZP74から
の角度θ１で回折する所定次数の回折光をウエハ73面上
の点Ｂ（ウエハ73が位置P2にあるときは点Ｃ）で反射さ
せている。このうち反射光31はウエハ73がマスク72に近
い基準位置P1に位置しているときの反射光、反射光32は
ウエハ73が位置P1から距離dGだけ変位した位置P2にある
ときの反射光である。尚本実施例ではウエハ73面上のア
ライメントマークは単なる反射面より構成している。
（波長λ＝830nm）をマスク72面上の第１物理光学素子
であるフレネルゾーンプレート（以下FZPと略記する）7
4面上の点Ａに入射させている。そして第１のFZP74から
の角度θ１で回折する所定次数の回折光をウエハ73面上
の点Ｂ（ウエハ73が位置P2にあるときは点Ｃ）で反射さ
せている。このうち反射光31はウエハ73がマスク72に近
い基準位置P1に位置しているときの反射光、反射光32は
ウエハ73が位置P1から距離dGだけ変位した位置P2にある
ときの反射光である。尚本実施例ではウエハ73面上のア
ライメントマークは単なる反射面より構成している。
次いでウエハ73からの反射光を第１物体72面上の第２
のFZP75面上の点Ｄ（ウエハ73が位置P2にあるときは点
Ｅ）に入射させている。尚第２のFZP75は入射光束の入
射位置に応じて出射回折光の射出角を変化させる光学作
用を有している。
のFZP75面上の点Ｄ（ウエハ73が位置P2にあるときは点
Ｅ）に入射させている。尚第２のFZP75は入射光束の入
射位置に応じて出射回折光の射出角を変化させる光学作
用を有している。
そして第２のFZP75から角度θ２で回折した所定次数
の回折光61（ウエハ73が位置P2にあるときは回折光62）
を受光手段78面上に導光している。
の回折光61（ウエハ73が位置P2にあるときは回折光62）
を受光手段78面上に導光している。
そして、このときの受光手段78面上における入射光束
61（ウエハ73が位置P2にあるときは入射光62）の重心位
置を用いてマスク72とウエハ73との間隔を演算し求めて
いる。
61（ウエハ73が位置P2にあるときは入射光62）の重心位
置を用いてマスク72とウエハ73との間隔を演算し求めて
いる。
本実施例ではマスク72面上に設けた第1,第２のFZP74,
75は予め設定された既知のピッチで構成されており、そ
れらに入射した光束の所定次数（例えば±１次）の回折
光の回折角度θ1,θ２は予め求められている。
75は予め設定された既知のピッチで構成されており、そ
れらに入射した光束の所定次数（例えば±１次）の回折
光の回折角度θ1,θ２は予め求められている。
今、第２のFZP75の焦点距離をfM2（μｍ）（但しfM2
は正又は負のどちらとも適用可能）、第２のFZP75から
受光手段78面に相当する光束評価面までの距離をｌとす
ると、この場合、基準位置P1からウエハ73が距離dGだけ
変位したときの受光手段78面上での重心位置移動量Ｓは で与えられる。ウエハ73が基準位置P1にあるときの重心
位置（基準点）を予め求めておき、間隔測定時に重心位
置の基準点からのずれを求めて、これを重心位置移動量
Ｓとして上式に代入することにより、ウエハ73の位置P1
からの間隔ずれ量dGが求められる。
は正又は負のどちらとも適用可能）、第２のFZP75から
受光手段78面に相当する光束評価面までの距離をｌとす
ると、この場合、基準位置P1からウエハ73が距離dGだけ
変位したときの受光手段78面上での重心位置移動量Ｓは で与えられる。ウエハ73が基準位置P1にあるときの重心
位置（基準点）を予め求めておき、間隔測定時に重心位
置の基準点からのずれを求めて、これを重心位置移動量
Ｓとして上式に代入することにより、ウエハ73の位置P1
からの間隔ずれ量dGが求められる。
尚、位置P1にあるときのマスク・ウエハ間隔dOは予め
他の間隔測定手段により求めておく。
他の間隔測定手段により求めておく。
本実施例においても第１実施例と同様にスペックル散
乱光によるノイズ光の悪影響を除去する為に、駆動手段
（不図示）によりマスク又はウエハ73を間隔ずれ検出方
向（Ｚ方向）に対して不感知方向、例えばXY面内で微少
振動させている。
乱光によるノイズ光の悪影響を除去する為に、駆動手段
（不図示）によりマスク又はウエハ73を間隔ずれ検出方
向（Ｚ方向）に対して不感知方向、例えばXY面内で微少
振動させている。
（発明の効果） 本発明によれば前述の如くマスク又はウエハの少なく
とも一方を検出方向に不感知な方向に振動させることに
より、光源手段として可干渉性の良いレーザ光源を用い
たときのマスクやウエハの微細な凹凸部より生じるスペ
ックル散乱光に基づくノイズ光の悪影響を除去すること
ができ、マスクとウエハとの相対的な位置ずれ検出及び
相対的な間隔ずれ検出を高精度に求めることができる位
置検出装置を達成することができる。
とも一方を検出方向に不感知な方向に振動させることに
より、光源手段として可干渉性の良いレーザ光源を用い
たときのマスクやウエハの微細な凹凸部より生じるスペ
ックル散乱光に基づくノイズ光の悪影響を除去すること
ができ、マスクとウエハとの相対的な位置ずれ検出及び
相対的な間隔ずれ検出を高精度に求めることができる位
置検出装置を達成することができる。
第１図（Ａ），（Ｂ）は本発明の第１実施例の要部概略
図と一部分の展開説明図、第２図は第１図（Ａ）のアラ
イメントマークのパターン図、第３図，第４図は第１図
（Ａ）の検出部面上へのアライメント光束の強度分布の
説明図、第５図は第１図（Ａ）の検出部の概略図、第６
図は本発明の第１実施例の駆動手段への印加電圧と検出
部からの出力信号との関係を示すタイミングチャート
図、第７図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は本発明の第２実施
例の要部説明図、第８図，第９図は従来のゾーンプレー
トを用いた位置検出装置の概略図、第10図は従来の間隔
測定装置の概略図である。 図中、1,72は第１物体（マスク）、2,73は第２物体（ウ
エハ）、3,5,74,75はアライメントマーク、10はレーザ
光源、11は検出部、12は投光レンズ、13は受光レンズ、
17はウエハステージ、18はウエハ駆動手段、19はA/D変
換器、20は演算手段である。
図と一部分の展開説明図、第２図は第１図（Ａ）のアラ
イメントマークのパターン図、第３図，第４図は第１図
（Ａ）の検出部面上へのアライメント光束の強度分布の
説明図、第５図は第１図（Ａ）の検出部の概略図、第６
図は本発明の第１実施例の駆動手段への印加電圧と検出
部からの出力信号との関係を示すタイミングチャート
図、第７図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は本発明の第２実施
例の要部説明図、第８図，第９図は従来のゾーンプレー
トを用いた位置検出装置の概略図、第10図は従来の間隔
測定装置の概略図である。 図中、1,72は第１物体（マスク）、2,73は第２物体（ウ
エハ）、3,5,74,75はアライメントマーク、10はレーザ
光源、11は検出部、12は投光レンズ、13は受光レンズ、
17はウエハステージ、18はウエハ駆動手段、19はA/D変
換器、20は演算手段である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−98829（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−47822（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 H01L 21/31 501 - 531,561 - 5 79 G03F 7/20 - 7/24 G03F 9/00 - 9/02
Claims (3)
- 【請求項１】対向配置した第１物体面上と第２物体面上
に各々双方の相対的な面内の位置ずれ又は／及び相対的
間隔ずれを検出する為のアライメントマークを設け、投
光手段からの光束のうち該第１物体面上と該第２物体面
上のアライメントマークで各々波面変換作用を受けた光
束を所定面上に導光し、該所定面上における該光束の入
射位置を検出手段で検出することにより、該第１物体と
第２物体の相対的位置ずれ又は／及び相対的間隔ずれを
検出する際、該第１物体又は第２物体の少なくとも一方
を駆動手段により相対的位置ずれ又は相対的間隔ずれ検
出方向とは不感知な方向に微少振動させたことを特徴と
する位置検出装置。 - 【請求項２】前記第１物体又は第２物体の少なくとも一
方を相対的位置ずれ検出面内と直交する方向に微少振動
させた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】請求項１又は２の位置検出装置を用いて第
１物体と第２物体との相対的な位置合わせを行い、該第
１物体面上のパターンを第２物体面上に露光転写してい
ることを特徴とする露光装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2238186A JP2778231B2 (ja) | 1990-09-07 | 1990-09-07 | 位置検出装置 |
| DE1991625231 DE69125231T2 (de) | 1990-09-07 | 1991-09-04 | Verfahren und Vorrichtung zum optischen Detektieren der Lage eines Gegenstandes |
| EP19910308120 EP0474487B1 (en) | 1990-09-07 | 1991-09-04 | Method and device for optically detecting position of an article |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2238186A JP2778231B2 (ja) | 1990-09-07 | 1990-09-07 | 位置検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04116403A JPH04116403A (ja) | 1992-04-16 |
| JP2778231B2 true JP2778231B2 (ja) | 1998-07-23 |
Family
ID=17026448
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2238186A Expired - Fee Related JP2778231B2 (ja) | 1990-09-07 | 1990-09-07 | 位置検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2778231B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL2005259A (en) | 2009-09-29 | 2011-03-30 | Asml Netherlands Bv | Imprint lithography. |
-
1990
- 1990-09-07 JP JP2238186A patent/JP2778231B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04116403A (ja) | 1992-04-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |