JPH032504A - 位置合わせ装置 - Google Patents
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- JPH032504A JPH032504A JP1137176A JP13717689A JPH032504A JP H032504 A JPH032504 A JP H032504A JP 1137176 A JP1137176 A JP 1137176A JP 13717689 A JP13717689 A JP 13717689A JP H032504 A JPH032504 A JP H032504A
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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
- G03F9/7065—Production of alignment light, e.g. light source, control of coherence, polarization, pulse length, wavelength
-
- 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
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- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
- G03F9/7049—Technique, e.g. interferometric
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- 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)
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〕
本発明は物体の位置をナノ・メータ(nm)の分解能で
検出するセンサーをもつ位置合わせ装置に関し、特に半
導体素子製造用の露光装置に好適なアライメント装置に
関する。
検出するセンサーをもつ位置合わせ装置に関し、特に半
導体素子製造用の露光装置に好適なアライメント装置に
関する。
[従来の技術]
近年、リソグラフィの分野では、マスクのパタンをウェ
ハへ焼き付ける露光光が増々短波長化し、高開口数の投
影レンズの開発と相まって、解像線幅はサブミクロン(
0,5〜0.7μm)に達している。このような高解像
パターンの転写は、ウェハ上に作り込まれたパターンと
新たなマスクパターンとの重ね合わせ精度が、その解像
力に見合って高いときに、初めて実用性を持つことにな
る。
ハへ焼き付ける露光光が増々短波長化し、高開口数の投
影レンズの開発と相まって、解像線幅はサブミクロン(
0,5〜0.7μm)に達している。このような高解像
パターンの転写は、ウェハ上に作り込まれたパターンと
新たなマスクパターンとの重ね合わせ精度が、その解像
力に見合って高いときに、初めて実用性を持つことにな
る。
重ね合わせ精度を高める1つの要素として、ウェハ上の
アライメントマークの検出精度(分解能)を高めること
が考えられている。
アライメントマークの検出精度(分解能)を高めること
が考えられている。
最近、ナノ・メータの分解能でマーク位置を検出する技
術がいくつか発表された。その1つの方法として、ウェ
ハ等の基板上に一部ピッチの回折格子を形成しておき、
この回折格子に対して2方向からコヒーレントな平行ビ
ームを照射することで回折格子上に一次元の干渉縞を作
り、この干渉縞の照射によって回折格子から発生する回
折光(干渉光)の強度を光電検出する方法がある。この
際、2方向からのコヒーレントビームの周波数をわずか
に変えておき、光電検出する干渉光をビート周波数で強
度変調させるヘテロゲイン方式も知られている。
術がいくつか発表された。その1つの方法として、ウェ
ハ等の基板上に一部ピッチの回折格子を形成しておき、
この回折格子に対して2方向からコヒーレントな平行ビ
ームを照射することで回折格子上に一次元の干渉縞を作
り、この干渉縞の照射によって回折格子から発生する回
折光(干渉光)の強度を光電検出する方法がある。この
際、2方向からのコヒーレントビームの周波数をわずか
に変えておき、光電検出する干渉光をビート周波数で強
度変調させるヘテロゲイン方式も知られている。
ヘテロダイン方式は、ウェハ上の回折格子マークからの
干渉ビート光の光電信号と、2本の送光ビームから別途
作成された参照用の干渉ビート光の光電信号との位相差
(±180°以内)を求めることで、回折格子マークの
±1/4ピッチ以内の位置ずれを検出するものである。
干渉ビート光の光電信号と、2本の送光ビームから別途
作成された参照用の干渉ビート光の光電信号との位相差
(±180°以内)を求めることで、回折格子マークの
±1/4ピッチ以内の位置ずれを検出するものである。
例えばウェハ上の回折格子マークの格子ピッチPを2μ
m(1μm幅のラインとスペース)とし、位相差計測の
分解能が0.5°程度だとすると、位置ずれ計測の分解
能は、 P/4 ・(0,5°/180°) ’、o、oo14
μm(1,4nm)になり、これはマークからの光情報
を検出するアライメントセンサーとしては極めて高分解
能である。もちろん、位相差計測の分解能、精度は現在
のエレクトロニクス技術では0.1°も十分に得られる
から、より高精度な位相差検出回路(又は演算ソフト)
を用いればさらに5倍の分解能(0,28nm)が容易
に得られる。特に、このような干渉縞を用いた位置ずれ
検出系を、ウェハの露光装置(プロキシミティアライナ
ー、ステッパー、゛ミラ−プロジェクション、ステップ
スキャンアライナ−等)のアライメント系として組み込
むと、今までのアライメント方式と比べて1桁以上、重
ね合わせ精度が向上するものと期待されている。
m(1μm幅のラインとスペース)とし、位相差計測の
分解能が0.5°程度だとすると、位置ずれ計測の分解
能は、 P/4 ・(0,5°/180°) ’、o、oo14
μm(1,4nm)になり、これはマークからの光情報
を検出するアライメントセンサーとしては極めて高分解
能である。もちろん、位相差計測の分解能、精度は現在
のエレクトロニクス技術では0.1°も十分に得られる
から、より高精度な位相差検出回路(又は演算ソフト)
を用いればさらに5倍の分解能(0,28nm)が容易
に得られる。特に、このような干渉縞を用いた位置ずれ
検出系を、ウェハの露光装置(プロキシミティアライナ
ー、ステッパー、゛ミラ−プロジェクション、ステップ
スキャンアライナ−等)のアライメント系として組み込
むと、今までのアライメント方式と比べて1桁以上、重
ね合わせ精度が向上するものと期待されている。
ヘテロゲイン干渉縞アライメント系を投影型露光装置(
ステッパー)に組み込んだ一例としては、特開昭63−
283129号公報に開示されたものが知られている。
ステッパー)に組み込んだ一例としては、特開昭63−
283129号公報に開示されたものが知られている。
ここに開示された方式ではヘテロダイン・アライメント
方式をステッパー内でより効果的に使うために様々の工
夫がなされており、主な特徴としては、(1)スルーザ
レチクル(TTR)方式でレチクルマークとウェハマー
ク(回折格子)とを別波長で同時に検出できる、(2)
レチクルの上にダイクロイックミラーを設けることで、
露光動作中もヘテロゲイン・アライント系によって常時
マークの位置ずれがモニターできる等である。
方式をステッパー内でより効果的に使うために様々の工
夫がなされており、主な特徴としては、(1)スルーザ
レチクル(TTR)方式でレチクルマークとウェハマー
ク(回折格子)とを別波長で同時に検出できる、(2)
レチクルの上にダイクロイックミラーを設けることで、
露光動作中もヘテロゲイン・アライント系によって常時
マークの位置ずれがモニターできる等である。
特開昭63−2831.29号公報のように、ステッパ
ーにヘテロダイン干渉縞アライメント系を組み込む場合
、2本の可干渉性ビームの送光系の一部から、2本のビ
ームを分岐させて参照ビート光を作ると、参照ビート光
の光電信号はレーザ光源から参照用受光素子(参照回折
格子、ディテクタ等)までの光路のみを介して得られる
のに対し、ウェハ上の回折格子マークからの計測ビート
光の光電信号は、ステッパーのレチクル、投影レンズ等
を通ってウェハへ達した2本のビームの照射によって作
られる。すなわち、参照ビート光を得るための2本のビ
ームの送光路と、計測ビート光を得るための2本のビー
ムの送光路とが全く異なっていると言うことである。特
にウェハを照射する2本のビームの光路長は、参照用受
光系との分岐点から計っても、100cm以上になるこ
とはさけられず、このため特にレチクルからウェハまで
の光路空気ゆらぎが発生すると、ウェハ上に形成される
干渉縞に影響を与えることになり、この結果位置ずれ検
出精度の低下、アライメント不良等が生じてしまう。
ーにヘテロダイン干渉縞アライメント系を組み込む場合
、2本の可干渉性ビームの送光系の一部から、2本のビ
ームを分岐させて参照ビート光を作ると、参照ビート光
の光電信号はレーザ光源から参照用受光素子(参照回折
格子、ディテクタ等)までの光路のみを介して得られる
のに対し、ウェハ上の回折格子マークからの計測ビート
光の光電信号は、ステッパーのレチクル、投影レンズ等
を通ってウェハへ達した2本のビームの照射によって作
られる。すなわち、参照ビート光を得るための2本のビ
ームの送光路と、計測ビート光を得るための2本のビー
ムの送光路とが全く異なっていると言うことである。特
にウェハを照射する2本のビームの光路長は、参照用受
光系との分岐点から計っても、100cm以上になるこ
とはさけられず、このため特にレチクルからウェハまで
の光路空気ゆらぎが発生すると、ウェハ上に形成される
干渉縞に影響を与えることになり、この結果位置ずれ検
出精度の低下、アライメント不良等が生じてしまう。
本発明は、この様な問題点に鑑みてなされたもので、干
渉縞を作るための2木のコヒーレントビムの発生源での
位置的ドリフト、あるいは2本のビームの送光路中での
空気のゆらぎなどによる精度低下を極力小さく押えた構
造の干渉縞式位置検出系を得ることを目的とする。
渉縞を作るための2木のコヒーレントビムの発生源での
位置的ドリフト、あるいは2本のビームの送光路中での
空気のゆらぎなどによる精度低下を極力小さく押えた構
造の干渉縞式位置検出系を得ることを目的とする。
[課題を解決する為の手段]
本発明では、基板上の回折格子からの干渉光を計測光と
して受光する第1受光手段の他に、2木のビームの基板
での正反射光を互いに干渉させて参照光を得るようにし
、この参照光を受光する第2受光手段を設け、第1受光
手段からの信号と第2受光手段からの信号とを比較して
、基板の位置ずれを求めるように構成した。
して受光する第1受光手段の他に、2木のビームの基板
での正反射光を互いに干渉させて参照光を得るようにし
、この参照光を受光する第2受光手段を設け、第1受光
手段からの信号と第2受光手段からの信号とを比較して
、基板の位置ずれを求めるように構成した。
本発明によれば、計測光を得るための2本のビムの送光
路と参照光を得るための2木のビームの送光路とがほと
んど同し光路になるため、仮に空気ゆらぎ等があったと
しても、計測光と参照光の両方にその影響が同程度に反
映されることになり、相殺することが可能となる。また
計測光と参照光の各受光系も空間的に接近して配置でき
るため、計測光、参照光自体への空気ゆらぎによる影響
も同程度にすることが可能である。
路と参照光を得るための2木のビームの送光路とがほと
んど同し光路になるため、仮に空気ゆらぎ等があったと
しても、計測光と参照光の両方にその影響が同程度に反
映されることになり、相殺することが可能となる。また
計測光と参照光の各受光系も空間的に接近して配置でき
るため、計測光、参照光自体への空気ゆらぎによる影響
も同程度にすることが可能である。
さらに回折格子からの正反射光には、本質的に回折格子
の変位情報が含まれていないため、これを参照光として
使うことができる。
の変位情報が含まれていないため、これを参照光として
使うことができる。
〔実施例]
第1図、第2図は本発明の第1の実施例による位置合わ
せ装置を組め込んだステッパーの構成を示し、第1図は
ステッパーの全体構成を表わし、第2図はアライメント
系の具体的な構成を表わす。
せ装置を組め込んだステッパーの構成を示し、第1図は
ステッパーの全体構成を表わし、第2図はアライメント
系の具体的な構成を表わす。
第1図において、コンデンサーレンズCLはレチクルR
を一様の強度分布の露光光で照射する。レチクルRばx
、y、θ方向に微動するレチクルステージR3T上に保
持される。レチクルプライメン1〜系を構成するミラー
MR,、対物レンズOBJ、は、レチクル周辺のマーク
を検出して、レチクルRを投影レンズP Lの光軸Aχ
に対して位置決めするのに使われる。レチクルR上の回
路パタンは、両側テレセントリックな投影レンズP I
−を介してウェハW上に縮小投影される。投影レンズP
I=の瞳(入射瞳、又射出瞳)・Epには、露光光の
光源像(フライアイレンズの射出面)が結像する。ウェ
ハWはウェハホルダWHに吸着され、ホルダーWHはモ
ータM T 2により光軸AX方向に微動するZステー
ジWZに保持され、ZステージWZはモータMT、によ
りX、Y方向に数十mmのスI・ローフで移動するχY
ステージWSTJ−に保持される。ZステージWZの一
部には、つx/\Wの表面とほぼ同じ高さで基準マーク
(フイデコーシャルマーク)板FMと、レーザ干渉式測
長器用の移動鏡MR2とが固定される。レーザ測長器は
、周波数安定化レーザ光源G L、ビームスプリ、りB
SI、ミラーMR4、及びレシーバRCVで構成され、
投影レンズP Lの鏡筒の一部に固定された参照鏡M
Raへビームスプリ・ツタBS、を介して照射されレー
ザビームの反射光と、移動鏡MR2からの反射光とのフ
リンジの変化をレシーノ\RC■でカウントする。レシ
ーバRCVでのカウント稙はXYステージWSTの座標
位置として、主制御系MC3内のステージコントローラ
STCに送られる。上述の構成においてlXは露光光の
最外側の主光線を表わし、ミラーMR,はこの主光線l
Xの外側に設けられ、露光光をさえぎらないようになっ
ている。ただし、対物レンズ○BJ、ミラーMR,は図
示の配置のままで、レチクルRの透明部、と投影レンズ
PLを介して投影像面」二に位置するウェハW、もしく
は基準マーク板FM上のマークを観察できる。
を一様の強度分布の露光光で照射する。レチクルRばx
、y、θ方向に微動するレチクルステージR3T上に保
持される。レチクルプライメン1〜系を構成するミラー
MR,、対物レンズOBJ、は、レチクル周辺のマーク
を検出して、レチクルRを投影レンズP Lの光軸Aχ
に対して位置決めするのに使われる。レチクルR上の回
路パタンは、両側テレセントリックな投影レンズP I
−を介してウェハW上に縮小投影される。投影レンズP
I=の瞳(入射瞳、又射出瞳)・Epには、露光光の
光源像(フライアイレンズの射出面)が結像する。ウェ
ハWはウェハホルダWHに吸着され、ホルダーWHはモ
ータM T 2により光軸AX方向に微動するZステー
ジWZに保持され、ZステージWZはモータMT、によ
りX、Y方向に数十mmのスI・ローフで移動するχY
ステージWSTJ−に保持される。ZステージWZの一
部には、つx/\Wの表面とほぼ同じ高さで基準マーク
(フイデコーシャルマーク)板FMと、レーザ干渉式測
長器用の移動鏡MR2とが固定される。レーザ測長器は
、周波数安定化レーザ光源G L、ビームスプリ、りB
SI、ミラーMR4、及びレシーバRCVで構成され、
投影レンズP Lの鏡筒の一部に固定された参照鏡M
Raへビームスプリ・ツタBS、を介して照射されレー
ザビームの反射光と、移動鏡MR2からの反射光とのフ
リンジの変化をレシーノ\RC■でカウントする。レシ
ーバRCVでのカウント稙はXYステージWSTの座標
位置として、主制御系MC3内のステージコントローラ
STCに送られる。上述の構成においてlXは露光光の
最外側の主光線を表わし、ミラーMR,はこの主光線l
Xの外側に設けられ、露光光をさえぎらないようになっ
ている。ただし、対物レンズ○BJ、ミラーMR,は図
示の配置のままで、レチクルRの透明部、と投影レンズ
PLを介して投影像面」二に位置するウェハW、もしく
は基準マーク板FM上のマークを観察できる。
さて、本実施例ではヘテロダイン方式のアライメント系
を投影レンズP Lのみを介したTTL方式に適用する
ようにした。そのため、レチクルRと投影レンズP L
との間で、最大有効パターン露光領域(円形の投影視野
に内接する矩形領域)の外側の位置にミラー16χ、1
6Yを固設し、これを介してウェハW上を観察できるよ
うにした。
を投影レンズP Lのみを介したTTL方式に適用する
ようにした。そのため、レチクルRと投影レンズP L
との間で、最大有効パターン露光領域(円形の投影視野
に内接する矩形領域)の外側の位置にミラー16χ、1
6Yを固設し、これを介してウェハW上を観察できるよ
うにした。
アライメント系の対物側は対物レンズ15χ、1/4波
長板14χ、偏光ビームスプリッタ13X、等で構成さ
れる。アライメント用の2つのビームを作るためにHe
−Ne、Arイオン、またはHe−Cd等のレーザ光源
1が設けられ、この光源1からのレーザビームは、2光
束化周波数変調ユニントDBUを含む送光系BTUによ
って、所定の周波数差を有する2つの直線偏光ビームに
変換される。この2つのビームは、偏光ビームスブリッ
ク13Xで反射され、1/4波長板14X、対物レンズ
15X、及びミラー16Xを介して円偏光となって投影
レンズPLの瞳Epの中央を通るように投射される。
長板14χ、偏光ビームスプリッタ13X、等で構成さ
れる。アライメント用の2つのビームを作るためにHe
−Ne、Arイオン、またはHe−Cd等のレーザ光源
1が設けられ、この光源1からのレーザビームは、2光
束化周波数変調ユニントDBUを含む送光系BTUによ
って、所定の周波数差を有する2つの直線偏光ビームに
変換される。この2つのビームは、偏光ビームスブリッ
ク13Xで反射され、1/4波長板14X、対物レンズ
15X、及びミラー16Xを介して円偏光となって投影
レンズPLの瞳Epの中央を通るように投射される。
レーザ光源1からのビームの波長は、ここではレジスト
を感光させにくい長波長域にあるものとする。またウェ
ハWとの共役面はミラー16Xと対物レンズ15Xとの
間にあり、その共役面で2本のビームは平行光束となっ
て所定の角度で交差する。
を感光させにくい長波長域にあるものとする。またウェ
ハWとの共役面はミラー16Xと対物レンズ15Xとの
間にあり、その共役面で2本のビームは平行光束となっ
て所定の角度で交差する。
2本のビームの交差は、第1図中、紙面と垂直な面内に
定められている。従って2本のビームはウェハW上でも
所定の角度で交差し、この交差した照明領域内に回折格
子マークがあると、垂直に干渉ビート光が発生する。
定められている。従って2本のビームはウェハW上でも
所定の角度で交差し、この交差した照明領域内に回折格
子マークがあると、垂直に干渉ビート光が発生する。
この干渉ビート光は投影レンズPL内を2本の送光ビー
ムの中心に沿って逆進し、ミラー16X、対物レンズ1
5X、1/4波長板14X、及びビームスプリッタ13
Xを透過して、受光系BRUへ入射する。受光系BRU
には、ウェハW上の回折格子マークからの計測用の干渉
ビート光を受ける光電素子19Xと、ウェハWからの正
反射光同志の干渉によって得られる参照用の干渉ビート
光を受ける光電素子24Xとが設けられる。ここで光電
素子19Xは本発明の第1受光手段であり、光電素子2
4Xは第2受光手段である。光電素子19Xからの信号
(ビート周波数の正弦波)DSWxと、光電素子24X
からの信号(ビート周波数の正弦波)DR+xとは主制
御系MC3内の位相差検出部ALCに入力し、両信号の
位相差が計測され、その位相差に対応した位置ずれ量の
情報が、ステージコントローラSTCへ送られモータM
T8の制御に使われる。
ムの中心に沿って逆進し、ミラー16X、対物レンズ1
5X、1/4波長板14X、及びビームスプリッタ13
Xを透過して、受光系BRUへ入射する。受光系BRU
には、ウェハW上の回折格子マークからの計測用の干渉
ビート光を受ける光電素子19Xと、ウェハWからの正
反射光同志の干渉によって得られる参照用の干渉ビート
光を受ける光電素子24Xとが設けられる。ここで光電
素子19Xは本発明の第1受光手段であり、光電素子2
4Xは第2受光手段である。光電素子19Xからの信号
(ビート周波数の正弦波)DSWxと、光電素子24X
からの信号(ビート周波数の正弦波)DR+xとは主制
御系MC3内の位相差検出部ALCに入力し、両信号の
位相差が計測され、その位相差に対応した位置ずれ量の
情報が、ステージコントローラSTCへ送られモータM
T8の制御に使われる。
ヘテロゲイン方式の場合、計測すべき回折格子マークの
位置は、べつの高制度のブリアライメントセンサーを用
いて、格子ピッチPの±1/4のずれ内に追い込んで停
止させる必要がある。そのためのブリアラメントセンサ
ーはウェハW上のブリアラメントマークを検出する方式
、レーザ測長器(RCV)を基準としてXYステージW
STを送る方式のいずれでもよい。
位置は、べつの高制度のブリアライメントセンサーを用
いて、格子ピッチPの±1/4のずれ内に追い込んで停
止させる必要がある。そのためのブリアラメントセンサ
ーはウェハW上のブリアラメントマークを検出する方式
、レーザ測長器(RCV)を基準としてXYステージW
STを送る方式のいずれでもよい。
ところで本実施例では、送光系BTU内で参照用干渉ビ
ート光を作り、それを参照信号として取り出すための光
電素子35.39も設けられている。そして主制御系M
C3内には参照信号のセレクターSLCが設けられ、光
電素子24Xからの参照信号D Rl 11、光電素子
35からの参照信号DR2、及び光電素子39からの参
照信号D Rsのうちいずれか1つを選んで位相差検出
部ALCに送る。
ート光を作り、それを参照信号として取り出すための光
電素子35.39も設けられている。そして主制御系M
C3内には参照信号のセレクターSLCが設けられ、光
電素子24Xからの参照信号D Rl 11、光電素子
35からの参照信号DR2、及び光電素子39からの参
照信号D Rsのうちいずれか1つを選んで位相差検出
部ALCに送る。
通常のアライメント動作においては、参照信号D R+
xが使われ、その他各種の状態をチエツクするときに
、適宜参照信号DR1、DRsが使われる。
xが使われ、その他各種の状態をチエツクするときに
、適宜参照信号DR1、DRsが使われる。
ここで第3図(A)、(B)を参照して、2つの送光ビ
ームと回折格子マークからの干渉ビート光との様子を説
明する。
ームと回折格子マークからの干渉ビート光との様子を説
明する。
第3図(A)は、投影レンズPLのウェハ前側の一部の
レンズ系PGの斜視図であり、前側焦点距離fの位置に
瞳Epがある。2つのビームLB(周波数r+)とLB
2 (周波数rz、)は、瞳Epの中心を挟んだ点対称
な位置でスポットに収れんした後、そのビームの主光線
(破線で図示)が互いに平行となって、レンズ系PGに
入射する。
レンズ系PGの斜視図であり、前側焦点距離fの位置に
瞳Epがある。2つのビームLB(周波数r+)とLB
2 (周波数rz、)は、瞳Epの中心を挟んだ点対称
な位置でスポットに収れんした後、そのビームの主光線
(破線で図示)が互いに平行となって、レンズ系PGに
入射する。
2つのビームLB、、LB2はレンズ系PGからともに
平行光束となってウェハ上の格子マークGMで交差する
。2つのビームLB、、LBZの交差した領域には、交
差角2θ、ビームの波長λで決まるピッチの干渉縞がY
方向に伸びて形成され、この干渉縞はピッチ方向、すな
わちX方向にビート周波数に対応した速度で流れる。第
3図(B)に示すように、格子マークGMのピッチ方向
をX方向に合わせ、マークGMのピッチをP、2つのビ
ームLB、 、LBzのウェハへの入射角をθとすると
、 sinθ−(ただしn=1.2.3・・・のいP ずれか1つ)の関係を満すように、入射角θを設定(2
つのビームLB、、LB2の瞳丁2.p内での中心から
の距離設定)すると、格子マークGMからは垂直にレン
ズ系PCに戻る干渉ビート光BTLが発生ずる。ここで
n−1、すなわち1次回折光同志のビートを取るものと
すると、ビート光BTl−は、送光ビームI−B 、の
照射によって格子マクGMから発生した1次光と、送光
ビームL B2の照射によって格子マークGMから発生
した1次光とが同軸に合成され、干渉したものとなる。
平行光束となってウェハ上の格子マークGMで交差する
。2つのビームLB、、LBZの交差した領域には、交
差角2θ、ビームの波長λで決まるピッチの干渉縞がY
方向に伸びて形成され、この干渉縞はピッチ方向、すな
わちX方向にビート周波数に対応した速度で流れる。第
3図(B)に示すように、格子マークGMのピッチ方向
をX方向に合わせ、マークGMのピッチをP、2つのビ
ームLB、 、LBzのウェハへの入射角をθとすると
、 sinθ−(ただしn=1.2.3・・・のいP ずれか1つ)の関係を満すように、入射角θを設定(2
つのビームLB、、LB2の瞳丁2.p内での中心から
の距離設定)すると、格子マークGMからは垂直にレン
ズ系PCに戻る干渉ビート光BTLが発生ずる。ここで
n−1、すなわち1次回折光同志のビートを取るものと
すると、ビート光BTl−は、送光ビームI−B 、の
照射によって格子マクGMから発生した1次光と、送光
ビームL B2の照射によって格子マークGMから発生
した1次光とが同軸に合成され、干渉したものとなる。
干渉ビート光B T Lはウェハからレンズ系PCまで
はほぼ平行光束であり、レンズ系PCの後では瞳Epの
中心でスボソ1−とじて収れんする光束となる。この系
からも明らかなように、送光ビムLB、、LB2とビー
ト光B T I−は、瞳空間内では互いに平行な主光線
を持つ収れん、発散光束になっており、像空間内ではレ
ンズ系の後側焦点位置で交差する主光線をもつ平行光束
になっている。
はほぼ平行光束であり、レンズ系PCの後では瞳Epの
中心でスボソ1−とじて収れんする光束となる。この系
からも明らかなように、送光ビムLB、、LB2とビー
ト光B T I−は、瞳空間内では互いに平行な主光線
を持つ収れん、発散光束になっており、像空間内ではレ
ンズ系の後側焦点位置で交差する主光線をもつ平行光束
になっている。
さて、送光ビームI−B + のウェハWでの正反射光
LB、、は、送光ビームI−B 2と全く同じ光路を通
り、全く同しビーム状態で送光ビームLB2と逆向きに
進む。送光ビームLB2のウェハWでの正反射光LB2
0も同様に送光ビームI−B 、と逆向きに進む。
LB、、は、送光ビームI−B 2と全く同じ光路を通
り、全く同しビーム状態で送光ビームLB2と逆向きに
進む。送光ビームLB2のウェハWでの正反射光LB2
0も同様に送光ビームI−B 、と逆向きに進む。
尚、送光ビームLB、、LB2の照明領域DA内に格子
マークGMがあると、ビーム1.、 B 、の照射によ
って格子マークGMから発生した小レベルの2次光LB
、が、ビームI−B 、の送光方向と逆向きる進み、正
反射光LBzoと干渉し合うこともある。同様に、ビー
ムL B zの照射によって発生した小レベルの2次光
LBzzはビームI−B 2 と逆向きに進み、正反射
光LB+oと干渉し合うこともある。
マークGMがあると、ビーム1.、 B 、の照射によ
って格子マークGMから発生した小レベルの2次光LB
、が、ビームI−B 、の送光方向と逆向きる進み、正
反射光LBzoと干渉し合うこともある。同様に、ビー
ムL B zの照射によって発生した小レベルの2次光
LBzzはビームI−B 2 と逆向きに進み、正反射
光LB+oと干渉し合うこともある。
本実施例では、この2つの正反射光L B +。、L8
21Nを第1図中の受光系BRまで戻し、参照光として
使う。
21Nを第1図中の受光系BRまで戻し、参照光として
使う。
次に第2図を参照してアライメン1−系の構造を詳細に
説明する。
説明する。
直線偏光ビームを射出するレーザ光′#、(例えばHe
−Ne)Iからのビーム(波長633nm)は、1/2
波長板P Hによって偏光方向を45°だけ傾け、偏光
ビームスプリッタ2に入射する。偏光ビームスプリッタ
2は、S偏光のビームLBsとP偏光のビームLBpの
2つに分割する。ビームLBpはミラー3Aで反射され
、周波数シックとしての音響光学変調器(AOM)4A
に入射し、ビームLBsはAOM4Bに入射する。AO
M4Aは、例えば周波数f。(数十M Hz )の高周
波ドライブ信号SF、で変調され、AOM4Bは周波数
丁。+Δf (Δf=f+ r2 ) (7)高周
波ドライブ信号S F 2で変調される。ここで八fは
ヒ゛−ト周波数であり、数K Hz〜数十K Hz程度
である。
−Ne)Iからのビーム(波長633nm)は、1/2
波長板P Hによって偏光方向を45°だけ傾け、偏光
ビームスプリッタ2に入射する。偏光ビームスプリッタ
2は、S偏光のビームLBsとP偏光のビームLBpの
2つに分割する。ビームLBpはミラー3Aで反射され
、周波数シックとしての音響光学変調器(AOM)4A
に入射し、ビームLBsはAOM4Bに入射する。AO
M4Aは、例えば周波数f。(数十M Hz )の高周
波ドライブ信号SF、で変調され、AOM4Bは周波数
丁。+Δf (Δf=f+ r2 ) (7)高周
波ドライブ信号S F 2で変調される。ここで八fは
ヒ゛−ト周波数であり、数K Hz〜数十K Hz程度
である。
またAOM4A、4Bは、周波数r。で決まる回折角で
発生した1次回折ビームのみを射出するように、内部に
は0次ビームのスト・ンバーが設けられている。
発生した1次回折ビームのみを射出するように、内部に
は0次ビームのスト・ンバーが設けられている。
さて、八〇M4Aで変調されたP偏光のビームLBp+
(周波数f、)はレンズ5Aを介して振幅分割用のビー
ムスプリンタ6の下面から垂直に入射する。AOM4B
からのS偏光のビームLBsz2周波数f2)は、ミラ
ー3B、レンズ5Aを介して、ビームスプリッタ6の側
面から垂直に入射する。そしてビームスブリック6の上
面からは、2つのビームLBP、、LB、□の主光線が
所定の間隔だけ離れて平行になるように射出しミラー、
7A、7Bで反射して1/2波長板8に入射する。
(周波数f、)はレンズ5Aを介して振幅分割用のビー
ムスプリンタ6の下面から垂直に入射する。AOM4B
からのS偏光のビームLBsz2周波数f2)は、ミラ
ー3B、レンズ5Aを介して、ビームスプリッタ6の側
面から垂直に入射する。そしてビームスブリック6の上
面からは、2つのビームLBP、、LB、□の主光線が
所定の間隔だけ離れて平行になるように射出しミラー、
7A、7Bで反射して1/2波長板8に入射する。
】/2波長板8は、2つのビームLBp+、LBs2の
夫々の偏波面を45°だけ傾ける。こうすると、次の偏
光ビームスプリッタ9の作用で、ビームLB、、、はS
偏光のビームLBs+とP偏光のビームLBp1とにベ
クトル的に分解され、ビームL13szもS偏光のビー
ムLBS2とP偏光のビームLBP2とにベクトル的に
分解される。
夫々の偏波面を45°だけ傾ける。こうすると、次の偏
光ビームスプリッタ9の作用で、ビームLB、、、はS
偏光のビームLBs+とP偏光のビームLBp1とにベ
クトル的に分解され、ビームL13szもS偏光のビー
ムLBS2とP偏光のビームLBP2とにベクトル的に
分解される。
偏光ビームスプリンタ9で反射されたビームLBs+と
LBS2はレンズIOA、ミラー10C1照明視野絞り
(矩形アパーチャ)11C、レンズ1OBを介してビー
ムスプリッタ(ハーフミラ−)12に達する。
LBS2はレンズIOA、ミラー10C1照明視野絞り
(矩形アパーチャ)11C、レンズ1OBを介してビー
ムスプリッタ(ハーフミラ−)12に達する。
レンズIOAとIOBはリレー系であり、2本のビーム
LBs’+ 、LBszの主光線は視野絞り11のとこ
ろで交差するが、レンズIOAとIOBの間は像空間で
あって、絞り11はウェハWと共役に配置され、2つの
ビー゛ムLB、、、LB、2はともに平行光束となって
いる。
LBs’+ 、LBszの主光線は視野絞り11のとこ
ろで交差するが、レンズIOAとIOBの間は像空間で
あって、絞り11はウェハWと共役に配置され、2つの
ビー゛ムLB、、、LB、2はともに平行光束となって
いる。
ビームスプリッタ12は2つのビームLBS、、L B
S。の夫々を、X方向対物系とY方向対物系とに振り
分けるものである。ビームスプリッタ12から先の構成
はX方向用もY方向も同一なので、X方向用の系みにつ
いて説明する。
S。の夫々を、X方向対物系とY方向対物系とに振り
分けるものである。ビームスプリッタ12から先の構成
はX方向用もY方向も同一なので、X方向用の系みにつ
いて説明する。
ビームスプリンタ12を透過した2つのビームLBSI
、LBS2は、偏光ビームスプリッタ13Xでほぼ10
0%反射され、1/4波長板14Xで同一方向の円偏光
に変換され、対物レンズ15Xによってミラー16Xの
近傍の空間中で所定角度で交差するビームLB+ 、L
B2となって投影レンズPLの視野周辺に入射する。2
つのビームLB、、LB2は、投影レンズPLの光軸A
Xと対物レンズ15Xの光軸AXxとを含むY−Z平面
に関して対称的な傾きをもって投影レンズPI−に入射
し、うエバW上で再び所定の角度で交差する。
、LBS2は、偏光ビームスプリッタ13Xでほぼ10
0%反射され、1/4波長板14Xで同一方向の円偏光
に変換され、対物レンズ15Xによってミラー16Xの
近傍の空間中で所定角度で交差するビームLB+ 、L
B2となって投影レンズPLの視野周辺に入射する。2
つのビームLB、、LB2は、投影レンズPLの光軸A
Xと対物レンズ15Xの光軸AXxとを含むY−Z平面
に関して対称的な傾きをもって投影レンズPI−に入射
し、うエバW上で再び所定の角度で交差する。
以上の構成で、ウェハWの表面は投影レンズPLによっ
て、対物レンズ15.Xの後側焦点面(ミラー16Xの
近傍のビームLB、 、LB2の交差点)と共役であり
、さらに対物レンズI5χ、レンズIOBによって視野
絞り11とも共役になっている。さらに視野絞り11は
、レンズIOAとレンズ5A、5Bとによって、AOM
4.A、4Bの回折点ともほぼ共役になっている。一方
、対物レンズ15Xの前側焦点面EPxは、投影レンズ
PLの瞳Epと共役であり、さらにレンズ10B110
’Aによってミラー7Aと7Bの間の空間中の面E T
) bとも共役である。従ってAOM4A、4Bを射出
したビームLBP、、BL、、(ともに平行光束)の夫
々を、レンズ5A、5Bによって面EPb内でスポット
に集光するように定めれば、ウェハW上に達する2つの
ビームLB、、LB2は自ずと平行光束となる。また面
EPb内でのビームLBP、、LB、、の各スポラ1−
の間隔等を調整することで、第3図(B)に示した交差
角2・θを所定の値に設定することができる。
て、対物レンズ15.Xの後側焦点面(ミラー16Xの
近傍のビームLB、 、LB2の交差点)と共役であり
、さらに対物レンズI5χ、レンズIOBによって視野
絞り11とも共役になっている。さらに視野絞り11は
、レンズIOAとレンズ5A、5Bとによって、AOM
4.A、4Bの回折点ともほぼ共役になっている。一方
、対物レンズ15Xの前側焦点面EPxは、投影レンズ
PLの瞳Epと共役であり、さらにレンズ10B110
’Aによってミラー7Aと7Bの間の空間中の面E T
) bとも共役である。従ってAOM4A、4Bを射出
したビームLBP、、BL、、(ともに平行光束)の夫
々を、レンズ5A、5Bによって面EPb内でスポット
に集光するように定めれば、ウェハW上に達する2つの
ビームLB、、LB2は自ずと平行光束となる。また面
EPb内でのビームLBP、、LB、、の各スポラ1−
の間隔等を調整することで、第3図(B)に示した交差
角2・θを所定の値に設定することができる。
さて、ウェハW上には視野絞り11の開口像が形成され
、この開口像(照明領域)内に、格子マークCMが第3
図(A)に示したような関係で位置すると、干渉ビート
光(±1次光)B”TLが発生し、これは投影レンズP
Lの瞳Epの中心を通り、ミラー16X、対物レンズ1
’5X及び1/4波長板Xを介して偏光ビームスプリ・
ブタ13Xに達する。干渉ビート光BTLは投影レンズ
PLがテレセンドリンクであることから、対物レンズ1
5Xの光軸AXxに沿って進み、1/4波長板14χを
通ることでP偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ1
3Xをほぼ100%透過し、ビームスプリッタ17Xを
透過した後、ウェハWからの正反射光LB、。、LB2
゜を遮光し、軸上の干渉ビート光BTLxのみを透過さ
せる透明スリット板18Xを介して光電素子19Xに受
光される。
、この開口像(照明領域)内に、格子マークCMが第3
図(A)に示したような関係で位置すると、干渉ビート
光(±1次光)B”TLが発生し、これは投影レンズP
Lの瞳Epの中心を通り、ミラー16X、対物レンズ1
’5X及び1/4波長板Xを介して偏光ビームスプリ・
ブタ13Xに達する。干渉ビート光BTLは投影レンズ
PLがテレセンドリンクであることから、対物レンズ1
5Xの光軸AXxに沿って進み、1/4波長板14χを
通ることでP偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ1
3Xをほぼ100%透過し、ビームスプリッタ17Xを
透過した後、ウェハWからの正反射光LB、。、LB2
゜を遮光し、軸上の干渉ビート光BTLxのみを透過さ
せる透明スリット板18Xを介して光電素子19Xに受
光される。
透明スリット板18Xは、対物レンズ15Xの前側焦点
面、すなわち瞳Epと共役な位置に配置されている。
面、すなわち瞳Epと共役な位置に配置されている。
一方、格子マークのGM、もしくはウェハ表面からの正
反射光LB+o、LB2.は、ビームLB。
反射光LB+o、LB2.は、ビームLB。
、LB、の光路を逆進し、1/4波長板14XでP偏光
に変換され、偏光ビームスプリンタ1 ’3 Xを透過
し、ビームスプリッタ17Xで反射されたものが、遮光
スリット板20Xに達する。遮光スリット板20’Xは
瞳Epと共役に配置され、軸上を進む干渉ビーム光BT
Lxを遮光し、正反射光1− B +o、 ”L B
z。を通す。前側焦点面を遮光スリット板20Xと一致
させたレンズ21Xは、正反射光LB、。、LB、。を
平行光束にし、基準格子板22x上で所定の角度で交差
させる。基準格子板22XにはウェハW上の格子マーク
GMと一義的に対応した透過型回折格子力く形成されて
いる。この基準格子板22Xの格子ピッチは、投影レン
ズPLの縮小率を1/M、対物レンズ15Xとレンズ2
1Xで決まる像倍率をKとすると、格子マークCMのピ
ッチPに対してM−に倍に設定されている。
に変換され、偏光ビームスプリンタ1 ’3 Xを透過
し、ビームスプリッタ17Xで反射されたものが、遮光
スリット板20Xに達する。遮光スリット板20’Xは
瞳Epと共役に配置され、軸上を進む干渉ビーム光BT
Lxを遮光し、正反射光1− B +o、 ”L B
z。を通す。前側焦点面を遮光スリット板20Xと一致
させたレンズ21Xは、正反射光LB、。、LB、。を
平行光束にし、基準格子板22x上で所定の角度で交差
させる。基準格子板22XにはウェハW上の格子マーク
GMと一義的に対応した透過型回折格子力く形成されて
いる。この基準格子板22Xの格子ピッチは、投影レン
ズPLの縮小率を1/M、対物レンズ15Xとレンズ2
1Xで決まる像倍率をKとすると、格子マークCMのピ
ッチPに対してM−に倍に設定されている。
正反射光L B 、。、LB、、oはともに同一偏光で
あるため、基準格子板22 X−,1−には、ビー1−
周辺数の速度で流れる干渉縞が形成され、レンズ21X
の光軸と同軸に進む干渉ヒ〜I・光と0次透過光とが発
生ずる。この干渉ビート光は透明スリ7+−板23Xを
介して0次透過光から分離され、光電素子24Xに受光
される。本実施例では基準格子板22Xを通った干渉ビ
ート光が参照光となる。
あるため、基準格子板22 X−,1−には、ビー1−
周辺数の速度で流れる干渉縞が形成され、レンズ21X
の光軸と同軸に進む干渉ヒ〜I・光と0次透過光とが発
生ずる。この干渉ビート光は透明スリ7+−板23Xを
介して0次透過光から分離され、光電素子24Xに受光
される。本実施例では基準格子板22Xを通った干渉ビ
ート光が参照光となる。
この構成において、基準格子板22χはレンズ21X、
対物レンズI−5X、及び投影レンズPLによって、ウ
ェハWと共役になっている。
対物レンズI−5X、及び投影レンズPLによって、ウ
ェハWと共役になっている。
以上は、X方向用のアライメント系の構成であり、Y方
向用のプライメン1−系についても全く同様に、ミラー
16Y、対物レンズ15Y、1/4波長板1.4 Y、
偏光ビームスプリンタ13Y、ビームスプリンタ1.7
Y、透明スリント板18Y、光電素子19Y、遮光ス
リント板20Y、レンズ21Y、基準格子板22Y、透
明スリット板23Y5及び光電素子24Yによって構成
される。ただし、対物レンズ15Yの光軸はAxy、対
物レンズ15Yの前側焦点面(瞳Epとの共役面)はE
Py、ウェハW上のY方向用の格子マークGMからのモ
渉ビート光はJ3 TL y、光電素子19Yからの計
測用信号はDSWy、そして光電素子24Yからの参照
用信号はDRIyとする。
向用のプライメン1−系についても全く同様に、ミラー
16Y、対物レンズ15Y、1/4波長板1.4 Y、
偏光ビームスプリンタ13Y、ビームスプリンタ1.7
Y、透明スリント板18Y、光電素子19Y、遮光ス
リント板20Y、レンズ21Y、基準格子板22Y、透
明スリット板23Y5及び光電素子24Yによって構成
される。ただし、対物レンズ15Yの光軸はAxy、対
物レンズ15Yの前側焦点面(瞳Epとの共役面)はE
Py、ウェハW上のY方向用の格子マークGMからのモ
渉ビート光はJ3 TL y、光電素子19Yからの計
測用信号はDSWy、そして光電素子24Yからの参照
用信号はDRIyとする。
さて、第1図中の位相差検出部ALCは、X方向とY方
向用の夫々に対して独立に位相計測を行なうように、同
一回路を2組用意しておくのがよいが、アライメンI・
シーケンス」−3X方向とY方向のマーク検出が時間的
にオーバーラツプすることがない場合は、−組だけでも
よい。
向用の夫々に対して独立に位相計測を行なうように、同
一回路を2組用意しておくのがよいが、アライメンI・
シーケンス」−3X方向とY方向のマーク検出が時間的
にオーバーラツプすることがない場合は、−組だけでも
よい。
位相差検出部A L、 Cは、X方向については信号D
R,つを基準として信号D S W xの位相差を検出
し、Y方向については信号DR,yを基準として信号D
SWyの位相差を検出する。
R,つを基準として信号D S W xの位相差を検出
し、Y方向については信号DR,yを基準として信号D
SWyの位相差を検出する。
また、本実施例では送光系BTU内でも参照光を取り出
すようにしてあり、そのうち1つは、ビームスブリック
6の側面から射出する2木のビームL B PI、 L
B 32を利用するものである。
すようにしてあり、そのうち1つは、ビームスブリック
6の側面から射出する2木のビームL B PI、 L
B 32を利用するものである。
ビームスプリッタ6の側面からのビームLB、、、LB
、2は偏光ビームスプリッタ30によって偏光方向によ
って2つに分離される。ここではP偏光のビームL B
r +は、偏光ビームスプリッタ30を透過し、ミラ
ー31Aで反射され、偏光方向を直交に変える偏光素子
32によってS偏光のビーム(周波数r+)に変換され
、ビームスプリンタ33の上面に入射する。
、2は偏光ビームスプリッタ30によって偏光方向によ
って2つに分離される。ここではP偏光のビームL B
r +は、偏光ビームスプリッタ30を透過し、ミラ
ー31Aで反射され、偏光方向を直交に変える偏光素子
32によってS偏光のビーム(周波数r+)に変換され
、ビームスプリンタ33の上面に入射する。
一方、S偏光のビームLB、2は偏光ビームスプリッタ
30で反射された後、ミラー31Bで反射され、ビーム
スプリッタ33の側面に入射する。
30で反射された後、ミラー31Bで反射され、ビーム
スプリッタ33の側面に入射する。
このビームスプリッタ33は偏光方向の揃った2つのビ
ーム(周波数f1とf2)を同軸に合成して干渉させる
ものである。こうして干渉したビームはレンズ34を介
して光電素子35で受光され、ビート周波数の参照信号
DR2が作られる。レンズ34は、レンズ5A、5Bに
よって収れんされた各ビームを平行光束に直すものであ
るが、各ヒムの開口数(N、A、)は極めて小さいため
、レンズ34は省略してもよい。
ーム(周波数f1とf2)を同軸に合成して干渉させる
ものである。こうして干渉したビームはレンズ34を介
して光電素子35で受光され、ビート周波数の参照信号
DR2が作られる。レンズ34は、レンズ5A、5Bに
よって収れんされた各ビームを平行光束に直すものであ
るが、各ヒムの開口数(N、A、)は極めて小さいため
、レンズ34は省略してもよい。
もう1つの参照光の取り出しは、偏光ビームスブリック
9のところで行なわれる。
9のところで行なわれる。
偏光ビームスブリック9では、1/2波長板8を通った
2つのビームの各P偏光成分が透過するので、そのP偏
光のビームLB、、、LBPzをレンズ36によって基
準格子板37上で交差させ、透過した干渉ビート光のみ
を透明スリラミー板38で抽出して光電素子39で受光
することによって、ビート周波数の参照信号DR,を作
る。
2つのビームの各P偏光成分が透過するので、そのP偏
光のビームLB、、、LBPzをレンズ36によって基
準格子板37上で交差させ、透過した干渉ビート光のみ
を透明スリラミー板38で抽出して光電素子39で受光
することによって、ビート周波数の参照信号DR,を作
る。
次に、本実施例の動作を簡単に述べる。
第1図のステンパーは、ステップアントリビー1一方式
であるため、ウェハW上には多数のショット領域が形成
され、各ジョブ)61域の夫々に付随して、回折格子マ
ークGMが形成されている。
であるため、ウェハW上には多数のショット領域が形成
され、各ジョブ)61域の夫々に付随して、回折格子マ
ークGMが形成されている。
そこでレーザ干測長器(RCV)による制御のも七でX
YステージWSTを移動させて、格子マークGMのピッ
チPの±1/4以内に位置決めする。位相差検出部A
L Cは参照信号DR,X(DI”1y)と計測信号D
S W x (D S W y )との位相差を計測
し、XYステージWSTの停止現在位置と真のアライメ
ント位置との偏差(±P/4以内)を求める。以上の動
作をウヱハW上の全ショット領域、あるいは代表的ない
くつかのショット領域の夫々について行ない、ウェハW
上のショット領域の配列座標系と、レーザ干渉測長器で
規定されるXYステージWSTの移動座標系との対応付
けを行ないつつ、レチクルRのパターンをウェハW上の
各ショット領域に重ね合わせ露光していく。
YステージWSTを移動させて、格子マークGMのピッ
チPの±1/4以内に位置決めする。位相差検出部A
L Cは参照信号DR,X(DI”1y)と計測信号D
S W x (D S W y )との位相差を計測
し、XYステージWSTの停止現在位置と真のアライメ
ント位置との偏差(±P/4以内)を求める。以上の動
作をウヱハW上の全ショット領域、あるいは代表的ない
くつかのショット領域の夫々について行ない、ウェハW
上のショット領域の配列座標系と、レーザ干渉測長器で
規定されるXYステージWSTの移動座標系との対応付
けを行ないつつ、レチクルRのパターンをウェハW上の
各ショット領域に重ね合わせ露光していく。
以上が基本的なマーク検出動作であるが、従来と同様に
参照信号DR,、DR3のいずれかをリファレンスとし
て用いることもできる。これはセレクタSLCの切り換
えだけでよい。
参照信号DR,、DR3のいずれかをリファレンスとし
て用いることもできる。これはセレクタSLCの切り換
えだけでよい。
例えばウェハW上の格子マークGMと同じピンチサイズ
の格子マークを基準マーク板FM上に形成しておき、こ
の基準格子マークを投影レンズPLの直下に位置決めし
、計測信号DSW、参照信号DR+ 、DR2(又はD
R,)の各信号波形を一定時間の間だけ波形メモリに取
り込む。そして計測信号DSWと参照信号DR,との位
相差Δφ、と、計測信号DSWと参照信号DR,との位
相差Δφ2とを求める。この2つの位相差は本来−致し
ているはずであるが、空気ゆらぎの影響が異なること、
光学系中の素子構造が異なること、偏波面の保存性が異
なること等によって、わずかに異なった値を示す。
の格子マークを基準マーク板FM上に形成しておき、こ
の基準格子マークを投影レンズPLの直下に位置決めし
、計測信号DSW、参照信号DR+ 、DR2(又はD
R,)の各信号波形を一定時間の間だけ波形メモリに取
り込む。そして計測信号DSWと参照信号DR,との位
相差Δφ、と、計測信号DSWと参照信号DR,との位
相差Δφ2とを求める。この2つの位相差は本来−致し
ているはずであるが、空気ゆらぎの影響が異なること、
光学系中の素子構造が異なること、偏波面の保存性が異
なること等によって、わずかに異なった値を示す。
そこでΔφ1−Δφ2の値をオフセット量として記憶し
ておき、実デバイスの格子マーク計測時には参照信号D
R,(又はDR,)をリファレンスとして使用し、位相
差検出時に記憶しであるオフセット量を加味して位置ず
れを求めることもできる。
ておき、実デバイスの格子マーク計測時には参照信号D
R,(又はDR,)をリファレンスとして使用し、位相
差検出時に記憶しであるオフセット量を加味して位置ず
れを求めることもできる。
さらに、アライメント光学系の光路(ウェハWからレー
ザ光源1まで、もしくはウェハWから各光電素子まで)
の安定性を基準マーク板FMを用いてチエツクすること
もできる。例えば、テストレチクル等を装着した状態で
、露光光を連続、または断続的に照射し、投影レンズP
Lに露光光(パターン投影光)が通るようにする。そし
て同時に、基準マーク板FM上のマークのない反射面部
分を2つのビームLB+ 、LB2の照明領域DA内に
もってきて、長時間の間、参照信号DRと参照信号DR
,(又はDR3)との位相差をチエツクし、その位相差
の変化を時間とともにプロットする。このよ′うにする
と、実露光に近い状態でアライメント光路(特にビーム
スプリッタ13からウェハWまで)の熱的な安定性がチ
エツクできる。
ザ光源1まで、もしくはウェハWから各光電素子まで)
の安定性を基準マーク板FMを用いてチエツクすること
もできる。例えば、テストレチクル等を装着した状態で
、露光光を連続、または断続的に照射し、投影レンズP
Lに露光光(パターン投影光)が通るようにする。そし
て同時に、基準マーク板FM上のマークのない反射面部
分を2つのビームLB+ 、LB2の照明領域DA内に
もってきて、長時間の間、参照信号DRと参照信号DR
,(又はDR3)との位相差をチエツクし、その位相差
の変化を時間とともにプロットする。このよ′うにする
と、実露光に近い状態でアライメント光路(特にビーム
スプリッタ13からウェハWまで)の熱的な安定性がチ
エツクできる。
ところで、2本のビームの送光系BTUの構成、及び参
照信号を得る系としては、第4図に示すものも同様に使
用できる。
照信号を得る系としては、第4図に示すものも同様に使
用できる。
第4図で1”は互いに直交した偏光の2周波数のビーム
L B P Sを発振するゼーマンレーザ光源である。
L B P Sを発振するゼーマンレーザ光源である。
このビームLBPsはビームスプリッタ50で分割され
、透過した一部のビームLB、sは位相板51を介して
干渉ビート光に変換され、光電素子35で受光され、2
周波数の差周波数の参照信号DR2を得る。
、透過した一部のビームLB、sは位相板51を介して
干渉ビート光に変換され、光電素子35で受光され、2
周波数の差周波数の参照信号DR2を得る。
一方、ビームスプリッタ50で反射したビームLBP3
はウォラストン・プリズム52に入射し、偏光方向のち
がいによって異なった方向に分離するビームLBs+、
LBP2に分けられる。このウォラストン・プリズム5
2はウェハWと共役に配置され、ウォラストン・プリズ
ム52での分離角度が、格子マークGM上での2つのビ
ームLB、、LB2の交差角に対応する。2つのビーム
LBs+、LBP2はレンズ53によって互いに主光線
が平行になるように屈折され、ミラー55Aを介して偏
光ビームスプリッタ54に入射し、S偏光のビームLB
SI(周波数f、)はここで反射し、ミラー55、Bを
介してビームスブリック(ハーフミラ−)57に入射す
る。
はウォラストン・プリズム52に入射し、偏光方向のち
がいによって異なった方向に分離するビームLBs+、
LBP2に分けられる。このウォラストン・プリズム5
2はウェハWと共役に配置され、ウォラストン・プリズ
ム52での分離角度が、格子マークGM上での2つのビ
ームLB、、LB2の交差角に対応する。2つのビーム
LBs+、LBP2はレンズ53によって互いに主光線
が平行になるように屈折され、ミラー55Aを介して偏
光ビームスプリッタ54に入射し、S偏光のビームLB
SI(周波数f、)はここで反射し、ミラー55、Bを
介してビームスブリック(ハーフミラ−)57に入射す
る。
偏光ビームスプリッタ54を透過したP偏光のビームL
B’P2(周波数rz)はミラー55.C11/2波長
“板56を介してビームスプリッタ57に入射する。
B’P2(周波数rz)はミラー55.C11/2波長
“板56を介してビームスプリッタ57に入射する。
172波長板56の作用によって、ビームL’B2□は
S偏光のビーL’BS2に変換され、さらにビームスプ
リッタは57での偏心合成Gこよって、2つのビームL
Bs+、l−832は互いに平行な主光線の状態でレン
ズ10A(第2図)に入射する。またビームスプリッタ
57の他の面からは互いに平行に合成されたビームLB
、、、LB、2が射出するので、これを第2図中のレン
ズ3G、基準格子37、透明スリット板38、光電素子
39から成る参照受光系に導く。
S偏光のビーL’BS2に変換され、さらにビームスプ
リッタは57での偏心合成Gこよって、2つのビームL
Bs+、l−832は互いに平行な主光線の状態でレン
ズ10A(第2図)に入射する。またビームスプリッタ
57の他の面からは互いに平行に合成されたビームLB
、、、LB、2が射出するので、これを第2図中のレン
ズ3G、基準格子37、透明スリット板38、光電素子
39から成る参照受光系に導く。
この実施例によれば、ΔOM等を用いずに2つの周波数
のビームを作れるため、送光系のB T Uの構成が簡
単になる。といった利点がある。またゼーマンレーザ光
源1゛による2周波数の差は比較的大きく(M[IZ程
度)取れるため、位相差計測の精度を高めることもでき
る。
のビームを作れるため、送光系のB T Uの構成が簡
単になる。といった利点がある。またゼーマンレーザ光
源1゛による2周波数の差は比較的大きく(M[IZ程
度)取れるため、位相差計測の精度を高めることもでき
る。
また、この第4図ではウォラス)・ン・プリズム52に
よって2つのビームLB、、l、B2の交差角が一義的
に決まってしまうので、第2図の場合にくらべて言周整
(2つのビーム1.、B、、LB2の交差角やテレセン
性の調整)の自由度は低い。さらにウォラス1−ン・プ
リズム52の代わりに透過型の格子板を用い、0次透過
光を遮へいして±1次光のみを2つのビームとして使っ
てもよい。この場合も、2つのビームの交差角は格子板
のピッチで一義的に決まってしまうので、調整の自由度
は低い。
よって2つのビームLB、、l、B2の交差角が一義的
に決まってしまうので、第2図の場合にくらべて言周整
(2つのビーム1.、B、、LB2の交差角やテレセン
性の調整)の自由度は低い。さらにウォラス1−ン・プ
リズム52の代わりに透過型の格子板を用い、0次透過
光を遮へいして±1次光のみを2つのビームとして使っ
てもよい。この場合も、2つのビームの交差角は格子板
のピッチで一義的に決まってしまうので、調整の自由度
は低い。
次に本発明の他のマーク検出について、第5図を参照し
て説明する。ここでは第2図、第4図のいずれの構成で
もよいが、第2図中に示した正反射光を利用した参照光
受光系中の基準格子22X、22Yを第5図(B)のよ
うな構造にしておく。
て説明する。ここでは第2図、第4図のいずれの構成で
もよいが、第2図中に示した正反射光を利用した参照光
受光系中の基準格子22X、22Yを第5図(B)のよ
うな構造にしておく。
すなわち基準格子22”のように、格子部分をピッチ(
計測)方向と直交する方向で2つに分けた半分のみに設
けておき、残りの半分は遮光部にしておく。そしてウェ
ハ部上の格子マークGMを検出する際は、第5図で(A
)に示すように、視野絞り11のウェハ部上での像11
”が格子マークCMと、その周囲の反射部とを半々に含
むように格子ピッチ方向と直交する方向に少しずらして
お(。このようにすると、基準格子板22′はウェハW
と共役になっているので、ウェハWからの正反射光L
B + n、LB2oのうち、格子マークCMからの光
は全て基準格子板22゛の遮光部でカットされ、ウェハ
部上のマークCAMの周囲の反射面からの正反射光L
B + o、 I−B 20のみが基準格子板22゛の
格子部で交差する。そして基準格子板22”の格子部上
には、正反射光1.、 B 、。、LB2.の干渉によ
る干渉縞が一方向に流れる。この干渉縞のピッチは基準
格子板22”の格子ビ・ンチの丁度半分である。
計測)方向と直交する方向で2つに分けた半分のみに設
けておき、残りの半分は遮光部にしておく。そしてウェ
ハ部上の格子マークGMを検出する際は、第5図で(A
)に示すように、視野絞り11のウェハ部上での像11
”が格子マークCMと、その周囲の反射部とを半々に含
むように格子ピッチ方向と直交する方向に少しずらして
お(。このようにすると、基準格子板22′はウェハW
と共役になっているので、ウェハWからの正反射光L
B + n、LB2oのうち、格子マークCMからの光
は全て基準格子板22゛の遮光部でカットされ、ウェハ
部上のマークCAMの周囲の反射面からの正反射光L
B + o、 I−B 20のみが基準格子板22゛の
格子部で交差する。そして基準格子板22”の格子部上
には、正反射光1.、 B 、。、LB2.の干渉によ
る干渉縞が一方向に流れる。この干渉縞のピッチは基準
格子板22”の格子ビ・ンチの丁度半分である。
この構成によれば、第3図(B)で説明したように正反
射光LB+o、LBzoの夫々に、マークGMからの2
次回折光L B 2□、LB、□が混入して干渉するこ
とがないため、より高精度(ピュアー)な参照信号を得
ることができる。
射光LB+o、LBzoの夫々に、マークGMからの2
次回折光L B 2□、LB、□が混入して干渉するこ
とがないため、より高精度(ピュアー)な参照信号を得
ることができる。
次に本発明の第2の実施例を第6図を参照して説明する
。第6図は、投影レンズPLの外側に固定されるオフ・
アクシス・ウェハフライメンl−系又は、プロキシミテ
ィ方式のマスク・ウェハアライメント系に好適な例であ
り、基本構成は先の実施例のものと同一である。ただし
本実施例では、2方向から基盤上の格子マークを照射す
るビーム同志が相補的な偏光状態(例えば直交直線偏光
、あるいは互いに逆回りの円偏光)である点、及び光電
信号の作り方に差異がある。
。第6図は、投影レンズPLの外側に固定されるオフ・
アクシス・ウェハフライメンl−系又は、プロキシミテ
ィ方式のマスク・ウェハアライメント系に好適な例であ
り、基本構成は先の実施例のものと同一である。ただし
本実施例では、2方向から基盤上の格子マークを照射す
るビーム同志が相補的な偏光状態(例えば直交直線偏光
、あるいは互いに逆回りの円偏光)である点、及び光電
信号の作り方に差異がある。
第6回において、視野絞り11を通った2つの平行なビ
ームLB3..LB、2ば互いに直交する直線偏光で周
波数差へfをもっている。ビームLBS1% I、BF
2はレンズ60によって主光線が平行に変換されるとと
もに、対物レンズOBJの瞳EP”内にスポット集光す
る。これらビームLBsI、LB+zは、さらにビーム
スプリンタ61を通り、対物レンズOBJに入射し、所
定の角度で交差する平行な2本のビームLB、、LB2
となって、ウェハ部上の格子マークGMを照射する。
ームLB3..LB、2ば互いに直交する直線偏光で周
波数差へfをもっている。ビームLBS1% I、BF
2はレンズ60によって主光線が平行に変換されるとと
もに、対物レンズOBJの瞳EP”内にスポット集光す
る。これらビームLBsI、LB+zは、さらにビーム
スプリンタ61を通り、対物レンズOBJに入射し、所
定の角度で交差する平行な2本のビームLB、、LB2
となって、ウェハ部上の格子マークGMを照射する。
視野絞り11と格子マークCMとは共役になっており、
マーク検出には第5図(A)のような位置関係にするこ
とが望ましい。さて、ビームL B + の照射により
格子マークGMから垂直に発生した1次回折光と、ビー
ムLB2の照射により格子マークGMから垂直に発生し
た1次回折光とは、互いに偏光方向が異なるために、干
渉することなく、対物レンズOBJ、ビームスプリッタ
61を介して中央に透明スリットをもつ反射ミラー62
に達する。
マーク検出には第5図(A)のような位置関係にするこ
とが望ましい。さて、ビームL B + の照射により
格子マークGMから垂直に発生した1次回折光と、ビー
ムLB2の照射により格子マークGMから垂直に発生し
た1次回折光とは、互いに偏光方向が異なるために、干
渉することなく、対物レンズOBJ、ビームスプリッタ
61を介して中央に透明スリットをもつ反射ミラー62
に達する。
これら1次回折光BTLは、光軸に対して45゜斜設さ
れた、反射ミラー62の中央を通過し、レンズ63で平
行光束に変換された後、偏波面を45°だけ回転させる
1/2波長板64を介して偏光ビームスプリンタ65に
達する。偏光ビームスプリッタ65では、1/2波長板
64を通ったS偏光(fl)とP偏光(f2)とをベク
トル的に分解して、同一偏光成分同志の干渉ビート光を
作り出す。光電素子66’AはP偏光(f2)から作ら
れたS偏光成分(f2)と、元々のS偏光(f)との干
渉ビート光を受光する。光電素子66Bは、S偏光(f
、)から作られたP偏光成分(f、)と、元々のP偏光
(f2)との干渉ビート光を受光する。
れた、反射ミラー62の中央を通過し、レンズ63で平
行光束に変換された後、偏波面を45°だけ回転させる
1/2波長板64を介して偏光ビームスプリンタ65に
達する。偏光ビームスプリッタ65では、1/2波長板
64を通ったS偏光(fl)とP偏光(f2)とをベク
トル的に分解して、同一偏光成分同志の干渉ビート光を
作り出す。光電素子66’AはP偏光(f2)から作ら
れたS偏光成分(f2)と、元々のS偏光(f)との干
渉ビート光を受光する。光電素子66Bは、S偏光(f
、)から作られたP偏光成分(f、)と、元々のP偏光
(f2)との干渉ビート光を受光する。
この1/2波長板64と偏光ビームスプリ・ツタ65の
使い方は第2図中の1/2波長板8、偏光ビームスプリ
ッタ9の使い方と同じである。
使い方は第2図中の1/2波長板8、偏光ビームスプリ
ッタ9の使い方と同じである。
さて、光電素子66Aと66Bの角光電信号は、差動ア
ンプ67で増幅され、計測信号DSWとなる。このよう
にすると、光電素子66Aからの信号(周波数Δfの交
流)と、光電素子66Bからの信号(周波数Δfの交流
)とは丁度逆相になっており、それを差動アンプ67で
演算すると、信号振幅は2倍に、同相ノイズはキャンセ
ルされるといった大きな利点がある。
ンプ67で増幅され、計測信号DSWとなる。このよう
にすると、光電素子66Aからの信号(周波数Δfの交
流)と、光電素子66Bからの信号(周波数Δfの交流
)とは丁度逆相になっており、それを差動アンプ67で
演算すると、信号振幅は2倍に、同相ノイズはキャンセ
ルされるといった大きな利点がある。
一方つエバWからのP偏光の正反射光LB2QとS偏光
の正反射光LB、。とは、系の瞳面近傍に配置された反
射ミラー62で反射され、レンズ6日で平行光束に変換
されるとともに、所定の角度で基準格子22′ (第5
図(B)のものと同一)上で交差する。ここでも基準格
子22”はウェハWと共役である。基準格子22″から
光軸上に進む1次回折光同志は、互いに干渉することは
ないが、1/2波長板69、偏光ビームスプリッタ70
によって、互いに干渉し合うビート光となり、S偏光の
ビート光は光電素子71Aで受光され、P偏光のビート
光は光電素子71Bで受光される。ここでも光電素子7
1A、71Bの各出力信号は逆相であり、これを差動ア
ンプ72で増幅することによって参照信号DR,を作り
出す。
の正反射光LB、。とは、系の瞳面近傍に配置された反
射ミラー62で反射され、レンズ6日で平行光束に変換
されるとともに、所定の角度で基準格子22′ (第5
図(B)のものと同一)上で交差する。ここでも基準格
子22”はウェハWと共役である。基準格子22″から
光軸上に進む1次回折光同志は、互いに干渉することは
ないが、1/2波長板69、偏光ビームスプリッタ70
によって、互いに干渉し合うビート光となり、S偏光の
ビート光は光電素子71Aで受光され、P偏光のビート
光は光電素子71Bで受光される。ここでも光電素子7
1A、71Bの各出力信号は逆相であり、これを差動ア
ンプ72で増幅することによって参照信号DR,を作り
出す。
以上本実施例では、格子マーク0M上に干渉縞を作るこ
となく、同様の位置ずれ検出ができる。
となく、同様の位置ずれ検出ができる。
さらに差動アンプ67.72を用いて、ブ・ンシュ・プ
ル方式で信号増幅ができるため、S/N比が極めて高い
といった利点がある。従って、位相差検出部ALCでの
位相差計測も高精度化が期待できる。このように、格子
マークGMを照明する2つのビームLB、、LB2を相
補的な偏光にする手法は、先の第1の実施例にも同様に
適用できる。
ル方式で信号増幅ができるため、S/N比が極めて高い
といった利点がある。従って、位相差検出部ALCでの
位相差計測も高精度化が期待できる。このように、格子
マークGMを照明する2つのビームLB、、LB2を相
補的な偏光にする手法は、先の第1の実施例にも同様に
適用できる。
その他、本発明はレチクル(マスク)の格子マークとウ
ェハの格子マークとを用いて、直接レチクルとウェハと
をアライメントする位置合わせ系にも全く同様に適用で
きる。
ェハの格子マークとを用いて、直接レチクルとウェハと
をアライメントする位置合わせ系にも全く同様に適用で
きる。
この場合、第7図に示すように2焦点素子をもつ対物レ
ンズOBJによって、レチクルR上の窓R3と投影レン
ズPLとを介してウェハW上の格子マークGMに2本の
ビームLB、 、LB、を照射するようにし、レチクル
Rの上には露光光と2本のビームLB、 、LB、との
波長を分離するグイクロイックミラーDMRを設ける構
成にするとよい。
ンズOBJによって、レチクルR上の窓R3と投影レン
ズPLとを介してウェハW上の格子マークGMに2本の
ビームLB、 、LB、を照射するようにし、レチクル
Rの上には露光光と2本のビームLB、 、LB、との
波長を分離するグイクロイックミラーDMRを設ける構
成にするとよい。
レチクルR上の回路パターン領域の周辺は、定幅の遮光
帯で囲まれており、その中に窓(透明部)R3を形成し
、さらに窓R3の半分の部分に一次元の格子マークRM
を形成する。一方、ウェハW上の各ショット領域SAの
周囲のストリートライン(幅50〜100μm程度)中
の対応する位置には、格子マーク、GMが形成されてい
る。
帯で囲まれており、その中に窓(透明部)R3を形成し
、さらに窓R3の半分の部分に一次元の格子マークRM
を形成する。一方、ウェハW上の各ショット領域SAの
周囲のストリートライン(幅50〜100μm程度)中
の対応する位置には、格子マーク、GMが形成されてい
る。
そして2本のビームLB、1LB2の送光系BT(ノ内
の視野絞り1]の開口像は、レチクルRの窓RSよりも
わずかに小さくなるように定められ、ウェハW上ではス
1へり−I・う・fン」二に開口像11゛とじて形成さ
れる。このようにレチクルRのマークRMとウェハWの
マークCMとを同時に検出するT T R方式では、第
2図のアライメント系をそのまま使うにしても、系の瞳
面、瞳共役面では各マークから垂直に反則する干渉ビー
ト光が互いに重畳していて、分離することば難しい。そ
こで特開昭63−283129号公報に開示されている
ように、対物レンス013 Jと一体に設けられた2焦
点素子(水晶レンズ)によって、レチクルRの窓R3へ
の2つのビー1、LB、、LB2の夫々を、ともに相補
的な偏光成分にしておく。さらに受光系BRU内にはマ
ークRMと共役なアパーチャとマークGMと共役なアパ
ーチャとを設け、マークRMからの干渉ビート光とマー
クGMからの干渉ビート光とを結像状態で分制した後に
別々に光電検出する。
の視野絞り1]の開口像は、レチクルRの窓RSよりも
わずかに小さくなるように定められ、ウェハW上ではス
1へり−I・う・fン」二に開口像11゛とじて形成さ
れる。このようにレチクルRのマークRMとウェハWの
マークCMとを同時に検出するT T R方式では、第
2図のアライメント系をそのまま使うにしても、系の瞳
面、瞳共役面では各マークから垂直に反則する干渉ビー
ト光が互いに重畳していて、分離することば難しい。そ
こで特開昭63−283129号公報に開示されている
ように、対物レンス013 Jと一体に設けられた2焦
点素子(水晶レンズ)によって、レチクルRの窓R3へ
の2つのビー1、LB、、LB2の夫々を、ともに相補
的な偏光成分にしておく。さらに受光系BRU内にはマ
ークRMと共役なアパーチャとマークGMと共役なアパ
ーチャとを設け、マークRMからの干渉ビート光とマー
クGMからの干渉ビート光とを結像状態で分制した後に
別々に光電検出する。
一方、マークRMからの正反射光、又はマークGMから
の正反射光を用いた参照信号の作成にあたっては、第2
図と同様の構成でよいが、マークRMのみと共役なアパ
ーチャとマークGMのみと共役なアパーチャとを設けて
結像状態で分離した後に、正反射光LB、、、LB2.
を取り出して基準格子板22(又は22″)に照射する
。
の正反射光を用いた参照信号の作成にあたっては、第2
図と同様の構成でよいが、マークRMのみと共役なアパ
ーチャとマークGMのみと共役なアパーチャとを設けて
結像状態で分離した後に、正反射光LB、、、LB2.
を取り出して基準格子板22(又は22″)に照射する
。
このような′I″TR方式では、基本的には、レチクル
RのマークRMからの干渉ビーム光の光電信号とウェハ
WのマークGMからの干渉ビー1−光の光電信号との位
相差を計測すればよい訳であるが、レチクルからウェハ
までの光路中の空気ゆらぎの影響を低減することを考え
ると、ウェハWがらの正反射光LBxo、LBzoで参
照信号を作り、この参照信号を基準にマークRMと−7
−りGMの各位置ずれを検出する方がよいこともある。
RのマークRMからの干渉ビーム光の光電信号とウェハ
WのマークGMからの干渉ビー1−光の光電信号との位
相差を計測すればよい訳であるが、レチクルからウェハ
までの光路中の空気ゆらぎの影響を低減することを考え
ると、ウェハWがらの正反射光LBxo、LBzoで参
照信号を作り、この参照信号を基準にマークRMと−7
−りGMの各位置ずれを検出する方がよいこともある。
以上本発明の各実施例では、参照信号の作り方として、
2つの送光ビームLB、、LB2の送光系BTU内で基
準格子板37を用いる場合と、2木のビーム同志を同軸
に合成して直接ビートを取る場合との2つを掲げた。2
つのビームを同軸に合成して直接ビートを取る方法(第
2図又は第4図中の光電素子35)では、何らかの要因
でレザ光源1からの射出ビームの位置がドリフI−した
場合、あるいはAOM、IIA、4Bの温度特性によっ
て周波数変調されたビームの射出角が微小ドリフトシた
場合のいずれであっても、得られる参照信号DR,の位
相成分は変化しないが、光電素子19からの計測信号D
SWの位相成分は変化する。
2つの送光ビームLB、、LB2の送光系BTU内で基
準格子板37を用いる場合と、2木のビーム同志を同軸
に合成して直接ビートを取る場合との2つを掲げた。2
つのビームを同軸に合成して直接ビートを取る方法(第
2図又は第4図中の光電素子35)では、何らかの要因
でレザ光源1からの射出ビームの位置がドリフI−した
場合、あるいはAOM、IIA、4Bの温度特性によっ
て周波数変調されたビームの射出角が微小ドリフトシた
場合のいずれであっても、得られる参照信号DR,の位
相成分は変化しないが、光電素子19からの計測信号D
SWの位相成分は変化する。
従って、上記射出ビームのドリフI・によってマク位置
検出に誤差が生じることになる。
検出に誤差が生じることになる。
これに対して、基準格子板37を用いた場合、参照信号
DR3ばビームのドリフトによって位相成分が変化すた
め、計測信号D S Wの位相成分の変化との相殺効果
が得られる。このため、ビームドリフトによる検出誤差
の発生は、はとんど無視できる。
DR3ばビームのドリフトによって位相成分が変化すた
め、計測信号D S Wの位相成分の変化との相殺効果
が得られる。このため、ビームドリフトによる検出誤差
の発生は、はとんど無視できる。
従って、ウェハWからの正反射光LB、、、LB2oに
ついても、直接同軸に合成して干渉させるのではなく、
基準格子板22又は、22゛を用いて干渉ビート光を作
り、この干渉ビート光を参照信号とした方がよい。
ついても、直接同軸に合成して干渉させるのではなく、
基準格子板22又は、22゛を用いて干渉ビート光を作
り、この干渉ビート光を参照信号とした方がよい。
また2つのビームに周波数差を与える他の手法としては
、放射方向に格子を切ったラジアルダレイティングを高
速に回転させ、そこで回折された+1次光と−1次光と
を2つのビームとして利用してもよい。
、放射方向に格子を切ったラジアルダレイティングを高
速に回転させ、そこで回折された+1次光と−1次光と
を2つのビームとして利用してもよい。
さて、第8図は本発明の他の実施例による位置ずれ検出
装置の構成を示す斜視図である。
装置の構成を示す斜視図である。
この第8図の系では、系の構造上の垂直中心線βCに対
して左右(X方向)に対称配置になっている。
して左右(X方向)に対称配置になっている。
中心線(lcに対してX方向Gこ対称的に離れた2本の
ビームLB、、LB2 (周波数へfを有する)は、そ
れぞれミラーM、 、M2によってX方向に反則され、
ビームL B 、はビームスプリッタBSaでY方向に
反射された後、ミラーM3、M4を介して、物体上の格
子GMをX方向の斜め上方から照射する。一方、ミラー
M2からのビームLB2はビームスプリ・ツタB’Sb
でY方向に反射された後、ミラーM5、M、、を介して
格子GMをX方向の斜め」二方からビームL B +
と対称的に照射する。格子GMのピッチ方向はX方向で
あり、ここでは格子CMからの±3次光の干渉ビート光
B T Lを光電素子19で受光して計測信号DSWを
得る。物体(格子GM)からの正反射光LBl。
ビームLB、、LB2 (周波数へfを有する)は、そ
れぞれミラーM、 、M2によってX方向に反則され、
ビームL B 、はビームスプリッタBSaでY方向に
反射された後、ミラーM3、M4を介して、物体上の格
子GMをX方向の斜め上方から照射する。一方、ミラー
M2からのビームLB2はビームスプリ・ツタB’Sb
でY方向に反射された後、ミラーM5、M、、を介して
格子GMをX方向の斜め」二方からビームL B +
と対称的に照射する。格子GMのピッチ方向はX方向で
あり、ここでは格子CMからの±3次光の干渉ビート光
B T Lを光電素子19で受光して計測信号DSWを
得る。物体(格子GM)からの正反射光LBl。
は、ビームLB2と逆の光路、ずなわちミラーM6、M
3、ビームスプリッタBSbを通り、さらにミラーM、
で反射されて基準格子板22を斜めに照射する。同様に
物体からの正反射光LBzoは、ミラーM4、M、ビー
ムスプリッタBSaを通り、さらにミラーMIlで反射
されて基準格子板22を、正反射光T−B + oと逆
方向から照射する。正反射光LBlO,LB2゜と基準
格子板22によって作られる±3次光の干渉ビート光は
光電素子24によって受光され、参照信号DR,が得ら
れる。
3、ビームスプリッタBSbを通り、さらにミラーM、
で反射されて基準格子板22を斜めに照射する。同様に
物体からの正反射光LBzoは、ミラーM4、M、ビー
ムスプリッタBSaを通り、さらにミラーMIlで反射
されて基準格子板22を、正反射光T−B + oと逆
方向から照射する。正反射光LBlO,LB2゜と基準
格子板22によって作られる±3次光の干渉ビート光は
光電素子24によって受光され、参照信号DR,が得ら
れる。
本実施例では、ビームスプリッタBSa、BSb、ミラ
ーM3〜M6が本発明の投射光学系に相当し、ミラーM
、、M2に入射する2本のビームLB、 、LB2は適
当な径を有する平行光束となっている。また、第8図に
示した系は、1つのボックス内に一体に固定配置され、
空気ゆらぎの影響を受けにくいようにしである。この構
造によれば、レンズ系を使わずにコンパクトなものが得
られるため、光学式リニアエンコーダ、ロータリーエン
コーダ等の読み取りヘッド等としても利用できる。
ーM3〜M6が本発明の投射光学系に相当し、ミラーM
、、M2に入射する2本のビームLB、 、LB2は適
当な径を有する平行光束となっている。また、第8図に
示した系は、1つのボックス内に一体に固定配置され、
空気ゆらぎの影響を受けにくいようにしである。この構
造によれば、レンズ系を使わずにコンパクトなものが得
られるため、光学式リニアエンコーダ、ロータリーエン
コーダ等の読み取りヘッド等としても利用できる。
この実施例においても、2木の送光ビームLB、l−B
2は同一偏光状態、又は相補的偏光状態のいずれでもよ
く、相補的偏光の場合は第6図のように光電素子19.
24の前に位相板(45゜方向)を設けて、ここで干渉
ビート光に変換すればよい。さらに、ビームスプリッタ
BSa、BSbの夫々とミラーM、、 、M、の間に、
1/4波長板を設け、ビームスブリックBSa、BSb
を偏光ビームスプリッタとして、ミラーM、 、M2に
入射するビームLB、 、LB2を直線偏光(例えばS
偏光)にすれば、正反射光L B lO+ i−B z
oの偏光方向は、スプリッタBSa、、BSbのところ
で元のビームLB、、LB2と直交した偏光に変換され
るため、ビームの利用効率の向上、レーザ光源等へのハ
ックトークの防止等の効果がある。
2は同一偏光状態、又は相補的偏光状態のいずれでもよ
く、相補的偏光の場合は第6図のように光電素子19.
24の前に位相板(45゜方向)を設けて、ここで干渉
ビート光に変換すればよい。さらに、ビームスプリッタ
BSa、BSbの夫々とミラーM、、 、M、の間に、
1/4波長板を設け、ビームスブリックBSa、BSb
を偏光ビームスプリッタとして、ミラーM、 、M2に
入射するビームLB、 、LB2を直線偏光(例えばS
偏光)にすれば、正反射光L B lO+ i−B z
oの偏光方向は、スプリッタBSa、、BSbのところ
で元のビームLB、、LB2と直交した偏光に変換され
るため、ビームの利用効率の向上、レーザ光源等へのハ
ックトークの防止等の効果がある。
尚、2つの送光ビームLB1、I−Bzは、半導体レー
ザと光IC化されたAOMとを組み合わせて、モジモル
化した照射手段を第8図の系と一体にして供給するよう
にすれば、全体の構成は極めてコンパクトになる。
ザと光IC化されたAOMとを組み合わせて、モジモル
化した照射手段を第8図の系と一体にして供給するよう
にすれば、全体の構成は極めてコンパクトになる。
一般に半導体レーザの波長は、赤外から赤色に分布し、
仮に900nm程度とすると、n λ sinθ−より、n=3、λ−0,9p m、として、
ビームLB、、LB2の格子CAMへの入射角θは、約
26.74°となる。さらにn=3、すなわち3次光の
干渉ビート光を使うため、計測感度(分解能)は±1次
光の干渉ビー1−光を使う場合の3倍に向上する。
仮に900nm程度とすると、n λ sinθ−より、n=3、λ−0,9p m、として、
ビームLB、、LB2の格子CAMへの入射角θは、約
26.74°となる。さらにn=3、すなわち3次光の
干渉ビート光を使うため、計測感度(分解能)は±1次
光の干渉ビー1−光を使う場合の3倍に向上する。
つまり、格子ピンチ6μmの±1/4(±1.5μm)
が位相差の±180″に対応したものが、さらにその1
/3の範囲(±0.5μm)が位相差の±180°に対
応することになる。従って位相差計測分解能がピであれ
ば、±0.0083μmの感度が得られる。
が位相差の±180″に対応したものが、さらにその1
/3の範囲(±0.5μm)が位相差の±180°に対
応することになる。従って位相差計測分解能がピであれ
ば、±0.0083μmの感度が得られる。
ところで、露光工程においてウェハ上の格子GMを検出
する場合は、通常レジスト層(1〜2μm厚)を介して
格子GMを検出することになる。
する場合は、通常レジスト層(1〜2μm厚)を介して
格子GMを検出することになる。
この際、2本のビームLB、、LB2は可干渉性の強い
単色のレーザ光であり、レジスト層表面からの反射光と
、ウェハ表面からの反射光との干渉や、回折光の位相変
化等の影響が現れやすい。そこで第9図(A)に示すよ
うに発振波長が600nm程度のレーザ光源LDと、8
00nm程度のレーザ光源LD’ とを用意し、それぞ
れからのビームLB、、LB’を2光束化周波数シフタ
ーDBU。
単色のレーザ光であり、レジスト層表面からの反射光と
、ウェハ表面からの反射光との干渉や、回折光の位相変
化等の影響が現れやすい。そこで第9図(A)に示すよ
うに発振波長が600nm程度のレーザ光源LDと、8
00nm程度のレーザ光源LD’ とを用意し、それぞ
れからのビームLB、、LB’を2光束化周波数シフタ
ーDBU。
DBU’ に入射する。
シフターDBUは周波数差Δfの2本のビームLB、
、LB、を作り出し、これをグイクロイックミラーD
M + に向けて射出する。シフターDBU゛は周波数
差へfの2本のビームLB、 、LB2′を作り出し
、これをグイクロインクミラーDM、に向けて射出し、
ビームLBI 、LBzと合成する。
、LB、を作り出し、これをグイクロイックミラーD
M + に向けて射出する。シフターDBU゛は周波数
差へfの2本のビームLB、 、LB2′を作り出し
、これをグイクロインクミラーDM、に向けて射出し、
ビームLBI 、LBzと合成する。
さらにウェハW上のマークとしては、第9図(B)に示
すようにピンチが異なる2つの格子マクGMa、GMb
を−組みとして形成しておく。
すようにピンチが異なる2つの格子マクGMa、GMb
を−組みとして形成しておく。
このようにすると、計測用の干渉ビート光の受光を同一
の光電素子19で行なえるとともに、格子マークGMa
、GMbに対する2本のビーム+−B、LB2の入射角
と、ビーム1.B、“、LBzの入射角とを同じにする
ことができる。
の光電素子19で行なえるとともに、格子マークGMa
、GMbに対する2本のビーム+−B、LB2の入射角
と、ビーム1.B、“、LBzの入射角とを同じにする
ことができる。
ここで、その入射角θを共通ずるとして、格子マークG
M aのピ・ノチをPa、格子マークGMbのピンチ
をpb、ビームLBの波長をλl (600nm)、そ
してビームLB”の波長をλ2 (800r+m)とし
、格子マークGMaについては波長λ(λ1〈λ2)を
用いて1次(n=1.)の回折光の干渉ビート光を検出
し、格子マークGMbについては波長λ1を用いて3次
(n=3)の回折光の干渉ビート光を検出するものとす
ると、以下の関係が成り立つ。
M aのピ・ノチをPa、格子マークGMbのピンチ
をpb、ビームLBの波長をλl (600nm)、そ
してビームLB”の波長をλ2 (800r+m)とし
、格子マークGMaについては波長λ(λ1〈λ2)を
用いて1次(n=1.)の回折光の干渉ビート光を検出
し、格子マークGMbについては波長λ1を用いて3次
(n=3)の回折光の干渉ビート光を検出するものとす
ると、以下の関係が成り立つ。
Pb Pa
従って、−例としてλ、=600nm、λ22−800
nとすると、Pa:Pb=4:9となり、ピッチPa=
4μm、ピッチPb=9μmとすることができる。
nとすると、Pa:Pb=4:9となり、ピッチPa=
4μm、ピッチPb=9μmとすることができる。
この場合、ビームLB、、LB、’ (LB2、I、
B2“)の入射角は、約11.54°となる。ピッチP
a=2μmPb4.5μmとすると、入射角は約23.
58°となる。
B2“)の入射角は、約11.54°となる。ピッチP
a=2μmPb4.5μmとすると、入射角は約23.
58°となる。
このようにすると、格子マークGMa、、CMb。
のピッチが異なること、波長λ1、λ2が太き(異なる
こと等の理由で、レジスト層の影響が異なり、より影響
の少ない方の干渉ビート光を計測信号として使ったり、
両方の計測信号を使ったりすることで、高精度の検出が
できる。なお、2本のビームLB、、LB、の照射と、
ビームLBLB2°の照射とは時系列的に切りかえても
よいし、光電素子19を2つ用意し、干渉ビート光をグ
イクロイックミラーで波長分離して同時に照射するよう
にしてもよい。もちろん、正反射光LB。、LB2.に
ついても2つの波長λ1、λ2の夫々は同一送光路を戻
ってくるので、基準格子板22には第9図(B)のよう
な2種の回折格子を設け、別々に参照信号を取り出すの
がよい。
こと等の理由で、レジスト層の影響が異なり、より影響
の少ない方の干渉ビート光を計測信号として使ったり、
両方の計測信号を使ったりすることで、高精度の検出が
できる。なお、2本のビームLB、、LB、の照射と、
ビームLBLB2°の照射とは時系列的に切りかえても
よいし、光電素子19を2つ用意し、干渉ビート光をグ
イクロイックミラーで波長分離して同時に照射するよう
にしてもよい。もちろん、正反射光LB。、LB2.に
ついても2つの波長λ1、λ2の夫々は同一送光路を戻
ってくるので、基準格子板22には第9図(B)のよう
な2種の回折格子を設け、別々に参照信号を取り出すの
がよい。
さらに第9図(A)、(B)の場合、Pa=4gmPb
=91tm、#すると、ビームLB、 、LB2″
(λ2)によるマークGMaの検出分解能は±1 μ
m (P a/ 4 )につき±180°であり、ビー
ムLB1、LB2 (λ1)によるマークGMbの検出
分解能は±3/4μm (1/3XPb/4)につき±
180°である。
=91tm、#すると、ビームLB、 、LB2″
(λ2)によるマークGMaの検出分解能は±1 μ
m (P a/ 4 )につき±180°であり、ビー
ムLB1、LB2 (λ1)によるマークGMbの検出
分解能は±3/4μm (1/3XPb/4)につき±
180°である。
以」二、本発明によれば、2方向から計測用の回折格子
にビームを照射する位置検出系において、計測用回折格
子、又はその周辺の面で反射した送光ビームの正反射光
を利用して参照信号を取り出すようにしたため、送光ビ
ームの光路と正反射光の光路との多(を共通にすること
ができ、空気ゆらぎ等の影響による計測誤差を低減でき
るといった効果が得られる。
にビームを照射する位置検出系において、計測用回折格
子、又はその周辺の面で反射した送光ビームの正反射光
を利用して参照信号を取り出すようにしたため、送光ビ
ームの光路と正反射光の光路との多(を共通にすること
ができ、空気ゆらぎ等の影響による計測誤差を低減でき
るといった効果が得られる。
また2木の送光ビームを作るためのレーザ光源等からの
ビームの射出位置がゆらいだとしても、その影響が計測
信号と参照信号の両方に同様に現われるために相殺させ
ることができるといった利点も得られる。
ビームの射出位置がゆらいだとしても、その影響が計測
信号と参照信号の両方に同様に現われるために相殺させ
ることができるといった利点も得られる。
第1図は本発明の第1の実施例による位置合わせ装置を
投影型露光装置に適用した構成を示す図、第2図は第1
図の構成のうちのアライメント系の要部の構成を示す斜
視図、 第3図(A)、(B)は本発明の詳細な説明する図、第
4図は送光系の変形例を示す斜視図、第5は回折格子マ
ークの検出時の様子と基準格子との関係を示す図、 第6図は第2の実施例による位置検出装置の構成を示す
図、 第7図は第3の実施例による投影露光装置の構成を示す
斜視図、 第8図は第4の実施例による位置検出装置の構成を示す
斜視図、 第9図(A)は第5の実施例による位置検出装置におけ
るビーム送光系の構成を示す斜視図、第91k (B)
は第5の実施例に好適な7−り形状を示す斜視図である
。 〔主要部分の符号の説明J ■、i 、L、DXLD’ ・・・レーザ光源、4Δ、
4B・・・音響光学変調素子、 11・・・照明視野絞り、 13・・・偏光ビームスプリッタ、 OB J、15・・・対物しメンズ、 1つ・・・計測用光電素子、 22・・・基準格子板、 24・・・参照用光電素子、 LB、、LB、送光ビーム、 L B 、o、 L B 2o・・・正反射光、DSW
−計測信号、DPI 、、DR2、DR3・・・参照信
号、R・・・レチクル、W・・・ウェハ、
投影型露光装置に適用した構成を示す図、第2図は第1
図の構成のうちのアライメント系の要部の構成を示す斜
視図、 第3図(A)、(B)は本発明の詳細な説明する図、第
4図は送光系の変形例を示す斜視図、第5は回折格子マ
ークの検出時の様子と基準格子との関係を示す図、 第6図は第2の実施例による位置検出装置の構成を示す
図、 第7図は第3の実施例による投影露光装置の構成を示す
斜視図、 第8図は第4の実施例による位置検出装置の構成を示す
斜視図、 第9図(A)は第5の実施例による位置検出装置におけ
るビーム送光系の構成を示す斜視図、第91k (B)
は第5の実施例に好適な7−り形状を示す斜視図である
。 〔主要部分の符号の説明J ■、i 、L、DXLD’ ・・・レーザ光源、4Δ、
4B・・・音響光学変調素子、 11・・・照明視野絞り、 13・・・偏光ビームスプリッタ、 OB J、15・・・対物しメンズ、 1つ・・・計測用光電素子、 22・・・基準格子板、 24・・・参照用光電素子、 LB、、LB、送光ビーム、 L B 、o、 L B 2o・・・正反射光、DSW
−計測信号、DPI 、、DR2、DR3・・・参照信
号、R・・・レチクル、W・・・ウェハ、
Claims (3)
- (1)基板上に形成された回折格子に投射光学系を介し
て可干渉性の2つのビームを所定の交差角で照射する照
射手段と; 前記回折格子から同一方向に発生した回折光同志の干渉
光を光電検出する第1受光手段と;前記2つのビームの
前記基板での各正反射光を前記投射光学系を介して取り
出した後に互いに干渉させ、該干渉光を光電検出する第
2受光手段と; 前記第1受光手段と第2受光手段の夫々からの信号を比
較して前記基板の所定の基準点に対する変位に対応した
検出信号を出力する変位検出手段と; 該検出信号に基づいて前記基板と対象との相対位置を変
化させる移動手段とを備えたことを特徴とする位置合わ
せ装置。 - (2)前記第2受光手段は、前記2つの正反射光を所定
の角度で交差させる光学素子と、該2つの正反射光の交
差位置に配置された基準回折格子と、該基準回折格子か
ら同一方向に発生した回折光同志の干渉光を受光する第
2受光素子とを含むことを特徴とする請求項第1項記載
の装置。 - (3)前記照射手段は、前記2つのビームに所定の周波
数差を与えるために、2周波数レーザ光源を有すること
を特徴とるす請求項第1項に記載の装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1137176A JPH032504A (ja) | 1989-05-30 | 1989-05-30 | 位置合わせ装置 |
US07/528,244 US5118953A (en) | 1989-05-30 | 1990-05-24 | Substrate alignment apparatus using diffracted and reflected radiation beams |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1137176A JPH032504A (ja) | 1989-05-30 | 1989-05-30 | 位置合わせ装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH032504A true JPH032504A (ja) | 1991-01-08 |
Family
ID=15192591
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1137176A Pending JPH032504A (ja) | 1989-05-30 | 1989-05-30 | 位置合わせ装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5118953A (ja) |
JP (1) | JPH032504A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03232216A (ja) * | 1989-12-27 | 1991-10-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 位置合わせ装置 |
US5202748A (en) * | 1991-06-07 | 1993-04-13 | Litel Instruments | In situ process control system for steppers |
US5488230A (en) * | 1992-07-15 | 1996-01-30 | Nikon Corporation | Double-beam light source apparatus, position detecting apparatus and aligning apparatus |
US6242754B1 (en) | 1995-02-01 | 2001-06-05 | Nikon Corporation | Method of detecting position of mark on substrate, position detection apparatus using this method, and exposure apparatus using this position detection apparatus |
JP2007533977A (ja) * | 2004-03-11 | 2007-11-22 | アイコス・ビジョン・システムズ・ナムローゼ・フェンノートシャップ | 波面操作および改良3d測定方法および装置 |
JP2013026272A (ja) * | 2011-07-15 | 2013-02-04 | Nikon Corp | エンコーダ装置、光学装置、及び露光装置 |
Families Citing this family (22)
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