JPH01255222A - Ｔｔｌアライメント装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は半導体製造用ウェハステッパ露光装置のレチク
ルマークとウェハマークの位置合わせ用のＴＴＬアライ
メント装置に関する。

（従来の技術） 従来の半導体製造用のウェハステッパ露光装置において
、第一層目のＩＣパターンを露光したウェハのＩＣチッ
プの位置へ第２層目以降のパターンを完全に位置合わせ
（アライメント）して露光することが重要である。この
アライメント装置として、最良の特性が得られるＴ　Ｔ
　Ｌ　（ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅ　１ｅｎｓ）アライメン
ト装置が用いられている。

このウェハステッパ露光装置及びＴＴＬアライメント装
置は次のような構成からなる。

第５図は従来のＴＴＬアライメント装置を用いた半導体
製造用ウェハステッパ露光装置の構成図である。（第５
図はウェハテーブルＸ、Ｙ方向のアライメント装置のう
ち、Ｘ方向のみを示してあり、Ｙ方向のアライメント装
置は省略しであるが、Ｙ方向のアライメント装置は、以
下説明するＸ方向アライメント装置と同様なもので構成
されている。） 図面における符号５１は転写用露光の光源であって、ｇ
線（波長４３６ｎｍ）を出す超高圧水銀灯が用いられて
いる。この光源５１から出た光は照明光学系５２で、−
様に平均化され、ＩＣパターン５４が倍率５倍で拡大さ
れ、レチクルテーブル６０に搭載されたレチクル原版５
３を照明する。

このレチクル原版５３の上に描かれたＩＣパターン５４
は転写用レンズ５５によって正確に１１５に縮少され、
ＩＣパターン像５６をウェハ５７の上に塗られた感光レ
ジストに結像し、該レジストを露光する。

ＩＣＩチップ分の露光が終わると、ウェハ５７を載せて
いるウェハ９テーブル５８が次のチップ位置まで移動し
、次のようなアライメントが行なわれる。

即ち、ウェハ・テーブル制御装置５９によって次のＩＣ
チップ位置まで、ウェハ・テーブル５８を位置決めする
ように、モータ６１は制御する。

このとき、位置検出センサとして、レーザ干渉Ｊｌｌｌ
長計６２を使用することにより、高精度の位置決めを行
ない、ウェハ５７がレチクルにおおよそ一致した位置（
後述するアライメント用ウェハ格子の１ピッチ分より小
さいアライメント範囲内）に入れる。

しかし、このままではレチクル位置誤差、ウェハ・テー
ブル５８の機械誤差等のいろいろの誤差要因により、Ｉ
Ｃパターン５４のウェハ５７上のＩＣパターン像５６と
ウェハ５７上のＩＣチップ位置とは一致していないので
そのためにウェハ・テーブル制御装置５９は位置検出セ
ンサをＴＴＬアライメント装置に切り換えてレチクル原
版５３とウェハ５７を完全に位置合わせするように、ウ
ェハテーブル５８をサーボで位置決めし、位置決めが完
了した時点で、そのＩＣパターンの次の露光を行う。

次にこの、従来方式のＴＴＬアライメント検出装置の詳
細について説明する。ＴＴＬアライメント用ＨｅＮｅレ
ーザ６３からの光（波長６３２１ｍ）はミラー６４で転
写用レンズ５５に向けて曲げられ、転写用レンズ５５を
通って、ウェハ５７の上に刻まれているウェハ格子マー
ク６５を照射する。この、ウェハ格子マーク６５、は移
動方向（第５図のＸ方向）に一定周期のピッチを持つ直
線格子であると同時に、ウェハ５７上の１チツプ毎にＩ
Ｃパターン像５６の外周の特定の基準位置にエツチング
刻線された反射形回ｔＲＦ’６子である。

さらに、このウェハ格子マーク６５はＩＣＷ造工程の第
１層目のＩＣパターン露光と同時に焼付、エツチングさ
れて生成され、第２層目以降の露光時のウェハ位置合わ
せ用基亭マークとして使用されるものである。

第２層目以降の露光プロセスのＴＴＬアライメントに於
いて、ＨｅＮｅレーザ６３によって照射されたウェハ格
子マーク６５からの反射光は転写用レンズ５５、ミラー
６６．６７によってレチクル原版５３の上に描かれたレ
チクル格子マーク６８の位置にウェハ格子マーク６５の
５倍の像を結像した後、このウェハ格子マーク６５を透
過し、ミラー６９で反射して、光検出器７０に到達する
。

尚、ミラー６６．６７が必要なのは、次の理由による。

ＨｅＮｅレーザ６３と転写用露光の光源１の波長が異な
るため、転写用レンズ５５を色収差が発生してしまう。

そのためにミラー６６゜６７によってウェハ格子マーク
６５とレチクル格子マーク６８の位置を結像共役関係に
することにより、色収差を補償しているのである。（転
写用光源５１の波長では第５図のＩＣパターン５４とＩ
Ｃパターン像５６が転写用レンズ５５に関して共役結像
位置である。） 一方、第２層目以降の露光用レチクル原版上には、ウェ
ハ格子マーク６５の周期ピッチの５倍のピッチで、Ｘ方
向周期ピッチを持つ透過形回折格子であるレチクル格子
マーク６８が描画されている。したがって、レチクル格
子マーク６８の位置に結像するウェハ格子マークの明暗
縞の明部が、レチクル格子マーク６８の最大透過部の格
子位置と一致したとき、光検出器７０には最大の光量が
入る。またレチクルマークの非透過分の格子位置に来る
に従い、光検出器３０に入る光量は減少して来る。この
入射光量は光検出器７０で電気信号に変換され、アンプ
７１で増巾してＴＴＬアライメント検出信号としてウェ
ハ・テーブル制御装置５９に入力される。

ウェハ・テーブル制御装置５９は光検出器７０からＴＴ
Ｌアライメント検出信号が最大になるようにウェハ・テ
ーブル５８の位置合わせを行う。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上説明したように従来のＴＴＬアライメント装置によ
ると、まず光検出器７０の出力が最大になる点（アライ
メント位置）を見つけるため、ウェハ・テーブル制御装
置５９は、ウェハ・テーブル５８をレーザ干渉測長計６
２でアライメント近傍に位置決めをする。その後、レー
ザ干渉測長針の位置検出モードでウェハ゛・テーブル５
８を±Ｘ方向に微小距離だけ移動走査し、Ｘ方向距離に
対する光検出器７０の出力が最大になる山の特性を記録
し、その後、光検出器７０の出力が最大になるように制
御することにより、正確なウェハテーブル５８の位置決
めしていた。

ところが従来例によると、アライメント時に、ウェハ・
テーブル５８がアライメント点を一旦、通過してから再
び戻ると言う運動をするために、位置決めに要する時間
が長く掛ってしまう。また、Ｘ方向にウェハ・テーブル
５８を走査しない限り、アライメント情報は得られない
ので、アライメント情報が常時得られない欠点を持つ。

また、ミラー６６．６７が転写用レンズ５５の近くに配
置されているために、光学系の構成が複雑となる点があ
る。

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、ウェハ・
マークとレチクル・マークのアライメント位置誤差に比
例し、その方向が検出可能な検出出力電気信号を常時発
生させることにより、この検出出力をウェハ・テーブル
制御装置の位置検出信号として用い、高速、高精度のＴ
ＴＬアライメントを行なうことができ、さらに、レチク
ル格子マーク、ウェハ格子マーク等による検出光の減衰
量に無関係にアライメント位置誤差信号を得るができる
半導体製造用ウェハステッパ露光装置のＴＴＬアライメ
ント装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するために次のような手段から
構成される。第１図、第２図に示すように露光波長でレ
チクル原版１４のパターンが転写用レンズ１により一定
倍率でウェハ１８上に結像する関係に配置する。ここで
、位置検出方向に垂直で転写用レンズ１の光軸を含むり
照平面を考える（第１図ではＹＺ平面）。

ＩＣパターン１３の外周部で、前記参照平面に関し、鏡
面対称の２ケ所の特定位置に各々移動方向に一定周期ピ
ッチｄを持つ透過形回折格子からなるレチクル格子マー
ク１５．１６を設け、またウェハ１８のＩＣパターン像
の外周で、前記参照平面上の特定位置に前記ピッチｄを
前記レンズの同倍率で拡大したピッチＤの反射１回折格
子からなるウェハ格子マーク２７を設ける。そして、Ｔ
ＴＬアライメント用光源３からの光をＡ、Ｂに２分し、
一方の光Ａを前記レチクル原版１４上のレチクル格子マ
ーク１５に当て、その透過１次回折光を転写用レンズ】
で屈折させて、前記ウェハ１８上のウェハ格子マーク２
７に当て、その反射１次回折光が、前記参照平面上に来
るように光学系を組立てる。一方、他方の光Ｂは前記参
照平面に関し、光Ａと鏡面対称の関係でレクチル格子マ
ーク１６を１次回折透過し、転写用レンズ１で屈折し、
ウェハ格子マーク２７を反射１次回折し、該反射光は前
記光Ａの反射光と同軸となって合成されて光検出器２０
に入射するように組立てる。

そして、光Ａ１光Ｂがレチクル格子マーク１５゜１６に
入る前の光路に音響光学変調器１０．２０を置き、レチ
クル格子マーク１５．１６の各々に入る光の周波数に差
（この差を光ヘテロダイン周波数と以後呼ぶ）を持たせ
る。

〔作　用〕

このような本発明手段により、レチクル格子マーク１５
に入る光Ａとレチクル格子マーク１６に入射する光Ｂと
は１００ＫＨｚ程度の光ヘテロダイン周波数の差が発生
する。そして、レチクル原版１４の位置、ウェハ１８の
位置が変わると、これらの光Ａ、Ｂの光波の位相は互い
に逆方向に増減するよう位相変調を受け、これらの合成
光を受ける光検出器２０はこれらの光Ａ、　　Ｂの位相
差の余弦に比例した干渉光パワーを電気信号に変換する
。したがって、該光検出器２０の出力電気信号は前記光
ヘテロダイン周波数を持ち、その位相が、レチクル原版
１４の位置とウェハ１８の位置のアライメント誤差に比
例した交流波形電気信号となる。このアライメント位置
誤差に比例した位相を持つ光検出器２０の位相と、これ
らのアライメント位置誤差による変調を受けないレチク
ル格子１５．１６へ入射する前の光Ａ、Ｂの合成した千
斗光パワーを電気信号に変換し、前記光へテロダイン周
波数を持つ基準位相交流信号の位相とを比較し、その位
相差に比例したＴＴＬアライメント位置誤差信号を得る
。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。第１図
はＸ方向断面を示し、第２図はＸ方向断面を示す。なお
第２図は光学系以外の構成要素を省いて示しである。

図面において符号１は転写用レンズであり、その光軸２
上の上方には波長２４８ｎｍのＫｒＦエキンマレーザ露
光光源が設けられている。この光軸２を含むＹ−Ｚ平面
に対して垂直方向にレーザー光線を発するＨｅＮｅレー
ザー先源３先膜３られ、そのレーザー光線Ｅの光路上に
はハーフミラ−４とミラー５（全反射型）とが配設され
てる。

ハーフミラ−４の反射光路上には第１音響光学変調器６
とハーフミラ−７とが配設され、ミラー５の反射光路上
には第２音響光学変調器８とハーフミラ−９とが配設さ
れている。このハーフミラ−９の反射光路とハーフミラ
−７の反射光路とは、はぼ同一軸上に位置するように構
成され、その反射光路上には第１光検出器１０が設けら
れている。

一方、第１音響光学変調器６には８０．１ＭＨｚの励振
電圧を入力する第１変調器用ドライバ１１が設けられ、
第２音響光学変調器８には８０．０ＭＨｚの励振電圧を
入力する第２変調器用ドライバ］２が設けられている。

さらに光軸２上にはＩＣパターンの５倍で描かれたレチ
クルパターン１３が焼付かれたレチクル原版１４が設け
られている。このレチクルパターン１３の外周の特定の
２か所の基阜位置には、移動方向（第１図のＸ方向）に
一定周期ｄのピッチを有する透過形回折格子であるレチ
クル格子マーク１５．１６が焼付（すられており、それ
ぞれハーフミラ−７，９の直進光の光路上に位置するよ
うに設置されている。

転写用レンズ１の下方側には、光軸２に対して垂直面を
有するウェハテーブル１７が設けられ、このウェハテー
ブル１７にはウェハ１８が搭載されている。一方、光軸
２上において転写用レンズ１とレチクル原板１４との間
にはレーザー光線光路に対して垂直方向に反射光を導く
ミラー１９が設けられている。この反射光の光路上には
第２先検出器２０が設けられている。さらに第１光検出
器１０の検出信号と第２光検出器２０の検出信号とはそ
れぞれアンプ２１．２２を介して位相比較器２３に入力
され、この位）目比較器２３の出力信号はウェハテーブ
ル制御装置２４に入力されている。このウエハテーフブ
ル制御装置２４の出力信号はウェハテーブル１７に入力
されている。このウェハテーブル１７上にはウェハ１８
が固定され、ウェハテーブル１７はウエハテーフブル制
御装置２４によりＸ方向に移動制御されるように構成さ
れている。さらにウェハ１８の１チツプ毎のＩＣパター
ンの外周の１ケ所の特定基準位置には、移動方向（Ｘ方
向）に一定周期りのピッチを持つ一次元直線及び反射形
回折格子であるウェハ格子マーク２７がエツジングされ
ている。このウェハ格子マーク２７は第一層目のＩＣパ
ターンの露光時に生成されるものである。このウェハ格
子マーク２７のピッチＤはレチクル格子マーク１５．１
６のピッチｄの１１５に構成されている。

ＴＴＬアライメント用光源であるＨｅＮｅレーザ３から
出たレーザ出射光Ｅは、ハーフ・ミラー４で２分され、
一方のミラー反射光は第１音響光学変調器６を経由して
ハーフ・ミラー７へ達し、さらにハーフ・ミラー７で２
分され、直進光はレチクル格子マーク１５方向へ、反射
光は第１光検出器１０方向へ直進する（光路はＥ−ＡＩ
−Ａ２→Ａ４−Ａ３となる）。

一方、ハーフ・ミラー４の直進光はミラー５で反射し、
第２音響光学変調器８を経由して、ハーフ・ミラー９へ
達し、このハーフ・ミラー９で２分され、直進光はレチ
クル格子マーク１６方向へ、反射光は第１光検出器１０
方向へ直進する（光路Ｅ→Ｂ１→Ｂ２→Ｂ４→Ｂ５とな
る）。

また、第一変調器用ドライバ１１から８０．１ＭＨｚの
励振電圧が第１音響光学変調器６内の超音波振動子へ出
される。これとと同時に第二変調器用ドライバ１２から
８０．０ＭＨｚの励振電圧が第２音響・光学変調器８内
の超音波振動子へ出力される。

レチクル原版１４と、ウェハ１８間には転写用レンズ１
があり、このレンズは波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマ
レーザ露光・光源によって照射されるレチクル原版１４
上のレチクル・パターン１３を正確に１１５に縮少して
ウェハ１８上にＩＣパターン像２６を結像する。

レチクル格子マーク１５．１６を透過・回折したレーザ
ー光Ｅは、転写用レンズ１で屈折し、ウェハ１８上のウ
ェハ格子マーク２７の位置へ集まる。さらにこのレーザ
ー光Ｅは、ウェハ格子マーク２７で反射し、合成されて
ミラー１つて再び反射して、第２光検出器２０に入射す
る。それぞれの光路は、Ａ５−Ａ６→Ａ７−Ａ８および
Ｂ５−Ｂ６→Ｂ７→Ｂ８となる。

尚、レチクル原版１４上の離れた２カ所の位置にあるレ
チクル格子マーク１５．１６の転写用レーンズ１の結像
位置がウェハ１８上１カ所のウェハ格子マーク２７に来
る理由は、転写用レンズ１の色収羞によって、波長６３
２ｎｍのＨｅＮｅレーザ光Ｅでは、ウェハ格子マーク２
７のレンズ１の共役結像位置が８点になるためである。

第一光検出器１０、第二光検出器２０は入射光パワーを
電気信号に変換し、アンプ２１．２２はこれらの電気信
号を増巾して、位相比較器２３の各入力端子へ出力する
。位相比較器２３の出力φはウェハ・テーブル制御装置
２４へ入力される。

尚、第１図の構成は、Ｘ方向のアライメント装置のみを
示しており、Ｙ方向のアライメント装置は省略しである
。Ｙ方向のアライメント装置は、上記構成のＸ方向アラ
イメント装置と同様なもので構成されて居り、作用も同
しであるので、説明は省略する。

次に本実施例の作用を説明するに当り、直線回折格子の
作用原理を説明する必要があるので、本実施例に関連す
る部分だけその原理を第３図、第４図によってまず説明
する。第３図は第１図のレチクル原版１４上に焼付けら
れているレチクル格子マーク１５．１６の詳細図を示す
断面図、第４図は第１図のウェハ１８上にエツチングさ
れているウェハ格子マーク２７の詳細図を示す断面図で
ある。第３図、第４図において、座標系は水平方向をＸ
軸、垂直方向をＺ軸にとっである。

まず、レクチル格子マーク１５の作用原理について説明
する。、ＸＹ平面上にＸ方向一定ピツチｄのＹ：／）−
向直線状格子をを持つ透過上回折格子があり、このＩ、
Ｊ、にのスリット部は透明で、その他の黒色部分は光を
透過しないものとする。この透過上回折格子に入射角α
の平行光線（ＰＩ。

ＱＪ、ＲＫ等の向きの光線）が入射すると、スリットＩ
、Ｊ、にの透明部を直進する方向の０次回析光（ＩＦ、
ＪＧ、ＫＨ等の向きの光線）が強く現われるが、この他
に１次回折光（ＩＵ、ＪＶ。

ＫＷ等の向きの光線）が出射角βの方向に現われる。

今、第３図のように光線に関して固有固定の座標原点Ｏ
Ａをとり、Ｘ軸より角度αだけ左回転したｙ軸を含む平
面０ＡＰＱＲと角度βだけ右回転したｙ軸を含む平面０
ＡＵＶＷを考える。すると平面０ＡＰＱＲは入射平行光
線に垂直であるから、入射光の光波の位相が一定の波面
に一致する。また平面０ＡＵＶＷは１次回折光に垂直で
あるから、１次回折光の光波の位相が一定の波面に一致
する。

さて、ここでこの入射波面０ＡＰＱＲと１次回析光波面
０ＡＵＶＷ間の光波の位相差を求めてみる。スリットＩ
の＋Ｘ方向位置をｇ＾とすれば、スリット夏を通る光線
の光路長Ｐ−１−ＵはＲＡ　（ｓＩｎα＋ｓｉｎβ）　
・（１）スリットＪを通る光線の光路長Ｑ−Ｊ−Ｖは（
Ｎ　Ａ　＋ｄ）　（ｓＩｎ　α＋ｓｌｎβ戸・（２）ス
リットＫを通る光線の光路長Ｒ−に一４Ｗは（＃　＾＋
２ｄ）　（ｓｉｎ　ａ＋ｓｌｎβ戸−（３）となる。一
方、ＰＱＲが入射波面、ＵＶＷが１次回折光波面上にあ
る条件より、上記（１）　、　（２）　。

（３）の光路長の差は波長λ−６３２ｎｍでなければな
らない。

即ち、 λ ｓｉｎ　ａ＋ｓｌｎ　β−−−−−−−−（４）が成立
する。

したがって、入射角αと１次回折光の出射角βが（４）
式の関係を満足させるように第１図の光学系は組立てら
れる。

また、入射波面ＰＱＲと１次回折光波面ＵＶＷ面の光波
の位相差φ（ｊａｄ　）は（１）　、　（２）　、　（
３）式より、 λ となり、 これは（４）式より が得られる。

即ち、光線に関して固定座標系の平面 ０ＡＰＱＲと平面０ＡＵＶＷ間の光波の位相差φはこの
固定座標系の原点ＯＡからの格子スリットのＸ座標値ｇ
Ａに比例し、透過上回折格子がＸ軸方向に１格子ピッチ
ｄ動く毎に２πｒａｄづれることがわかる。

次に、第４図のウェハ格子マーク２７について説明する
。ウェハ格子マーク２７は反射形回折格子からなりＸＹ
平面上にＸ方向一定ピツチＤのＹ方向に直線状反射面格
子を持ち、そのＩ、　　Ｊ、　Ｋの部分は光を良く反射
する面で、それ以外の黒色部分は光を反射しない。この
反射形回折洛千３８に入射角γの平行光線（ＰＩ、ＱＪ
、ＲＫ等の向きの光線）が入射すると鏡面反射するＯ次
回折光（ＩＦ、ＪＧ、ＫＨ等の向きの光線）が出射角γ
の方向に現われるが、この他に＋Ｚ力方向垂直方向の１
次回折光（ＩＵ、ＪＶ、ＫＷ等の向きの光線）が生じる
。

令弟４図において光線に関して固有固定の座標原点ＮＡ
をとり、Ｘ軸より角度γだけ左回転したを考えると、平
面ＮＡＰＲＱは入射波面、平面ＮＡＩＪＫは１次回折光
波面である。これらの波面間の光波の位相差を求めると
、鏡面■の＋Ｘ方向位置をｍＡとすれば、 光路長　Ｐ→ＩはｍＡｓ１ｎγ・・・・・・・・・・・
・・・・（６）光路長　Ｑ→Ｊは（ｍＡ＋Ｄ）ｓｉｎγ
・・・（７）光路長　Ｒ−には（ｍ　Ａ→−２Ｄ）　ｓ
ｉｎ　７−（８）となる。

ＰＱＲが入射波面、Ｔ丁Ｘが１次回折光波面上にある条
件より上記（６）　、　（７）　、　（８）の光路長の
差は波長λでなければならない。

即ち、 λ ｓｌｎγ−一　　　・・・・・・・・・（９）が成り立
つ。

故に入射角γが（９）式の関係を満足するように第２図
の光学系は組み立てられ、１次回折光は垂直に＋Ｚ力方
向生ずるようにする。

また、入射波面ＰＱＲと１次回折光波面ＩＪＫ面の光波
の位相差φ（ｒａｄ）は（８）　、　（７）　、　（８
）λ となり、 これは（９）式より となる。

即ち、光線に関して固定平面ＮＡＰＱＲと固定平面ＮＡ
　ＩＪＫ間の光波の位相差φは格子２７のＸ座標値ｍＡ
に比例することがわかる。

以上説明した透過形回折格子と反射形回折格子の原理を
応用した本実施例のＴＴＬアライメント装置について以
下第１図を参照しながらその作用を説明する。

今、ＨｅＮｅレーザ３のレーザー出射光Ｅを光の周波数
ωで振動する光電磁波の電界成分（以後光波と呼ぶ）で
表わせば Ｅ−ｌＥｌＥ”’″　　　　・・・・・・・・・（１１
）となる。

（但し、ＩＥｌ：光波の振＋ｌ］、　　ｊ−虚数単位。

ｔ：時間） 第１音響光学変調器６の入射点の光波Ａ＋は−ｊφ＾Ｏ
Ｉ Ａ　Ｉ”’　ｋ　ｔ　Ｅε ｊ　（ωを一φＡＯＩ　）、、、、、（１２）−ＩＡｌ
　１ε となる。

（、゛、ＩＡ　　Ｉ−ｋｌ　ＩＥＩ、に１　：減衰係数
。

φ　　：ＥからＡまでの光波の位相遅れ）ＯＩ 第一音響光学変調器６は光周波数シフタとして動作し、
第一音響光学変調器６の入射光Ａ１を第一変調器ドライ
バー１の励振周波数ω＾−２πＸ８０．１ＭＨｚだけ正
側に周波数シフトした次式で表４フされる出射光Ａ２を
出す。

ｊωＡｔ Ａ２−Ａｌε ｊ（（ω十ω　）を−φＡＯＩ　〕 −ＩＡ、ｌε　　　　　　Ａ ・・・・・・（１３） （音響光学変調器の光周波数シックとしての原理は公知
であり、例えば光学の教科書「光学の原理Ｉ［［Ｊ　　
（東洋大学出版発行）８７６頁〜８８４頁に　　−説明
されている。） この出射光Ａ２はハーフミラ−７で２分され、一方の該
ミラー直進光はレチクル格子マーク１５の入射角αの次
式で表わされる入射波面Ａ４となる。

−ｊφ＾２４ Ａ４″″に４Ａ２Ｅ ｊ［（ω＋ω　）を−φＡＯＩ−φＡ２４］−ＩＡ４１
ε　　　　＾ ・・・・・・（１４） （但し、ＩＡ　　Ｉ−に４１Ａｌ　ｌ、　　φＡ２４：
Ａ２からＡ４までの光波の位相遅れ） さて第１図に於いて、各格子の座標原点ＯＡ。

Ｏｓ　、Ｎ　ｔ、　、Ｎ　Ｂは一つの座標系に関し、固
定した位置にあり、第１図の全べての光学要素はこの座
標系に固定して配置されている。したがって、第２図の
光波の各位置Ｅ、Ａ１〜Ａ　ｇ　、　　Ｂ　ｔ〜Ｂ８、
Ｓもこの座標系に固定している。ここで、この座標系に
関して動くものは、レチクル原版１４が±Ｘ方向にウェ
ハ１８が±Ｘ方向に移動するだけとする。この条件でレ
チクル原版１４が正規のＸ座標位置のとき、レチクル格
子マーク１５とＯ間、レチクル格子マーク１６とと０８
間の距離を各々ｇＡ１ｇＢとし、今、レチクル原版１４
が正規の位置から微小距離＋ΔＸだけづれたとすれば、
第３図の格子位置寸法ｇＡはｇＡ＋ΔＸとなり、寸法ｇ
ＢはｇＢ−ΔＸに変化する。故に、第１図のレチクル格
子マーク１５の透過１次回折光波面Ａ　の波面Ａ４に対
する位相遅れ二φは（５）式のｇＡをΩい＋ΔＸと置換
えた値となる。

即ち、 Ａｓ−に５Ａ、　ｔ−”　ＣｆＩ４＋ΔＸ）　／ｄ−Ｉ
Ａｓ　Ｉｇ’　”ω＋ｕ）＋−２πΔｘ／ｄ−φＡｌ１
１−φ、２．−２ｘｌ　Ａ／ｄ）人 ・・・・・・（１５） となる。

（但し、ＩＡ　　Ｉ−に５　・　１Ａ４１１また、出射
角βの波面Ａ５は転写用レンズ１で屈折し、入射角γで
ウェハ格子マーク２７の方向へ向い、該格子マーク２７
の入射波面Ａ６となる。

・・・・・・（■Ｂ） となる。

（但し、φＡ５Ｂ　：ＡｓからＡ６までの光波の位相遅
れ） ここで第１図のようにウェハ１８が正規のアライメント
したＸ座標位置のとき、ウェハ格子マーク２７とＮ　間
、Ｎ　間の距離を各々ｍＡ１ｍＢＢ とし、今、ウェハ１８が正規の位置から微小距離ΔＸだ
けづれたとすれば、第４図のウェハ格子位置寸法ｍ　は
ｍ　＋ΔＸに、寸法ｍＢはｍＢ−ΔＡ Ｘに変化する。

したがって該格子２７の入射波面Ａ６に対する１次反射
回折光Ａ７の位相遅れ量φは（１０）式のｍ＾をｍＡ＋
ΔＸと置き換えた値となる。即ちＡｔ−に、Ａｓ、−１
２ｘ（ｍＡ＋＾Ｘ）／Ｄ−ＩＡ、１　ノ　（ｗ＋ｗ１　
）　　Ｉ　−２ｘ　　Ｃ！−二十’、”）　　−ｄＡａ
＋　−φａ２４−胃’　−ｈｓａ　−’　）・・・・・
・（１７） （但し、ＩＡ　　Ｉ−ｋ　　・　ＩＡ５１）この１次反
射回折光Ａ７はミラー１９で曲げられ、光波Ａ８となっ
て第２光検出器２０に達する。

Ａ、−Ａ、を入７客 （但し、φ　　：Ａ　からＡｓまでの光波の位＾７８　
　　７ 相遅れ） 一方、第１音響光学変調器６からの出射光Ａ２の一部は
ハーフ・ミラー７を反射し、次式で示す光波Ａ３となっ
て、第１光検出器１０に達する。

−ｊφＡ２３ Ａ３″″に３Ａ２Ｅ ｊ［（ω＋ω　）を−φＡＯＩ−φＡ２３］八 −ＩＡ３１ε ・・・・・・（１９） （但し、ＩＡ３１−に３１Ａ１１） 同様にして、第２音響光学変調器８の入射点のＢｌは −ｊφＢＯＬ Ｂ、−ｋＩＥε ｊ（ωｔ−φ８０１　） −ＩＢ、Ｉε ・・・・・・（２０） となる。

（但し、φ　　：Ｅから８１までの光波の位相ＯＩ 遅れ） 第２音響光学変調器８は第２変調器用ドライバー２の周
波数（Ｌｌｏ　＝２πＸ８０．ＯＭＨｚだけ正側に周波
数シフトした次式で示す出力光Ｂ２を出す。

−ＩＢｌ　ｌε ・・・・・・（２１） またレチクル格子マーク１６の入射波面Ｂ４は−ｊφＢ
２４ ８４″″ｋ　４　Ｂ　２ε ｊ［（ω＋ω　）ｔ−φ８０１−φＢ２４］−ＩＢ４１
ε ・・・・・・（２２） となる。

（但し、ＩＢ　　ｌ−ｋ　　　ＩＢ　　＋、　　φＢ２
４：Ｂ　から８４までの光波の位相遅れ） レチクル格子マーク１６の透過１次回折光波面Ｂ　は（
５）式のｇＡをｇＢ−ΔＸと置いて、・・・・・・（２
３） となる。

（但し、ＩＢ５１−に５　・　ＩＢ４１）また、ウェハ
格子マーク２７の入射波面Ｂ６は・・・・・・（２４） となる。

（但し、φ　　：Ｂ　から８６までの光波の位相遅れ） この波面Ｂ６に対する、ウェハ格子マーク２７の１次反
射回折光Ｂ７は（１０）式のｍＡをｍＢ−ΔＸと置いて
、 ・・・・・・（２５） となる。

（但しＩＢ７１−に７　・ＩＢ５１） この光ＩＢ７は次式で表わされる光波Ｂ８となって、第
２の光検出器２０に入射する。

Ｂ、　　−Ｂ、　　ｔ”　φＢ７１ 〕 ・・・・・・（２Ｇ） （但し、φＢ８７　　：Ｂ７からＢ８までの光波の位相
遅れ） 一方、光波Ｂ２の一部はハーフ・ミラー９を反射し、次
式で表わされる光波Ｂ３となって、第１光検出器１０に
入射する。

−ｊφ８２３ ８３″″ｋ　３Ｂ　２ε ｊ［（ω＋ω　）【−φＢＯＩ−φＢ２３］−Ｉ８３１
ε ・・・・・・（２７） （但し、ＩＢ　　　ｌ−に３１Ｂ１１）第１の光検出器
１０は入射光波合成値Ａ３＋Ｂ　の振巾２乗値ＩＡ　十
Ｂ　１２の先パワーに比例した電気信号１　を作る。Ｉ
Ａ３＋８３１は（＋９）、　　（２７）式より、 ＩＲ−ＩＡ　　ＩＢ　　Ｉ”−ＩＡ　　１２＋ｌＢ　　
Ｉ２＋２１Ａ　　Ｉ　・ＩＢ　　１ｃｏｓ〔（ω　−ω
　）ｔ−（φＡＯＩ−φ１３０１　）ｒ３ −（φＡ２３−φＢ２３　）〕 ・・・・・・（２８） となる。

一方、第２光検出器２０は入射光波合成値Ａ　　＋Ｂ　
　の振巾２乗値ＩＡ　　＋Ｂ　　１２の光バワーに比例
した電気信号Ｉ　を作る。先パワーＩＡ　　−１−Ｂ　
　１２は（１８）、　　（２Ｇ）式より、１　−ＩＡ　
　＋Ｂ　　１２−ＩＡ　　Ｉ２ｓ　　　８　８　　　　
７ ＋ｌＢ　　＋２＋２１Ａ　　Ｉ・１ＢＩｃｏｓ−（φ　
　−φ　　）−φｄｌｌ” 八〇１　　　ＢＯＬ ・・・・・・（２９） となる。

但し、 φ　　″（φＡ２４−φＢ２４） ｉｒ ・・・・・・（３０） （２８）式の電気信号Ｉ　の内、直流分ＩＡ７１＋ｌＢ
　　１２を除いた（ω　−ω　）−２π７　　　　　　
　　　　　　　　＾　　　　Ｂ（８０，１ＭＨｚ−８０
，０ＭＨｚ）の周波数１００ＫＨｚの交流信号■Ｒａｃ １　　−２１Ａ　　Ｉ　ｌＢ５１ｃｏｓ　　［（ωＡＲ
ａｃ　　　　　　　　３ 一″＋）１−（φ＾０１−φ７３０１”φＡ２３一φｌ
３２３　）〕 ・・・・・・（３１） が交流アンプ２１で増巾され、位相比較器２３の第１の
入力端子に入力される。

一方、（２９）式の電気信号Ｉ　の内、周波数１００Ｋ
Ｈｚの交流信号■ｓａ。

ｌ−２１ＡＩ・１Ｂｌｃｏｓ（（ωＡ ｓａｃ　　　　　７　　　　７ −（φ　　−φ　　）−φｄｌｒ〕 ＡＯＩ　　　ＢＯＩ ・・・・・・（３２） が交流アンプ２２で増巾され、位相比較器２３の第２の
入力端子に入力される。

位相比較器２３は（３１）式の’　Ｒａｃの位相〔−（
φ　　−φ　　）−（φＡ２３−φ８□３）〕ＡＯＩ　
　　　　ＢＯＬ とり３２）式のＩ　　の位相 ａＣ −φ　　）−φ４□、〕を比較し、これらの位相差ＯＩ （φＡ２３−φ３２３　）〕 を求め、この中〔（φ　　−（φ＾２３−φＢ２３　）
〕ｌｒ の項は（３０）式より一定値であるから、この一定オフ
セット分〔φ　　−（φ９゜３−φ８□３）〕をキｉｒ ヤンセルした位相差ψ に比例したアライメント位置誤差検出信号ψをウェハ・
テーブル制御装置２４へ出力する。（このような位相比
較器は公知であり説明を要しない。）図に示すように＋
Ｘ方向の矢印で示されているレチクル・パターン１３は
波長２４８ｎｍの露光波長では、転写用レンズ１によっ
て、正確に１１５倍されて、−Ｘ方向の矢印で示される
ＩＣパターン像２６をウェハ１８上に結像する。したが
って、レチクル原版１４が＋ΔＸだけ正規の位置からず
れるとそのウェハ１８上の結像位置はΔＸ−−−ΔＸだ
けずれる。したがって、ウェハ１８をΔＸ　−−−Δｘ
だけ正規の位置からずらせば、アライメント位置合わせ
が一致したことになる。

（３３）式のＤとｄとは前述したようにＤ　−−ｄの関
係があるから、（３３）式のφはアライメント位置誤差
に比例し、その値の正・負によって誤差方向が判定され
る。したがって、ウェハ・テーブル制御装置２４によっ
てこのアライメント検出信号ψがＯになるようにウェハ
・テーブル１７の位置制御が行なわれることによりアラ
イメントが完了する。

このように本実施例によれば、アライメント位置誤差検
出信号として、位置誤差に比例し、その方向によって極
性が正負にかわる信号を常時得るることかできる。また
、アライメント位置誤差を位４目比較で検出するため、
光学系で起る光の減衰量に無関係に検出するため、光学
系で起る光の減衰量に無関係に検出できる利点を持つ。

以上説明した本実施例の他の実施例として、第１図中の
第２音響光学変調器８及び第２変調器ドライバ１２を省
き、ミラー５の反射光を直接ノ１−フ・ミラー９に入射
する構成とても良い。

この場合は（２１）式〜（３２）式のωＢ−０と置いた
式が成立し、（３１）、　（３２）式のＩ　　　、Ｉ　
　　は周Ｒａｃ　　　　　ｓａｃ 波数ωＡ−２πＸ８０．ＩＭＨｚの高周波信号となり、
光検出器１０，２０．アンプ２１，２２、位相比較器２
３等は３Ｑ、１ＭＨｚの高周波に応答できる回路が必要
となる。

さらに他の実施例として、第１図に示す本実施例のハー
フ・ミラー７．９、第１光検出器１０、アンプ２１を省
き、第１及び第２変調器用ドライバ１１．１２の周波数
ω＾、ωＢの信号の一部を電気的ミキサー回路に入れ、
その差周波数ωい−ω８の信号を作り、該差周波数信号
を第１図の位相比較器２３の第１の入力端子に入力する
構成で本発明を実施し得る。〔発明の効果〕 このように本発明によると、ウェハ・マークとレチクル
・マークのアライメント位置誤差とその方向を検出する
ことのできる信号を常時発生させることができるので、
ウェハ・テーブルの位置制御を高速かつ高精度で行うこ
とができる。また、レチクル格子マークとウェハ格子マ
ークによる検出光の減衰量と無関係にアライメント位置
誤信号を得ることができるので、ウェハ・テーブルの位
置制御の信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す全体構成図（Ｘ−Ｚ平面
図）、第２図はその側面図（Ｙ−Ｚ平面図）、第３図は
本実施例のレチクル格子マークの部分拡大図、第４図は
本実施例のウェハ格子マークの部分拡大図、第５図は従
来のＴＴＬアライメント装置の構成図。 １・・・転写用レンズ、２・・・光軸、３・・・ＨｅＮ
ｅレーザ光源、４．７．９・・・ハーフミラ−１５，１
９・・・ミラー、１０・・・第１光検出器、６・・・第
１音響光学変調器、８・・・第２音響光学変調器、１１
・・・第１変調器用ドライバ、１２・・・第２変５！Ｊ
器用ドライバ、２６・・・ＩＣパターン像、２７・・・
ウェハ格子マーク、１３・・・レチクルパターン、１４
・・・レチクル原版、１５．１６・・・レチクル格子マ
ーク、１７・・・ウェハ・テーブル、１８・・・ウェハ
、２０・・・第２先検出器、２１．２２・・・アンプ、
２３・・・位相比較器、２４・・・ウェハ・テーブル制
御装置。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 第　１　図 第　２　図 第　３　図 ＋２ 第４：　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　レチクルパターンを一定倍率でウェハ上に結像する転
   写用レンズと、 この転写用レンズの光軸に対して垂直に、かつ転写用レ
   ンズの上方側に設置されたレチクル原版と、前記転写用
   レンズの下方側に前記光軸に対して垂直方向に移動可能
   に設置され、前記ウェハが搭載されたウェハテーブルと
   、 前記レチクル原版上に互いに離れた位置にエッジングさ
   れた第１透過形回折格子及び第２透過形回折格子と、 前記レチクル原版の上方に設置され、前記光軸に対して
   鏡面対称な光路を有する２つのＴＴＬアライメント用光
   を発生させ、その一方のＴＴＬアライメント用光の周波
   数が他方のＴＴＬアライメント用光の周波数に対して光
   ヘテロダイン周波数だけ異なり、この２つのＴＴＬアラ
   イメント用光をそれぞれ前記第１透過形回折格子及び第
   ２透過形回折格子に向けて出射する光学手段と、 前記第１透過形回折格子及び第２透過形回折格子の透過
   １次回折光が前記転写用レンズによって結像する前記ウ
   ェハ上の位置にエッジングされた反射形回折格子と、 この反射形回折格子を反射した反射１次回折光を前記光
   軸に対して垂直方向に導くミラーと、前記光学手段と前
   記レチクル原版の間に設置され、ＴＴＬアライメント用
   光の一部を前記光軸に対して垂直方向に導くハーフミラ
   ーと、 このミラーによって反射されたＴＴＬアライメント用光
   を検出する第１光検出器と、 このハーフミラーによって反射された反射１次回折光を
   検出する第２光検出器と、 この第１光検出器及び第２光検出器の出力信号が入力さ
   れ、前記レチクル原版とウェハの位置の誤差に比例する
   位相変調交流電気信号を演算し、この位相変調交流電気
   信号の位相を基準信号の位相と比較演算し、その偏差に
   比例した位置誤差信号を出力する位相比較器と、 この位置誤差信号が入力され、この位置誤差信号によっ
   て前記ウェハテーブルの位置を制御するウェハテーブル
   制御装置とを備えたことを特徴とするＴＴＬアライメン
   ト装置。