JP2906585B2 - 位置検出方法 - Google Patents
位置検出方法Info
- Publication number
- JP2906585B2 JP2906585B2 JP2143869A JP14386990A JP2906585B2 JP 2906585 B2 JP2906585 B2 JP 2906585B2 JP 2143869 A JP2143869 A JP 2143869A JP 14386990 A JP14386990 A JP 14386990A JP 2906585 B2 JP2906585 B2 JP 2906585B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- mark
- alignment
- mask
- wafer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
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
- G03F9/7073—Alignment marks and their environment
- G03F9/7076—Mark details, e.g. phase grating mark, temporary mark
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は位置検出方法に関し、例えば半導体素子製造
用のプロキシミティタイプの露光装置や所謂ステッパー
等において、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
にマスクとウエハとの相対的な位置決め(アライメン
ト)を行う場合に好適な位置検出方法に関するものであ
る。
用のプロキシミティタイプの露光装置や所謂ステッパー
等において、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
にマスクとウエハとの相対的な位置決め(アライメン
ト)を行う場合に好適な位置検出方法に関するものであ
る。
(従来の技術) 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(「ア
ライメントマーク」ともいう。)を所謂スクライブライ
ン上に設け、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、例えば米国特許第4037969号や特開
昭56−157033号公報では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(「ア
ライメントマーク」ともいう。)を所謂スクライブライ
ン上に設け、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、例えば米国特許第4037969号や特開
昭56−157033号公報では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。
又、米国特許第4311389号ではマスク面上にその回折
光が所謂シリンドリカルレンズと同調の光学作用を持つ
ようなアライメントパターンを設け、ウエハ面上にはそ
の回折光を更にマスクとウエハが合致したときに所定次
数の回折光の光量が最大となるような点列状のアライメ
ントパターンを設け、双方のアライメントパターンを介
した光束を検出することによってマスクとウエハとの相
対的位置関係の検出を行っている。
光が所謂シリンドリカルレンズと同調の光学作用を持つ
ようなアライメントパターンを設け、ウエハ面上にはそ
の回折光を更にマスクとウエハが合致したときに所定次
数の回折光の光量が最大となるような点列状のアライメ
ントパターンを設け、双方のアライメントパターンを介
した光束を検出することによってマスクとウエハとの相
対的位置関係の検出を行っている。
この他本出願人は先に特願昭63−226003号においてマ
スクとしての第1物体とウエハとしての第2物体との相
対的な位置ずれ検出を行う際、第1物体及び第2物体面
上に各々2組のレンズ作用を有するアライメントマーク
としての物理光学素子を設け、該物理光学素子にレーザ
を含む投光手段から光束を照射し、該物理光学素子で逐
次回折された回折光をセンサー(検出手段)に、導光し
ている。そしてセンサー面上での2つの光スポットの相
対間隔値を求めることにより第1物体と第2物体の相対
的位置ずれ量を検出している。
スクとしての第1物体とウエハとしての第2物体との相
対的な位置ずれ検出を行う際、第1物体及び第2物体面
上に各々2組のレンズ作用を有するアライメントマーク
としての物理光学素子を設け、該物理光学素子にレーザ
を含む投光手段から光束を照射し、該物理光学素子で逐
次回折された回折光をセンサー(検出手段)に、導光し
ている。そしてセンサー面上での2つの光スポットの相
対間隔値を求めることにより第1物体と第2物体の相対
的位置ずれ量を検出している。
このとき投光手段は位置検出をすべく物体面上に設け
た2組の物理光学素子で逐次回折された光を受光する検
出手段と共に1つの筐体内に収納されている。
た2組の物理光学素子で逐次回折された光を受光する検
出手段と共に1つの筐体内に収納されている。
(発明が解決しようとする問題点) 通常アライメントマークを設けるマスク及びウエハ面
上のスクライブラインの幅は50μm〜100μm程度であ
る。このスクライブライン幅は投影倍率が5倍のステッ
パーではレチクル面上で250μm〜500μm、X線の等倍
密着露光(プロキシミティ)装置で50μm〜100μmで
あり、この幅のエリアにアライメントマークがおさまる
ように設けられる。このようにアライメントパターンは
スクライブライン幅以内に設定されている。
上のスクライブラインの幅は50μm〜100μm程度であ
る。このスクライブライン幅は投影倍率が5倍のステッ
パーではレチクル面上で250μm〜500μm、X線の等倍
密着露光(プロキシミティ)装置で50μm〜100μmで
あり、この幅のエリアにアライメントマークがおさまる
ように設けられる。このようにアライメントパターンは
スクライブライン幅以内に設定されている。
このような小さいエリア内に設けたアライメントパタ
ーンにアライメントヘッド(投光手段)からの光束(光
ビーム)を効率良く照射するにはアライメントパターン
のサイズに対応した大きさに光束径を絞る必要がある。
更に光束の照射方法もアライメントパターンに対して正
確な位置に照射する必要がある。
ーンにアライメントヘッド(投光手段)からの光束(光
ビーム)を効率良く照射するにはアライメントパターン
のサイズに対応した大きさに光束径を絞る必要がある。
更に光束の照射方法もアライメントパターンに対して正
確な位置に照射する必要がある。
一般にアライメントパターンに光束を不正確に照射す
ると、それだけセンサで検出される光量(信号光)が低
下してくる。アライメントパターンのサイズに対して十
分大きな光束径であるならばアライメントパターンに略
一様な光量分布で照射することができる。
ると、それだけセンサで検出される光量(信号光)が低
下してくる。アライメントパターンのサイズに対して十
分大きな光束径であるならばアライメントパターンに略
一様な光量分布で照射することができる。
しかしながら光束を効率良く照射し、かつアライメン
トパターンのエリア以外の回路パターンエリアに光束を
照射すると回路パターンから不要な散乱光がノイズとな
ってくるので、これを防止する為にはアライメントパタ
ーンのサイズに対応した、略等しいサイズの光束で照射
する必要がある。
トパターンのエリア以外の回路パターンエリアに光束を
照射すると回路パターンから不要な散乱光がノイズとな
ってくるので、これを防止する為にはアライメントパタ
ーンのサイズに対応した、略等しいサイズの光束で照射
する必要がある。
一般にこのように光束径を絞ると光束の光量分布はマ
スク(レチクル)面上のアライメントパターン面上で一
様でなくなってくる。
スク(レチクル)面上のアライメントパターン面上で一
様でなくなってくる。
更にアライメントパターンへの光束の照射位置が大幅
にずれてくるとマスクとウエハのずれがある程度存在す
る場合のアライメントパターンにより得られる回折光の
スポット位置(即ちマスクとウエハのずれ情報)がアラ
イメントパターンへの光束の照射位置がずれていない場
合に比べて異なってくる。即ちアライメントパターンに
照射する光束の照射位置がずれてくるとアライメント検
出に誤差が生じてくる。
にずれてくるとマスクとウエハのずれがある程度存在す
る場合のアライメントパターンにより得られる回折光の
スポット位置(即ちマスクとウエハのずれ情報)がアラ
イメントパターンへの光束の照射位置がずれていない場
合に比べて異なってくる。即ちアライメントパターンに
照射する光束の照射位置がずれてくるとアライメント検
出に誤差が生じてくる。
従って光ビーム(投光手段)とアライメントマーク
(第1物体又は第2物体)の位置決め精度を向上させ、
最適な光ビーム径とすることでアライメントの高精度化
が可能となる。しかしながら光ビームのアライメントマ
ーク面上への入射位置決め精度を機械系のみで向上させ
ようとすると系の複雑化及び大型化を伴ない長期間の安
定性を図るのが難しいという問題点が生じてくる。
(第1物体又は第2物体)の位置決め精度を向上させ、
最適な光ビーム径とすることでアライメントの高精度化
が可能となる。しかしながら光ビームのアライメントマ
ーク面上への入射位置決め精度を機械系のみで向上させ
ようとすると系の複雑化及び大型化を伴ない長期間の安
定性を図るのが難しいという問題点が生じてくる。
本発明は第1物体又は第2物体に設けたアライメント
マークである物理光学素子に対する投光手段からの光ビ
ームの入射位置決めを簡便な方法で高精度に行なうこと
により、機械精度及び組立て精度等の緩和を図り、その
後の第1物体と第2物体の相対的位置検出を高精度に行
うことができる位置検出方法の提供を目的とする。
マークである物理光学素子に対する投光手段からの光ビ
ームの入射位置決めを簡便な方法で高精度に行なうこと
により、機械精度及び組立て精度等の緩和を図り、その
後の第1物体と第2物体の相対的位置検出を高精度に行
うことができる位置検出方法の提供を目的とする。
(問題点を解決するための手段) 請求項1記載の発明の位置検出装置は、相異なる位置
に参照マークと第1アライメントマークが形成された第
1物体と、第2アライメントマークが形成された第2物
体に対して、ピックアップからの光を前記第1、第2ア
ライメントマークに入射させ、前記第1、第2アライメ
ントマークを介した光を前記ピックアップにより検出
し、前記ピックアップからの出力信号に基づいて、前記
第1物体と前記第2物体との相対的位置を検出する位置
検出方法において、前記第1物体上に前記第1アライメ
ントマークと異なる位置に参照マークを形成する段階
と、前記ピックアップからの光を前記参照マークに入射
させ且つ該光で前記参照マークを走査し、前記参照マー
クより発生する回折光の変化を前記ピックアップにより
検出して前記参照マークと前記ピックアップとの相対的
位置を検出する段階と、検出された前記参照マークと前
記ピックアップとの相対的位置に基づいて前記ピックア
ップを移動させることにより、前記ピックアップと前記
第1アライメントマークを位置合せする段階とを有する
ことを特徴としている。
に参照マークと第1アライメントマークが形成された第
1物体と、第2アライメントマークが形成された第2物
体に対して、ピックアップからの光を前記第1、第2ア
ライメントマークに入射させ、前記第1、第2アライメ
ントマークを介した光を前記ピックアップにより検出
し、前記ピックアップからの出力信号に基づいて、前記
第1物体と前記第2物体との相対的位置を検出する位置
検出方法において、前記第1物体上に前記第1アライメ
ントマークと異なる位置に参照マークを形成する段階
と、前記ピックアップからの光を前記参照マークに入射
させ且つ該光で前記参照マークを走査し、前記参照マー
クより発生する回折光の変化を前記ピックアップにより
検出して前記参照マークと前記ピックアップとの相対的
位置を検出する段階と、検出された前記参照マークと前
記ピックアップとの相対的位置に基づいて前記ピックア
ップを移動させることにより、前記ピックアップと前記
第1アライメントマークを位置合せする段階とを有する
ことを特徴としている。
(実施例) 第1図は本発明の一実施例の要部斜視図、第2図,第
3図は第1図の一部分の拡大説明図、第4図,第5図は
本発明に係る位置ずれ検出と面間隔検出の原理説明図で
ある。
3図は第1図の一部分の拡大説明図、第4図,第5図は
本発明に係る位置ずれ検出と面間隔検出の原理説明図で
ある。
図中、1は光源であり、半導体レーザ、He−Neレー
ザ、Arレーザ等のコヒーレント光束を放射する光源、又
は発光ダイオード等の非コヒーレント光束を放射する光
源又はXray光源等から成っている。2はコリメーターレ
ンズであり、光源1からの光束を平行光束としてレンズ
系5に入射させている。レンズ系5は入射光束を所望の
ビーム径にした後、ミラー6で反射させて耐Xray窓7
(光源としてXrayを用いたとき)を通過させて第1物体
としてのマスク18面上の位置ずれ検出用のAAアライメン
トマーク(以下「AAマーク」という。)20M、又は面間
隔検出用のAFアライメントマーク(以下「AFマーク」と
いう。)21Mに入射させている。光源1、コリメータレ
ンズ2、レンズ系5は投光手段を構成している。100は
参照マークであり、後述するように投光手段と第1物体
18との相対的位置関係を検出する為のものである。
ザ、Arレーザ等のコヒーレント光束を放射する光源、又
は発光ダイオード等の非コヒーレント光束を放射する光
源又はXray光源等から成っている。2はコリメーターレ
ンズであり、光源1からの光束を平行光束としてレンズ
系5に入射させている。レンズ系5は入射光束を所望の
ビーム径にした後、ミラー6で反射させて耐Xray窓7
(光源としてXrayを用いたとき)を通過させて第1物体
としてのマスク18面上の位置ずれ検出用のAAアライメン
トマーク(以下「AAマーク」という。)20M、又は面間
隔検出用のAFアライメントマーク(以下「AFマーク」と
いう。)21Mに入射させている。光源1、コリメータレ
ンズ2、レンズ系5は投光手段を構成している。100は
参照マークであり、後述するように投光手段と第1物体
18との相対的位置関係を検出する為のものである。
AAマーク20MとAFマーク21Mそして参照マーク100はマ
スク18の周辺部のスクライブライン上の4カ所に設けら
れている。19は第2物体としてのウエハであり、マスク
18と近接(間隔10μm〜100μm)配置されており、そ
の面上にはマスク18と位置わせすべきAAマーク20Wがス
クライブライン上に設けられている。AAマーク20M,20W
とAFマーク21Mそして参照マーク100は1次元又は2次元
のゾーンプレート等の物理光学素子より成っている。
スク18の周辺部のスクライブライン上の4カ所に設けら
れている。19は第2物体としてのウエハであり、マスク
18と近接(間隔10μm〜100μm)配置されており、そ
の面上にはマスク18と位置わせすべきAAマーク20Wがス
クライブライン上に設けられている。AAマーク20M,20W
とAFマーク21Mそして参照マーク100は1次元又は2次元
のゾーンプレート等の物理光学素子より成っている。
ここでAAマーク20M又は/及びAFマーク21Mは第1アラ
イメントマークの一要素を構成し、AAマーク20Wは第2
アライメントマークの一要素を構成している。
イメントマークの一要素を構成し、AAマーク20Wは第2
アライメントマークの一要素を構成している。
10は受光レンズであり、マスク18面上のAAマーク20M
及びAFマーク21Mを通過してきた所定次数の回折光16を
受光手段11面上に集光している。受光手段11は位置ずれ
検出用のAAラインセンサー12と面間隔検出用のAFライン
センサー13の2つのラインセンサーを同一基板上に設け
て構成されている。
及びAFマーク21Mを通過してきた所定次数の回折光16を
受光手段11面上に集光している。受光手段11は位置ずれ
検出用のAAラインセンサー12と面間隔検出用のAFライン
センサー13の2つのラインセンサーを同一基板上に設け
て構成されている。
尚、同図では該AAラインセンサー12とAFラインセンサ
ー13の一方で参照マーク100からの回折光を検出してい
る。
ー13の一方で参照マーク100からの回折光を検出してい
る。
14はアライメントヘッド(ピックアップ)であり、駆
動手段(不図示)によって駆動可能となるように構成さ
れている。
動手段(不図示)によって駆動可能となるように構成さ
れている。
第2図はマスク18とウエハ19面上に設けたAAマーク20
M,20WとAFマーク21Mの説明図である。
M,20WとAFマーク21Mの説明図である。
第3図はマスク18とウエハ19面上の各マークを介した
光束の光路を示している。AAマーク20Mは2つのAAマー
ク20M1,20M2、AAマーク20Wは2つのAAマーク20W1,20W
2、AFマーク21Mは入射用の2つのAFマーク21M1,21M3と
射出用の2つのAFマーク21M2,21M4より成っている。
光束の光路を示している。AAマーク20Mは2つのAAマー
ク20M1,20M2、AAマーク20Wは2つのAAマーク20W1,20W
2、AFマーク21Mは入射用の2つのAFマーク21M1,21M3と
射出用の2つのAFマーク21M2,21M4より成っている。
尚、ウエハ19面上にはAFマークは設けられておらず、
ウエハ19面上で0次反射(正反射)した光を用いてい
る。
ウエハ19面上で0次反射(正反射)した光を用いてい
る。
AAマーク20M1と20W1が1つの組に、AAマーク20M2と20
W2が1つの組になっており、各々のAAマーク20M1,20M2
に入射した2つの光束15の各マークによる2つの回折光
(以下「AA回折光」という。)26−1,26−2は位置ずれ
に対応してAAラインセンサー12面上を移動するように設
定されている。
W2が1つの組になっており、各々のAAマーク20M1,20M2
に入射した2つの光束15の各マークによる2つの回折光
(以下「AA回折光」という。)26−1,26−2は位置ずれ
に対応してAAラインセンサー12面上を移動するように設
定されている。
又、AFマーク21M1と21M3に入射した光束15のウエハ19
面で反射しAFマーク21M2,21M4より射出した2つの回折
光(以下「AF回折光」という。)27−1,27−2は面間隔
に対応してAFラインセンサー13面上を移動するように設
定されている。
面で反射しAFマーク21M2,21M4より射出した2つの回折
光(以下「AF回折光」という。)27−1,27−2は面間隔
に対応してAFラインセンサー13面上を移動するように設
定されている。
尚、第3図において各入射光15は光源1から放射され
た共通の1つのビームの中の光線を用いている。
た共通の1つのビームの中の光線を用いている。
本発明の位置検出方法はマスクとウエハとのアライメ
ントを投光手段とマスク18との相対的位置関係を検出
し、双方の位置関係を駆動手段で調整した後に行うこと
を特長とするものであるが、その前に本発明に係る位置
ずれ検出方法と面間隔検出方法の原理について説明す
る。
ントを投光手段とマスク18との相対的位置関係を検出
し、双方の位置関係を駆動手段で調整した後に行うこと
を特長とするものであるが、その前に本発明に係る位置
ずれ検出方法と面間隔検出方法の原理について説明す
る。
まず本発明においてマスク18とウエハ19との相対的な
面内の位置検出方法について第4図を用いて説明する。
面内の位置検出方法について第4図を用いて説明する。
第4図は第3図において位置検出方向(アライメント
方向)に垂直で、かつマスク18とウエハ19の面法線に垂
直な方向から見たときの状態を光路を展開して示してい
る。
方向)に垂直で、かつマスク18とウエハ19の面法線に垂
直な方向から見たときの状態を光路を展開して示してい
る。
同図において第1〜第3図で示した要素と同一要素に
は同符番を付している。又、ウエハ19面上のAAマークで
は入射光束は反射回折されるが同図では等価な透過回折
した状態で示している。
は同符番を付している。又、ウエハ19面上のAAマークで
は入射光束は反射回折されるが同図では等価な透過回折
した状態で示している。
20M1はマスク18に、20W1はウエハ19に設けたAAマーク
であり、単一マークを形成しており、第1信号を得る為
のものである。20M2はマスク18に、20W2はウエハ19に設
けたAAマークであり、単一マークを形成しており、第2
信号を得る為のものである。26−1,26−2は第1,第2信
号用のAA回折光、32は1次ピント面であり、受光レンズ
10に関して受光手段11と共役関係にある。
であり、単一マークを形成しており、第1信号を得る為
のものである。20M2はマスク18に、20W2はウエハ19に設
けたAAマークであり、単一マークを形成しており、第2
信号を得る為のものである。26−1,26−2は第1,第2信
号用のAA回折光、32は1次ピント面であり、受光レンズ
10に関して受光手段11と共役関係にある。
今、ウエハ19から1次ピント面32までの距離をL、マ
スク18とウエハ19との間隔をg、AAマーク20M1と20M2の
焦点距離を各々fa1,fa2、マスク18とウエハ19の相対位
置ずれ量をΔσとし、このときのAA回折光26−1,26−2
の光束重心の合致状態からの変位量を各々S1,S2とす
る。
スク18とウエハ19との間隔をg、AAマーク20M1と20M2の
焦点距離を各々fa1,fa2、マスク18とウエハ19の相対位
置ずれ量をΔσとし、このときのAA回折光26−1,26−2
の光束重心の合致状態からの変位量を各々S1,S2とす
る。
尚、マスク18に入射する光束15は便宜上平面波とし、
符号は図中に示す通りとする。AA回折光26−1,26−2の
光束重心の変位量S1及びS2はAAマーク20M1,20M2の焦点F
1,F2とAAマーク20W1,20W2の光軸中心を結ぶ直線と1次
ピント面32との交点として幾何学的に求められる。従っ
てマスク18とウエハ19の相対位置ずれに対して各AA回折
光26−1,26−2の光束重心の変位量S1,S2が互いに逆方
向となるようにするにはAAマーク20W1,20W2の光学的な
結像倍率の符号を互いに逆とすることで達成することが
できる。
符号は図中に示す通りとする。AA回折光26−1,26−2の
光束重心の変位量S1及びS2はAAマーク20M1,20M2の焦点F
1,F2とAAマーク20W1,20W2の光軸中心を結ぶ直線と1次
ピント面32との交点として幾何学的に求められる。従っ
てマスク18とウエハ19の相対位置ずれに対して各AA回折
光26−1,26−2の光束重心の変位量S1,S2が互いに逆方
向となるようにするにはAAマーク20W1,20W2の光学的な
結像倍率の符号を互いに逆とすることで達成することが
できる。
又、定量的には と表わせ、ずれ倍率はβ1=S1/Δσ、β2=S2/Δσと
定義できる。従って、ずれ倍率を逆符合とするには を満たせば良い。この内、実用的に適切な構成条件の1
つとして L≫|fa1| fa1/fa2<0 |fa1|>g |fa2|>g の条件がある。即ち、AAマーク20M1,20M2、焦点距離
fa1,fa2に対して1次ピント面32までの距離Lを大き
く、且つマスク18とウエハ19の間隔gを小さくし、更に
AAマークの一方を凸レンズ、他方を凹レンズとする構成
である。
定義できる。従って、ずれ倍率を逆符合とするには を満たせば良い。この内、実用的に適切な構成条件の1
つとして L≫|fa1| fa1/fa2<0 |fa1|>g |fa2|>g の条件がある。即ち、AAマーク20M1,20M2、焦点距離
fa1,fa2に対して1次ピント面32までの距離Lを大き
く、且つマスク18とウエハ19の間隔gを小さくし、更に
AAマークの一方を凸レンズ、他方を凹レンズとする構成
である。
第4図の上側にはAAマーク20M1で入射光束を集光光束
とし、その集光点F1に至る前にAAマーク20W1を光束を照
射し、これを更に1次ピント面32に結像させているAAマ
ーク20W1の焦点距離fb1はレンズの式 を満たすように定められる。同様により第4図の下側に
おいてはAAマーク20M2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AAマーク20W2を介
して1次ピント面32に結像されている。このときのAAマ
ーク20W2の焦点距離fb2は を満たすように定められる。以上の構成条件でAAマーク
20M1の集光像に対するAAマーク20W1の結像倍率は図より
明らかに正の倍率である。ウエハ19のずれ量Δσと1次
ピント面32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AAマーク20M2の点
像(虚像)に対するAAマーク20W2の結像倍率は負であ
り、ウエハ19のずれ量Δσと1次ピント面32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。
とし、その集光点F1に至る前にAAマーク20W1を光束を照
射し、これを更に1次ピント面32に結像させているAAマ
ーク20W1の焦点距離fb1はレンズの式 を満たすように定められる。同様により第4図の下側に
おいてはAAマーク20M2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AAマーク20W2を介
して1次ピント面32に結像されている。このときのAAマ
ーク20W2の焦点距離fb2は を満たすように定められる。以上の構成条件でAAマーク
20M1の集光像に対するAAマーク20W1の結像倍率は図より
明らかに正の倍率である。ウエハ19のずれ量Δσと1次
ピント面32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AAマーク20M2の点
像(虚像)に対するAAマーク20W2の結像倍率は負であ
り、ウエハ19のずれ量Δσと1次ピント面32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。
従ってマスク18とウエハ19の相対位置ずれ量Δσに対
してAAマーク20M1,20W1の系とAAマーク20M2,20W2の系の
AA回折光26−1.26−2のずれ量S1,S2は互いに逆方向と
なる。即ちAAマーク20M1,20W1のパターンの回折によっ
て形成される1次ピント面32上のスポット30とAAマーク
20M2,20W2のパターンの回折によって形成される1次ピ
ント面32上のスポット31との距離がマスク18とウエハ19
の位置ずれ量に応じて変わり、この2つのスポット30,3
1の距離を受光レンズ10により受光手段11のAAラインセ
ンサー12面上に投影している。そしてAAラインセンサー
12で2つのスポット30,31のスポット間隔を検出するこ
とによりマスク18とウエハ19の相対的な位置ずれを検出
している。
してAAマーク20M1,20W1の系とAAマーク20M2,20W2の系の
AA回折光26−1.26−2のずれ量S1,S2は互いに逆方向と
なる。即ちAAマーク20M1,20W1のパターンの回折によっ
て形成される1次ピント面32上のスポット30とAAマーク
20M2,20W2のパターンの回折によって形成される1次ピ
ント面32上のスポット31との距離がマスク18とウエハ19
の位置ずれ量に応じて変わり、この2つのスポット30,3
1の距離を受光レンズ10により受光手段11のAAラインセ
ンサー12面上に投影している。そしてAAラインセンサー
12で2つのスポット30,31のスポット間隔を検出するこ
とによりマスク18とウエハ19の相対的な位置ずれを検出
している。
第6図はこのときのセンサー12面上に形成される2つ
のスポット30,31の模式図である。
のスポット30,31の模式図である。
本実施例ではウエハ19がマスク18に対して傾斜(Til
t)していても2つのスポット30,31は1次ピント面32上
を共に同一方向に同一量移動する為、スポット間隔は不
変であり、この結果位置検出誤差は発生しないという特
長を有している。
t)していても2つのスポット30,31は1次ピント面32上
を共に同一方向に同一量移動する為、スポット間隔は不
変であり、この結果位置検出誤差は発生しないという特
長を有している。
以上が本発明に係る位置検出手段の構成である。
次に本発明においてマスク18とウエハ19との面間隔検
出方法について第5図を用いて説明する。
出方法について第5図を用いて説明する。
同図において第1〜第3図で示した要素と同一要素に
は同符番を付している。
は同符番を付している。
本実施例では入射光15をマスク18面上の2つのAFマー
ク21M1(21M3)に入射させている。AFマーク21M1(21M
3)に入射した光は該マークで回折されて例えば1次回
折光はマスク18と間隔g1(g2)離れたウエハ19面上で正
反射し、マスク18面上のAFマーク21M2(21M4)に入射す
る。AFマーク21M2(21M4)は回折光がレンズと同じ集束
作用を持つようなパターンから成っている。そしてウエ
ハ19で反射した光がAFマーク21M2(21M4)へ入射する
際、その入射位置(グレーティングエリアの瞳位置)に
応じて出射回折光の出射角が変わるような光学作用を有
している。
ク21M1(21M3)に入射させている。AFマーク21M1(21M
3)に入射した光は該マークで回折されて例えば1次回
折光はマスク18と間隔g1(g2)離れたウエハ19面上で正
反射し、マスク18面上のAFマーク21M2(21M4)に入射す
る。AFマーク21M2(21M4)は回折光がレンズと同じ集束
作用を持つようなパターンから成っている。そしてウエ
ハ19で反射した光がAFマーク21M2(21M4)へ入射する
際、その入射位置(グレーティングエリアの瞳位置)に
応じて出射回折光の出射角が変わるような光学作用を有
している。
例えばマスク18とウエハ19との面間隔がg2のときAFマ
ークで回折されたAF回折光は実線で示す光路を進み受光
レンズ10を通ってAFラインセンサー13面上に2つのスポ
ット51,52を形成する。又面間隔がg1のとき同様にAFマ
ークで回折されたAF回折光は点線で示す光路を進みAFラ
インセンサー13面上に2つのスポット53,54を形成す
る。
ークで回折されたAF回折光は実線で示す光路を進み受光
レンズ10を通ってAFラインセンサー13面上に2つのスポ
ット51,52を形成する。又面間隔がg1のとき同様にAFマ
ークで回折されたAF回折光は点線で示す光路を進みAFラ
インセンサー13面上に2つのスポット53,54を形成す
る。
第6図はこのときのセンサー13面上に形成される2つ
のスポット51,52の模式図である。
のスポット51,52の模式図である。
このようにマスク18とウエハ19の面間隔に応じてAFラ
インセンサー13面上に生じる2つのスポットの間隔が変
わるので、このときの2つのスポットの間隔を測定する
ことによりマスク18とウエハ19との面間隔を検出してい
る。
インセンサー13面上に生じる2つのスポットの間隔が変
わるので、このときの2つのスポットの間隔を測定する
ことによりマスク18とウエハ19との面間隔を検出してい
る。
次に本実施例の特長である投光手段(アライメントヘ
ッド14)と第1物体1との相対的な位置検出を行う方法
について第7〜第10図を用いて説明する。
ッド14)と第1物体1との相対的な位置検出を行う方法
について第7〜第10図を用いて説明する。
本実施例では第8図(A)に示すように露光転写すべ
きパターン領域81の周辺のスクライブライン82内の4カ
所に各々設けたアライメントマーク83(AAマーク,AFマ
ーク)の近傍に各々参照マーク100を設けている。
きパターン領域81の周辺のスクライブライン82内の4カ
所に各々設けたアライメントマーク83(AAマーク,AFマ
ーク)の近傍に各々参照マーク100を設けている。
参照マーク100は第8図(B)に示すようにマーク100
a,100bの2つの直線回折格子より成っている。一般に第
7図に示すように反射型の回折格子71に光72を入射させ
ると入射光72は反射回折される。このとき回折格子71の
格子ピッチをP、入射角72の波長をλ、入射角(回折格
子71の法線とのなす角度)をθi、n次の反射回折光の
回折格子71の法線とのなす角(射出角)をθnとすると Psinθi−Psinθn=nλ (n=0,±1,±2,…) ……(a1) となる。これより射出角θnは で与えられる。
a,100bの2つの直線回折格子より成っている。一般に第
7図に示すように反射型の回折格子71に光72を入射させ
ると入射光72は反射回折される。このとき回折格子71の
格子ピッチをP、入射角72の波長をλ、入射角(回折格
子71の法線とのなす角度)をθi、n次の反射回折光の
回折格子71の法線とのなす角(射出角)をθnとすると Psinθi−Psinθn=nλ (n=0,±1,±2,…) ……(a1) となる。これより射出角θnは で与えられる。
例えばλ=0.780μm、θi=17度、P=3μmとす
ると θ0=θi=17度、θ1=1.855度 θ2=−13.1575度 となる。ここに射出角θ2の符合がマイナスなのは第7
図に示すように反射回折光が回折格子71の法線に関して
入射側に法線と13.1575度の角度で回折されてくること
を意味している。
ると θ0=θi=17度、θ1=1.855度 θ2=−13.1575度 となる。ここに射出角θ2の符合がマイナスなのは第7
図に示すように反射回折光が回折格子71の法線に関して
入射側に法線と13.1575度の角度で回折されてくること
を意味している。
本発明はこのような回折格子71の回折現象を利用して
いる。即ち第8図(B)に示すように参照マーク100を
設け、該参照マーク100の各マーク100a,100bにアライメ
ント用の光束72a,72bを第9図の矢印72a,72bに示す方向
に走査しながら入射させる。そしてこのときの反射回折
光を第1図に示したアライメント系を通してセンサー11
又はセンサー11の近傍に特別に設けた例えば第13図に示
すセンサー131に導光し、光束72a,72bの走査に応じて得
られる該センサーからの出力信号(強度信号)の最大値
を検出し、これより入射光束72とマーク100a,100bとの
合致状態を判断している。これにより投光手段と第1物
体(マスク)との相対的位置関係を検出している。
いる。即ち第8図(B)に示すように参照マーク100を
設け、該参照マーク100の各マーク100a,100bにアライメ
ント用の光束72a,72bを第9図の矢印72a,72bに示す方向
に走査しながら入射させる。そしてこのときの反射回折
光を第1図に示したアライメント系を通してセンサー11
又はセンサー11の近傍に特別に設けた例えば第13図に示
すセンサー131に導光し、光束72a,72bの走査に応じて得
られる該センサーからの出力信号(強度信号)の最大値
を検出し、これより入射光束72とマーク100a,100bとの
合致状態を判断している。これにより投光手段と第1物
体(マスク)との相対的位置関係を検出している。
本実施例では投光手段(アライメントヘッド)は駆動
手段で移動可能となっており、参照マーク100に各々異
なった位置及び異なった方向から光束を入射することが
できるように構成されている。
手段で移動可能となっており、参照マーク100に各々異
なった位置及び異なった方向から光束を入射することが
できるように構成されている。
そこで前述の如く求めた投光手段とマスクとの相対的
位置関係を利用してマスクとウエハとをアライメントを
する為のアライメントマーク83への投光手段からの光束
の入射位置及び入射方向を調整している。
位置関係を利用してマスクとウエハとをアライメントを
する為のアライメントマーク83への投光手段からの光束
の入射位置及び入射方向を調整している。
即ち、本実施例においては光束72は通常アライメント
パターンの寸法に対応させて設定されており、この光束
72をx,y面内(マスク面内)で移動させると、第10図に
示すようにx方向とy方向において各々回折格子より成
るマーク100a,100bで回折された光はセンサーにより検
出される。
パターンの寸法に対応させて設定されており、この光束
72をx,y面内(マスク面内)で移動させると、第10図に
示すようにx方向とy方向において各々回折格子より成
るマーク100a,100bで回折された光はセンサーにより検
出される。
このとき光束位置が正確にマーク100a又は100bの中心
に入射したときにセンサーからの出力信号は最大とな
る。
に入射したときにセンサーからの出力信号は最大とな
る。
今、センサーからの出力信号が最大になるx方向とy
方向の光束位置を各々xP,yPとする。マスク面上のアラ
イメントパターン83の位置と参照マーク100との相対的
位置関係はマスクパターン設計値より予め求められてい
るのでxp,ypの値を基に光源からの光束、即ち投光手段
を高精度にアライメントパターン83に設定することがで
きる。
方向の光束位置を各々xP,yPとする。マスク面上のアラ
イメントパターン83の位置と参照マーク100との相対的
位置関係はマスクパターン設計値より予め求められてい
るのでxp,ypの値を基に光源からの光束、即ち投光手段
を高精度にアライメントパターン83に設定することがで
きる。
次に具体的な数値例を示す。スクライブライン82上の
アライメントパターンサイズが50μm×200μm、光束7
2のサイズが120μm×400μm、入射角θi=17度、参
照マーク100は直線回折格子であり、その格子ピッチP
=3μm、2次回折光(マスク法線から13.16度の角度
を成して回折してくる。)をセンサーで検出する場合、
第9図に示すマーク100a,100bの寸法をWx=Wy=30μm
としたとき、光束位置検出精度は1μmとなった。
アライメントパターンサイズが50μm×200μm、光束7
2のサイズが120μm×400μm、入射角θi=17度、参
照マーク100は直線回折格子であり、その格子ピッチP
=3μm、2次回折光(マスク法線から13.16度の角度
を成して回折してくる。)をセンサーで検出する場合、
第9図に示すマーク100a,100bの寸法をWx=Wy=30μm
としたとき、光束位置検出精度は1μmとなった。
従ってこのときアライメントパターン83への光束の入
射位置は1μm程度の精度で設定可能となる。
射位置は1μm程度の精度で設定可能となる。
尚、本実施例では参照マーク100として直線回折格子
を用いた場合を示したが、これに限定されるものではな
く、例えば第11図に示すように参照マーク101を曲線状
の回折格子より成るマーク101a,101bより構成しても良
い。
を用いた場合を示したが、これに限定されるものではな
く、例えば第11図に示すように参照マーク101を曲線状
の回折格子より成るマーク101a,101bより構成しても良
い。
第12図は第11図の参照マーク101をyz断面内で示した
ものである。同図において72は入射光束、121は0次反
射回折光、122は1次反射回折光である。回折格子を本
実施例のように曲線格子より構成すると回折光にレンズ
と同じく屈折力を与えることができ、回折光のスポット
サイズを直線格子の回折光よりも小さくすることが可能
であり、これにより検出精度をより高めることができ
る。
ものである。同図において72は入射光束、121は0次反
射回折光、122は1次反射回折光である。回折格子を本
実施例のように曲線格子より構成すると回折光にレンズ
と同じく屈折力を与えることができ、回折光のスポット
サイズを直線格子の回折光よりも小さくすることが可能
であり、これにより検出精度をより高めることができ
る。
尚、本発明において参照マークを第2物体に設け、投
光手段と第2物体との位置関係を検出するようにしても
良い。又本発明の位置検出方法はX線を用いた所謂ステ
ッパーにも同様に適用することができる。
光手段と第2物体との位置関係を検出するようにしても
良い。又本発明の位置検出方法はX線を用いた所謂ステ
ッパーにも同様に適用することができる。
(発明の効果) 本発明によれば第1物体面上に前述したような参照マ
ークを設け、該参照マークに投光手段から光束を走査し
ながら入射させ、該参照マークから生じる所定次数の回
折光を利用することにより、投光手段と第1物体との位
置関係を適切に設定することができる為、後で行う第1
物体と第2物体との相対的な位置検出を高精度に行うこ
とができる位置検出方法を達成することができる。
ークを設け、該参照マークに投光手段から光束を走査し
ながら入射させ、該参照マークから生じる所定次数の回
折光を利用することにより、投光手段と第1物体との位
置関係を適切に設定することができる為、後で行う第1
物体と第2物体との相対的な位置検出を高精度に行うこ
とができる位置検出方法を達成することができる。
第1図は本発明の一実施例の要部斜視図、第2,第3図は
第1図の一部分の拡大説明図、第4,第5図は本発明にお
ける位置ずれ検出と面間隔検出の原理説明図、第6図は
第1図のセンサー11面上の模式図、第7図は従来の回折
格子の説明図、第8図(A),(B)はマスク面上のア
ライメントマークと参照マークの説明図、第9図は参照
マークと光束との関係を示す説明図、第10図は第1図に
おけるせンサーからの出力信号の説明図、第11図,第12
図は本発明に係る参照マークの他の実施例をそれを用い
たときの光束の収束状態を示す説明図、第13図は第1図
の一部を変更したときの一実施例の要部斜視図である。 図中、1は光源、2はコリメーターレンズ、5はレンズ
系、6はミラー、10は受光レンズ、11はセンサー、12は
AAラインセンサー、13はAFラインセンサー、18はマスク
(第1物体)、19はウエハ(第2物体)、20M,20W,21M
は各々アライメントマーク、100,101は参照マークであ
る。
第1図の一部分の拡大説明図、第4,第5図は本発明にお
ける位置ずれ検出と面間隔検出の原理説明図、第6図は
第1図のセンサー11面上の模式図、第7図は従来の回折
格子の説明図、第8図(A),(B)はマスク面上のア
ライメントマークと参照マークの説明図、第9図は参照
マークと光束との関係を示す説明図、第10図は第1図に
おけるせンサーからの出力信号の説明図、第11図,第12
図は本発明に係る参照マークの他の実施例をそれを用い
たときの光束の収束状態を示す説明図、第13図は第1図
の一部を変更したときの一実施例の要部斜視図である。 図中、1は光源、2はコリメーターレンズ、5はレンズ
系、6はミラー、10は受光レンズ、11はセンサー、12は
AAラインセンサー、13はAFラインセンサー、18はマスク
(第1物体)、19はウエハ(第2物体)、20M,20W,21M
は各々アライメントマーク、100,101は参照マークであ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉井 実 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−266224(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01B 11/00
Claims (1)
- 【請求項1】相異なる位置に参照マークと第1アライメ
ントマークが形成された第1物体と、第2アライメント
マークが形成された第2物体に対して、ピックアップか
らの光を前記第1、第2アライメントマークに入射さ
せ、前記第1、第2アライメントマークを介した光を前
記ピックアップにより検出し、前記ピックアップからの
出力信号に基づいて、前記第1物体と前記第2物体との
相対的位置を検出する位置検出方法において、前記第1
物体上に前記第1アライメントマークと異なる位置に参
照マークを形成する段階と、前記ピックアップからの光
を前記参照マークに入射させ且つ該光で前記参照マーク
を走査し、前記参照マークより発生する回折光の変化を
前記ピックアップにより検出して前記参照マークと前記
ピックアップとの相対的位置を検出する段階と、検出さ
れた前記参照マークと前記ピックアップとの相対的位置
に基づいて前記ピックアップを移動させることにより、
前記ピックアップと前記第1アライメントマークを位置
合せする段階とを有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 |
---|---|---|---|
JP2143869A JP2906585B2 (ja) | 1990-06-01 | 1990-06-01 | 位置検出方法 |
DE1991627223 DE69127223T2 (de) | 1990-05-01 | 1991-04-29 | Verfahren und Vorrichtung zur Positionsdetektion |
EP19910303849 EP0455446B1 (en) | 1990-05-01 | 1991-04-29 | Position detecting method and apparatus |
US07/892,732 US5200800A (en) | 1990-05-01 | 1992-05-29 | Position detecting method and apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2143869A JP2906585B2 (ja) | 1990-06-01 | 1990-06-01 | 位置検出方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0436605A JPH0436605A (ja) | 1992-02-06 |
JP2906585B2 true JP2906585B2 (ja) | 1999-06-21 |
Family
ID=15348888
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2143869A Expired - Fee Related JP2906585B2 (ja) | 1990-05-01 | 1990-06-01 | 位置検出方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2906585B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07135168A (ja) * | 1993-11-11 | 1995-05-23 | Canon Inc | アライメント方法及びそれを用いた位置検出装置 |
-
1990
- 1990-06-01 JP JP2143869A patent/JP2906585B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0436605A (ja) | 1992-02-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2704001B2 (ja) | 位置検出装置 | |
US5200800A (en) | Position detecting method and apparatus | |
JP2704002B2 (ja) | 位置検出方法 | |
EP0329430B1 (en) | Position detecting device | |
JP2890943B2 (ja) | 位置検出方法及びそれを用いた位置検出装置 | |
JP3428705B2 (ja) | 位置検出装置及びそれを用いた半導体素子の製造方法 | |
JP2676933B2 (ja) | 位置検出装置 | |
JP2906585B2 (ja) | 位置検出方法 | |
JP2910151B2 (ja) | 位置検出装置 | |
JP2775988B2 (ja) | 位置検出装置 | |
JP2513300B2 (ja) | 位置検出装置 | |
JP2626076B2 (ja) | 位置検出装置 | |
JP2546356B2 (ja) | 位置合わせ装置 | |
JP2867597B2 (ja) | 位置検出方法 | |
JP2836180B2 (ja) | 位置検出装置 | |
JP2698388B2 (ja) | 位置検出装置 | |
JP2833145B2 (ja) | 位置検出装置 | |
JP2513281B2 (ja) | 位置合わせ装置 | |
JP2546317B2 (ja) | 位置合わせ装置 | |
JP2615778B2 (ja) | 位置合わせ装置 | |
EP0455446B1 (en) | Position detecting method and apparatus | |
JP2623757B2 (ja) | 位置合わせ装置 | |
JP2924178B2 (ja) | 位置検出装置 | |
JP2513299B2 (ja) | 位置検出装置 | |
JP2698389B2 (ja) | 位置検出装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090402 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090402 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100402 Year of fee payment: 11 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |