JPH0210202A - 複波長照明を用いたダブルリニアフレネルゾーンプレートによる位置検出装置 - Google Patents
複波長照明を用いたダブルリニアフレネルゾーンプレートによる位置検出装置Info
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- JPH0210202A JPH0210202A JP63162915A JP16291588A JPH0210202A JP H0210202 A JPH0210202 A JP H0210202A JP 63162915 A JP63162915 A JP 63162915A JP 16291588 A JP16291588 A JP 16291588A JP H0210202 A JPH0210202 A JP H0210202A
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Landscapes
- 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)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
この発明は、超精密位置計測(0,01μmオーダー)
装置、特にマスクとウェハーを0.O1pmオーダーで
位置検出装置な、複波長を用いたダブルリニアフレネル
ゾーンプレートによる位置検出装置に関する。
装置、特にマスクとウェハーを0.O1pmオーダーで
位置検出装置な、複波長を用いたダブルリニアフレネル
ゾーンプレートによる位置検出装置に関する。
[従来の技術]
現在実用化されているマスクとウェハーのアライメント
方〃、には、大きく分けて、パターン計J11方式1回
折光方式、及び、これら両方式を部分的に合せたハイブ
リッド方式があり、以下これらを個々に説明する。
方〃、には、大きく分けて、パターン計J11方式1回
折光方式、及び、これら両方式を部分的に合せたハイブ
リッド方式があり、以下これらを個々に説明する。
まず、これらを紹介している文献名をあげておく。
文献l−精密機械5115/1985゜PP、156〜
162 文f42− Tectu+1cal Proceedi
ngsScmicon/West 1987.May
19−21San Mccro、CA、PP、24
2〜247文献3−昭和62年度精密工学会秋季大会学
術講演会論文集PP、347〜348文献4−特開昭6
1−236117号公報文+lL 5− 特聞11i’
(61−1933,448号公+u文献6−(株)閉晃
堂発行「光技術応用システム」(昭和58年3月20日
) PP、165〜167 文献7−昭和59年度精密学会秋季大会学術講演会論文
集PP、443〜444 文献8−閉和62年度精密SL学会秋季大会学術講演会
論文集PP、353〜354 文献9−閉和61年度精密工学会秋季大会学術講演会論
文集I11.703〜704 文献1〇−閉和60年度精機学会春季大会学術d^演会
論文東PP、301〜302 文11i 1 1 −Semicon News
198[i、7.P、20文献12−第48回応用
物理学術講演会予講集(昭和62年) 11,448 文献13 J、Vac、Sci Tccbnol、l
’+(4) INov、/ Dec、1981. PP
、1224〜1228文dQ l 4 −5oli
d 5tate Tekhnology、21.5
(+985沖、175 文献15−J、Vac、Sci Teclu+ol、1
li(6)Nov、/ Dec、197’l、 PP、
1954〜1’158文献16−J、Vac、Sci
Technol、19(4) 。
162 文f42− Tectu+1cal Proceedi
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2〜247文献3−昭和62年度精密工学会秋季大会学
術講演会論文集PP、347〜348文献4−特開昭6
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堂発行「光技術応用システム」(昭和58年3月20日
) PP、165〜167 文献7−昭和59年度精密学会秋季大会学術講演会論文
集PP、443〜444 文献8−閉和62年度精密SL学会秋季大会学術講演会
論文集PP、353〜354 文献9−閉和61年度精密工学会秋季大会学術講演会論
文集I11.703〜704 文献1〇−閉和60年度精機学会春季大会学術d^演会
論文東PP、301〜302 文11i 1 1 −Semicon News
198[i、7.P、20文献12−第48回応用
物理学術講演会予講集(昭和62年) 11,448 文献13 J、Vac、Sci Tccbnol、l
’+(4) INov、/ Dec、1981. PP
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Nov、/ Dec、1981. PP、1219〜1
22’1文+i& 17− I E E E Tra
nsactions onElecLron Dev
ices、Vol、ED−26,NO,4PP、72:
l〜728 文献1 B−1987年(昭和62年)秋季、f548
回応用物理学会学術講演会、 第2分III) P 427 、18 a −F −8
文119−回、18a−F−9 文$Q 2 0 − Sem1conductor
1llorld 1 9 8 5 。
22’1文+i& 17− I E E E Tra
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ices、Vol、ED−26,NO,4PP、72:
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回応用物理学会学術講演会、 第2分III) P 427 、18 a −F −8
文119−回、18a−F−9 文$Q 2 0 − Sem1conductor
1llorld 1 9 8 5 。
5、PP、105〜111
(1)パターン計測方式
(O複屈折による2重焦点レンズによる検出力法
(開発機関)Bell研及びNTT
(4F1略)複屈折による2重焦点レンズによりアライ
メントマークを検出する。また、露光領域を分:IIシ
、各露光領域ごとにアライメントを行なうステップ・ア
ンド・リピート方式となっている。(NTTの例につい
ては文献l参1:l )(欠点) (1)レンズ径の減少に制限かあり、マーク位置か露光
領域からかなり離れた(10数mm程度)スクライブラ
インにあるため、マスクの伸縮によるアライメント誤差
が加算され、アライメント精度が低下する。
メントマークを検出する。また、露光領域を分:IIシ
、各露光領域ごとにアライメントを行なうステップ・ア
ンド・リピート方式となっている。(NTTの例につい
ては文献l参1:l )(欠点) (1)レンズ径の減少に制限かあり、マーク位置か露光
領域からかなり離れた(10数mm程度)スクライブラ
インにあるため、マスクの伸縮によるアライメント誤差
が加算され、アライメント精度が低下する。
(II)(I)により、露光領域内にマークを設けるこ
とができない。
とができない。
(m)2値化処理に伴ない、マークの対称性に依存する
。
。
(■)2次元カメラにて検出するため、高速検出化でき
ない(30Hz以下)。
ない(30Hz以下)。
■22重焦レンズによる検出方法(複屈折によるかどう
か不明)。
か不明)。
(開発機関) Kart 2u
(概略)2重焦点を有する光学顕微鏡にてマークを検出
する。アライメントはこの顕微鏡の下にマスクとウェハ
ーが移動し、完了後、マスクとウェハーはロックされ、
露光位置に移動し、X線照射か行なわれる。(文献2参
照) (欠点)他のX線アライナ−と露光概念が異なり、アラ
イメントと露光を別の場所で行なうため、−概に比較で
きないが、少なくとも、露光中サーボ制御と高速検出は
不可部である。
する。アライメントはこの顕微鏡の下にマスクとウェハ
ーが移動し、完了後、マスクとウェハーはロックされ、
露光位置に移動し、X線照射か行なわれる。(文献2参
照) (欠点)他のX線アライナ−と露光概念が異なり、アラ
イメントと露光を別の場所で行なうため、−概に比較で
きないが、少なくとも、露光中サーボ制御と高速検出は
不可部である。
■斜方検出
(開発機関)[1を製作所
(概略)X線露光領域外に、NAの小さい対物レンズを
傾斜させ、″?、スクとウェハーのマークを斜方検出す
ることにより、′:A光中も露光領域内に設けたマーク
の検出が可能な装置となっている。
傾斜させ、″?、スクとウェハーのマークを斜方検出す
ることにより、′:A光中も露光領域内に設けたマーク
の検出が可能な装置となっている。
(文1!I&3,4.5参照)。
(欠点)
(I)2次元カメラにより検出しているため(文献3.
4参照)に、高速検出化ができない。
4参照)に、高速検出化ができない。
(II )対称性パターンマツチング(文献5参照)な
る処理を行なっており、これはマークの対称性を前提と
した演算方法で2検出精度はマークの対称性に大きく依
存している。
る処理を行なっており、これはマークの対称性を前提と
した演算方法で2検出精度はマークの対称性に大きく依
存している。
(m)斜方結像のため、結像範囲がきわめて狭く、ラス
ター圧縮などによるS 、/ N比向上かむつかしく、
マーク形状保持の点から、プロセス依存性が高い。
ター圧縮などによるS 、/ N比向上かむつかしく、
マーク形状保持の点から、プロセス依存性が高い。
(2)回折光方式
σ)等ピッチ2重回折格子法
(開発機関)MIT
(概略)マスクとウェハー上に同一ピッチの回折格子を
設け、1次の透過回折光の強度差により重ね合せ信号を
得る。位置変位は、 Δφm=(2重m / d )ΔX たたし、Δφm=位相変位 ΔX二位相変位 m:回折次数 の関係で表され、 10ILmの格子ピ・ンチでO,I#Lm。
設け、1次の透過回折光の強度差により重ね合せ信号を
得る。位置変位は、 Δφm=(2重m / d )ΔX たたし、Δφm=位相変位 ΔX二位相変位 m:回折次数 の関係で表され、 10ILmの格子ピ・ンチでO,I#Lm。
1.2μmの格子ピ・ンチで200人。
の重ね合せ精度か得られる。(文献6.7参照)
(欠点)
(I)ギャップ変動による位置ずれ信号の影響かきわめ
て多い。文献7の図2に、位置ずれ信号かギャップ変動
(±0.04pm)により大きく影響される様子か示さ
れる。
て多い。文献7の図2に、位置ずれ信号かギャップ変動
(±0.04pm)により大きく影響される様子か示さ
れる。
(11) 単色光アライメントのため、回折光強度は薄
膜の定在波効果など、光の干渉現象により大きく影響を
受ける。
膜の定在波効果など、光の干渉現象により大きく影響を
受ける。
(m)マークの対称性に依存する(非対称形状格子では
、検出精度が低下する)。
、検出精度が低下する)。
■倍ピッチ2重回折格子法
(開発機関)NTT通研
(概WS>従来の2重回折格子法の欠点であったギャッ
プの変動の影響を倍ピツチ回折格子により除去し、ギヤ
ラブ検出用として、従来の)オーカス信号の代りに弔−
回折格子からの回折光強1バ信号を利用する方法である
。(文献8,9.10参照) 文献8には倍ピ・フチ2重回折格子法による検出装置な
PS載したx6アライナーの概要が、また文献9には検
出装置の概要がそれぞれ説明されている。
プの変動の影響を倍ピツチ回折格子により除去し、ギヤ
ラブ検出用として、従来の)オーカス信号の代りに弔−
回折格子からの回折光強1バ信号を利用する方法である
。(文献8,9.10参照) 文献8には倍ピ・フチ2重回折格子法による検出装置な
PS載したx6アライナーの概要が、また文献9には検
出装置の概要がそれぞれ説明されている。
(欠点)
(I)ギャップ依存性は等ピッチ2屯回折格子法に比べ
ればかなり低減されたか、それでも0.1重mオーダー
のギャップ制御か必要とされる。
ればかなり低減されたか、それでも0.1重mオーダー
のギャップ制御か必要とされる。
(II )単色光アライメントであるため、光の干渉問
題から、プロセスによる影響(段差、段差幅、tXII
I!2堆積層)か避けられない0文献10にプロセスの
影響が示されている。
題から、プロセスによる影響(段差、段差幅、tXII
I!2堆積層)か避けられない0文献10にプロセスの
影響が示されている。
(III)回折格子マークの対称性に依存する。
■回折格子をベアで使用する方法
(開発機関)電総研
O11略)文献11の図面に示されているように、ウェ
ハー側に対になった 回折格子を配置することて、マス
ク・ウェハー間のギャップ変動に位置ずれ検出信【)か
影響されない原理となっている。特徴は文献12に示さ
れているように、(a)2つの回折格子を直接対向させ
ない(b)格子周期を非整数倍にする の2点である。(文献11.12参照)(欠点) (I)単色光アライメントであるため、光の干渉問題か
らプロセスの影響が避けられない。
ハー側に対になった 回折格子を配置することて、マス
ク・ウェハー間のギャップ変動に位置ずれ検出信【)か
影響されない原理となっている。特徴は文献12に示さ
れているように、(a)2つの回折格子を直接対向させ
ない(b)格子周期を非整数倍にする の2点である。(文献11.12参照)(欠点) (I)単色光アライメントであるため、光の干渉問題か
らプロセスの影響が避けられない。
(TI )回折格子マークの対称性に依存する。
(m)ギャップ依存性は、文fi12に示されている通
り、シュミレーションによるもので、実証されてはいな
い。
り、シュミレーションによるもので、実証されてはいな
い。
02重フレネルゾーンターゲツト法
(開発機関)Be1.1研
(概略)マスク上に形成した焦点距離fの円形フレネル
ゾーンターゲラ1〜(FZT)とウェハー1−に形成し
た焦点距l1l(ftギャップ)のFZTに、平行なレ
ーザビームを照射し、その時生じる集光スポットの位置
変化を検出することによって、位置とギヤ・ンプを検出
するものである。(文献13参照) (欠点) (I)文1113の表1及び図2に示されているように
、単色光アライメントであるため、光の干渉問題からプ
ロセスの影響が避けられず、十分なS/N比が得られな
かったり、薄膜の定在波効果により膜厚コントロールが
難しくなる。
ゾーンターゲラ1〜(FZT)とウェハー1−に形成し
た焦点距l1l(ftギャップ)のFZTに、平行なレ
ーザビームを照射し、その時生じる集光スポットの位置
変化を検出することによって、位置とギヤ・ンプを検出
するものである。(文献13参照) (欠点) (I)文1113の表1及び図2に示されているように
、単色光アライメントであるため、光の干渉問題からプ
ロセスの影響が避けられず、十分なS/N比が得られな
かったり、薄膜の定在波効果により膜厚コントロールが
難しくなる。
(II )ギャップ依存性が高い、回折格子法に比べれ
ばギャップ依存性は低いが、ギャップ変動により、フレ
ネル回折により集光したスポットの光強度は変動する。
ばギャップ依存性は低いが、ギャップ変動により、フレ
ネル回折により集光したスポットの光強度は変動する。
(m)マークの対称性に依存する0円形FZTは一種の
凸レンズと考えることができるので、マークの対称性が
損なわれると、レンズで言う非点収差とかコマ収差に相
当する現象が発生し、検出精度が低下する。
凸レンズと考えることができるので、マークの対称性が
損なわれると、レンズで言う非点収差とかコマ収差に相
当する現象が発生し、検出精度が低下する。
(rV)マーク形状が複雑で、プロセス変化に基づくパ
ターン変化がおきやすい。
ターン変化がおきやすい。
(V)フレネル回折で集光された焦点付近に発生ずるス
プリアス像によって、像点の非対称性が発生し位置2(
差となる。
プリアス像によって、像点の非対称性が発生し位置2(
差となる。
■2重円形フレネルゾーンターゲット法(開発機関)M
icronix (概略)アライメント原理は回折光方式の■のBa1l
研のものと同じものを適用しており。
icronix (概略)アライメント原理は回折光方式の■のBa1l
研のものと同じものを適用しており。
MicronixにおいてMx−15の商品名でアライ
ナ−に組み込んで販売されている。(文献14参照) (欠点) (I)上記■で述べた欠点をそのまま持ち合せている。
ナ−に組み込んで販売されている。(文献14参照) (欠点) (I)上記■で述べた欠点をそのまま持ち合せている。
(m)′A光光中サーボ制量1システムなっていない。
(■)2次元カメラにて検出しているので高速検出は不
r1(能である。
r1(能である。
■リニアフレネルゾーンプレートと回折格子をMlみ合
せた方法 (開発機関)Th、omson−C3F。
せた方法 (開発機関)Th、omson−C3F。
Mrcronix
NFI略)マスクマークとして透過型のリニア・フレネ
ル・ゾーン・プレート(LFZP)を、ウェハーマーク
としては反射型の線状回折格子を使って位置検出を行な
う。LFZPの焦点距離がマスクとウェハー間のギャッ
プ量に相当するため、垂直方向の位置合せも可能となる
。(文献15.16参照) (欠点) (I ) tn色光をアライメント光に使用しているた
め、光の干渉問題かある。
ル・ゾーン・プレート(LFZP)を、ウェハーマーク
としては反射型の線状回折格子を使って位置検出を行な
う。LFZPの焦点距離がマスクとウェハー間のギャッ
プ量に相当するため、垂直方向の位置合せも可能となる
。(文献15.16参照) (欠点) (I ) tn色光をアライメント光に使用しているた
め、光の干渉問題かある。
(II )ウェハー4二の回折格子の対称性に検u+
2.1度が依存する。
2.1度が依存する。
(m)ギャップ依存性が高い。
(IV)検出を精度上げるためには、S/N比を上げる
必要があり、そのためLFZPと回折格子をマトリック
ス状に配置せざるを得す、マスクの専有面桔が1000
gm平方程度ときわめて広いエリアが必要である。
必要があり、そのためLFZPと回折格子をマトリック
ス状に配置せざるを得す、マスクの専有面桔が1000
gm平方程度ときわめて広いエリアが必要である。
(V)それらのマーク相互間に高い重ね合せ精度が必要
である。
である。
以上1回折光によるアライメント方式について、CDか
ら■にわたって個々に説明したが、その中で共通して持
っている聞届である「回折アライメントマークの対称性
に依存する」の点に関して1文献17には、その図2に
示すようなさまざまなプロファイルを持つ回折格子につ
いて、アライメント精度か検討されている。その図2の
うち(e)のプロファイルのような非対称回折格子にお
いては、この文献中の式(3)である、w におけるψ1かゼロでなくなるため、検出精度か低下す
ることが明らかになっている。
ら■にわたって個々に説明したが、その中で共通して持
っている聞届である「回折アライメントマークの対称性
に依存する」の点に関して1文献17には、その図2に
示すようなさまざまなプロファイルを持つ回折格子につ
いて、アライメント精度か検討されている。その図2の
うち(e)のプロファイルのような非対称回折格子にお
いては、この文献中の式(3)である、w におけるψ1かゼロでなくなるため、検出精度か低下す
ることが明らかになっている。
また1文献18においては、非対称回折格子の補正につ
いて論じており、非対称性を定義するΔから次の式によ
って得られる応答信号Jnから、非対称性を補正するこ
とが回部であることが示されている。
いて論じており、非対称性を定義するΔから次の式によ
って得られる応答信号Jnから、非対称性を補正するこ
とが回部であることが示されている。
Jn=In [l+cos2k (x−Δ)・n入/L
i] さらに1文献19には、レジスト膜厚の定在波効果によ
る回折格子の非対称性化について報告されている。
i] さらに1文献19には、レジスト膜厚の定在波効果によ
る回折格子の非対称性化について報告されている。
(3)ハイブリッド方式(パターン計測方式十回折光方
式) 回折格子とパターン計i1−による2つの方式を織り混
ぜた方式として、ニコンの光ステッパー:N5R150
5G3Aに搭載されているLSA(レーザ・ステ・ンプ
・アライメント)検出装置かある。
式) 回折格子とパターン計i1−による2つの方式を織り混
ぜた方式として、ニコンの光ステッパー:N5R150
5G3Aに搭載されているLSA(レーザ・ステ・ンプ
・アライメント)検出装置かある。
(J11略)ウェハー上に回折格子マークを設け、ステ
ージの移動によってビームがアライメントマーク上を通
過した詩、回折光か発生し、その光強度による信号波形
が得られる。これをディテクターで受けた後、A/D変
換し、ディジタル信号として波形メモリーに格納し、波
形プロセッサーによりその中心位置を計測する。検出信
号としては回折格子の光強度を使用し、その波形から位
置を求める処理はパターン計測により波形データの中心
位置を算出している。(ハイブリット化)(文献20参
照) (欠点) (I)単色光アライメントである。
ージの移動によってビームがアライメントマーク上を通
過した詩、回折光か発生し、その光強度による信号波形
が得られる。これをディテクターで受けた後、A/D変
換し、ディジタル信号として波形メモリーに格納し、波
形プロセッサーによりその中心位置を計測する。検出信
号としては回折格子の光強度を使用し、その波形から位
置を求める処理はパターン計測により波形データの中心
位置を算出している。(ハイブリット化)(文献20参
照) (欠点) (I)単色光アライメントである。
(II )回折格子マークの対称性に依存する。
(m)検出速度が信号処理系(ディジタル系)に依存す
る。
る。
以上、従来のパターン計測方式及び回折光方式の各々が
持つ主な問題点を整理すると第1表のようになる。
持つ主な問題点を整理すると第1表のようになる。
第1表 従来の方式の問題点
(注)Xが問題点である。
△になる理由:
N013のパターン計測の場合、
(1)の■の斜方検出によれば可能であるか、(1)の
■の複Jrit折を利用した2重焦点レンズや、(1)
の■の方式によれば不可部である。
■の複Jrit折を利用した2重焦点レンズや、(1)
の■の方式によれば不可部である。
N013のフレネル・ゾーン・プレートの場合。
(2)の■のThomson−C3Fによれば、マーク
が大きい(1mmx 1mm)という欠点を持つが一応
可能である。しかし、(2)の(ΦのMicronix
(Mx−15)によれば、スクラブラインにマークを
設けるので不可部である。
が大きい(1mmx 1mm)という欠点を持つが一応
可能である。しかし、(2)の(ΦのMicronix
(Mx−15)によれば、スクラブラインにマークを
設けるので不可部である。
No、4のフレネル・ゾーン・プレートの場合、
(2)の■のMicron ix (Mx−5)あるい
は(2)の■のBa1l研のように円形フレネル・ゾー
ン・プレートを用いた場合は、2次元カメラを受光素子
として使用するので、その応答性(30Hz)から高速
検出は不可能である。
は(2)の■のBa1l研のように円形フレネル・ゾー
ン・プレートを用いた場合は、2次元カメラを受光素子
として使用するので、その応答性(30Hz)から高速
検出は不可能である。
[発Illが解決しようとする課題]
この発明は、上記の第1表にあげた従来技術の6つの問
題点を解決した新規なアライメント装置を提供しようと
するものである。すなわち、半導体の超高集積化が急ピ
ッチで進む中で、今後量産される16M、64M、25
6Mなどのメモリー素子の生産に使われるシンクロトロ
ン放射光(SOR)などを線源に持つX線アライナ−に
おいて、マスクとウェハーを0.01gmオーダーで位
置検出rf(能なアライメント装置を提供しようとする
ものである。 現在使用されている光ステラパー及びX
線アライナ−におけるアライメント方式は、(0パター
ン計°側法(コントラスト法、エツジ検出法)、■回折
光を利用した方式の2つに大別される。各々の方式にお
いてはそれぞれ長所短所があり優劣はつけがたいが、こ
の発IJIIは、■と■の長所を融合させたパイプリッ
トなアライメント方式を採用した位置検出装置を提供す
ることを目的としている。
題点を解決した新規なアライメント装置を提供しようと
するものである。すなわち、半導体の超高集積化が急ピ
ッチで進む中で、今後量産される16M、64M、25
6Mなどのメモリー素子の生産に使われるシンクロトロ
ン放射光(SOR)などを線源に持つX線アライナ−に
おいて、マスクとウェハーを0.01gmオーダーで位
置検出rf(能なアライメント装置を提供しようとする
ものである。 現在使用されている光ステラパー及びX
線アライナ−におけるアライメント方式は、(0パター
ン計°側法(コントラスト法、エツジ検出法)、■回折
光を利用した方式の2つに大別される。各々の方式にお
いてはそれぞれ長所短所があり優劣はつけがたいが、こ
の発IJIIは、■と■の長所を融合させたパイプリッ
トなアライメント方式を採用した位置検出装置を提供す
ることを目的としている。
[課題を解決するための手段]
この発明の位置検出装置は、xVj露光光の光軸方向に
微小距離離間した第一の物体と第二の物体の光軸に直交
する方向の相対位置を検出する位置検出装置であって、
各物体上にリニアフレネルゾーンプレート(LFZP)
からなるアライメントマークを設け、これらLFZPを
同一方向から同時に複数の波長の光により照明するよう
に照明装置を構成し、上記り、FZPの波長ごとに位置
の異なる回折焦点にその波長の焦点か一致するような色
収差を有する対物レンズを備え、」−記対物レンズによ
って同一結像面上に重ね合せて結像された上記LFZP
の直線状の回折焦点像を、その長手方向に対して直角な
方向に1次元走査して電気信号に変換するリニアセンサ
ーを上記結像面上に備え、上記直線状の回折焦点像をそ
の長手方向に圧縮して上記リニアセンサー上に結像する
ように。
微小距離離間した第一の物体と第二の物体の光軸に直交
する方向の相対位置を検出する位置検出装置であって、
各物体上にリニアフレネルゾーンプレート(LFZP)
からなるアライメントマークを設け、これらLFZPを
同一方向から同時に複数の波長の光により照明するよう
に照明装置を構成し、上記り、FZPの波長ごとに位置
の異なる回折焦点にその波長の焦点か一致するような色
収差を有する対物レンズを備え、」−記対物レンズによ
って同一結像面上に重ね合せて結像された上記LFZP
の直線状の回折焦点像を、その長手方向に対して直角な
方向に1次元走査して電気信号に変換するリニアセンサ
ーを上記結像面上に備え、上記直線状の回折焦点像をそ
の長手方向に圧縮して上記リニアセンサー上に結像する
ように。
シリンドリカルレンズを上記対物レンズと上記リニアセ
ンサーの間に配置し、上記リニアセンサーから得られた
信号を処理することにより上記各アライメントマークの
位置を検出する手段を有する複波長照明を用いたダブル
リニアフレネルゾーンプレートによる位置検出装置であ
る。
ンサーの間に配置し、上記リニアセンサーから得られた
信号を処理することにより上記各アライメントマークの
位置を検出する手段を有する複波長照明を用いたダブル
リニアフレネルゾーンプレートによる位置検出装置であ
る。
第一の物体のアライメントマークとしては単一のLFZ
Pを用い、第二の物体のアライメントマークとして一対
のLFZPを用い、第一の物体の単一のLFZPを第二
の物体の一対のLFZPの間に入るような配置とすると
都合かよい。
Pを用い、第二の物体のアライメントマークとして一対
のLFZPを用い、第一の物体の単一のLFZPを第二
の物体の一対のLFZPの間に入るような配置とすると
都合かよい。
第一の物体はマスクであり、第二の物体はウェハーであ
り、ウェハーのアライメントマークの回折光及び入射光
か通るマスク部分に透明なウィンドウ領域を設けること
が現実的である。
り、ウェハーのアライメントマークの回折光及び入射光
か通るマスク部分に透明なウィンドウ領域を設けること
が現実的である。
照明装置及び対物レンズを、第一物体アライメントマー
ク及び第二物体アライメントマークの左右肩上方の対向
する位置に配置し、これらアライメントマークに立てた
垂線に対して、照明装置の入射角が対物レンズを含む検
出光学系の検出角に等しくなるように配置することによ
って1本発明の位置検出装置をX線露光領域外に配置す
ることができる。
ク及び第二物体アライメントマークの左右肩上方の対向
する位置に配置し、これらアライメントマークに立てた
垂線に対して、照明装置の入射角が対物レンズを含む検
出光学系の検出角に等しくなるように配置することによ
って1本発明の位置検出装置をX線露光領域外に配置す
ることができる。
リニアセンサーから得られた信号を処理して上記各アラ
イメントマークの位置を検出する手段が相似性パターン
マツチング処理を行なう手段であると、高精度の位l検
出が回部である。
イメントマークの位置を検出する手段が相似性パターン
マツチング処理を行なう手段であると、高精度の位l検
出が回部である。
[作 用]
各物体上に設けられたLFZPを複数の波長の光で同時
に照明すると、これら波長に応じて焦点距離の異なる位
置にLFZPの回折焦点が形成される。各波長の光に対
して、両物体のLFZPの回折焦点が同一焦点面上に位
にするように、各LFZPの焦点距離は選ばれる。各波
長の回折焦点面に対物レンズをその波長の焦点が一致す
るように、色収差を有する対物レンズか配置され、各波
長の回折焦点像はこの対物レンズによって同一結像面上
に重ね合せて結像される。同一結像面」二に重ね合せて
結像された各LFZPの直線状の回折焦点像は、上記結
像面上に配置されたリニアセンサーによって、その長平
方向に対して直角な方向に1次元走査されて電気信号に
変換される。この際、上記対物レンズと上記リニアセン
サーの間に配置されたシリンドリカルレンズによって、
上記直線状の回折焦点像はその長平方向に圧縮して上記
リニアセンサー上に結像される。上記リニアセンサーか
ら得られた信号は処理されて上記各アライメントマーク
の位置が検出され、両者はアライメントされる。
に照明すると、これら波長に応じて焦点距離の異なる位
置にLFZPの回折焦点が形成される。各波長の光に対
して、両物体のLFZPの回折焦点が同一焦点面上に位
にするように、各LFZPの焦点距離は選ばれる。各波
長の回折焦点面に対物レンズをその波長の焦点が一致す
るように、色収差を有する対物レンズか配置され、各波
長の回折焦点像はこの対物レンズによって同一結像面上
に重ね合せて結像される。同一結像面」二に重ね合せて
結像された各LFZPの直線状の回折焦点像は、上記結
像面上に配置されたリニアセンサーによって、その長平
方向に対して直角な方向に1次元走査されて電気信号に
変換される。この際、上記対物レンズと上記リニアセン
サーの間に配置されたシリンドリカルレンズによって、
上記直線状の回折焦点像はその長平方向に圧縮して上記
リニアセンサー上に結像される。上記リニアセンサーか
ら得られた信号は処理されて上記各アライメントマーク
の位置が検出され、両者はアライメントされる。
[実 施 例]
以下、第1図から第17図を参照にして、この発明の複
波長照明を用いたタプルリニアフレネルゾーンプレート
による位を検出装置の構成と作用を説明する。第1図は
マスク及びウェハーに対して本発明の位置検出装置を適
用する場合の側面概略図であり、第2図はそのに面概略
図である。数10pmのギャップ18をもって重ね合さ
れたウェハー15とマスク14の左右斜め上方には照1
51光学装置5と検出光学装置10が対向する位置に配
置される。照IJJ光学装置5の光軸のマスク14又は
ウェハーの法線に対する詔入射照明角度19と検出光学
装211Oの光軸の斜方検出角度20とは等しく、通常
はlO°〜45″の範囲内から選択される(図の場合は
25°)6本発明においては、このように、照明光と検
出光をマスク及びウェハーに対して傾けることにより、
X線露光領域13内にあるアライメントマーク16(マ
スク)、17(ウェハー)を照明光学装置5、検出光学
装置lOを動かずことなく検出できるようにするもので
ある。このことは、特にfjS2図を参照にするとIJ
I瞭である。検出光学装置10は、露光領域13の光路
外に設けられているため、露光中もアライメントマーク
16(17)を検出することがてき、また、検出光学装
置10をアライメント毎に動かす必要がないので高スル
ープツトか可能となる。
波長照明を用いたタプルリニアフレネルゾーンプレート
による位を検出装置の構成と作用を説明する。第1図は
マスク及びウェハーに対して本発明の位置検出装置を適
用する場合の側面概略図であり、第2図はそのに面概略
図である。数10pmのギャップ18をもって重ね合さ
れたウェハー15とマスク14の左右斜め上方には照1
51光学装置5と検出光学装置10が対向する位置に配
置される。照IJJ光学装置5の光軸のマスク14又は
ウェハーの法線に対する詔入射照明角度19と検出光学
装211Oの光軸の斜方検出角度20とは等しく、通常
はlO°〜45″の範囲内から選択される(図の場合は
25°)6本発明においては、このように、照明光と検
出光をマスク及びウェハーに対して傾けることにより、
X線露光領域13内にあるアライメントマーク16(マ
スク)、17(ウェハー)を照明光学装置5、検出光学
装置lOを動かずことなく検出できるようにするもので
ある。このことは、特にfjS2図を参照にするとIJ
I瞭である。検出光学装置10は、露光領域13の光路
外に設けられているため、露光中もアライメントマーク
16(17)を検出することがてき、また、検出光学装
置10をアライメント毎に動かす必要がないので高スル
ープツトか可能となる。
さて、照明光学装置5は、第1図においてはレーザー光
を使用しているが、他の照明光でも半値幅の狭い輝線が
得られるものであれば種類は問わない。第1図の場合、
レーザーlからのIJj!、長入、のレーザー光とレー
ザー3からの波長入2のレーザー光(入、〉入2)とを
、ヒ′−ムスブリッター2て合成してミラー4で斜下方
へ平行光として反射させて照明を行なっている。検出光
学装置10は軸上色収差を有する対物レンズ9を備えて
おり、この対物レンズ9が波長入、と入、の光では異な
る焦点距離を有しているために、異なる物***置にある
波長入、の光の物点と波長入2の光の物点とを同じ像点
位はに重ね合わせて結像てきること(後述)を利用して
、リニアフレネルゾーンプレート(LFZP)からなる
マスク14のアライメントマーク16とウェハー15の
アライメントマーク17の波長入1、入2の光によって
位置の異なる焦点(直線状の焦点)を対物レンズ9の入
、の光の焦点と入、の光の焦点に一致させ。
を使用しているが、他の照明光でも半値幅の狭い輝線が
得られるものであれば種類は問わない。第1図の場合、
レーザーlからのIJj!、長入、のレーザー光とレー
ザー3からの波長入2のレーザー光(入、〉入2)とを
、ヒ′−ムスブリッター2て合成してミラー4で斜下方
へ平行光として反射させて照明を行なっている。検出光
学装置10は軸上色収差を有する対物レンズ9を備えて
おり、この対物レンズ9が波長入、と入、の光では異な
る焦点距離を有しているために、異なる物***置にある
波長入、の光の物点と波長入2の光の物点とを同じ像点
位はに重ね合わせて結像てきること(後述)を利用して
、リニアフレネルゾーンプレート(LFZP)からなる
マスク14のアライメントマーク16とウェハー15の
アライメントマーク17の波長入1、入2の光によって
位置の異なる焦点(直線状の焦点)を対物レンズ9の入
、の光の焦点と入、の光の焦点に一致させ。
対物レンズ9とリレーレンズ8によって図のY方向に細
長い検出領域を有するリニアセンサー6上に重ね合わせ
て結像させるようになっている。なお、リレーレンズ8
は必ずしも必要ではない、リレーレンズ8とリニアセン
サー6の間には、i1図の平面内に位置し、検出光学系
10の光軸に直交する直線状のマーク16.17の焦点
をこの直線方向に圧縮してリニアセンサー6上に結像さ
せるシリンドリカルレンズ7(後述)が配置されており
、高速検出を可能にしている。リニアセンサー6からの
検出信号は後述する信号処理がほどこされ、アライメン
トマーク16のY方向の位置とアライメントマーク17
のY方向の位置がそれぞれ検出される。以下、マスク1
4.ウェハー15面上のアライメントマーク16.17
、対物レンズ9.シリンドリカルレンズ7、リニアセン
サー6からの信号の処理等について詳しく説明する。
長い検出領域を有するリニアセンサー6上に重ね合わせ
て結像させるようになっている。なお、リレーレンズ8
は必ずしも必要ではない、リレーレンズ8とリニアセン
サー6の間には、i1図の平面内に位置し、検出光学系
10の光軸に直交する直線状のマーク16.17の焦点
をこの直線方向に圧縮してリニアセンサー6上に結像さ
せるシリンドリカルレンズ7(後述)が配置されており
、高速検出を可能にしている。リニアセンサー6からの
検出信号は後述する信号処理がほどこされ、アライメン
トマーク16のY方向の位置とアライメントマーク17
のY方向の位置がそれぞれ検出される。以下、マスク1
4.ウェハー15面上のアライメントマーク16.17
、対物レンズ9.シリンドリカルレンズ7、リニアセン
サー6からの信号の処理等について詳しく説明する。
まず、マスク14のアライメントマーク(マスクマーク
)16とウェハー15のアライメントマーク17につい
て第3図を参照にして説明する。マスクマーク16、ウ
ェハーマーク17とも第1図のX方向に直線上の縞(ゾ
ーン)を有するリニアフレネルゾーンプレート(LFZ
P)からなっている。
)16とウェハー15のアライメントマーク17につい
て第3図を参照にして説明する。マスクマーク16、ウ
ェハーマーク17とも第1図のX方向に直線上の縞(ゾ
ーン)を有するリニアフレネルゾーンプレート(LFZ
P)からなっている。
第4図に示すように、一般に、LFZP23はその縞方
向に平行(図ではX方向)な直線状の焦点24(フレネ
ル焦点)を有するもので、その焦点距離は波長に依存し
て異なる0通常の円形フレネルゾーンプレートにおいて
は平行に入射した光束が円錐状に点状の焦点に集光する
が、LFZPにおいては縞に直交する断面(y−z面)
内でのみ焦点に集光し、縞に平行な断面(X−Z面)内
においては回折を受けずに平行光のまま反射(透過)す
ることになるため、直線状の焦点24となる。円形フレ
ネルゾーンプレートは球面からなる凸レンズと同様の作
用をするが、LFZPは凸のシリンドリカルレンズと同
様の作用をすると理解することができる。
向に平行(図ではX方向)な直線状の焦点24(フレネ
ル焦点)を有するもので、その焦点距離は波長に依存し
て異なる0通常の円形フレネルゾーンプレートにおいて
は平行に入射した光束が円錐状に点状の焦点に集光する
が、LFZPにおいては縞に直交する断面(y−z面)
内でのみ焦点に集光し、縞に平行な断面(X−Z面)内
においては回折を受けずに平行光のまま反射(透過)す
ることになるため、直線状の焦点24となる。円形フレ
ネルゾーンプレートは球面からなる凸レンズと同様の作
用をするが、LFZPは凸のシリンドリカルレンズと同
様の作用をすると理解することができる。
さて、第3図にもどると、ウェハー15上には、図に示
すように、LFZPからなるウェハーマーク17がY方
向に所定圧611れて一対設けられている。マスク14
1−には、LFZPからなるマスクマーク16か2つの
ウェハーマーク17の中間に設けられている。マスク1
4J−には、ウェハーLFZP17からの回折光か透過
できるように、ウェハーLFZP 17上の対応位置に
透Illなマスクウィンドウ22が用意されている。な
お、ウェハーマーク17は、レジストやその他の薄膜に
より15上に形成されている。
すように、LFZPからなるウェハーマーク17がY方
向に所定圧611れて一対設けられている。マスク14
1−には、LFZPからなるマスクマーク16か2つの
ウェハーマーク17の中間に設けられている。マスク1
4J−には、ウェハーLFZP17からの回折光か透過
できるように、ウェハーLFZP 17上の対応位置に
透Illなマスクウィンドウ22が用意されている。な
お、ウェハーマーク17は、レジストやその他の薄膜に
より15上に形成されている。
このようなマスク14とウェハー15を第5図、第6図
に示すように、ギャップ18(pm)たけ離して重ね合
わせ1.第1図に示すように波長入、とλ、の光で同蒔
に!Ki射すると、マスクマーク16、ウェハーマーク
17のそれぞれについて、入射波長λ8.入2の光によ
るフレネル回折が起き、各波長の光により、2つの焦点
面が形成される。マスクLFZP l 6の焦点距離f
mとウェハーLFZP l 7の焦点距#fwとは、ギ
ャップ18分(6gm)だけ異なるように選択する(δ
=fw−fm)、LFZPの焦点距離は波長によって異
なるので1図示したように、波長入。
に示すように、ギャップ18(pm)たけ離して重ね合
わせ1.第1図に示すように波長入、とλ、の光で同蒔
に!Ki射すると、マスクマーク16、ウェハーマーク
17のそれぞれについて、入射波長λ8.入2の光によ
るフレネル回折が起き、各波長の光により、2つの焦点
面が形成される。マスクLFZP l 6の焦点距離f
mとウェハーLFZP l 7の焦点距#fwとは、ギ
ャップ18分(6gm)だけ異なるように選択する(δ
=fw−fm)、LFZPの焦点距離は波長によって異
なるので1図示したように、波長入。
の光の焦点面は符号25の面に、波長入、の光の焦点面
は符号26の面に形成される(入、〉入2)、LFZP
16と17の焦点距離f m 。
は符号26の面に形成される(入、〉入2)、LFZP
16と17の焦点距離f m 。
fwともδに比較して大きく選択されるので1両者の波
長入、、入2の光の各焦点面は、δ=fw−fmの関係
から、図示のように相互に一致すると考えてよい、そし
て、マーク16.17によるx−Z平面における焦点面
25.26 (焦点はこの平面内で直線状となる)はi
f図の入射角、検出角0があまり大きくない範囲ににお
いて、第6図に示すように検出光学系の光軸に対して垂
直な面と考えてよい。なお、マスクマーク(LFZP)
16の各波長入1.入2の光によるフレネル回折は次式
で表わされる。
長入、、入2の光の各焦点面は、δ=fw−fmの関係
から、図示のように相互に一致すると考えてよい、そし
て、マーク16.17によるx−Z平面における焦点面
25.26 (焦点はこの平面内で直線状となる)はi
f図の入射角、検出角0があまり大きくない範囲ににお
いて、第6図に示すように検出光学系の光軸に対して垂
直な面と考えてよい。なお、マスクマーク(LFZP)
16の各波長入1.入2の光によるフレネル回折は次式
で表わされる。
(波長入、の光について)
(波長λ2の光について)
同様に、ウェハーマーク(LFZP)17の各波長入、
、入2によるフレネル回折は次式で表わされる。
、入2によるフレネル回折は次式で表わされる。
(波長入、の光について)
(波長入、の光について)
上記式(1)〜(4)において。
γ工:マスクLFZPのm次のゾーンエツジの中心から
の距離 γ工:ウエハーLFZPのm次のゾーンエツジの中心か
らの距離 fl:マスクLFZPの波長λ1の光の焦点距離 f8□:マスクLFZPの波長入2の光の焦点距離 f wl:ウェハーLFZPの波長入、の光の焦点距離 f w* :ウエハーLFZPの波長入2の光の焦点距
離そして、波長入、と入2の光で同時に照射する時、λ
、の光と入2の光は相互にインコヒーレント光となるの
で、波長間の干渉の聞届は全く起らない、この性質はこ
の発す1においては重要である。
の距離 γ工:ウエハーLFZPのm次のゾーンエツジの中心か
らの距離 fl:マスクLFZPの波長λ1の光の焦点距離 f8□:マスクLFZPの波長入2の光の焦点距離 f wl:ウェハーLFZPの波長入、の光の焦点距離 f w* :ウエハーLFZPの波長入2の光の焦点距
離そして、波長入、と入2の光で同時に照射する時、λ
、の光と入2の光は相互にインコヒーレント光となるの
で、波長間の干渉の聞届は全く起らない、この性質はこ
の発す1においては重要である。
次に、第1図の色収差を利用した2爪無点検出系12に
ついて説明する。この検出系の基本的なものは本出願人
によってすでに出願されているものであり(特願昭62
−196174号参照)、まずこれを第7図を用いて説
明すると、対物レンズObは波長の異なる光線に対し色
収差を有し、例えばg線(入=435nm)、e線(入
;546nm)の2種の光線に対し異なる焦点距離をも
っている。したかって、同一物点上にあるマークをg線
の光を使用して結像させた像点とe線の光を使用したと
きに生ずる像点は異なることになる。
ついて説明する。この検出系の基本的なものは本出願人
によってすでに出願されているものであり(特願昭62
−196174号参照)、まずこれを第7図を用いて説
明すると、対物レンズObは波長の異なる光線に対し色
収差を有し、例えばg線(入=435nm)、e線(入
;546nm)の2種の光線に対し異なる焦点距離をも
っている。したかって、同一物点上にあるマークをg線
の光を使用して結像させた像点とe線の光を使用したと
きに生ずる像点は異なることになる。
例えば、開口数NA=0.4、倍率n=1o倍の対物レ
ンズObの焦点距離はe線2g線の光に対しそれぞれF
e=12.5mm、Fg=12゜741mmとなり、物
点距離Sを13.75mmとしたときに生ずる像点距離
S ”はそれぞれS″g= 137.5mm、S” e
= 137,615mmとなる。このような対物レンズ
Obを使用して微小間隔δ敲れた物点、例えばマスクM
AとウェハーWAが図に示すようにそれぞれ光軸J二M
。
ンズObの焦点距離はe線2g線の光に対しそれぞれF
e=12.5mm、Fg=12゜741mmとなり、物
点距離Sを13.75mmとしたときに生ずる像点距離
S ”はそれぞれS″g= 137.5mm、S” e
= 137,615mmとなる。このような対物レンズ
Obを使用して微小間隔δ敲れた物点、例えばマスクM
AとウェハーWAが図に示すようにそれぞれ光軸J二M
。
M′にあるとすると、gIIa、 eilaの光の焦点
距離Fg、F’sが異なるため、2つの光線によるマス
クMA上のマークの像はり、B点に生じ、ウェハーW
A J−のマークの像はB、C点にそれぞれ生じること
になる。つまり対物レンズ系の色収差によってB点には
マスクMA上のマークとウェハーWA上のマークの像か
同一位置に生じている。ただし、マスクMA上のマーク
はgIIaの光により形成された像であり、ウェハーW
A上のマークはe線の光により形成された像である。
距離Fg、F’sが異なるため、2つの光線によるマス
クMA上のマークの像はり、B点に生じ、ウェハーW
A J−のマークの像はB、C点にそれぞれ生じること
になる。つまり対物レンズ系の色収差によってB点には
マスクMA上のマークとウェハーWA上のマークの像か
同一位置に生じている。ただし、マスクMA上のマーク
はgIIaの光により形成された像であり、ウェハーW
A上のマークはe線の光により形成された像である。
今、B点に例えばテレビカメラ等の検出系を置いて観察
すると、マスクMA上のマークとウェハーWA上のマー
クを同時に観察することができるが1色収差のためにそ
れぞれにじみの像を伴って観察される。このにじみの像
をg線の光をカウトしてe線の光を透過するフィルタお
よび逆にg線の光を透過しe線の光をカットするフィル
タを組み合わせたフィルタ(パターンバリアフィルター
と称する)を使用することにより、それぞれの色収差に
にじみを除去することによって同一のB点においてそれ
ぞれ異なった位置におけるマスクとウェハー上のアライ
メントマークの像を観察することが可能となる(4¥開
閉62−196174号参照)。
すると、マスクMA上のマークとウェハーWA上のマー
クを同時に観察することができるが1色収差のためにそ
れぞれにじみの像を伴って観察される。このにじみの像
をg線の光をカウトしてe線の光を透過するフィルタお
よび逆にg線の光を透過しe線の光をカットするフィル
タを組み合わせたフィルタ(パターンバリアフィルター
と称する)を使用することにより、それぞれの色収差に
にじみを除去することによって同一のB点においてそれ
ぞれ異なった位置におけるマスクとウェハー上のアライ
メントマークの像を観察することが可能となる(4¥開
閉62−196174号参照)。
以上が先願発明の内容であるが、この発明で使用する対
物レンズは、このように色収差を積極的に生じさせ、か
つ収差をよく補正した色収差対物レンズである。以下、
その光学系スベウクの一例を第2表に示す。
物レンズは、このように色収差を積極的に生じさせ、か
つ収差をよく補正した色収差対物レンズである。以下、
その光学系スベウクの一例を第2表に示す。
(以下余白)
2 スベ
ク(対物レンズ。
フィールドレンズ、リレーレンズを含む)この発IJ1
において、使用する対物レンズ9は第7図に示した対物
レンズObと同様な性質を有するもので、第5図の波長
λ1の光の焦点面25を第7図のMの位置に、波長λ2
の光の焦点面26をi7図のM″の位置に配置すると、
第7図のBの位置には、LFZP16,17の波長λ、
の光の焦点像と波長入、の光の焦点像が重なって結像さ
れる。これを第8図を用いて説明すると、アライメント
マーク16、.17の波長入、の光による回折焦点面2
5と波長入2の光による回折焦点面26は対物レンズ9
の波長入、、λ2の光に対する2重焦点面と位置関係が
完全に一致するように配置されている。したがって、両
方の焦点面25と26は対物レンズ9とリレーレンズ8
を通ってリニアセンサー6上に重ね合わされて結像する
。
において、使用する対物レンズ9は第7図に示した対物
レンズObと同様な性質を有するもので、第5図の波長
λ1の光の焦点面25を第7図のMの位置に、波長λ2
の光の焦点面26をi7図のM″の位置に配置すると、
第7図のBの位置には、LFZP16,17の波長λ、
の光の焦点像と波長入、の光の焦点像が重なって結像さ
れる。これを第8図を用いて説明すると、アライメント
マーク16、.17の波長入、の光による回折焦点面2
5と波長入2の光による回折焦点面26は対物レンズ9
の波長入、、λ2の光に対する2重焦点面と位置関係が
完全に一致するように配置されている。したがって、両
方の焦点面25と26は対物レンズ9とリレーレンズ8
を通ってリニアセンサー6上に重ね合わされて結像する
。
この様子をさらに第9図を用いて説明する0図の(a)
はマスクマーク16及びウェハーマーク17からの波長
入、の光の焦点面25における回折光強成分IH3を示
しており、波長λ1の光のブ、に点画25は当然のこと
ながら波長入、の光によるフレネル焦点なので、波長λ
、の光による回折光強度31がピークを示す、一方、波
長入2の光による回折光は、その焦点から遠く離れてい
る(ギャップ8gm分)ため、その光強度32は大変弱
く1図中で点線で示すように、低くなだらかな光強度分
布となる。図の(b)はマスクマーク16及びウェハー
マーク17からの波長λ2の光の焦点面26における回
折光強度分布を示しており、入、の光の焦点面26は入
、の光のフレネル焦点なので、入、の光による回折光強
度31’がピークとなる。一方、波長入、の光による回
折光は、その焦点から遠く離れているため、その光強度
32′は大変弱く、図中て実線で示すように低くなだら
かな光強度分布となる。図の(c)はマスクマーク及び
ウェハーマークからの波長入、と波長入、の光による回
折光の結像面6での光強度分布を示しており、結像面6
での光強度分布は、各波長による光がインコヒーレント
で互いに干渉することはないため、基本的に波長入、と
波長λ2の光の焦点面での光強度の和31”、32”と
して得られる。すなわち、光強度は、(結像面6におけ
る回折光強度)= の加算として表現されるので、この加算のため、リニア
センサー6からt’Jられるアライメント信号として使
用するピーク信号のゲインは2倍に増幅されることにな
り、S/N比も改善される。
はマスクマーク16及びウェハーマーク17からの波長
入、の光の焦点面25における回折光強成分IH3を示
しており、波長λ1の光のブ、に点画25は当然のこと
ながら波長入、の光によるフレネル焦点なので、波長λ
、の光による回折光強度31がピークを示す、一方、波
長入2の光による回折光は、その焦点から遠く離れてい
る(ギャップ8gm分)ため、その光強度32は大変弱
く1図中で点線で示すように、低くなだらかな光強度分
布となる。図の(b)はマスクマーク16及びウェハー
マーク17からの波長λ2の光の焦点面26における回
折光強度分布を示しており、入、の光の焦点面26は入
、の光のフレネル焦点なので、入、の光による回折光強
度31’がピークとなる。一方、波長入、の光による回
折光は、その焦点から遠く離れているため、その光強度
32′は大変弱く、図中て実線で示すように低くなだら
かな光強度分布となる。図の(c)はマスクマーク及び
ウェハーマークからの波長入、と波長入、の光による回
折光の結像面6での光強度分布を示しており、結像面6
での光強度分布は、各波長による光がインコヒーレント
で互いに干渉することはないため、基本的に波長入、と
波長λ2の光の焦点面での光強度の和31”、32”と
して得られる。すなわち、光強度は、(結像面6におけ
る回折光強度)= の加算として表現されるので、この加算のため、リニア
センサー6からt’Jられるアライメント信号として使
用するピーク信号のゲインは2倍に増幅されることにな
り、S/N比も改善される。
次に、第1図、 tJS8Lilfにおけるシリンドリ
カルレンズ7の作用を説明する。色収差を利用した2干
魚点検出系12て拡大されたマスクマーク16とウェハ
ーマーク17のフレネル回折j、1%点像を2次元カメ
ラで検出すると、カメラの検出速度か30Hzのため、
それ以上に検出速度を一1二げることが困難である。そ
の上、焦点像か第81′AにおいてX方向に延びる直線
であるり、ディジタル的なラスター圧縮処理も必要とな
るため、処理速度は大きく低下する。そこで、2次元カ
メラの代りに1次元カメラ、すなわち、CCD等からな
るリニアセンサー6でこの焦点像を検出するようにする
と、検出速度を10にHz前後まで飛躍的に高めること
かできる。リニアセンサー6を焦点の直線に直交する方
向(Y方向)に配置したため、直線との焦点像は一部し
かリニアセンサー6によって検出されない、そこで、X
方向に伸びる直線4.1.%点像をX方向に圧縮するシ
リンドリカルレンズ7を用いてより有効に焦点像を検出
できるようにする。
カルレンズ7の作用を説明する。色収差を利用した2干
魚点検出系12て拡大されたマスクマーク16とウェハ
ーマーク17のフレネル回折j、1%点像を2次元カメ
ラで検出すると、カメラの検出速度か30Hzのため、
それ以上に検出速度を一1二げることが困難である。そ
の上、焦点像か第81′AにおいてX方向に延びる直線
であるり、ディジタル的なラスター圧縮処理も必要とな
るため、処理速度は大きく低下する。そこで、2次元カ
メラの代りに1次元カメラ、すなわち、CCD等からな
るリニアセンサー6でこの焦点像を検出するようにする
と、検出速度を10にHz前後まで飛躍的に高めること
かできる。リニアセンサー6を焦点の直線に直交する方
向(Y方向)に配置したため、直線との焦点像は一部し
かリニアセンサー6によって検出されない、そこで、X
方向に伸びる直線4.1.%点像をX方向に圧縮するシ
リンドリカルレンズ7を用いてより有効に焦点像を検出
できるようにする。
この点を第101%を用いて説IJIする。この図にお
いては、LFZPの1つを例にとって示してあり、対物
レンズ9は省略しである。LFZP16又は17の縞と
直交する方向(Y方向)に母線を有するシリンドリカル
レンズ7を配置することによって、LFZP16又は1
7のX方向に延びる直線状の焦点の光強度分布33をX
方向に圧縮すると、符号34で示したような分布になり
、全ての光をY方向に配置したリニアセンサー6に入射
させることができる。シリンドリカルレンズ7のX方向
の圧縮率を10とすると、シリンドリカルレンズ7を用
いない場合に比べて光量は10倍になり、そのため信号
強度は基本的に10倍になるので、十分な信号強度か得
られることになる。また、シリンドリカルレンズ7を用
いることで、ディジタル的に行なっていたラスター圧縮
を光学的に行なわせることかでき、実質上ラスター圧縮
時間はゼロになり、ラスター圧縮と信り検出に要する検
出速度は1OKHz前後と極めて高速化される。その上
、ラスクー走査においてlシ入する不必要な白色雑音成
分も低減され、結果として高S/N比が得らえることに
なる。
いては、LFZPの1つを例にとって示してあり、対物
レンズ9は省略しである。LFZP16又は17の縞と
直交する方向(Y方向)に母線を有するシリンドリカル
レンズ7を配置することによって、LFZP16又は1
7のX方向に延びる直線状の焦点の光強度分布33をX
方向に圧縮すると、符号34で示したような分布になり
、全ての光をY方向に配置したリニアセンサー6に入射
させることができる。シリンドリカルレンズ7のX方向
の圧縮率を10とすると、シリンドリカルレンズ7を用
いない場合に比べて光量は10倍になり、そのため信号
強度は基本的に10倍になるので、十分な信号強度か得
られることになる。また、シリンドリカルレンズ7を用
いることで、ディジタル的に行なっていたラスター圧縮
を光学的に行なわせることかでき、実質上ラスター圧縮
時間はゼロになり、ラスター圧縮と信り検出に要する検
出速度は1OKHz前後と極めて高速化される。その上
、ラスクー走査においてlシ入する不必要な白色雑音成
分も低減され、結果として高S/N比が得らえることに
なる。
なお、以上のシリンドリカルレンズを用いる点について
は、本出願人によって「アライメントマークの位置検出
装置」 (1願11/+ 63−63921号)として
出願済みである。
は、本出願人によって「アライメントマークの位置検出
装置」 (1願11/+ 63−63921号)として
出願済みである。
次に、リニアセンサー6によって得られた信りを処理し
て位置検出を行なう信−)処理方法について説明する。
て位置検出を行なう信−)処理方法について説明する。
その1つの方法として相似性パターンマツチング手法が
ある(同一出願人による1願II/162−24319
4号参照) 、 ;:(1)方?Ji<:k、第11図
(a)に示すように、同じ形の2つのマークを所定間隔
離して配置し、これをマークの間隔方向へ走査して同図
(b)に示すような入力画像信号V(j)をli、;:
0)A力ii!if’l信号V(j)を微分して同図(
c)のようなエツジ抽出信号V′(j)を求め、次の式
(5)で定義される自己相関関数A (W、P、R)を
求める。
ある(同一出願人による1願II/162−24319
4号参照) 、 ;:(1)方?Ji<:k、第11図
(a)に示すように、同じ形の2つのマークを所定間隔
離して配置し、これをマークの間隔方向へ走査して同図
(b)に示すような入力画像信号V(j)をli、;:
0)A力ii!if’l信号V(j)を微分して同図(
c)のようなエツジ抽出信号V′(j)を求め、次の式
(5)で定義される自己相関関数A (W、P、R)を
求める。
−P
V’(j+w) ・・・・ (5)
ここで、P:相関区間の開始点
R:相関区間
W:左右パターンの幅
V’ (j):画素jにおける画像
人力値V(j)の1
次微分イ1
第11図(a)のマーク間の距離は、A (W。
P、R)が最大値を取るW、と27fr[」を取るw2
の中間に存在する。
の中間に存在する。
従来のパターンマツチング法による中心位置検出方法に
おいては、第11図(a)における各マークの対称性を
前提としているが、例えば半導体処理プロセスの影響で
その対称性は簡単に崩れてしまい、そのため中心検出精
度は低下してしまう、しかしながら、上記した相似性パ
ターンマツチングの手法によるど、近接したマークは処
理プロセスにより相似性を保ちながら同時に崩れるとい
うプロセス上の特性に基づき、その位置を求める方法に
なっているため、半導体処理プロセス依存性の極めて低
い方法となっている。
おいては、第11図(a)における各マークの対称性を
前提としているが、例えば半導体処理プロセスの影響で
その対称性は簡単に崩れてしまい、そのため中心検出精
度は低下してしまう、しかしながら、上記した相似性パ
ターンマツチングの手法によるど、近接したマークは処
理プロセスにより相似性を保ちながら同時に崩れるとい
うプロセス上の特性に基づき、その位置を求める方法に
なっているため、半導体処理プロセス依存性の極めて低
い方法となっている。
さて、リニアセンサー6から得られる信号は第12図(
a)のようなものである、第3図に示したようなマスク
マーク16の場合、LFZPを1つしか使用していない
ので、マスクマーク16が対応する信号42は1個しか
現われない、一方、ウェハーマーク17は2個用いてい
るので、対応する信号41.43は2個現われ、これら
の位置関係はマスクマーク16の対応する信号42を中
心にその両側にウェハーマーク信号41.43か存在す
る。この出力信号はA/Dコンバータでディジタル化さ
れ、1次微分処理を受けて、第12図(b)のような信
号か得られる。(b)図において、符号44.46の信
号はウェハーマークに、45はマスクマークにそれぞれ
対応している。この(b)図の信号を、例えば上記した
相似性パターンマツチングの手法を適用し、マスク14
とウェハー15のY方向(第2図、第5図等)の位置関
係が検出でき、両者のアライメントが可能となる。
a)のようなものである、第3図に示したようなマスク
マーク16の場合、LFZPを1つしか使用していない
ので、マスクマーク16が対応する信号42は1個しか
現われない、一方、ウェハーマーク17は2個用いてい
るので、対応する信号41.43は2個現われ、これら
の位置関係はマスクマーク16の対応する信号42を中
心にその両側にウェハーマーク信号41.43か存在す
る。この出力信号はA/Dコンバータでディジタル化さ
れ、1次微分処理を受けて、第12図(b)のような信
号か得られる。(b)図において、符号44.46の信
号はウェハーマークに、45はマスクマークにそれぞれ
対応している。この(b)図の信号を、例えば上記した
相似性パターンマツチングの手法を適用し、マスク14
とウェハー15のY方向(第2図、第5図等)の位置関
係が検出でき、両者のアライメントが可能となる。
ここで、本発明の位置検出装置を用いてマスクマーク1
6とウェハーマーク17をアライメントする原理を説明
しておく、リニアフレネルゾーンプレート(LFZP)
は先に説明したように焦点距離fを有する凸のシリンド
リカルレンズと同じ作用をする。第13図において、紙
面に垂直(X方向)に縞を有するLFZP23は同じ方
向の直線状の焦点24を有しており、したがってマスク
又はウェハー」―のLFZPがその縞と直角方法(Y方
向)に66μm動くと、焦点も同じ方向に同じに66g
m動く。この焦点の移動量をLFZPのずれ量(Δδu
m)とみなすことができる。
6とウェハーマーク17をアライメントする原理を説明
しておく、リニアフレネルゾーンプレート(LFZP)
は先に説明したように焦点距離fを有する凸のシリンド
リカルレンズと同じ作用をする。第13図において、紙
面に垂直(X方向)に縞を有するLFZP23は同じ方
向の直線状の焦点24を有しており、したがってマスク
又はウェハー」―のLFZPがその縞と直角方法(Y方
向)に66μm動くと、焦点も同じ方向に同じに66g
m動く。この焦点の移動量をLFZPのずれ量(Δδu
m)とみなすことができる。
したがって、焦点のずれhlを検出することによってマ
スク又はウェハーのずれ量を知ることができるので、マ
スクとウェハーそれぞれにLFZPからなるマークを設
けておき、それぞれの焦点の位置を同時に検出すること
によってマスクマークとウェハーマークのアライメント
を行なうことができる。この発明においては、LFZP
を複数(原理」―必ずしも2色に限定する必要はない)
の波長で同時にIK−射し、、LFZPの焦点位置が波
長によって異なるのを色収差を有する対物レンズで補正
して同一焦点面へ結像させ、かつ、この対物レンズによ
って上記ずれ量を拡大倍率分(N)たけ拡大して、Y方
向に走査するリニアセンサー上に結像させるものであり
、第14図に示すように。
スク又はウェハーのずれ量を知ることができるので、マ
スクとウェハーそれぞれにLFZPからなるマークを設
けておき、それぞれの焦点の位置を同時に検出すること
によってマスクマークとウェハーマークのアライメント
を行なうことができる。この発明においては、LFZP
を複数(原理」―必ずしも2色に限定する必要はない)
の波長で同時にIK−射し、、LFZPの焦点位置が波
長によって異なるのを色収差を有する対物レンズで補正
して同一焦点面へ結像させ、かつ、この対物レンズによ
って上記ずれ量を拡大倍率分(N)たけ拡大して、Y方
向に走査するリニアセンサー上に結像させるものであり
、第14図に示すように。
結像面(リニアセンサー)6上におけるマスクマーク1
6又はウェハーマーク17の焦点の移動量は(ΔδxN
)gmと拡大される。この移動fitをマスク14及び
ウェハー15について同時にリニアセンサー6からの信
号を処理することによって求め、両者もマークの中心位
置を一致させる。
6又はウェハーマーク17の焦点の移動量は(ΔδxN
)gmと拡大される。この移動fitをマスク14及び
ウェハー15について同時にリニアセンサー6からの信
号を処理することによって求め、両者もマークの中心位
置を一致させる。
なお、シリンドリカルレンズ7はLFZP16゜17の
X方向に延びる焦点をこの方向へ圧縮して処理速度の高
速化、信号強度の増幅等を行なうものである。
X方向に延びる焦点をこの方向へ圧縮して処理速度の高
速化、信号強度の増幅等を行なうものである。
ここて、その他若干の補足を行なっておく。先ず、第6
図を用いた説明において、マーク16゜17によるX−
Z+面における焦点面25.26は入射角、検出角があ
まり大きくない範囲において検出光学系の光軸に対して
垂直な面と考えてよいと述べたが、0が大きくなるとこ
のように考えることはできない、マーク16.17の焦
点面は、第6図の符号25′、26”に示すようにマス
ク又はウェハー面と平行な面と考えねばならず、したが
って、対物レンズ9以降の光学系は第1図の配置から多
少修正しなければならない。最も簡単には第1図の代り
に0′Sls図のに示すように対物レンズ9.リレーレ
ンズ8.シリンドリカルレンズ7の光軸がマスク14.
ウェハー15の平面に対して垂直になるようにY方向を
中心に回転させれば良い。
図を用いた説明において、マーク16゜17によるX−
Z+面における焦点面25.26は入射角、検出角があ
まり大きくない範囲において検出光学系の光軸に対して
垂直な面と考えてよいと述べたが、0が大きくなるとこ
のように考えることはできない、マーク16.17の焦
点面は、第6図の符号25′、26”に示すようにマス
ク又はウェハー面と平行な面と考えねばならず、したが
って、対物レンズ9以降の光学系は第1図の配置から多
少修正しなければならない。最も簡単には第1図の代り
に0′Sls図のに示すように対物レンズ9.リレーレ
ンズ8.シリンドリカルレンズ7の光軸がマスク14.
ウェハー15の平面に対して垂直になるようにY方向を
中心に回転させれば良い。
次に、LFZPのスリウドの数について、文献15によ
って報告されているとおり1回折光強度はLFZPのス
リット数に依存しているため、適当なスリット数を決定
′する必要がある。また、LFZPのタイプにもクリア
センタータイプとダークセンタータイプの2 JIf類
かあるため、どちらかを選択する必要がある6以上の2
種類の決定にあたっては、処理プロセスの影響を見なが
ら実験により適切な数及びタイプを決定する必要がある
。
って報告されているとおり1回折光強度はLFZPのス
リット数に依存しているため、適当なスリット数を決定
′する必要がある。また、LFZPのタイプにもクリア
センタータイプとダークセンタータイプの2 JIf類
かあるため、どちらかを選択する必要がある6以上の2
種類の決定にあたっては、処理プロセスの影響を見なが
ら実験により適切な数及びタイプを決定する必要がある
。
第16図にLFZPのスリット数及び種類の違いによる
信号強度の変化を示す。
信号強度の変化を示す。
また、この発明において、検出信号は、フレネル回折光
強度をリニアセンサーで受光し、これをA/D変換する
のが、その変換した信号と同様の例を第17図に示す(
文献13)。A/D変換した後の信号は先に示したよう
に、1次微分、相似性パターンマツチング、補間演算な
どが行なわれる。
強度をリニアセンサーで受光し、これをA/D変換する
のが、その変換した信号と同様の例を第17図に示す(
文献13)。A/D変換した後の信号は先に示したよう
に、1次微分、相似性パターンマツチング、補間演算な
どが行なわれる。
この発明の位置検出装置を利用した第1図のアライメン
ト装置のJliWjR的なスペックは次のとおりである
。
ト装置のJliWjR的なスペックは次のとおりである
。
1、アライメントマークニウエハーマーク=LFZPx
2 マスクマーク =LFZPx 1 2、検出信号:フレネル回折による集光焦点面における
波長入、及びλ2の光 による回折光強度 3、検出装+j!1:複波長による色収差を利用した2
重焦点検出装置とシリンドリ カルレンズによる光学的ラスタ 圧縮光学系 4、受光素子:リニアセンサー 5、信号処理方法:相似性パターンマツチング等による
アライメントマー クの位置検出 次に、この発明の位置検出装置を用いたアライメント方
法によって、第1表に示した従来の各種アライメント方
式が持つNo、lからNo、6の問題点をどのように解
決しているかを以下に説明する。
2 マスクマーク =LFZPx 1 2、検出信号:フレネル回折による集光焦点面における
波長入、及びλ2の光 による回折光強度 3、検出装+j!1:複波長による色収差を利用した2
重焦点検出装置とシリンドリ カルレンズによる光学的ラスタ 圧縮光学系 4、受光素子:リニアセンサー 5、信号処理方法:相似性パターンマツチング等による
アライメントマー クの位置検出 次に、この発明の位置検出装置を用いたアライメント方
法によって、第1表に示した従来の各種アライメント方
式が持つNo、lからNo、6の問題点をどのように解
決しているかを以下に説明する。
No、1 プロセス依存性(NO,は第1表のNo、
に対応している。以下回し) ■?n波長アライメント光による光の干渉問題。
に対応している。以下回し) ■?n波長アライメント光による光の干渉問題。
この発明によれば1.複斂波長のフレネル回折光を1色
収差を利用した2重焦点検出系で検出するため、従来の
回折格子によるアライメント法が持つ光の干渉問題を根
本的に解決している。
収差を利用した2重焦点検出系で検出するため、従来の
回折格子によるアライメント法が持つ光の干渉問題を根
本的に解決している。
なお5回折格子法において起こる干渉問題の例は1文献
13において、Be1l研の円形フレネル・ゾーン・プ
レートによるアライメント方法においては、薄膜の厚さ
により干渉効果が引き起こされ、そのためにフレネル回
折光強度が変化することか報告されている(文献13の
表1参照)。
13において、Be1l研の円形フレネル・ゾーン・プ
レートによるアライメント方法においては、薄膜の厚さ
により干渉効果が引き起こされ、そのためにフレネル回
折光強度が変化することか報告されている(文献13の
表1参照)。
また、照明波長により、各種薄膜に対して回折光強度が
正弦波状に変化することが報告されている(文献13の
図2参照)。
正弦波状に変化することが報告されている(文献13の
図2参照)。
さらに、文献19においては1回折光を用いるアライメ
ント方式において、レジスト膜厚を均一化することによ
って干渉強度変化を小さく押え、アライメント精度の改
善を図っている。
ント方式において、レジスト膜厚を均一化することによ
って干渉強度変化を小さく押え、アライメント精度の改
善を図っている。
(リマークの対称性に依存する。
この発明によると、この問題点は基本的に次の技術を組
み合わせることにより解決している。
み合わせることにより解決している。
(a)LFZPをベアで使用し、その位置をアライメン
トマークの位置とする。
トマークの位置とする。
(b)位置を求める演算処理として相似性パターンマツ
チングを適用する。
チングを適用する。
次に、上記の2つの技術の組み合わせによって解決され
るマークの対称性の依存性について、従来技術との関連
で説明する。
るマークの対称性の依存性について、従来技術との関連
で説明する。
まず、この発IJIと間接的に関係のある円形フレネル
・ゾーンターゲットによるアライメント方式について紹
介し、それらがマークの対称性に依存することを説明す
る。
・ゾーンターゲットによるアライメント方式について紹
介し、それらがマークの対称性に依存することを説明す
る。
Be1l研によって提案された円形フレネル・ゾーン・
ターゲットによる方式は文献13に報告されているが、
この方式は、第!8図(a)に示すように、マスク七に
円形フレネル・ゾーン・ターゲット50のベアを2つ設
け、その中心に。
ターゲットによる方式は文献13に報告されているが、
この方式は、第!8図(a)に示すように、マスク七に
円形フレネル・ゾーン・ターゲット50のベアを2つ設
け、その中心に。
ウェハーLに設けた円形フレネル・ゾーン、ターゲット
51の中心を位置合わせしようとするものである。
51の中心を位置合わせしようとするものである。
また、上記のB e 1.1研の方式を踏襲したMic
ran i xのX線アライナ−が文献14に、報告
されているが、この方式はf518図(b)に示すよう
に、マスク上に円形フレネル・ゾーン・ターゲット50
をベアで設け、その中心にウェハー上に設けた円形フレ
ネル・ゾーン・ターゲラ)−51の中心を位置合わせし
ようとするものである。
ran i xのX線アライナ−が文献14に、報告
されているが、この方式はf518図(b)に示すよう
に、マスク上に円形フレネル・ゾーン・ターゲット50
をベアで設け、その中心にウェハー上に設けた円形フレ
ネル・ゾーン・ターゲラ)−51の中心を位置合わせし
ようとするものである。
これら第18図(a)、(b)から明らかなように、ウ
ェハーアライメントマークとして、1つの円形フレネル
・ゾーン・ターゲットを用いているため、プロセスの影
響により変化するウェハーアライメントマークの中心位
置に、アライメント精度が常に左右されることになる。
ェハーアライメントマークとして、1つの円形フレネル
・ゾーン・ターゲットを用いているため、プロセスの影
響により変化するウェハーアライメントマークの中心位
置に、アライメント精度が常に左右されることになる。
第18図(b)の場合を例にとり、アライメントマーク
からの検出信号において、アライメント精度がウェハー
マークの対称性にどのように依存するかを以下に説明す
る。第19図(a)(b)、(C)にウェハーマークの
対称性が変化した場合の検出信号を示す、(a)に示す
ように、ウェハーマーク51からの検出信号53が対称
性を保っている場合、マスクマークの中心位置55とウ
ェハーマークの中心位f156とが一致しているため、
検出誤差はない。これに対して。
からの検出信号において、アライメント精度がウェハー
マークの対称性にどのように依存するかを以下に説明す
る。第19図(a)(b)、(C)にウェハーマークの
対称性が変化した場合の検出信号を示す、(a)に示す
ように、ウェハーマーク51からの検出信号53が対称
性を保っている場合、マスクマークの中心位置55とウ
ェハーマークの中心位f156とが一致しているため、
検出誤差はない。これに対して。
(b)に示すように、ウェハーマークの対称性が崩れて
左にずれることがある。これは、例えばプロセスの影響
でウェハーマークからの回折光強度が対称性を失ない、
(b)のように本来の中心位置から左側にその中心位2
!56がずれる場合であって、(b)図中符号57で示
すアライメント誤差が生じる。(C)は(b)と同様に
、ウェハーマークの対称性が崩れて右にずれた場合で、
(b)と同じ理由で、アライメント誤差57が右方向に
生じる。
左にずれることがある。これは、例えばプロセスの影響
でウェハーマークからの回折光強度が対称性を失ない、
(b)のように本来の中心位置から左側にその中心位2
!56がずれる場合であって、(b)図中符号57で示
すアライメント誤差が生じる。(C)は(b)と同様に
、ウェハーマークの対称性が崩れて右にずれた場合で、
(b)と同じ理由で、アライメント誤差57が右方向に
生じる。
これらの従来の方式に対して、本発明においては、第3
図に示すように、ウェハーマーク17を2つベアで設け
ている。第3図の場合を例にとりて、アライメント精度
がマークの対称性に極めて依存しにくい理由を説り1す
る。第20図(a)。
図に示すように、ウェハーマーク17を2つベアで設け
ている。第3図の場合を例にとりて、アライメント精度
がマークの対称性に極めて依存しにくい理由を説り1す
る。第20図(a)。
(b)、(C)にウェハーマークからの検出信号におい
てその対称性が変化した場合を示す、これら(a)、(
b)、(c)には第11図を参照して説IJ1シた相似
性パターンマツチングの式(5)における変fiP、R
,Wを図示しである。(a)に示すように、ウェハーマ
ーク17(第3図)の検出信号59が対称性を保ってい
る場合、マスクマーク(1個)の中心位置61とベアを
なすウェハーマークの中心位置とは一致する。これに対
して、(b)に示すように、各ウェハーマークの対称性
か崩れて左にずれた場合、各マークの中心位置62は左
側にずれている。そして、左右マークの対称性の崩れ方
は、マークか近接しているため、相似性を保ちながら変
化している。そこで、この相似性を保ちながら変形し、
非対称性となった左右マークに相似性パターンマウチン
グの手法を適用すると、対称性パターンマウチングによ
る場合に比べて左右ベアマークの中心位置は第2゜図(
a)図の位ffl (61の位置)に近い場所に存在し
、左右マークの非対称性に影響されにくいことがわかる
。すなわち、次の式(5)で表わされる相関式に従って
、 <j +w) ・・・・ (5) ここで、P:相関区1111の開始点 R:相関区間 W:左右パターンの幅 左側の検出信号を右に平行に移動すると右側の検出信号
と重なり合い(数学的には相関操作に相当する)、最も
良く一致する位置は左右パターンの対称性の距離を表わ
す。
てその対称性が変化した場合を示す、これら(a)、(
b)、(c)には第11図を参照して説IJ1シた相似
性パターンマツチングの式(5)における変fiP、R
,Wを図示しである。(a)に示すように、ウェハーマ
ーク17(第3図)の検出信号59が対称性を保ってい
る場合、マスクマーク(1個)の中心位置61とベアを
なすウェハーマークの中心位置とは一致する。これに対
して、(b)に示すように、各ウェハーマークの対称性
か崩れて左にずれた場合、各マークの中心位置62は左
側にずれている。そして、左右マークの対称性の崩れ方
は、マークか近接しているため、相似性を保ちながら変
化している。そこで、この相似性を保ちながら変形し、
非対称性となった左右マークに相似性パターンマウチン
グの手法を適用すると、対称性パターンマウチングによ
る場合に比べて左右ベアマークの中心位置は第2゜図(
a)図の位ffl (61の位置)に近い場所に存在し
、左右マークの非対称性に影響されにくいことがわかる
。すなわち、次の式(5)で表わされる相関式に従って
、 <j +w) ・・・・ (5) ここで、P:相関区1111の開始点 R:相関区間 W:左右パターンの幅 左側の検出信号を右に平行に移動すると右側の検出信号
と重なり合い(数学的には相関操作に相当する)、最も
良く一致する位置は左右パターンの対称性の距離を表わ
す。
N002ギヤツプ依存性が高い。
基本的に、本発明におけるギャップ依存性は。
色収差を利用した検出装置の対物レンズの焦点深度で決
まる。つまり、対物レンズの開口数をNAとすると、ギ
ャップ変動が下記の式(6)で定義されるレーリーの焦
点深度内であれば、検出精度はギヤ・ンプ変動の影響を
受けない。
まる。つまり、対物レンズの開口数をNAとすると、ギ
ャップ変動が下記の式(6)で定義されるレーリーの焦
点深度内であれば、検出精度はギヤ・ンプ変動の影響を
受けない。
ただし、入:照明波長
例えば、入=546nm(e線)を入射した場合、NA
=0.4とすると、焦点深度は±1.5pmとなり、そ
の範囲のギャップ変動には影響されない。
=0.4とすると、焦点深度は±1.5pmとなり、そ
の範囲のギャップ変動には影響されない。
第21[fflにフレネル回折の焦点面と対物レンズの
焦点深度の関係を示す。この図において、マスク14及
びウェハー15(第3図)J:、に設けたLFZP 1
6又は17の回折焦点面25は、マスク及びウェハー各
々の光軸方向の変動に非常に敏感に反応して位置が変動
する。したがって、回折光の検出面が固定された一点(
−面)であれば、検出強度はギャップに大きく#饗され
、常に変動することになり、アライメント精度はギャッ
プ依存性が極めて高くなり、そのため、精度は不安定に
なり、低下する。ところが、対物レンズ9には式(6)
で表わされる焦点深度63が存在し、その範囲内に物点
かあれば、光学的な検出分解滝は一定とみなせるため、
回折焦点面25が焦点深度63内で変動しても、結像面
で検出する回折光強度分布は変化しない。
焦点深度の関係を示す。この図において、マスク14及
びウェハー15(第3図)J:、に設けたLFZP 1
6又は17の回折焦点面25は、マスク及びウェハー各
々の光軸方向の変動に非常に敏感に反応して位置が変動
する。したがって、回折光の検出面が固定された一点(
−面)であれば、検出強度はギャップに大きく#饗され
、常に変動することになり、アライメント精度はギャッ
プ依存性が極めて高くなり、そのため、精度は不安定に
なり、低下する。ところが、対物レンズ9には式(6)
で表わされる焦点深度63が存在し、その範囲内に物点
かあれば、光学的な検出分解滝は一定とみなせるため、
回折焦点面25が焦点深度63内で変動しても、結像面
で検出する回折光強度分布は変化しない。
以上の説明から1本発明によれば1回折光を利用してい
るにもかかわらず、パターン計測と同様に、ギャップ依
存性の低い検出装置が実現可1Bである。
るにもかかわらず、パターン計測と同様に、ギャップ依
存性の低い検出装置が実現可1Bである。
No、3N光エリア中に設けたアライメントマーク検出
による露光中サーボ1ljlσ1第1図に示した装置外
形構成から明らかなように1本発明においては斜入射、
斜方検出方式を採用しているため、露光領域内にアライ
メントマークを設け、その、マークを、露光波長(Xl
a)と干渉することなく、露光中も検出することが可能
である。したがって、露光中も検出光学系を退避させる
ことなく、ウェハー位置を検出して補正でき、さらに、
ウェハー全面をスラップ・アンド・リピート露光できる
ため、アライメント精度の向上及びスルーブツトの大幅
な向上が可能となる。
による露光中サーボ1ljlσ1第1図に示した装置外
形構成から明らかなように1本発明においては斜入射、
斜方検出方式を採用しているため、露光領域内にアライ
メントマークを設け、その、マークを、露光波長(Xl
a)と干渉することなく、露光中も検出することが可能
である。したがって、露光中も検出光学系を退避させる
ことなく、ウェハー位置を検出して補正でき、さらに、
ウェハー全面をスラップ・アンド・リピート露光できる
ため、アライメント精度の向上及びスルーブツトの大幅
な向上が可能となる。
この発明の装置と検出光学装置の配置が類似している例
として1文献3に示されている日立製作所の側方検出を
行なうものがある。これは、第22IAに示したような
配置となっており、パターン計測と通常の落射顕微鏡を
用いている。これに対し、本発明においては、主として
LFZP (回折方式)と色収差に、よる検出装置を用
いており、この点において1文献3のものとは大きく相
違するが、第22図の検出光学系67を色収差を利用し
た位置検出系12(第1図)に置き換え、アライメント
マークをLFZPに、画像検出系68を2次元カメラか
ら1次元のリニアセンサーに置き換えれば、第22図の
ものは本発明の装置と外形がほぼ一致することになる。
として1文献3に示されている日立製作所の側方検出を
行なうものがある。これは、第22IAに示したような
配置となっており、パターン計測と通常の落射顕微鏡を
用いている。これに対し、本発明においては、主として
LFZP (回折方式)と色収差に、よる検出装置を用
いており、この点において1文献3のものとは大きく相
違するが、第22図の検出光学系67を色収差を利用し
た位置検出系12(第1図)に置き換え、アライメント
マークをLFZPに、画像検出系68を2次元カメラか
ら1次元のリニアセンサーに置き換えれば、第22図の
ものは本発明の装置と外形がほぼ一致することになる。
N014 高速検出
第1O図との関連て高速検出を可能にする技術の凪略を
説明したように1色収差を利用した位置検出装置に、シ
リンドリカルレンズとりニアセンサーを組み合わせるこ
とによって、検出速度を数10倍以上に高めることが可
能である。色収差を利用した位置検出装置におけるシリ
ンドリカルレンズとリニアセンサーの組み合わせ方法の
詳細については、特願昭63−63921号「アライメ
ントマークの位置検出装置」の明細書を参照のこと。
説明したように1色収差を利用した位置検出装置に、シ
リンドリカルレンズとりニアセンサーを組み合わせるこ
とによって、検出速度を数10倍以上に高めることが可
能である。色収差を利用した位置検出装置におけるシリ
ンドリカルレンズとリニアセンサーの組み合わせ方法の
詳細については、特願昭63−63921号「アライメ
ントマークの位置検出装置」の明細書を参照のこと。
NO,5マークの形状が複雑でプロセス変化に基づくパ
ターン変化が起きやすい 従来のフレネル回折を利用する方式では、文献13.1
4に示すように円形フレネル・ゾーン・ターゲット(プ
レート)を使用していた。第23図(a)にこのような
円形フレンネル・ゾーン・プレートの平面図を示す、こ
れに対して、この発明においては、第23図(b)に示
したようなリニア・フレネル・ゾーン・プレートを使用
しているため、マーク形状はかなり簡素化されており。
ターン変化が起きやすい 従来のフレネル回折を利用する方式では、文献13.1
4に示すように円形フレネル・ゾーン・ターゲット(プ
レート)を使用していた。第23図(a)にこのような
円形フレンネル・ゾーン・プレートの平面図を示す、こ
れに対して、この発明においては、第23図(b)に示
したようなリニア・フレネル・ゾーン・プレートを使用
しているため、マーク形状はかなり簡素化されており。
プロセス変化に基づくパターン変化が起きにくくなって
いる。
いる。
No、6 フレネル回折で集光された焦点付近に発生
するスプリアス像によって焦点の 非対称性が発生すると位置誤差にな る この問題に関しては、基本的に、上記のN001の(り
のマークの対称性に依存する問題に包括されるので、同
様に説明される。つまり、スプリアス像によるマークの
対称性の崩れは、プロセスによる#’2Fと同様に、検
出信号を非対称にするため、基本的に次の2つの技術に
より解決される。
するスプリアス像によって焦点の 非対称性が発生すると位置誤差にな る この問題に関しては、基本的に、上記のN001の(り
のマークの対称性に依存する問題に包括されるので、同
様に説明される。つまり、スプリアス像によるマークの
対称性の崩れは、プロセスによる#’2Fと同様に、検
出信号を非対称にするため、基本的に次の2つの技術に
より解決される。
(a)LFZPをベアで使用し、その位置からアライメ
ントマークの位置を求める。
ントマークの位置を求める。
(b)アライメントマークの相対位置を求める演算処理
として相似性パターンマツチングを適用する。
として相似性パターンマツチングを適用する。
以上、この発明の実施例と従来例の問題上の解決の仕方
を説明したが1以上の説明から明らかなように、この発
明は、シンクロトロン放射光(SOR)などを線源に持
つX線アライナ−において、マスクとウェハーを0.0
1gm以上のオーダで位置検出可能なアライメント装置
に適用できるだけでなく、光源がX線以外で、かつ、プ
ロキシミティー露光を行なうアライナ−において、マス
クとウェハーを精密に位置決めする必要のあるアライナ
−においても利用でき、また、それ以外にも、比較的近
接した2物体(数lO鉢m〜数100gm)を精密に位
置合わせする装置に適用することができる。この発11
はX線アライナ−装置においてはマスクとウェハーの位
置検出装置として使用され、高精度高スループウドを可
能にする。また、x−Yステージやマスクステージなど
のサーボ系に対しては位置信号を得る手段として用いら
れる。
を説明したが1以上の説明から明らかなように、この発
明は、シンクロトロン放射光(SOR)などを線源に持
つX線アライナ−において、マスクとウェハーを0.0
1gm以上のオーダで位置検出可能なアライメント装置
に適用できるだけでなく、光源がX線以外で、かつ、プ
ロキシミティー露光を行なうアライナ−において、マス
クとウェハーを精密に位置決めする必要のあるアライナ
−においても利用でき、また、それ以外にも、比較的近
接した2物体(数lO鉢m〜数100gm)を精密に位
置合わせする装置に適用することができる。この発11
はX線アライナ−装置においてはマスクとウェハーの位
置検出装置として使用され、高精度高スループウドを可
能にする。また、x−Yステージやマスクステージなど
のサーボ系に対しては位置信号を得る手段として用いら
れる。
[発明の効果]
この発IJIの効果は、実施例の中で詳しく説1月シた
とおり、l’s1表の従来技術のN001から6の問題
点を解決できることである。特に。
とおり、l’s1表の従来技術のN001から6の問題
点を解決できることである。特に。
(1)露光エリア内に設けたアライメントマークを検出
する露光中サーボ制御が可能である(2)プロセス依存
性がきわめて低い ■マークの対称性に依存しない ■薄膜など光の干渉による定在波効果の影響を受けにく
い (3)ギャップ依存性がきわめて低い (4)高速検出が可能 である点において極めて効果が大きい。
する露光中サーボ制御が可能である(2)プロセス依存
性がきわめて低い ■マークの対称性に依存しない ■薄膜など光の干渉による定在波効果の影響を受けにく
い (3)ギャップ依存性がきわめて低い (4)高速検出が可能 である点において極めて効果が大きい。
したがって1以上のことから、この発Illによれば、
超精密位置J目−(0,01川mオーダー)、特に、マ
スクとウェハーを0.014mオーダーで位置検出可能
であり、また、高スループウドが可能になる。
超精密位置J目−(0,01川mオーダー)、特に、マ
スクとウェハーを0.014mオーダーで位置検出可能
であり、また、高スループウドが可能になる。
第1図は1本発明の位置検出装置の側面概略図。
第2図は、その上面機略図。
第3図(a)、(b)は、アライメントマークの上面図
と側面図、 第4図は、LFZPの作用の説明図。 第5図、第6図は、LFZPからなるアライメントマー
クのフレネル回折の説明図。 第7図は1色収差を有する対物レンズの作用を示す光路
図。 第8図(a)、(b)は、フレネル回折焦点と2重焦点
検出装置の関係の説明図、 第9図(a)、(b)、(c)は、フレネル焦点面及び
結像面における回折光強度分布図、第10図は、シリン
ドリカルレンズによる光学的ラスター圧縮の説明図。 第11図(a)、(b)、(c)は、相似性パターンマ
ツチングの説明図。 第12図(a)、(b)は、検出信号及びその1次微分
信号の波形図、 第13図、第14図は、本発明のアライメント原理の説
明図、 第15図は、他の実施例の第1図と同様な図面、 第16図は、LFZPのスリット数及び種類の違いによ
る信号強度の変化を示す説明図、第17図は、A/D変
換後の検出信号波形図。 第18図(a)、(b)は、従来例のマスクマ−りとウ
ェハーマークの配置図。 第191″A(a)、(b)、(c)は、従来例の場合
の検出信号の波形図、 第20図(a)、(b)、(c)は1本発明の場合の検
出信号の波形図、 第21図は2本発明のギャップ依存性の説明図。 第22図は、従来例のアライナ−の斜視図、第23図(
a)、(b)は1円形フレネル・ゾーンプレートとLF
ZPの比較図である。 l:レーザ(波長λl)、2:ビームスプリッタ−,3
:レーザー(波長入a)、’s:ミラー5:照明光学装
置、6:リニアセンサー、7:シリンドリカルレンズ、
8:リレーレンズ、9:対物レンズ、lO:検出光学装
置、11ニジリントリカルレンズとリニアセンサーから
なく高速検出系、12:色収差を利用した2重焦点検出
系。 13:X線露光領域、14:マスク、15:ウエハ−1
6:7ライメントマーク=LFzP。 17:アライメントマーク=LFZPx2゜18:ギャ
ップ、19:斜入射照明角度(0)、20:斜方検出角
度(0)、21:不透明部、22:マスクウィンドウ(
透明部分)
と側面図、 第4図は、LFZPの作用の説明図。 第5図、第6図は、LFZPからなるアライメントマー
クのフレネル回折の説明図。 第7図は1色収差を有する対物レンズの作用を示す光路
図。 第8図(a)、(b)は、フレネル回折焦点と2重焦点
検出装置の関係の説明図、 第9図(a)、(b)、(c)は、フレネル焦点面及び
結像面における回折光強度分布図、第10図は、シリン
ドリカルレンズによる光学的ラスター圧縮の説明図。 第11図(a)、(b)、(c)は、相似性パターンマ
ツチングの説明図。 第12図(a)、(b)は、検出信号及びその1次微分
信号の波形図、 第13図、第14図は、本発明のアライメント原理の説
明図、 第15図は、他の実施例の第1図と同様な図面、 第16図は、LFZPのスリット数及び種類の違いによ
る信号強度の変化を示す説明図、第17図は、A/D変
換後の検出信号波形図。 第18図(a)、(b)は、従来例のマスクマ−りとウ
ェハーマークの配置図。 第191″A(a)、(b)、(c)は、従来例の場合
の検出信号の波形図、 第20図(a)、(b)、(c)は1本発明の場合の検
出信号の波形図、 第21図は2本発明のギャップ依存性の説明図。 第22図は、従来例のアライナ−の斜視図、第23図(
a)、(b)は1円形フレネル・ゾーンプレートとLF
ZPの比較図である。 l:レーザ(波長λl)、2:ビームスプリッタ−,3
:レーザー(波長入a)、’s:ミラー5:照明光学装
置、6:リニアセンサー、7:シリンドリカルレンズ、
8:リレーレンズ、9:対物レンズ、lO:検出光学装
置、11ニジリントリカルレンズとリニアセンサーから
なく高速検出系、12:色収差を利用した2重焦点検出
系。 13:X線露光領域、14:マスク、15:ウエハ−1
6:7ライメントマーク=LFzP。 17:アライメントマーク=LFZPx2゜18:ギャ
ップ、19:斜入射照明角度(0)、20:斜方検出角
度(0)、21:不透明部、22:マスクウィンドウ(
透明部分)
Claims (5)
- (1)X線露光光の光軸方向に微小距離離間した第一の
物体と第二の物体の光軸に直交する方向の相対位置を検
出する位置検出装置において、各物体上にリニアフレネ
ルゾーンプレート(LFZP)からなるアライメントマ
ークを設け、これらLFZPを同一方向から同時に複数
の波長の光により照明するように照明装置を構成し、上
記LFZPの波長ごとに位置の異なる回折焦点にその波
長の焦点が一致するような色収差を有する対物レンズを
前え、 上記対物レンズによって同一結像面上に重ね合せて結像
された上記LFZPの直線状の回折焦点像を、その長手
方向に対して直角な方向に1次元操作して電気信号に変
換するリニアセンサーを上記結像上に備え、 上記直線状の回折焦点像をその長手方向に圧縮して上記
リニアセンサー上に結像するように、シリンドリカルレ
ンズを上記対物レンズと上記リニアセンサーの間に配置
し、 上記リニアセンサーから得られた信号を処理して上記各
アライメントマークの位置を検出する手段を有する、 ことを特徴とする複波長照明を用いたダブルリニアフレ
ネルゾーンプレートによる位置検出装置。 - (2)第一の物体のアライメントマークとして単一のL
FZPを用い、第二の物体のアライメントマークとして
一対のLFZPを用い、第一の物体の単一のLFZPを
第二の物体の一対のLFZPの間に入るような配置とす
ることを特徴とする請求項1記載の位置検出装置。 - (3)第一の物体はマスクであり、第二の物体はウェハ
ーであり、ウェハーのアライメントマークの回折光及び
入射光が通るマスク部分に透明なウインドゥ領域を設け
たことを特徴とする請求項1又は2記載の位置検出装置
。 - (4)照明装置及び代物レンズを、第一物体アライメン
トマーク及び第二物体アライメントマークの左右斜上方
の対向する位置に配置し、これらアライメントマークに
立てた垂線に対して、照明装置の入射角が対物レンズを
含む検出光学系の検出角に等しくなるように配置したこ
とを特徴とする請求項1から3いずれかに記載の位置検
出装置。 - (5)リニアセンサーから得られた信号を処理して上記
各アライメントマークの位置を検出する手段が相似性パ
ターンマッチング処理を行なう手段であることを特徴と
する請求項1から4いずれかに記載の位置検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63162915A JP2545582B2 (ja) | 1988-06-29 | 1988-06-29 | 複波長照明を用いたダブルリニアフレネルゾーンプレートによる位置検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63162915A JP2545582B2 (ja) | 1988-06-29 | 1988-06-29 | 複波長照明を用いたダブルリニアフレネルゾーンプレートによる位置検出装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0210202A true JPH0210202A (ja) | 1990-01-16 |
JP2545582B2 JP2545582B2 (ja) | 1996-10-23 |
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ID=15763647
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP63162915A Expired - Fee Related JP2545582B2 (ja) | 1988-06-29 | 1988-06-29 | 複波長照明を用いたダブルリニアフレネルゾーンプレートによる位置検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2545582B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0367103A (ja) * | 1989-08-04 | 1991-03-22 | Canon Inc | 位置検出装置及び方法 |
JP2011209294A (ja) * | 2011-06-20 | 2011-10-20 | Mitsutoyo Corp | プローブ顕微鏡 |
JP2012007942A (ja) * | 2010-06-23 | 2012-01-12 | Fuji Xerox Co Ltd | 位置測定装置 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10890527B2 (en) | 2018-06-28 | 2021-01-12 | Samsung Electronics Co., Ltd. | EUV mask inspection apparatus and method, and EUV mask manufacturing method including EUV mask inspection method |
-
1988
- 1988-06-29 JP JP63162915A patent/JP2545582B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH0367103A (ja) * | 1989-08-04 | 1991-03-22 | Canon Inc | 位置検出装置及び方法 |
JP2012007942A (ja) * | 2010-06-23 | 2012-01-12 | Fuji Xerox Co Ltd | 位置測定装置 |
JP2011209294A (ja) * | 2011-06-20 | 2011-10-20 | Mitsutoyo Corp | プローブ顕微鏡 |
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JP2545582B2 (ja) | 1996-10-23 |
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