[go: up one dir, main page]

JPH05343291A - 位置合わせ方法及びそれを用いた投影露光装置 - Google Patents

位置合わせ方法及びそれを用いた投影露光装置

Info

Publication number
JPH05343291A
JPH05343291A JP4171722A JP17172292A JPH05343291A JP H05343291 A JPH05343291 A JP H05343291A JP 4171722 A JP4171722 A JP 4171722A JP 17172292 A JP17172292 A JP 17172292A JP H05343291 A JPH05343291 A JP H05343291A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
mark
projection
dimensional
image pickup
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP4171722A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3216240B2 (ja
Inventor
Tetsuya Mori
鉄也 森
Hirohiko Shinonaga
浩彦 篠永
Eiichi Murakami
栄一 村上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP17172292A priority Critical patent/JP3216240B2/ja
Priority to DE69326385T priority patent/DE69326385T2/de
Priority to EP93304328A priority patent/EP0573299B1/en
Priority to US08/070,904 priority patent/US5594549A/en
Publication of JPH05343291A publication Critical patent/JPH05343291A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3216240B2 publication Critical patent/JP3216240B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7088—Alignment mark detection, e.g. TTR, TTL, off-axis detection, array detector, video detection
    • 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
    • G03F9/7049—Technique, e.g. interferometric

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レチクルとウエハとの位置合わせを高速でし
かも高精度に行うことができる位置合わせ方法及びそれ
を用いた投影露光装置を得ること。 【構成】 単色光で照明した、物体面上の格子状マーク
からの反射回折光を用いて撮像手段面上に干渉像を形成
し、該撮像手段からの映像信号を２次元ウィンドウ内で
２次元座標の１つの方向に積算して１次元の積算信号を
得て、次いで該積算信号を直交変換により空間周波数領
域に変換し、該空間周波数領域上で該積算信号より該格
子状マークの周期性に基づく干渉像より固有に現われる
空間周波数成分を選択し、該格子状マークの位置を検出
することにより、該物体を所定位置に位置合わせをした
こと。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体素子の製造用に好
適な位置合わせ方法及びそれを用いた投影露光装置に関
し、特にウエハと共役関係にあるレチクルと同期（位置
合わせ）をとった撮像手段との相対的位置合わせをウエ
ハ面上に設けた周期性の格子状マーク（ウエハマーク、
アライメントマーク）から発生する反射回折光に基づく
干渉像を利用することにより、高精度に行い、高集積性
の半導体素子を製造する際に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】最近の半導体素子の製造技術の進展は目
覚ましく、又それに伴う微細加工技術の進展も著しい。
特に光加工技術は１ＭＤＲＡＭの半導体素子の製造を境
にサブミクロンの解像力を有する微細加工技術まで達し
ている。解像力を向上させる手段としてこれまで多くの
場合、露光波長を固定して、光学系のＮＡ（開口数）を
大きくしていく方法を用いていた。しかし最近では露光
波長をｇ線からｉ線に変えて、超高圧水銀灯を用いた露
光法により解像力を向上させる試みも種々と行われてい
る。
【０００３】一般に投影光学系（ステッパー）の焦点深
度はＮＡの２乗に反比例することが知られている。この
為サブミクロンの解像力を得ようとすると、それと共に
焦点進度が浅くなってくるという問題点が生じてくる。
【０００４】これに対してエキシマレーザーに代表され
る更に短い波長の光を用いることにより解像力の向上を
図る方法が種々と提案されている。短波長の光を用いる
効果は一般に波長に反比例する効果を持っていることが
知られており、波長を短くした分だけ焦点深度は深くな
る。
【０００５】一方、従来より投影露光装置におけるウエ
ハとレチクルの相対位置合わせ、いわゆるアライメント
に関しては、ウエハ面に形成したアライメントマークを
投影レンズを介して又は介さないで撮像手段面に形成
し、該撮像手段面上のアライメントマークを観察し、ウ
エハの位置情報を得て行われている。
【０００６】このときの、ウエハの位置情報を得るため
のウエハ面上のアライメントマークの観察方式として、
主に次の３通りの方式が用いられている。 （イ）露光光とは波長の異なる非露光光を用い、かつ投
影レンズを通さない方式（ＯＦＦ−ＡＸＩＳ方式） （ロ）露光光と同じ波長の光を用い、かつ投影レンズを
通す方式（露光光ＴＴＬ方式） （ハ）露光光とは波長の異なる非露光光を用い、かつ投
影レンズを通す方式（非露光光ＴＴＬ方式） 図１９は（イ）のＯＦＦ−ＡＸＩＳ方式の光学系の要部
概略図である。同図では光源５０１からの非露光光でハ
ーフミラー５０２と検出レンズ系５０３を介してウエハ
Ｗ面上のアライメントマークＡＭを照明している。そし
て該アライメントマークＡＭを検出レンズ系５０３によ
りハーフミラー５０２を介して撮像手段５０４面上に結
像している。
【０００７】図２０は（ロ）の露光光ＴＴＬ方式の光学
系の要部概略図である。
【０００８】同図では光源６０１からの露光光と同じ波
長の光束で順にハーフミラー６０２、検出レンズ系６０
３、ミラー６０４、投影レンズ１を介してウエハＷ面上
のアライメントマークＡＭを照明している。そしてアラ
イメントマークＡＭを順に投影レンズ１、ミラー６０
４、検出レンズ系６０３を介して撮像手段６０５面上に
結像している。
【０００９】図２１は（ハ）の非露光光ＴＴＬ方式の光
学系の要部概略図である。同図では光源７０１からの非
露光光で順にハーフミラー７０２、補正レンズ系７０３
（露光光の波長との違いにより発生する収差を補正する
レンズ系）、ミラー７０４投影レンズ１を介してウエハ
Ｗ面上のアライメントマークＡＭを照明している。そし
てアライメントマークＡＭを順に投影レンズ１、ミラー
７０４、補正レンズ系７０３、ハーフミラー７０２を介
して撮像手段７０５面上に結像している。
【００１０】このように図１９〜図２１に示す従来の方
式では撮像手段に結像させたアライメントマークＡＭの
位置を検出することによりウエハＷの位置情報を得てい
る。
【００１１】又、上記の各観察方式より得られた画像情
報から具体的にアライメントマークの位置を検出する手
段としては、例えば特開昭６２−２３２５０４号公報に
開示されたパターンマッチング検出法や特開平３−２８
２７１５号公報に開示されたＦＦＴによる位相検出法な
どがある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】最近半導体素子の微細
化が進み、これら半導体素子の集積度を上げるために投
影露光装置の露光波長の短波長化が進んできている。こ
のため、従来、高圧水銀ランプのｇ線 (436nm) を露光
波長として使用してきたが、次第にｉ線(365nm)やエキ
シマレーザー、例えば、ＫｒＦレーザー(248nm) が露光
光として用いられるようになってきている。この様な露
光波長の短波長化が進んでくると、同時に、アライメン
ト方式をどの様な方式とするかが重要な課題となってく
る。これは、投影レンズが一般に露光波長についてのみ
収差補正されていることに起因する。
【００１３】前記（イ）のＯＦＦ−ＡＸＩＳ方式は、ア
ライメント光を投影レンズを通さないで行う方式であ
り、投影レンズの露光波長に左右されない。従って、観
察光学系の設計が比較的容易という特徴がある。
【００１４】しかしながら、ＯＦＦ−ＡＸＩＳ方式は、
観察光学系と投影レンズとの幾何学的な制約のため、一
般的に、アライメント位置と露光位置が大きく異なり、
アライメント終了後露光位置までＸＹステージを駆動す
る必要がある。
【００１５】このアライメント位置と露光位置までの距
離（以下ベースライン）が、常時安定していれば問題は
ないが、装置の置かれている環境（温度や気圧、あるい
は装置自体の振動に伴うメカの安定性等）の影響で、経
時変化が起きるという問題点がある。
【００１６】そのためＯＦＦ−ＡＸＩＳ方式では一般
に、ある一定の時間間隔でベースラインを計測し補正し
ている。このように、ＯＦＦ−ＡＸＩＳ方式は、「ベー
スラインの経時的変動」という誤差要因を抱えているた
め、この計測、補正に時間がかかり、スループットが低
下するという問題点がある。
【００１７】更に、ＯＦＦ−ＡＸＩＳ方式では、投影レ
ンズを通さない方式であることから、投影レンズの挙動
（例えば露光による倍率・焦点位置変化、気圧による倍
率・焦点位置変化など）に追従しないという欠点があ
る。
【００１８】一方、アライメント光を投影レンズを通し
てアライメントするＴＴＬ方式は前記した投影レンズの
挙動に追従するという点からも有利であるし、又ベース
ラインの問題も発生しない。又発生してもＯＦＦ−ＡＸ
ＩＳ方式と比較して、一般に、一桁以上短く、環境変動
の影響を受けにくい、という特長を有する。
【００１９】しかしながら投影レンズは、露光波長に対
して投影露光が最適となるよう収差補正してありアライ
メント光として露光波長以外の波長の光束を用いた場
合、投影レンズで発生する収差は非常に大きいものにな
ってくる。
【００２０】前述（ロ）の露光光ＴＴＬ方式によれば、
アライメント光として露光光を用いるために、投影レン
ズの収差は良好に補正してあり、良好な観察光学系が得
られる。
【００２１】ところが、多くの場合、ウエハ面上には電
子回路パターンを転写される感光材（レジスト）が塗布
されている。この為、ウエハ面に形成したアライメント
マークを観察する際、レジストは通常短波長で吸収が多
い。この為、前述のように露光波長の短波長化が進んで
来ると、露光波長でウエハー上のアライメントマークを
レジスト膜を通して検出することが困難になってくる。
【００２２】更に、露光光でアライメントマークを観察
すると、露光光によりレジストが感光してアライメント
マークの検出が不安定になったり、検出できなくなった
りするという問題点がある。
【００２３】前述（ハ）の非露光光ＴＴＬ方式は、前記
したように、アライメント光として露光波長以外の波長
の光束を用いるため、投影レンズで収差が多く発生す
る。この為、従来から、この非露光光ＴＴＬ方式を用い
る場合は、例えば特開平３−６１８０２号公報に開示さ
れているように、投影レンズで発生した収差を補正する
補正光学系を介して、アライメントマークの検出をする
ように構成している。
【００２４】ところが、エキシマレーザー、例えば、Ｋ
ｒＦレーザー(248nm) を露光光として用いると、投影レ
ンズを構成する実用的な硝材は、透過率などの関係から
石英や蛍石等に限られいる為、その結果、投影レンズで
発生する非露光光に対する収差が非常に大きくなってく
る。この為、補正光学系を用いて投影レンズで発生した
収差を良好に補正するのが難しく十分なＮＡがとれなく
なったり、さらには現実的な補正系が構成できなくな
る、という問題点があった。
【００２５】又、上記観察方式により得られた画像情報
から具体的にアライメントマークの位置を検出する手段
としてのパターンマッチング検出法などは、撮像手段に
よって得られた電気信号を処理するためのＡ／Ｄ変換に
より、信号は離散系列となり、検出されるアライメント
マークの位置も離散値を取る。
【００２６】このため、目的の精度を達成するために
は、なんらかの補間手段をとる必要があり、その際の近
似による誤差が検出誤差の要因となる。更にアライメン
トマークの像は上に塗られたレジストの塗布むらや、照
明むらなどのノイズの影響を受け歪むことがあり、Ｓ／
Ｎ比の悪化により検出精度を低下させるという問題点が
ある。
【００２７】これに対して本出願人は先の特開平３−２
８２７１５号公報に開示したＦＦＴによる位相検出法を
提案し、この問題点を解決している。
【００２８】しかし、ウエハ上に構成されるアライメン
トマ−ク（以下ウエハマ−ク）の明視野検出像は、図２
２（ｃ）のような断面形状のウエハマ−クをレジストで
塗布している構成においては、基板の反射率や干渉条件
等のプロセス条件により、図２２（Ａ）に示すようなウ
エハマ−ク像がＣＣＤより検出されることもあれば、図
２２（Ｂ）に示すようなウエハマ−ク像がＣＣＤより検
出されることもある。
【００２９】従って、ＦＦＴによる位相検出法を用いた
場合、プロセス条件により処理する空間周波数が異なる
事となり、処理系として広い範囲の空間周波数に対して
精度よく、かつオフセット（空間周波数毎の計測値の
差）のない処理が求められる。この事は、処理系に対し
て大きな負荷であり、ある固定空間周波数に対する高精
度処理を妨げる要因となっていた。
【００３０】更に、このような明視野検出法において
は、特に低段差プロセスにおいてＳ／Ｎ比が悪く検出不
能となる場合があった。
【００３１】又、検出光学系を暗視野観察化する事によ
り、プロセス条件に関わらずエッジを光らせることで、
図２２（Ｂ）に示すようなウエハマ−ク像を安定して検
出する事が可能である。
【００３２】しかしながら暗視野観察は散乱効率に問題
があり明視野観察に比べ大きな光量を必要としてしま
い、前記明視野検出と同様に、特に低段差プロセスでは
Ｓ／Ｎ比が悪く検出不能となる場合が多く発生するとい
う問題点があった。
【００３３】本発明は各要素を適切に設定した構成によ
りウエハ面上に設けた位置合わせ用（アライメント用）
の格子状マークを露光光の波長と異なる波長の単色光で
照明し、このとき発生する反射回折光に基づいた干渉像
を撮像手段面上に形成し、該撮像手段で得られる映像信
号を利用することによりレチクルとウエハとの位置合わ
せを高速でしかも高精度に行い、高解像度の投影露光が
可能な位置合わせ方法及びそれを用いた投影露光装置の
提供を目的とする。
【００３４】
【課題を解決するための手段】本発明の位置合わせ方法
は、 （１−イ）物体上に設けた格子状マークを単色光で照明
し、該格子状マークからの反射回折光のうち±ｎ次光
（ｎ＝１，２，３・・・）を用いて撮像手段面上に干渉
像を形成し、該撮像手段で得られる映像信号に対して設
けた所定の大きさの２次元ウィンドウ内で該撮像手段で
得られた映像信号を２次元座標の１つの方向に積算して
１次元投影積算信号を得て、次いで該１次元投影積算信
号を直交変換により空間周波数領域に変換し、該空間周
波数領域上で該１次元投影積算信号より該格子状マーク
の周期性に基づく干渉像より固有に現われる空間周波数
成分を選択し、該格子状マークの位置を検出することに
より、該物体を所定位置に位置合わせをしたこと。
【００３５】（１−ロ）物体上に設けた格子状マークを
単色光で照明し、該格子状マークからの反射回折光のう
ち±ｎ次光（ｎ＝１，２，３・・・）を用いて撮像手段
面上に干渉像を形成し、該撮像手段で得られる映像信号
に対して設けた所定の大きさの２次元ウィンドウ内で該
撮像手段で得られた映像信号を２次元座標の１つの方向
に積算して１次元投影積算信号を得て、次いで該１次元
投影積算信号を直交変換により空間周波数領域に変換
し、該空間周波数領域上で該１次元投影積算信号より該
格子状マークの周期性に基づく干渉像より固有に現われ
る空間周波数成分を選択し、該格子状マークの位置を検
出することにより、該物体を所定位置に位置合わせを行
う際、検出手段により該物体からの反射光の反射角度情
報を検出し、該検出手段からの信号に基づいて該格子状
マークの位置の検出を補正したことを特徴としている。
【００３６】又、本発明の投影露光装置は、 （１−ハ）露光光で照明されたレチクルに形成されたパ
ターンを投影レンズを介してウエハ面上に投影露光する
投影露光装置において、該ウエハ面に設けた格子状マー
クを照明手段からの単色光で該投影レンズを介して照明
し、該格子状マークからの反射回折光を該投影レンズを
通過させた後、反射部材で露光光路外に導光し、該反射
回折光のうち±ｎ次光（ｎ＝１，２，３・・・）をスト
ッパーにより選択的に取り出し、該取り出したｎ次光を
用いて投影光学手段により該レチクルと同期のとれた撮
像手段面上に干渉像を形成し、該撮像手段からの映像信
号を用いて位置合わせ手段により該撮像手段で得られる
映像信号に対して設けた所定の大きさの２次元ウィンド
ウ内で該撮像手段で得られた映像信号を２次元座標の１
つの方向に積算して１次元投影積算信号を得て、次いで
該１次元投影積算信号を直交変換により空間周波数領域
に変換し、該空間周波数領域上で該１次元投影積算信号
より該格子状マークの周期性に基づく干渉像より固有に
現われる空間周波数成分を選択し、該格子状マークの位
置を検出することにより、該ウエハを所定位置に位置合
わせを行っていること。
【００３７】特に、前記投影レンズは露光光で収差補正
されており、前記照明手段からの単色光の波長は該露光
光の波長と異っており、前記投影光学手段は該単色光で
照明された前記ウエハ面上の格子状マークを該投影レン
ズを介して所定面に投影するときに発生する諸収差を補
正する補正光学系を有していることや、前記１次元投影
積算信号の直交変換による空間周波数領域への変換によ
り、該格子状マークの周期性により固有に現われる空間
周波数の近傍での周波数強度分布の最大値を検出手段で
検出して該最大値の近傍での各周波数成分の位相と強度
を用いて重み付き平均処理を行うことにより、該格子状
マークの位置を検出していること、そして、前記１次元
投影積算信号の直交変換による空間周波数領域への変換
により該格子状マークの周期性により固有に現われる空
間周波数の近傍での周波数強度分布の最大値を検出手段
で検出して該格子状マークの投影倍率の補正をしている
こと等を特徴としている。
【００３８】（１−ニ）露光光で照明されたレチクルに
形成されたパターンを投影レンズを介してウエハ面上に
投影露光する投影露光装置において、該ウエハ面に設け
た格子状マークを照明手段からの単色光で該投影レンズ
を介して照明し、該格子状マークからの反射回折光を該
投影レンズを通過させた後、反射部材で露光光路中に導
光し、該反射回折光のうち±ｎ次光（ｎ＝１，２，３・
・・）をストッパーにより選択的に取り出し、該取り出
したｎ次光を用いて投影光学手段により該レチクルと同
期のとれた撮像手段面上に干渉像を形成する際、該スト
ッパーはその各反射回折光に対する該ウエハ側での取り
込みＮＡが該照明手段からの単色光の波長をλ、該格子
状マークの該撮像手段面上への投影倍率の絶対値をβ、
該撮像手段面上に形成された干渉像の空間周波数をＴと
したとき ０＜ＮＡ＜Ｔ・β・λ／２ を満足しており、該撮像手段からの映像信号を用いて位
置合わせ手段により該撮像手段で得られる映像信号に対
して設けた所定の大きさの２次元ウィンドウ内で該撮像
手段で得られた映像信号を２次元座標の１つの方向に積
算して１次元投影積算信号を得て、次いで該１次元投影
積算信号を直交変換により空間周波数領域に変換し、該
空間周波数領域上で該１次元投影積算信号より該格子状
マークの周期性の基づく干渉像より固有い現われる空間
周波数成分を選択し、該格子状マークの位置を検出する
ことにより、該ウエハを所定位置に位置合わせを行って
いること。
【００３９】（１−ホ）露光光で照明されたレチクルに
形成されたパターンを投影レンズを介してウエハ面上に
投影露光する投影露光装置において、該ウエハ面に設け
た格子状マークを照明手段からの単色光で該投影レンズ
を介して照明し、該格子状マークからの反射回折光を該
投影レンズを通過させた後、該投影レンズに対して該格
子状マークと略共役な位置に反射面を配置した反射部材
で露光光路外に導光し、該反射回折光のうち±ｎ次光
（ｎ＝１，２，３・・・）をストッパーにより選択的に
取り出し、該取り出したｎ次光を用いて投影光学手段に
より該レチクルと同期のとれた撮像手段面上に干渉像を
形成し、該撮像手段からの映像信号を用いて位置合わせ
手段により該撮像手段で得られる映像信号に対して設け
た所定の大きさの２次元ウィンドウ内で該撮像手段で得
られた映像信号を２次元座標の１つの方向に積算して１
次元投影積算信号を得て、次いで該１次元投影積算信号
を直交変換により空間周波数領域に変換し、該空間周波
数領域上で該１次元投影積算信号より該格子状マークの
周期性に基づく干渉像より固有に現われる空間周波数成
分を選択し、該格子状マークの位置を検出することによ
り、該ウエハを所定位置に位置合わせを行っているこ
と。
【００４０】（１−ヘ）露光光で照明されたレチクルに
形成されたパターンを投影レンズを介してウエハ面上に
投影露光する投影露光装置において、該ウエハ面に設け
た格子状マークを照明手段からの単色光で該投影レンズ
を介して照明し、該格子状マークからの反射回折光を該
投影レンズを通過させた後、反射部材で露光光路外に導
光し、該反射回折光のうち±ｎ次光（ｎ＝１，２，３・
・・）をストッパーにより選択的に取り出し、該取り出
したｎ次光を用いて投影光学手段により該レチクルと同
期のとれた撮像手段面上に干渉像を形成し、該撮像手段
からの映像信号を用いて位置合わせ手段により該撮像手
段で得られる映像信号に対して設けた所定の大きさの２
次元ウィンドウ内で該撮像手段で得られた映像信号を２
次元座標の１つの方向に積算して１次元投影積算信号を
得て、次いで該１次元投影積算信号を直交変換により空
間周波数領域に変換し、該空間周波数領域上で該１次元
投影積算信号より該格子状マークの周期性に基づく干渉
像より固有に現われる空間周波数成分を選択し、該格子
状マークの位置を検出することにより、該ウエハを所定
位置に位置合わせを行う際、検出手段により該ウエハ面
からの反射光の反射角度情報を検出し、該検出手段から
の信号に基づいて該格子状マークの位置の検出を補正し
ていること。
【００４１】（１−ト）露光光で照明されたレチクルに
形成されたパターンを投影レンズを介してウエハ面上に
投影露光する投影露光装置において、該ウエハ面に設け
た格子状マークを照明手段からの単色光で該投影レンズ
を介して斜方向から照明し、該格子状マークからの反射
回折光を該投影レンズを通過させた後、反射部材で露光
光路外に導光し、該反射回折光のうち±ｎ次光（ｎ＝
１，２，３・・・）をストッパーにより選択的に取り出
し、該取り出したｎ次光を用いて投影光学手段により該
レチクルと同期のとれた撮像手段面上に干渉像を形成
し、該撮像手段からの映像信号を用いて位置合わせ手段
により該撮像手段で得られる映像信号に対して設けた所
定の大きさの２次元ウィンドウ内で該撮像手段で得られ
た映像信号を２次元座標の１つの方向に積算して１次元
投影積算信号を得て、次いで該１次元投影積算信号を直
交変換により空間周波数領域に変換し、該空間周波数領
域上で該１次元投影積算信号より該格子状マークの周期
性に基づく干渉像より固有に現われる空間周波数成分を
選択し、該格子状マークの位置を検出することにより、
該ウエハを所定位置に位置合わせを行っていること。
【００４２】
【実施例】図１は本発明の投影露光装置の要部概略図で
ある。
【００４３】同図においては照明装置ＩＬからの露光光
により照明されたレチクルＲ面上の電子回路パターンを
投影レンズ１によりウエハステージＳＴ上に載置したウ
エハＷ面上に縮小投影し、電子回路パターンの露光転写
を行っている。
【００４４】次に図１の位置合わせ手段の各要素につい
て説明する。
【００４５】５３は基準マークＧＳを有する検出光学
系、１０１は固体撮像素子１４を有する撮像装置、ＧＷ
はウエハ面に設けたウエハマーク（格子状マーク、アラ
イメントマークともいう。）である。
【００４６】本実施例では予め適当な検出系で投影レン
ズ１、検出光学系５３、そして撮像装置１０１に対する
レチクルＲの相対位置を求めている。そして検出光学系
５３内の基準マークＧＳとウエハＷのウエハマークＧＷ
の投影像の撮像装置１０１の撮像面での位置を検出する
ことにより間接的にレチクルＲとウエハＷとの相対位置
合わせを行っている。
【００４７】次に本実施例の位置合わせにおいてウエハ
Ｗ面上のウエハマークＧＷの位置を検出し、ウエハＷを
所定位置に位置合わせする方法について説明する。
【００４８】直線偏光のＨｅ−Ｎｅレ−ザ−２から放射
される露光光の波長とは異った波長λの光束を音響光学
素子（ＡＯ素子）３に入射させ、このＡＯ素子３により
レンズ４へ向う光の光量を制御し、例えばある状態で完
全に光を遮断するようにしている。
【００４９】ＡＯ素子３を通過した光束はレンズ４で集
光し、その後、ウエハＷと光学的に共役な面上に配置し
た視野絞りＳＩＬにより空間的に照明範囲を制限した後
に偏光ビームスプリッター５に入射させている。そして
偏光ビームスプリッター５に入射させている。そして偏
光ビームスプリッター５で反射させ、λ／４板６、レン
ズ７、ミラ−８、レンズ１９、そして投影レンズ１によ
りウエハＷ面上のウエハマ−クＧＷを垂直方向から照明
している。
【００５０】この時の照明光は、投影レンズ１、レンズ
７、そしてレンズ１９で構成される光学系の瞳面（ウエ
ハＷ面である像面のフ−リエ変換面）上で図４（Ａ）に
示すような光束４１であり、ウエハＷ面にほぼ垂直に入
射している。（図４（Ａ）におけるｖ，ｗは瞳面の座標
であり、照明光のウエハＷ面に対する入射角の分布を表
わしている）。ウエハＷ面上のウエハマ−クＧＷは、図
４（Ｂ）に示すようなピッチＰの回折格子より成る所謂
格子状マークより成っている。図４（Ｂ）の斜線領域と
その他の領域はウエハＷ面上で段差が異なるか、反射率
が異なるか、位相が異なるかなどしており、それにより
回折格子をなしている。
【００５１】ウエハマ−クＧＷから反射した光束は投影
レンズ１を通過した後、順次レンズ１９、ミラ−８、レ
ンズ７、λ／４板６、偏光ビ−ムスプリッタ５を介し、
レンズ９、そしてビ−ムスプリッタ１０を通して、位置
Ｆにウエハマ−クＧＷの空中像を形成している。
【００５２】位置Ｆに形成したウエハマークＧＷの空中
像は更にフ−リエ変換レンズ１１を介しストッパ−１２
によってウエハマ−クＧＷからの反射回折光のうち、例
えばウエハＷ上の角度が±ｓｉｎ-1（λ／Ｐ）に相当す
る反射回折光束のみを透過させ、フ−リエ変換レンズ１
３を介し撮像手段としての固体撮像素子１４にウエハマ
−クＧＷの干渉像を形成している。
【００５３】この干渉像は、単色光で照明したピッチＰ
の回折格子を形成するウエハマ−クＧＷの像であるか
ら、単なる散乱光を用いた暗視野像より信号光量及びコ
ントラストは充分高く安定している。
【００５４】ここでレンズ１９、レンズ７及びレンズ９
は補正光学系５１を構成し、ウエハマ−クＧＷの照明光
の波長に対して投影レンズ１で発生する収差、主には軸
上色収差、球面収差等を補正している。
【００５５】本実施例の補正光学系５１は取込み開口光
束すべてに対して収差補正を実行する必要はなくストッ
パー１２を通過する反射回折光束のみに対して限定して
収差補正をすればよいので、光学系は非常に簡素な構成
となっている。
【００５６】これは露光光としてエキシマレーザーから
の光を利用する所謂エキシマステッパーを用いる場合に
は、照明光に対して発生する収差量がｇ線やｉ線の光を
用いた投影露光装置に比べて大幅に大きいために大変有
効となっている。
【００５７】一方、本実施例においては、ウエハマ−ク
ＧＷの照明光の波長と異なる波長を放射するＬＥＤ等の
光源１５からの光束をコンデンサ−レンズ１６により集
光し、基準マスク１７面上に形成されている基準マ−ク
ＧＳを照明している。この基準マ−クＧＳは例えば図５
に示すようにウエハマ−クＧＷと同様の格子状マ−クよ
り成り、同図では斜線部が透明領域でその他が不透明領
域と成っている。
【００５８】基準マ−クＧＳを透過した光束はレンズ１
８によって集光し、その後ＬＥＤ１５からの光束を反射
し、Ｈｅ−Ｎｅレ−ザ２からの光束を透過させる光学特
性を持つビ−ムスプリッタ１０を介しＦ面上に基準マ−
クＧＳの空中像を形成している。
【００５９】その後、Ｆ面上の基準マークＧＳの空中像
はウエハマ−クＧＷと同様にフーリエ変換レンズ１１、
１３により固体撮像素子１４上に結像される。本実施例
ではフ−リエ変換レンズ１１、及び１３で構成される光
学系５２は基準マ−クＧＳ及びウエハマ−クＧＷへの照
明光の２波長で良好に収差補正されている。
【００６０】尚、本実施例において光源１５からの光束
の波長をウエハマ−クＧＷの照明光の波長と同じとし、
ビ−ムスプリッタ１０を偏光ビ−ムスプリッタ化する事
により光路合成しても良い。その際、光学系５２はウエ
ハマ−クＧＷの照明波長に対してのみ収差補正を行って
おけば良い。
【００６１】本実施例において照明光がウエハＷ面上に
入射したときのウエハマ−クＧＷからの反射光の強度分
布に対し、ストッパ−１２は瞳面フィルタ−として作用
する。この結果固体撮像素子１４に入射する光束は、ウ
エハマ−クＧＷからの±ｎ次回折光のみとなる。但しｎ
＝１，２，３・・・である。
【００６２】本実施例では±１次回折光のみとし、固体
撮像素子１４上には図２（Ａ）で示すようなウエハマ−
クＧＷの干渉像Ｍが形成される。この干渉像Ｍの強度分
布は Ｔ＝β・Ｐ／２ （βは結像倍率） で示される周期Ｔを持つＣＯＳ関数で、ウエハＷ上のウ
エハマ−クＧＷの光軸からの位置ずれに対応した位置ず
れ量を持つ強度分布を示す。
【００６３】この干渉像Ｍは、ウエハマ−クＧＷの段差
や表面を覆うレジストの膜厚がいかように変化しようと
も、周期Ｔを持つＣＯＳ関数としての所望の強度分布を
形成する。
【００６４】本実施例においてストッパー１２で選択す
る回折光は±１次回折光のみに限定する必要はなく±ｎ
次回折光（Ｎ＝１，２，３・・・）のみを透過する瞳面
フィルターを用いても良い。
【００６５】種々の次数を選択出来ることは波長を変え
ることにも対応しており、ウエハマークＧＷの検出率を
向上させることができる。例えば±１次回折光が少なけ
れば±２次回折光を用いればウエハマークＧＷの検出率
を向上させることができる。
【００６６】この際、瞳面フィルタ−の座標位置はウエ
ハＷ上の角度が±ｓｉｎ-1（ｎλ／Ｐ）に相当する位置
となり、固体撮像素子１４上に結像するのは周期Ｔ＝β
・Ｐ／（２ｎ）のＣＯＳ関数となる。
【００６７】又、本実施例では固体撮像素子１４上に結
像された基準マ−クＧＳの像とウエハマ−クＧＷの像
は、あらかじめ基準マ−クＧＳとウエハマ−クＧＷのピ
ッチＱ，Ｐを各々の結像倍率に対応させて決定する事に
より、同一ピッチＴとなるようにしている。これにより
次に述べるＦＦＴ処理における位相差検出において常に
固定周波数での解析を可能としている。
【００６８】本装置では、予め適当な検出手段によって
投影レンズ１、検出光学系５３、及び固体撮像素子１４
を含む撮像装置１０１に対するレチクルＲの相対位置を
求めている。
【００６９】そこで、位置合わせは、基準マ−クＧＳと
ウエハマ−クＧＷの像の固体撮像素子１４を含む撮像装
置１０１の撮像面での位置を検出することにより行って
いる。
【００７０】即ち、ウエハＷ面上のウエハマークＧＷ
と、基準マスク１７面上の基準マークＧＳとの相対的位
置を検出し、この時の検出データと予め検出しておいた
基準マークＧＳとレチクルＲとの相対的位置のデータを
利用してレチクルＲとウエハＷとの位置合わせを行って
いる。
【００７１】固体撮像素子１４上に結像された検出マー
ク像としての基準マ−クＧＳの像とウエハマ−クＧＷの
像は、２次元の電気信号に変換される。図２は、撮像装
置１０１に結像した検出マ−ク像を含む撮像面上の説明
図である。
【００７２】図２において干渉像Ｍは検出マ−クであ
り、パターンの位置検出をする方向を図２に於てｘ方向
とするとき、検出マ−クＭは、ｘ方向に周期Ｔを有する
ＣＯＳ関数となる強度分布パターンとなっている。この
ような検出マ−クＭを形成することにより、求めようと
するパターン中心ｘc に対しパターンのｘ方向の断面形
状は対称性を有するものとなる。
【００７３】撮像装置１０１によって２次元の電気信号
に変換されたパターン像は、図１の１０２のＡ／Ｄ変換
装置によって、投影レンズ１と検出光学系５３の光学倍
率及び撮像面の画素ピッチにより定まるサンプリングピ
ッチＰs により２次元の装置上の画素のＸＹ方向のアド
レスに対応した二次元離散電気信号列に変換される。
【００７４】図１の１０３は積算装置であり、図２
（Ａ）にしめす検出マ−クＭを含むような所定の２次元
のウィンドウを設定した後に図２（Ａ）でしめすｙ方向
にウィンドウ２０内で画素積算を行い、図２（Ｂ）に示
すｘ方向に離散的な電気信号列ｓ( ｘ) を出力する。
【００７５】図１の１０４はＦＦＴ演算装置であり、入
力した電気信号列ｓ( ｘ) を離散フーリエ変換し、電気
信号列ｓ（ｘ) を空間周波数領域に変換しそのフーリエ
係数を高速に演算するものである。その手法は公知の
（例えば、科学技術出版社『高速フーリエ変換』、Ｅ．
ＯＲＡＮ ＢＲＩＧＨＡＭ著、第１０章高速フーリエ変
換、に説明されている。）Ｎ点（Ｎ＝２r ）の高速フー
リエ変換（ＦＦＴ）によるものであり、サンプリング周
波数をｆs ＝１としたときに周波数ｆ（ｋ）＝ｋ／Ｎの
複素フーリエ係数Ｘ（ｋ）は、
【００７６】
【数１】 となる。
【００７７】又、このとき空間周波数ｆ（ｋ）の強度Ｅ
（ｋ），Θ（ｋ）はそれぞれ、 Ｅ（ｋ）＝（（Ｒｅ（Ｘ（ｋ）））2 ＋（Ｉｍ（Ｘ（ｋ））2 ））1/2 （２） Θ（ｋ）＝ｔａｎ-1（Ｉｍ（Ｘ（ｋ））／Ｒｅ（Ｘ（ｋ）））｝ （３） （但し Ｒｅ（Ｘ（ｋ）），Ｉｍ（Ｘ（ｋ））は複素数
Ｘ（ｋ）の実部および虚部を表す。）と表わすことがで
きる。
【００７８】図３（Ａ）は，予め適当な検出手段により
求められた検出マークＭの中心近傍ｘs を基準点として
検出マ−ク全体を含むようにＦＦＴを施した際の空間周
波数強度Ｅ（ｋ）の分布を表している。
【００７９】パターンの周期性によって、該パターンの
一次元離散信号Ｓ（ｘ）に出現するパターン固有の空間
周波数ｆ（ｈ）＝（Ｐs ／Ｔ）・Ｎの強度は大となり、
図３（Ａ）のグラフ上でピークを生じる。
【００８０】図１の１０５は周波数強度検出装置であ
り、式（４）によってパターン固有の空間周波数ｆ(h)
の近傍αの範囲において、ピーク位置Ｐｉおよびピーク
周波数ｆ(Pi)の検出を行っている． Pi＝{ k | max ( E(k),f(h)・N-α < k < f(h)・N+α ,k=0,1,2,・・・,N-1 } （４） ここで、αは正の整数で、パターンのピッチ変動に対し
てＰｉが有意になるように決める。
【００８１】一方、αの範囲であれば光学系の調整状態
等、何等かの原因で光学倍率が所定の値から変動した場
合でもこのピークを示す周波数ｆ(Pi)を検出すること
で、パターン固有の空間周波数から光学倍率の変動を補
正することが可能となっている。ピーク検出に際して
は、必要に応じて空間周波数領域で補間手段（例えば、
最小二乗近似、重み付き平均処理）などを用いて周波数
分解能を高めてもよい。
【００８２】図１の１０６は位相検出装置であり、空間
周波数強度のピークｆ(Pi)とその近傍の周波数成分の基
準点ｘs での位相を式（３）にしたがって検出する。
【００８３】図１の１０７は、ずれ量検出装置であり，
位相から式（５） ΔK ＝（１／２π）・（Ｎ／Ｋ）・ＰS ・ΘK （５） により実空間でのずれ量Δk を算出する。
【００８４】図３（Ｂ）は、パターン固有の周波数領域
近傍でのずれ量Δk をプロットしたものである。一般
に、図３（Ｂ）に示すごとく、マーク固有の周波数近傍
でのずれ量Δk は、一定の安定した値を示すため、算出
した各々のずれ量Δk に対して周波数強度による重み付
け平均処理を行い、パターン中心の基準点ｘs からのず
れ量Δc を重み付け平均処理（式（６））にしたがって
検出している。
【００８５】 図３（Ｃ）はこの重み付き平均処理の結果を表わす図で
ある。この様にすることにより、ずれ量Δｃを検出パタ
ーンの信号のみに着目することによるＳ／Ｎ比の向上と
計算量の減少、重み付き平均処理による検出の安定化を
図りつつ検出している。
【００８６】これまでフーリエ係数の計算にＦＦＴを利
用したが、パターン固有の空間周波数は大きく変動しな
いことを利用して、必要とされる周波数成分のフーリエ
係数のみを式（１）より直接に計算するようにしても良
い。
【００８７】この場合サンプリング点数を任意に選ぶこ
とができるため、離散フーリエ変換による周波数成分は
ｋ／Ｎで表されることを考慮して、ｋ／Ｎが求めようと
する周波数成分に最も近くなるようにサンプリング点数
Ｎを最適に選ぶことにより、パターン固有の空間周波数
をより正確に求めることが可能となる。又、検出に利用
する周波数成分を少なくすることで、計算量の減少も可
能となる。
【００８８】この様にして、ウエハＷ面上のウエハマ−
クＧＷと、基準マスク１７面上の基準マ−クＧＳとの相
対的位置を検出し、この時の検出デ−タと予め検出して
おいた基準マ−クＧＳとレチクルＲとの相対的位置のデ
−タを利用してレチクルＲとウエハＷとの位置合わせを
行っている。
【００８９】尚、本実施例においてはウエハマ−クＧＷ
と基準マ−クＧＳの位置ずれを検出したが、基準マ−ク
ＧＳの代わりにレチクルＲ上のレチクルマ−クを光学系
を介して固体撮像素子１４に結像させレチクルマ−クと
ウエハマ−クＧＷの位置ずれを直接検出する様にしても
良い。
【００９０】更に基準マ−クＧＳを固体撮像素子１４に
結像させる代わりに固体撮像素子１４の信号を記録させ
る画像メモリ上に基準マ−クを仮想して設定し基準マ−
クＧＳの代用として用いても良い。
【００９１】又、位置合わせすべき物体上に設けた格子
状マークをＸ，Ｙ方向に各々設けて、本実施例で示した
構成による別々の光学系によりＸ，Ｙ方向それぞれの位
置を検出したり、格子状マークを市松状に形成して、
Ｘ，Ｙ方向を同時、又は切換えにより一つの光学系で検
出するようにしても良い。このようなことは以下説明す
る各実施例において同様に適用可能である。
【００９２】次に本発明の投影露光装置の実施例２につ
いて説明する。本実施例はストッパー１２の取り込みＮ
Ａを特定したことを特徴としている。
【００９３】図１に示す構成においてストッパー１２の
取り込みＮＡ（開口形状）を例えば図６に示すような開
口１２ｂのようにすると、即ち撮像手段１４面上に形成
した干渉縞を評価し位置合わせを行う方向に対して直交
する方向には比較的大きいＮＡを有するようにすると、
ウエハＷ（物体）上に設けた格子状マークＧＷ内あるい
は周辺の不要な像情報が撮像手段１４上に伝達され、Ｓ
／Ｎ比を低下させる場合がある。
【００９４】具体的には、表面荒れの激しいプロセスに
おける位置合わせの際にランダムな検出誤差が発生した
り、格子状マークＧＷ内あるいは周辺にゴミや欠陥があ
った場合には計測誤差が発生してくる場合がる。
【００９５】又、単色光源を照明光として用いることに
より発生するスペックルノイズの影響を少なくするため
に、拡散板に代表されるような、なんらかの揺動手段の
設定により、一般に光量を大きく損失する場合が多く、
検出信号のＳ／Ｎ比を低下させたり、特に低段差プロセ
スや基板反射率が低いなど条件が悪い場合には照明光量
が不足して検出が不能になったりする場合がある。
【００９６】更に、反射回折光に対する取り込みＮＡが
大きくなると、非露光ＴＴＬ方式の非露光光の照明波長
に対して投影レンズで発生する収差は、特にエキシマレ
ーザーを露光光として用いた場合には、非常に大きいも
のになってしまい投影レンズで発生した収差を補正する
光学系が複雑なものとなったり、場合によっては現実的
な補正光学系が構成できなくなる場合がある。
【００９７】そこで本実施例ではストッパー１２の開口
条件を次の如く適切に設定することにより前記の諸問題
を解決し、高精度な位置合わせを実現している。
【００９８】一般にストッパーの各反射回折光に対する
ウエハ側での取り込み角をＮＡ、照明光の波長をλ、光
学系の遮断周波数（伝達可能な限界周波数）をＮC とす
ると、ＮC は ＮC ＝２・ＮＡ／λ で表わされる。
【００９９】一方、本発明において検出すべき撮像手段
上１４に形成された干渉縞の空間周波数をＴ、ウエハＷ
から撮像手段１４間の光学倍率の絶対値をβとし、この
空間周波数ＴをウエハＷ上での空間周波数ＴW に換算す
ると、 ＴW ＝Ｔ・β で表わされる。
【０１００】従って、遮断周波数ＮC を空間周波数ＴW
より小さくなるようにＮＡを設定してやれば、物体上に
設けた格子状マーク内あるいは周辺の不要な像情報が撮
像手段上に伝達されないという形態を得ることができ
る。
【０１０１】そこで本実施例ではストッパー１２の取り
込みＮＡを ０＜ＮＡ＜Ｔ・β・λ／２ の如く設定している。
【０１０２】図７は本実施例のストッパ−１２の要部平
面図、図８は本実施例のストッパー１２を用いたときの
図１の光路を模式的に展開した要部説明図である。図７
において１２ａはストッパー１２の開口部を示してい
る。
【０１０３】本実施例では、位置合わせすべきウエハＷ
（物体）上に設けた格子状マークＧＷを単色光で照明す
る照明光の波長λを、λ＝６３３ｎｍ、ウエハＷから撮
像手段１４間の光学倍率の絶対値βを、β＝１００ｘ、
撮像手段１４上に形成された干渉縞の空間周波数ＴをＴ
＝２として前出の関係式から導かれる取り込みＮＡをＮ
Ａ＜０．０６３を満たし、同時にストッパー１２で選択
される±１次の反射回折光を十分通過させるように、前
記反射回折光を選択的に取出すストッパー１２の各反射
回折光に対するウエハＷ側での取り込みＮＡを、ＮＡ＝
０．０３に設定している。
【０１０４】本実施例ではストッパー１２の取り込みＮ
Ａを前述の条件式を満足するように構成することにより
ウエハＷ（物体）上に設けた格子状マークＧＷ内あるい
は周辺の不要な像情報が撮像手段１４上に伝達されＳ／
Ｎ比を低下させるのを防止すると同時に、スペックルノ
イズの影響をなくすための拡散板に代表されるなんらか
の揺動手段を不要とし、光量の損失を防止している。
【０１０５】更に投影レンズで発生した収差を補正する
領域が信号光の取り込みＮＡ部のみに限定されること
で、補正光学系が不要であったり、単レンズのような非
常に簡単な構成で実現できるようにし、その結果、高Ｓ
／Ｎ比で常に安定した位置計測を可能としている。特に
エキシマレーザーを露光光として用いた投影露光装置に
おいて非露光ＴＴＬ方式による高精度の位置合わせ方法
を実現可能としている。
【０１０６】次に本発明の投影露光装置の実施例３につ
いて説明する。
【０１０７】本実施例は投影レンズ１を通過したウエハ
マークＧＷからの反射回折光を露光光路外に取り出す反
射部材８の配置を特定したことを特徴としている。
【０１０８】本実施例において位置合わせをすべきウエ
ハＷ（物体）上に設けた格子状マークＧＷで反射回折し
た反射回折光を投影レンズ１を通過後、反射部材８で露
光光路外に取り出している。このときの反射部材８とし
て例えば図９（Ａ），（Ｂ）に示すようなミラー又はプ
リズムを用いると、その姿勢が格子状マークＧＷの位置
を検出し位置合わせを行う方向の傾き成分に関して、装
置の置かれている環境（温度や気圧、あるいは装置自体
の振動に伴うメカの安定性等）の影響で経時変化が起き
ると、位置計測値が変化してしまう。
【０１０９】その影響度は図１０に示すように、ミラー
８の傾きをε，ミラー８から位置合わせすべきウエハＷ
上に設けた格子状マークＧＷの共役面ＣＳまでの距離を
ｄ、位置合わせすべきウエハから共役面ＣＳまでの光学
倍率の絶対値をβとすると、位置検出誤差量Δｓt は、 Δｓt ＝ｄ・ｔａｎε／β となる。
【０１１０】例えばｄ＝１００ｍｍ，β＝５ｘ，Δｓt
の許容値を０．０２μｍと設定した場合には、ミラー８
の姿勢保持精度を０．２秒以下という大変厳しい値に設
定する必要がある。
【０１１１】そこで本実施例では前記反射回折光を前記
投影レンズ１の露光光路外に取り出すための反射部材８
の反射面の位置を前記格子状マークＧＷの位置と投影レ
ンズ１を介した共役な位置の近傍に設定し、これにより
装置の置かれている環境（温度や気圧、あるいは装置自
体の振動に伴うメカの安定性等）の影響で、経時変化が
起きたときの影響を最少限に留めるようにしている。
【０１１２】ここで共役な位置近傍とは反射部材８が多
少傾いても検出精度に大きな影響を与えない範囲をい
う。
【０１１３】図１１はこのときの光学作用を示す説明図
である。
【０１１４】同図は反射部材８の反射面の位置を前記格
子状マークＧＷの位置と共役な位置の近傍に設定した場
合の動作を示している。図中の破線で示されるように、
反射部材８が傾いて光路のずれが生じても、撮像手段１
４面では干渉像の位置のずれが生じないことを示してい
る。
【０１１５】この結果、本実施例では環境の影響を受け
にくい、常に安定した位置計測が可能となり、特に、エ
キシマレーザーを露光光として用いた投影露光装置にお
いて非露光ＴＴＬ方式による高精度の位置合わせを可能
としている。
【０１１６】図１２は本発明の投影露光装置の実施例４
の要部概略図である。図中、図１で示した要素と同一要
素には同符番を付している。
【０１１７】本実施例では図１の実施例１に比べてウエ
ハＷからの反射光（０次光）の反射角度（ｄθ）を検出
し、該反射角度（ｄθ）に基づいてウエハＷ上の格子状
マークＧＷの位置検出を補正している点が異なってお
り、その他の構成は実質的に同じである。
【０１１８】一般にウエハＷ上のアライメントマーク
（格子上マーク）ＧＷは上層に塗布されているレジスト
によって光学的に変化して特に非対称などの塗布ムラは
ウエハアライメント信号を歪ませて検出誤差の要因とな
る。この検出誤差は明視野観察法と比して回折格子を用
いた干渉アライメントにおいて特に顕著に影響を及ぼ
す。
【０１１９】そこで本実施例では格子状マーク位置を検
出し位置合わせを行う際に、ウエハからの反射光の反射
角度を検知することにより、レジスト塗布ムラより生じ
る格子状マークＧＷの位置検出誤差を補正して位置合わ
せを行っている。
【０１２０】具体的にはウエハ面である像面のフーリエ
変換面となる検出光学系の瞳面に固体撮像素子を配置
し、ウエハからの反射光の結像位置よりレジスト塗布ム
ラより生じる格子状マークの位置検出のズレ量及び方向
を検知し、像面に配置された固体撮像素子上にできた干
渉像より求められた位置検出量に補正をかける事により
高精度な位置合わせを実現している。
【０１２１】次に図１２の実施例４において図１の実施
例１と異なる点を中心に説明する。
【０１２２】２０はビームスプリッタであり、ずれ量を
補正する為の光束を得る為にウエハマークＧＷの照明光
の波長に対してハーフミラーとして機能しており、ウエ
ハ反射光の何割かはこのビームスプリッタ２０で反射さ
れフーリエ変換レンズ２１へ導かれる。フーリエ変換レ
ンズ２１によって集光されたウエハ反射光はストッパー
１２と共役な固体撮像素子２２に入射される。
【０１２３】この時、固体撮像素子２２面上は検出光学
系の瞳面（ウエハＷ面である像面のフーリエ変換面）と
なるよう構成しており、図４（Ａ）に示す様なウエハマ
ークＧＷからの回折光分布を表す情報を検知している。
【０１２４】本実施例では固体撮像素子２２と撮像装置
１０９は検出手段の一要素を構成している。
【０１２５】本実施例では、固体撮像素子２２に投影さ
れたウエハマ−クＧＷの回折光分布を用いて以下のよう
にしてずれ量検出装置１０７で求められたずれ量を補正
する量を算出している。
【０１２６】本実施例においてはウエハマ−クＧＷの回
折光のうちウエハからの正反射光である０次光Ｉ0 の変
動を用いている。固体撮像素子２２までの検出光学系５
３は、照明光がウエハＷに垂直に入射するように構成さ
れており、その時、平面度、平行度が確認されている基
準ウエハかステ−ジＳＴ上に配置した水平反射面を照明
領域下に置き固体撮像素子２２で０次光Ｉ0 が集光する
位置Ｘ0 を撮像装置１０９、補正量検出装置１１０を用
いて計測、記憶する。この位置Ｘ0 が基準位置となり、
通常の計測状態では変動することはない。しかしウエハ
Ｗ上のレジストが非対称に塗布されるとこの位置がずれ
てしまう。
【０１２７】図１３はレジストがウエハマ−クＧＷの計
測方向に（ｘ方向）に角度θ傾斜して塗布されている摸
式図である。レジストの屈折率をＮ、平均レジスト厚を
ｄとすると、０次反射光Ｉ0 の垂直入射光からの角度ず
れ量ｄθは ｄθ＝ｓｉｎ-1（Ｎ＊（ｓｉｎ（２θ−ｓｉｎ-1（ｓｉｎθ／Ｎ））））−θ （７） で表される。
【０１２８】この角度変化は固体撮像素子２２を含む撮
像装置１０９で検知され、ｗ軸方向に位置Ｘ0 よりｄｘ
（ウエハＷ上での角度ずれ量ｄθからの結像倍率を含
む）ずれる事となる。
【０１２９】この時、式（６）より算出されるずれ量Δ
c に生じる計測誤差Δｅは次の通りである。位置ずれ検
出に用いる±１次反射光Ｉ+1、Ｉ-1も０次反射光Ｉ0 と
同じくレジスト傾斜により角度変化が生じており、その
回折角度β(+1)、β(-1)は β(+1)＝ｓｉｎ-1（λ／Ｐ）＋ｄθ （８） β(-1)＝ｓｉｎ-1（λ／Ｐ）−ｄθ （９） であり、ウエハマ−クＧＷ上での垂線に対する角度α
(+1)、α(-1)は α(+1)＝ｓｉｎ-1（（ｓｉｎ（β(+1)＋θ））／Ｎ）−θ （１０） α(-1)＝ｓｉｎ-1（（ｓｉｎ（β(-1)−θ））／Ｎ）＋θ （１１） となる。
【０１３０】この±１次反射光Ｉ+1，Ｉ-1のレジスト傾
斜に起因する光路長差ΔＬが計測誤差Δｅを生むのであ
るから、照明光の波長をλとすると ΔＬ＝ｔ＊（ｃｏｓα(-1)−Ｎ＊ｃｏｓα(+1)） ／（Ｎ＊ｃｏｓα(-1)＊ｃｏｓα(+1)） （１２） ｔ＝２＊ｄ＊（ｔａｎα(-1)＋ｔａｎα(+1)） ／（ｔａｎα(-1)−ｔａｎα(+1)＋２／ｔａｎθ） Δｅ＝Ｐ＊ΔＬ／λ （１３） となる。
【０１３１】（１３）式より求められる計測誤差Δｅが
この時式（６）より算出されるずれ量Δc を補正する値
である。固体撮像素子２２を含む撮像装置１０９で検出
される０次光の位置Ｘ0 よりのずれ量ｄｘは、補正量検
出装置１１０へ伝えられ検出光学系５３の結像倍率等よ
り、０次反射光Ｉ0 の垂直入射光からの角度ずれ量ｄθ
が求められる。
【０１３２】この角度ずれ量ｄθと既知のレジストの屈
折率Ｎより（７）式からレジスト傾斜角θが算出され、
平均レジスト厚ｄを既知とすれば（８）〜（１３）式よ
り計測誤差Δｅが導かれる。計測誤差Δｅは位置合わせ
制御装置１０８へ伝達され、ずれ量検出装置１０７より
伝達されたずれ量Δc に補正をかけることにより正確な
位置ずれ量を求めている。
【０１３３】この様にして、ウエハＷ面上のウエハマ−
クＧＷと、基準マスク１７面上の基準マ−クＧＳとの相
対的位置を検出し、この時の検出デ−タと予め検出して
おいた基準マ−クＧＳとレチクルＲとの相対的位置のデ
−タを利用してレチクルＲとウエハＷとの位置合わせを
行っている。次に本発明の実施例５について説明する。
【０１３４】前述した実施例４では、位置ずれ補正量Δ
ｅを算出するために正反射光である０次回折光を用いた
が、固体撮像素子１４上に干渉縞を生じせしめる±ｎ次
反射光の角度変化を検出する事によっても同様の効果を
あげる事ができる。
【０１３５】例えば、±１次反射光を用いる場合、図４
（Ａ）で示される様な固体撮像素子２２上のウエハマー
クＧＷからの回折光の瞳面分布のうち、±１次反射光Ｉ
+1，Ｉ-1をモニターし基準ウエハ等を観察しているとき
の位置から、実ウエハを観察する際にどれだけ変化する
かによって垂直入射光からの角度ずれ量ｄθを求め、実
施例１と同様に（７）〜（１３）式より計測誤差Δｅを
求めても良い。
【０１３６】このようにすると図１２で示した構成のま
まで実施できるので撮像装置１０９でモニターする光束
を選択するだけで、実施例１との共用が可能であるとい
う特長がある。
【０１３７】又、図１４に示すようにずれ量を補正する
為の光束を得る為のビームスプリッター２０を光学系５
２と固体撮像素子１４との間に配置した構成によりスト
ッパー１２で干渉縞を生じせしめる光束と位置ずれ補正
量Δｅを算出するための光束を同時に選択するようにし
ても良い。この場合、固体撮像素子２２に入射する光束
はモニターする光束のみであるから位置ずれ補正量Δｅ
を算出するうえでＳ／Ｎ比の向上が期待できる。
【０１３８】図１５は本発明の投影露光装置の実施例６
の要部概略図である。
【０１３９】本実施例の特徴はストッパー１２の０次光
を遮光する部分に角度を持たせたミラー面としウエハマ
ークＧＷを照明する波長に対して反射させ、その反射光
を位置ずれ補正量Δｅを算出する光学系へ導光した事で
ある。この為、位置ずれ補正量Δｅを算出する光学系を
ハーフミラーを挿入する事なく構成できるようになり、
光量の損失を防ぎ、迷光の発生要因を減らす効果をもた
らす。
【０１４０】図１６は本発明の投影露光装置の実施例７
の要部概略図である。図中、図１で示した要素と同一要
素には同符番を付している。
【０１４１】本実施例は図１の実施例１に比べてウエハ
Ｗ面上の格子状マークＧＷにレーザ２からの光束を平行
平板３０を介して偏向させて斜方向から照射している点
が異なり、その他の構成は実質的に同じである。
【０１４２】一般にウエハＷ上に設けた格子状マークＧ
Ｗからの反射光はレジストの膜厚によって、例えば裏面
からの反射光と干渉を起こし、格子状マークＧＷからの
反射光が弱くなり十分な検出信号が得られない場合があ
る。
【０１４３】そこで本実施例では格子状マークＧＷを斜
方向から照明し、レジスト膜での干渉を少なくし、十分
な反射光を得てこれにより格子状マークＧＷの検出精度
を高めている。
【０１４４】次に本実施例の構成上の特徴について説明
する。
【０１４５】一般にある膜厚のレジストが塗布されたウ
エハＷ面上のウエハマーク（格子状マーク）ＧＷを光束
で垂直に照射したときレジスト膜の表裏面からの反射光
とで互いに干渉を起こし、格子状マークＧＷからの反射
回折光が検出できない場合がある。
【０１４６】そこで、本実施例では瞳面に配置した平行
平板３０を傾ける（傾け機構は不図示）ことにより図１
７に示すように格子状マークＧＷへ光束を種々の角度θ
で斜入射させている。これによって干渉条件を種々と変
えて、格子状マ−クＧＷからの反射回折光強度が高くな
る角度を見つけて十分な反射回折光を得ている。
【０１４７】本実施例では格子状マ−クのピッチ方向に
対し垂直断面内で斜入射としたが、入射角θに応じたピ
ッチの補正をすれば、平行断面内で傾けても良い。
【０１４８】図１８に示すごとく入射ビ−ムをθ傾けた
とき生じる光路差δは、 δ＝２ｎｄ（１／cos θ−１） ｄ：レジスト膜厚 ｎ：レジストの屈折率 で表わされる。
【０１４９】このとき、０≦δ≦λ／４内において反射
回折光強度を最小から最大まで可変とすることができ
る。
【０１５０】例えば、レジスト膜厚ｄ＝１μｍ、レジス
トの屈折率ｎ＝1.6 、ビ−ム波長λ＝０．６３２８μｍ
の場合、δ＝λ／４を満たすθは θ＝１７．６° となる。入射角θがこの範囲内に設定されるように平行
平板３０を調整することにより適当な反射回折光強度を
得ることができる。
【０１５１】この時、斜入射の効果により、フォーカス
が正しく設定されないと位置合わせ信号がずれてしまう
可能性がある。この為、一旦信号を検出する位置でフォ
ーカスを取り、然る後に位置信号を検出する事で、該誤
差は補正する事ができる。フォーカス基準位置からのず
れ量ΔＺは位置合わせ用の信号に対し補正量ΔＺｔａｎ
θとして与える事で補正される。（検出方向に沿った方
向で傾けた場合）又、フォーカス検出位置が固定の場合
で更に、位置合わせ検出位置が異なる場合にはフォーカ
ス検出後、検出位置迄、ステージ精度を利用して駆動が
行われる。
【０１５２】又、本発明においては撮像手段はすべて２
次元の映像信号を検出し、電気的に１つの方向に積算し
て１次元の投影積算信号を得ているが、例えば撮像手段
の前にシリンドリカルレンズを構成して光学的に１つの
方向に積算して１次元の撮像手段により１次元の投影積
算信号を得るように構成することも容易に可能である。
【０１５３】
【発明の効果】本発明によれば以上のように各要素を適
切に設定した構成によりウエハ面上に設けた位置合わせ
用（アライメント用）の格子状マークを露光光の波長と
異なる波長の単色光で照明し、このとき発生する反射回
折光に基づいた干渉像を撮像手段面上に形成し、該撮像
手段で得られる映像信号を利用することによりレチクル
とウエハとの位置合わせを高速でしかも高精度に行い、
高解像度の投影露光が可能な位置合わせ方法及びそれを
用いた投影露光装置を達成することができる。
【０１５４】特に本発明によれば、 （２−イ）格子状マーク位置を検出し位置合わせを行う
ことにより高速、高精度の位置合わせ方法を実現すると
同時に、該格子状マークからの反射回折光を±ｎ次光の
みに限定し、照明手段として単色光のレーザー光源を用
いることにより該格子状マークの検出光学系の収差補正
が容易になり、さらに低段差プロセスにおける光量又は
低Ｓ／Ｎという問題も解決され、例えばエキシマレーザ
ーを露光光として用いた投影露光装置において、非露光
ＴＴＬ方式による高精度な位置合わせを可能としてい
る。
【０１５５】（２−ロ）反射回折光を選択的に取出すス
トッパーの各反射回折光に対する取り込みＮＡを、前述
の如く適切に設定することにより物体状に設けた格子状
マーク内あるいは周辺の不要な像情報が撮像手段上に伝
達されＳ／Ｎ比を低下させるのを防止すると同時に、ス
ペックルノイズの影響をなくすためのなんらかの揺動手
段が不要となったことで光量の損失が防止され、さらに
投影レンズで発生した収差を補正する光学系が非常に簡
単な構成で実現できるようになり、その結果、高Ｓ／Ｎ
比で常に安定した位置計測を可能としている。
【０１５６】（２−ハ）反射回折光を投影レンズ外に取
り出すための反射部材の反射面の位置を格子状マーク位
置と略共役な位置の近傍に設定することにより装置の置
かれている環境（温度や気圧、あるいは装置自体の振動
に伴うメカの安定性等）の影響で、経時変化が起きると
いう問題点に対する影響を最少限に留め、常に安定した
位置計測を可能としている。
【０１５７】（２−ニ）ウエハ面である像面のフーリエ
変換面となる検出光学系の瞳面に固体撮像素子を配置
し、ウエハ反射光の結像位置よりウエハ反射光の反射角
度変化を検知し、レジスト塗布ムラなどにより生じる格
子状マークの位置検出のずれ量及び方向を求め、像面に
配置された固体撮像素子上にできた干渉像より求められ
た前記位置検出量に補正をかけることにより、レジスト
塗布ムラなどのウエハプロセス条件に影響されない高精
度な位置合わせを実現している。
【０１５８】（２−ホ）格子状マークに対し光束を斜入
射させることによりレジストの膜厚によって生ずる干渉
による影響を少なくし、十分な検出信号が容易に得ら
れ、Ｓ／Ｎ比が高く高精度な位置合わせを可能としてい
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の投影露光装置の実施例１の要部概
略図
【図２】 図１の撮像手段面上の格子状マークの干渉
像に関する説明図
【図３】 本発明に係る干渉像の信号処理に関する説
明図
【図４】 本発明に係る投影露光装置の瞳面と格子状
マークの説明図
【図５】 本発明に係る基準マークの説明図
【図６】 ストッパーの開口を示す説明図
【図７】 本発明に係るストッパーの説明図
【図８】 本発明の投影露光装置の光学系の一部分の
展開模式図
【図９】 本発明に係る反射部材の説明図
【図１０】 本発明に係る反射部材の説明図
【図１１】 本発明に係る反射部材の説明図
【図１２】 本発明の投影露光装置の実施例５の要部概
略図
【図１３】 図１２の一部分の説明図
【図１４】 図１２の一部分を変更したときの説明図
【図１５】 本発明の投影露光装置の実施例６の要部概
略図
【図１６】 本発明の投影露光装置の実施例７の要部概
略図
【図１７】 図１６の一部分の説明図
【図１８】 図１６の一部分の説明図
【図１９】 従来のＯＦＦ−ＡＸＩＳ方式の位置合わせ
装置の説明図
【図２０】 従来の露光光ＴＴＬ方式の位置合わせ装置
の説明図
【図２１】 従来の非露光光ＴＴＬ方式の位置合わせ装
置の説明図
【図２２】 ウエハマーク像とウエハマーク断面形状の
説明図
【符号の説明】
ＩＬ 照明装置 Ｒ レチクル Ｗ ウエハ ＧＷ ウエハマーク（格子状マーク） ＧＳ 基準マーク １ 投影レンズ ２ レーザー ３ ＡＯ素子 ４ レンズ ５ ビームスプリッター ６ λ／４板 ７ レンズ ８ 反射部材 １０ ビームスプリッター １１，１３，２１ フーリエ変換レンズ １２ ストッパー １４，２２ 団体撮像素子 ５１ 補正光学系 ５２ 光学系 ５３ 検出光学系

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 物体上に設けた格子状マークを単色光で
    照明し、該格子状マークからの反射回折光のうち±ｎ次
    光（ｎ＝１，２，３・・・）を用いて撮像手段面上に干
    渉像を形成し、該撮像手段で得られる映像信号に対して
    設けた所定の大きさの２次元ウィンドウ内で該撮像手段
    で得られた映像信号を２次元座標の１つの方向に積算し
    て１次元投影積算信号を得て、次いで該１次元投影積算
    信号を直交変換により空間周波数領域に変換し、該空間
    周波数領域上で該１次元投影積算信号より該格子状マー
    クの周期性に基づく干渉像より固有に現われる空間周波
    数成分を選択し、該格子状マークの位置を検出すること
    により、該物体を所定位置に位置合わせをしたことを特
    徴とする位置合わせ方法。
  2. 【請求項２】 前記１次元投影積算信号の直交変換によ
    る空間周波数領域への変換により、該格子状マークの周
    期性により固有に現われる空間周波数の近傍での周波数
    強度分布の最大値を検出手段で検出して該最大値の近傍
    での各周波数成分の位相と強度を用いて重み付き平均処
    理を行うことにより、該格子状マークの位置を検出して
    いることを特徴とする請求項１の位置合わせ方法。
  3. 【請求項３】 露光光で照明されたレチクルに形成され
    たパターンを投影レンズを介してウエハ面上に投影露光
    する投影露光装置において、該ウエハ面に設けた格子状
    マークを照明手段からの単色光で該投影レンズを介して
    照明し、該格子状マークからの反射回折光を該投影レン
    ズを通過させた後、反射部材で露光光路外に導光し、該
    反射回折光のうち±ｎ次光（ｎ＝１，２，３・・・）を
    ストッパーにより選択的に取り出し、該取り出したｎ次
    光を用いて投影光学手段により該レチクルと同期のとれ
    た撮像手段面上に干渉像を形成し、該撮像手段からの映
    像信号を用いて位置合わせ手段により該撮像手段で得ら
    れる映像信号に対して設けた所定の大きさの２次元ウィ
    ンドウ内で該撮像手段で得られた映像信号を２次元座標
    の１つの方向に積算して１次元投影積算信号を得て、次
    いで該１次元投影積算信号を直交変換により空間周波数
    領域に変換し、該空間周波数領域上で該１次元投影積算
    信号より該格子状マークの周期性に基づく干渉像より固
    有に現われる空間周波数成分を選択し、該格子状マーク
    の位置を検出することにより、該ウエハを所定位置に位
    置合わせを行っていることを特徴とする投影露光装置。
  4. 【請求項４】 前記投影レンズは露光光で収差補正され
    ており、前記照明手段からの単色光の波長は該露光光の
    波長と異っており、前記投影光学手段は該単色光で照明
    された前記ウエハ面上の格子状マークを該投影レンズを
    介して所定面に投影するときに発生する諸収差を補正す
    る補正光学系を有していることを特徴とする請求項３の
    投影露光装置。
  5. 【請求項５】 前記１次元投影積算信号の直交変換によ
    る空間周波数領域への変換により、該格子状マークの周
    期性により固有に現われる空間周波数の近傍での周波数
    強度分布の最大値を検出手段で検出して該最大値の近傍
    での各周波数成分の位相と強度を用いて重み付き平均処
    理を行うことにより、該格子状マークの位置を検出して
    いることを特徴とする請求項３の投影露光装置。
  6. 【請求項６】 前記１次元投影積算信号の直交変換によ
    る空間周波数領域への変換により該格子状マークの周期
    性により固有に現われる空間周波数の近傍での周波数強
    度分布の最大値を検出手段で検出して該格子状マークの
    投影倍率の補正をしていることを特徴とする請求項３の
    投影露光装置。
  7. 【請求項７】 露光光で照明されたレチクルに形成され
    たパターンを投影レンズを介してウエハ面上に投影露光
    する投影露光装置において、該ウエハ面に設けた格子状
    マークを照明手段からの単色光で該投影レンズを介して
    照明し、該格子状マークからの反射回折光を該投影レン
    ズを通過させた後、反射部材で露光光路外に導光し、該
    反射回折光のうち±ｎ次光（ｎ＝１，２，３・・・）を
    ストッパーにより選択的に取り出し、該取り出したｎ次
    光を用いて投影光学手段により該レチクルと同期のとれ
    た撮像手段面上に干渉像を形成する際、該ストッパーは
    その各反射回折光に対する該ウエハ側での取り込みＮＡ
    が該照明手段からの単色光の波長をλ、該格子状マーク
    の該撮像手段面上への投影倍率の絶対値をβ、該撮像手
    段面上に形成された干渉像の空間周波数をＴとしたとき ０＜ＮＡ＜Ｔ・β・λ／２ を満足しており、該撮像手段からの映像信号を用いて位
    置合わせ手段により該撮像手段で得られる映像信号に対
    して設けた所定の大きさの２次元ウィンドウ内で該撮像
    手段で得られた映像信号を２次元座標の１つの方向に積
    算して１次元投影積算信号を得て、次いで該１次元投影
    積算信号を直交変換により空間周波数領域に変換し、該
    空間周波数領域上で該１次元投影積算信号より該格子状
    マークの周期性に基づく干渉像より固有に現われる空間
    周波数成分を選択し、該格子状マークの位置を検出する
    ことにより、該ウエハを所定位置に位置合わせを行って
    いることを特徴とする投影露光装置。
  8. 【請求項８】 前記投影レンズは露光光で収差補正され
    ており、前記照明手段からの単色光の波長は該露光光の
    波長と異っており、前記投影光学手段は該単色光で照明
    された前記ウエハ面上の格子状マークを該投影レンズを
    介して所定面に投影するときに発生する諸収差を補正す
    る補正光学系を有していることを特徴とする請求項７の
    投影露光装置。
  9. 【請求項９】 物体上に設けた格子状マークを単色光で
    照明し、該格子状マークからの反射回折光のうち±ｎ次
    光（ｎ＝１，２，３・・・）を用いて撮像手段面上に干
    渉像を形成し、該撮像手段で得られる映像信号に対して
    設けた所定の大きさの２次元ウィンドウ内で該撮像手段
    で得られた映像信号を２次元座標の１つの方向に積算し
    て１次元投影積算信号を得て、次いで該１次元投影積算
    信号を直交変換により空間周波数領域に変換し、該空間
    周波数領域上で該１次元投影積算信号より該格子状マー
    クの周期性に基づく干渉像より固有に現われる空間周波
    数成分を選択し、該格子状マークの位置を検出すること
    により、該物体を所定位置に位置合わせを行う際、検出
    手段により該物体からの反射光の反射角度情報を検出
    し、該検出手段からの信号に基づいて該格子状マークの
    位置の検出を補正したことを特徴とする位置合わせ方
    法。
  10. 【請求項１０】 露光光で照明されたレチクルに形成さ
    れたパターンを投影レンズを介してウエハ面上に投影露
    光する投影露光装置において、該ウエハ面に設けた格子
    状マークを照明手段からの単色光で該投影レンズを介し
    て照明し、該格子状マークからの反射回折光を該投影レ
    ンズを通過させた後、該投影レンズに対して該格子状マ
    ークと略共役な位置に反射面を配置した反射部材で露光
    光路外に導光し、該反射回折光のうち±ｎ次光（ｎ＝
    １，２，３・・・）をストッパーにより選択的に取り出
    し、該取り出したｎ次光を用いて投影光学手段により該
    レチクルと同期のとれた撮像手段面上に干渉像を形成
    し、該撮像手段からの映像信号を用いて位置合わせ手段
    により該撮像手段で得られる映像信号に対して設けた所
    定の大きさの２次元ウィンドウ内で該撮像手段で得られ
    た映像信号を２次元座標の１つの方向に積算して１次元
    投影積算信号を得て、次いで該１次元投影積算信号を直
    交変換により空間周波数領域に変換し、該空間周波数領
    域上で該１次元投影積算信号より該格子状マークの周期
    性に基づく干渉像より固有に現われる空間周波数成分を
    選択し、該格子状マークの位置を検出することにより、
    該ウエハを所定位置に位置合わせを行っていることを特
    徴とする投影露光装置。
  11. 【請求項１１】 露光光で照明されたレチクルに形成さ
    れたパターンを投影レンズを介してウエハ面上に投影露
    光する投影露光装置において、該ウエハ面に設けた格子
    状マークを照明手段からの単色光で該投影レンズを介し
    て照明し、該格子状マークからの反射回折光を該投影レ
    ンズを通過させた後、反射部材で露光光路外に導光し、
    該反射回折光のうち±ｎ次光（ｎ＝１，２，３・・・）
    をストッパーにより選択的に取り出し、該取り出したｎ
    次光を用いて投影光学手段により該レチクルと同期のと
    れた撮像手段面上に干渉像を形成し、該撮像手段からの
    映像信号を用いて位置合わせ手段により該撮像手段で得
    られる映像信号に対して設けた所定の大きさの２次元ウ
    ィンドウ内で該撮像手段で得られた映像信号を２次元座
    標の１つの方向に積算して１次元投影積算信号を得て、
    次いで該１次元投影積算信号を直交変換により空間周波
    数領域に変換し、該空間周波数領域上で該１次元投影積
    算信号より該格子状マークの周期性に基づく干渉像より
    固有に現われる空間周波数成分を選択し、該格子状マー
    クの位置を検出することにより、該ウエハを所定位置に
    位置合わせを行う際、検出手段により該ウエハ面からの
    反射光の反射角度情報を検出し、該検出手段からの信号
    に基づいて該格子状マークの位置の検出を補正している
    ことを特徴とする投影露光装置。
  12. 【請求項１２】 物体上に設けた格子状マークを単色光
    で斜方向から照明し、該格子状マークからの反射回折光
    のうち±ｎ次光（ｎ＝１，２，３・・・）を用いて撮像
    手段面上に干渉像を形成し、該撮像手段で得られる映像
    信号に対して設けた所定の大きさの２次元ウィンドウ内
    で該撮像手段で得られた映像信号を２次元座標の１つの
    方向に積算して１次元投影積算信号を得て、次いで該１
    次元投影積算信号を直交変換により空間周波数領域に変
    換し、該空間周波数領域上で該１次元投影積算信号より
    該格子状マークの周期性に基づく干渉像より固有に現わ
    れる空間周波数成分を選択し、該格子状マークの位置を
    検出することにより、該物体を所定位置に位置合わせを
    したことを特徴とする位置合わせ方法。
  13. 【請求項１３】 露光光で照明されたレチクルに形成さ
    れたパターンを投影レンズを介してウエハ面上に投影露
    光する投影露光装置において、該ウエハ面に設けた格子
    状マークを照明手段からの単色光で該投影レンズを介し
    て斜方向から照明し、該格子状マークからの反射回折光
    を該投影レンズを通過させた後、反射部材で露光光路外
    に導光し、該反射回折光のうち±ｎ次光（ｎ＝１，２，
    ３・・・）をストッパーにより選択的に取り出し、該取
    り出したｎ次光を用いて投影光学手段により該レチクル
    と同期のとれた撮像手段面上に干渉像を形成し、該撮像
    手段からの映像信号を用いて位置合わせ手段により該撮
    像手段で得られる映像信号に対して設けた所定の大きさ
    の２次元ウィンドウ内で該撮像手段で得られた映像信号
    を２次元座標の１つの方向に積算して１次元投影積算信
    号を得て、次いで該１次元投影積算信号を直交変換によ
    り空間周波数領域に変換し、該空間周波数領域上で該１
    次元投影積算信号より該格子状マークの周期性に基づく
    干渉像より固有に現われる空間周波数成分を選択し、該
    格子状マークの位置を検出することにより、該ウエハを
    所定位置に位置合わせを行っていることを特徴とする投
    影露光装置。
JP17172292A 1992-06-04 1992-06-04 位置合わせ方法及びそれを用いた投影露光装置 Expired - Fee Related JP3216240B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17172292A JP3216240B2 (ja) 1992-06-04 1992-06-04 位置合わせ方法及びそれを用いた投影露光装置
DE69326385T DE69326385T2 (de) 1992-06-04 1993-06-03 Verfahren zur räumlichen Lagebestimmung unter Verwendung von einem optischen Interferenzsignal und einer elektronischen Filterung dieses Signals in räumlichen Frequenzbereich
EP93304328A EP0573299B1 (en) 1992-06-04 1993-06-03 Position detection method using an optical interference signal and electronic filtering of this signal in the spatial frequency domain
US08/070,904 US5594549A (en) 1992-06-04 1993-06-04 Position detecting method and projection exposure apparatus using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17172292A JP3216240B2 (ja) 1992-06-04 1992-06-04 位置合わせ方法及びそれを用いた投影露光装置

Related Child Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001103328A Division JP3368266B2 (ja) 2001-04-02 2001-04-02 投影露光装置
JP2001103329A Division JP3368267B2 (ja) 2001-04-02 2001-04-02 投影露光装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH05343291A true JPH05343291A (ja) 1993-12-24
JP3216240B2 JP3216240B2 (ja) 2001-10-09

Family

ID=15928459

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP17172292A Expired - Fee Related JP3216240B2 (ja) 1992-06-04 1992-06-04 位置合わせ方法及びそれを用いた投影露光装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5594549A (ja)
EP (1) EP0573299B1 (ja)
JP (1) JP3216240B2 (ja)
DE (1) DE69326385T2 (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6091481A (en) * 1996-08-27 2000-07-18 Canon Kabushiki Kaisha Positioning method and projection exposure apparatus using the method
US6313916B1 (en) 1997-10-28 2001-11-06 Canon Kabushiki Kaisha Position detecting system and projection exposure apparatus with the same
US6649484B2 (en) 2000-03-15 2003-11-18 Canon Kabushiki Kaisha Aligning method, exposure apparatus using this aligning method, and semiconductor device manufacturing method utilizing this exposure apparatus
JP2008532320A (ja) * 2005-03-01 2008-08-14 ケーエルエー−テンカー テクノロジィース コーポレイション ２つの回折次数による画像化に基づいたターゲット取得およびオーバレイ測定
TWI424516B (zh) * 2007-10-10 2014-01-21 Asml Netherlands Bv 放置基板之方法、傳送基板之方法、支撐系統及微影投影裝置
JP2021501905A (ja) * 2017-11-07 2021-01-21 エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． 関心対象特性を算出するメトロロジ装置及び方法

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3437352B2 (ja) * 1995-10-02 2003-08-18 キヤノン株式会社 照明光学系及び光源装置
US6658144B1 (en) * 1997-05-23 2003-12-02 Micron Technology, Inc. Diffraction tomography for monitoring latent image formation
US7369327B1 (en) * 1998-06-09 2008-05-06 Olympus Corporation Variable optical-property element and optical apparatus including the same
AU3325500A (en) * 1999-03-24 2000-10-09 Nikon Corporation Position determining device, position determining method and exposure device, exposure method and alignment determining device, and alignment determining method
WO2001001463A1 (fr) 1999-06-29 2001-01-04 Nikon Corporation Procede et appareil pour detecter un repere, procede et appareil d'exposition, procede de production du dispositif et dispositif
US20020041377A1 (en) * 2000-04-25 2002-04-11 Nikon Corporation Aerial image measurement method and unit, optical properties measurement method and unit, adjustment method of projection optical system, exposure method and apparatus, making method of exposure apparatus, and device manufacturing method
JP2003203846A (ja) * 2002-01-08 2003-07-18 Canon Inc 位置合わせ方法及びパラメータ選択方法
JP5424675B2 (ja) * 2008-03-18 2014-02-26 キヤノン株式会社 半導体装置の製造方法及び半導体装置
TWI561936B (en) * 2011-04-22 2016-12-11 Mapper Lithography Ip Bv Position determination in a lithography system using a substrate having a partially reflective position mark
US9201315B2 (en) 2011-04-22 2015-12-01 Mapper Lithography Ip B.V. Lithography system for processing a target, such as a wafer, a method for operating a lithography system for processing a target, such as a wafer and a substrate for use in such a lithography system
US9383662B2 (en) 2011-05-13 2016-07-05 Mapper Lithography Ip B.V. Lithography system for processing at least a part of a target
WO2021210052A1 (ja) * 2020-04-13 2021-10-21 株式会社ニコン 計測装置、露光装置、および計測方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6165251A (ja) * 1984-09-07 1986-04-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd 露光装置
US4795911A (en) * 1986-02-14 1989-01-03 Canon Kabushiki Kaisha Surface examining apparatus for detecting the presence of foreign particles on the surface
US4886975A (en) * 1986-02-14 1989-12-12 Canon Kabushiki Kaisha Surface examining apparatus for detecting the presence of foreign particles on two or more surfaces
JPH0723846B2 (ja) * 1986-04-02 1995-03-15 キヤノン株式会社 位置検出装置
JP2650396B2 (ja) * 1989-02-07 1997-09-03 キヤノン株式会社 位置検出装置及び位置検出方法
NL8900991A (nl) * 1989-04-20 1990-11-16 Asm Lithography Bv Apparaat voor het afbeelden van een maskerpatroon op een substraat.
JP2867065B2 (ja) * 1990-03-30 1999-03-08 キヤノン株式会社 位置検出方法
JPH03286326A (ja) * 1990-04-03 1991-12-17 Fujitsu Ltd 座標入力装置

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6091481A (en) * 1996-08-27 2000-07-18 Canon Kabushiki Kaisha Positioning method and projection exposure apparatus using the method
US6313916B1 (en) 1997-10-28 2001-11-06 Canon Kabushiki Kaisha Position detecting system and projection exposure apparatus with the same
US6649484B2 (en) 2000-03-15 2003-11-18 Canon Kabushiki Kaisha Aligning method, exposure apparatus using this aligning method, and semiconductor device manufacturing method utilizing this exposure apparatus
JP2008532320A (ja) * 2005-03-01 2008-08-14 ケーエルエー−テンカー テクノロジィース コーポレイション ２つの回折次数による画像化に基づいたターゲット取得およびオーバレイ測定
TWI424516B (zh) * 2007-10-10 2014-01-21 Asml Netherlands Bv 放置基板之方法、傳送基板之方法、支撐系統及微影投影裝置
JP2021501905A (ja) * 2017-11-07 2021-01-21 エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． 関心対象特性を算出するメトロロジ装置及び方法
US11327410B2 (en) 2017-11-07 2022-05-10 Asml Netherlands B.V. Metrology apparatus and a method of determining a characteristic of interest
JP2022186712A (ja) * 2017-11-07 2022-12-15 エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． 関心対象特性を算出するメトロロジ装置及び方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE69326385T2 (de) 2000-03-23
JP3216240B2 (ja) 2001-10-09
DE69326385D1 (de) 1999-10-21
US5594549A (en) 1997-01-14
EP0573299B1 (en) 1999-09-15
EP0573299A1 (en) 1993-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6649923B2 (en) Positional deviation detecting method and device manufacturing method using the same
JP5084558B2 (ja) 表面形状計測装置、露光装置及びデバイス製造方法
US6636311B1 (en) Alignment method and exposure apparatus using the same
US6614535B1 (en) Exposure apparatus with interferometer
JP2773147B2 (ja) 露光装置の位置合わせ装置及び方法
JP3033135B2 (ja) 投影露光装置及び方法
JP3216240B2 (ja) 位置合わせ方法及びそれを用いた投影露光装置
KR101790830B1 (ko) 간섭계, 리소그래피 장치, 및 물품 제조 방법
US6563573B1 (en) Method of evaluating imaging performance
KR20060014063A (ko) 위치 정보 계측 방법 및 장치, 그리고 노광 방법 및 장치
TW200925791A (en) Position detecting apparatus, position detecting method, exposure apparatus and device manufacturing method
US5666205A (en) Measuring method and exposure apparatus
JP2005244126A (ja) 測定装置を搭載した露光装置
JP3428829B2 (ja) 位置合わせ方法及びそれを用いた投影露光装置
JP2650396B2 (ja) 位置検出装置及び位置検出方法
JP2007180152A (ja) 測定方法及び装置、露光装置、並びに、デバイス製造方法
JP3368266B2 (ja) 投影露光装置
JP3448673B2 (ja) 投影露光装置
JP3117095B2 (ja) 投影光学系の検査方法
JPH11297615A (ja) 投影露光装置および該装置を用いた半導体デバイスの製造方法
JP3273409B2 (ja) 投影露光装置
JP3368267B2 (ja) 投影露光装置
JP2004273748A (ja) 収差測定装置
JP2006053056A (ja) 位置計測方法、位置計測装置、露光装置、及びデバイス製造方法
JP3327627B2 (ja) 露光用原板及びそれを用いた投影露光装置

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070803

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080803

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080803

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090803

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090803

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100803

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110803

Year of fee payment: 10

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees