JP3428705B2 - 位置検出装置及びそれを用いた半導体素子の製造方法 - Google Patents
位置検出装置及びそれを用いた半導体素子の製造方法Info
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- 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
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- 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)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は位置検出装置及びそれを
用いた半導体素子の製造方法に関し、例えば半導体素子
製造用の露光装置において、マスクやレチクル（以下
「マスク」という。）等の第１物体面上に形成されてい
る微細な電子回路パターンをウエハ等の第２物体面上に
露光転写する際にマスクとウエハの間隔を測定し、所定
の値に制御し、（間隔設定）更にマスクとウエハの相対
的な面内の位置決め（アライメント）を行う場合に好適
なものである。
用いた半導体素子の製造方法に関し、例えば半導体素子
製造用の露光装置において、マスクやレチクル（以下
「マスク」という。）等の第１物体面上に形成されてい
る微細な電子回路パターンをウエハ等の第２物体面上に
露光転写する際にマスクとウエハの間隔を測定し、所定
の値に制御し、（間隔設定）更にマスクとウエハの相対
的な面内の位置決め（アライメント）を行う場合に好適
なものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より半導体素子製造用の露光装置に
おいては、マスクとウエハの相対的な間隔設定及び位置
合わせは性能向上を図る為の重要な一要素となってい
る。特に最近の露光装置における間隔設定及び位置合わ
せにおいては、半導体素子の高集積化の為に、例えばサ
ブミクロン以下の精度を有するものが要求されている。
おいては、マスクとウエハの相対的な間隔設定及び位置
合わせは性能向上を図る為の重要な一要素となってい
る。特に最近の露光装置における間隔設定及び位置合わ
せにおいては、半導体素子の高集積化の為に、例えばサ
ブミクロン以下の精度を有するものが要求されている。
【０００３】その際マスクとウエハとの間隔を面間隔測
定装置等で測定し、所定の間隔となるように制御した後
に、マスク及びウエハ面上に設けた位置合わせ用の所謂
アライメントパターンより得られる位置情報を利用し
て、双方のアライメントを行っている。このときのアラ
イメント方法としては、例えば双方のアライメントパタ
ーンのずれ量を画像処理を行うことにより検出したり、
又は米国特許第４０３７９６９号や特開昭５６−１５７
０３３号公報で提案されているようにアライメントパタ
ーンとしてゾーンプレートを用い該ゾーンプレートに光
束を照射し、このときゾーンプレートから射出した光束
の所定面上における集光点位置を検出すること等により
行っている。
定装置等で測定し、所定の間隔となるように制御した後
に、マスク及びウエハ面上に設けた位置合わせ用の所謂
アライメントパターンより得られる位置情報を利用し
て、双方のアライメントを行っている。このときのアラ
イメント方法としては、例えば双方のアライメントパタ
ーンのずれ量を画像処理を行うことにより検出したり、
又は米国特許第４０３７９６９号や特開昭５６−１５７
０３３号公報で提案されているようにアライメントパタ
ーンとしてゾーンプレートを用い該ゾーンプレートに光
束を照射し、このときゾーンプレートから射出した光束
の所定面上における集光点位置を検出すること等により
行っている。
【０００４】一般にゾーンプレートを利用したアライメ
ント方法は、単なるアライメントマークを用いた方法に
比べてアライメントマークの欠損に影響されずに比較的
高精度のアライメントが出来る特長がある。
ント方法は、単なるアライメントマークを用いた方法に
比べてアライメントマークの欠損に影響されずに比較的
高精度のアライメントが出来る特長がある。
【０００５】図１３はゾーンプレートを利用した従来の
位置検出装置の概略図である。
位置検出装置の概略図である。
【０００６】同図において光源７２から射出した平行光
束はハーフミラー７４を通過後、集光レンズ７６で集光
点７８に集光された後、マスク１６８面上のマスクアラ
イメントパターン１６８ａ及び支持台１６２に載置した
ウエハ１６０面上のウエハアライメントパターン１６０
ａを照射する。これらのアライメントパターン１６８
ａ，１６０ａは反射型のゾーンプレートより構成され、
各々集光点７８を含む光軸と直交する平面上に集光点を
形成する。このときの平面上の集光点位置のずれ量を集
光レンズ７６とレンズ８０により検出面８２上に導光し
て検出している。
束はハーフミラー７４を通過後、集光レンズ７６で集光
点７８に集光された後、マスク１６８面上のマスクアラ
イメントパターン１６８ａ及び支持台１６２に載置した
ウエハ１６０面上のウエハアライメントパターン１６０
ａを照射する。これらのアライメントパターン１６８
ａ，１６０ａは反射型のゾーンプレートより構成され、
各々集光点７８を含む光軸と直交する平面上に集光点を
形成する。このときの平面上の集光点位置のずれ量を集
光レンズ７６とレンズ８０により検出面８２上に導光し
て検出している。
【０００７】そして検出器８２からの出力信号に基づい
て制御回路８４により駆動回路１６４を駆動させてマス
ク１６８をウエハ１６０の相対的な位置決めを行ってい
る。
て制御回路８４により駆動回路１６４を駆動させてマス
ク１６８をウエハ１６０の相対的な位置決めを行ってい
る。
【０００８】図１４は図１３に示したマスクアライメン
トパターン１６８ａとウエハアライメントパターン１６
０ａからの光束の結像関係を示した説明図である。
トパターン１６８ａとウエハアライメントパターン１６
０ａからの光束の結像関係を示した説明図である。
【０００９】同図において集光点７８から発散した光束
はマスクアライメントパターン１６８ａよりその一部の
光束が回折し、集光点７８近傍にマスク位置を示す集光
点７８ａを形成する。又、その他の一部の光束はマスク
１６８を０次透過光として透過し、波面を変えずにウエ
ハ１６０面上のウエハアライメントパターン１６０ａに
入射する。このとき光束はウエハアライメントパターン
１６０ａにより回折された後、再びマスク１６８を０次
透過光として透過し、集光点７８近傍に集光しウエハ位
置をあらわす集光点７８ｂを形成する。同図においては
ウエハ１６０により回折された光束が集光点を形成する
際には、マスク１６８は単なる素通し状態としての作用
をする。
はマスクアライメントパターン１６８ａよりその一部の
光束が回折し、集光点７８近傍にマスク位置を示す集光
点７８ａを形成する。又、その他の一部の光束はマスク
１６８を０次透過光として透過し、波面を変えずにウエ
ハ１６０面上のウエハアライメントパターン１６０ａに
入射する。このとき光束はウエハアライメントパターン
１６０ａにより回折された後、再びマスク１６８を０次
透過光として透過し、集光点７８近傍に集光しウエハ位
置をあらわす集光点７８ｂを形成する。同図においては
ウエハ１６０により回折された光束が集光点を形成する
際には、マスク１６８は単なる素通し状態としての作用
をする。
【００１０】このようにして形成されたウエハアライメ
ントパターン１６０ａによる集光点７８ｂの位置は、ウ
エハ１６０のマスク１６８に対するマスク・ウエハ面に
沿った方向（横方向）のずれ量Δσに応じて集光点７８
を含む光軸と直交する平面に沿って該ずれ量Δσに対応
した量のずれ量Δσ´として形成される。
ントパターン１６０ａによる集光点７８ｂの位置は、ウ
エハ１６０のマスク１６８に対するマスク・ウエハ面に
沿った方向（横方向）のずれ量Δσに応じて集光点７８
を含む光軸と直交する平面に沿って該ずれ量Δσに対応
した量のずれ量Δσ´として形成される。
【００１１】図１５は特開昭６１−１１１４０２号公報
で提案されている間隔測定装置の概略図である。同図に
おいては第１物体としてのマスクＭと第２物体としての
ウエハＷとを対向配置し、レンズＬ１によって光束をマ
スクＭとウエハＷとの間の点ＰS に集光させている。
で提案されている間隔測定装置の概略図である。同図に
おいては第１物体としてのマスクＭと第２物体としての
ウエハＷとを対向配置し、レンズＬ１によって光束をマ
スクＭとウエハＷとの間の点ＰS に集光させている。
【００１２】このとき光束はマスクＭ面上とウエハＷ面
上で各々反射し、レンズＬ２を介してスクリーンＳ面上
の点ＰW ，ＰM に収束投影されている。マスクＭとウエ
ハＷとの間隔はスクリーンＳ面上の光束の集光点ＰW ，
ＰM との間隔を検出することにより測定している。
上で各々反射し、レンズＬ２を介してスクリーンＳ面上
の点ＰW ，ＰM に収束投影されている。マスクＭとウエ
ハＷとの間隔はスクリーンＳ面上の光束の集光点ＰW ，
ＰM との間隔を検出することにより測定している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】前述した位置検出装置
や間隔測定装置は構成が全く異なる為に第１物体（マス
ク）と第２物体（ウエハ）の対向方向（間隔方向）と対
向方向に垂直方向（横方向、面内方向）の双方の相対的
位置関係を検出するには各々横方向（面内方向）の相対
位置検出装置と間隔測定装置を各々別個に設けなければ
ならなかった。
や間隔測定装置は構成が全く異なる為に第１物体（マス
ク）と第２物体（ウエハ）の対向方向（間隔方向）と対
向方向に垂直方向（横方向、面内方向）の双方の相対的
位置関係を検出するには各々横方向（面内方向）の相対
位置検出装置と間隔測定装置を各々別個に設けなければ
ならなかった。
【００１４】この為装置全体が大型化かつ複雑化してく
るという問題点があった。本発明は第１物体と第２物体
の間隔方向と面内方向の相対的位置関係を検出する際、
１つの装置により横方向の相対的な位置ずれの検出と面
間隔の検出の双方を効果的に行うことができ、装置全体
の小型化及び簡素化を図った位置検出装置及びそれを用
いた半導体素子の製造方法の提供を目的とする。
るという問題点があった。本発明は第１物体と第２物体
の間隔方向と面内方向の相対的位置関係を検出する際、
１つの装置により横方向の相対的な位置ずれの検出と面
間隔の検出の双方を効果的に行うことができ、装置全体
の小型化及び簡素化を図った位置検出装置及びそれを用
いた半導体素子の製造方法の提供を目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明の位置検
出装置は、対向配置された第１物体と第２物体の相対的
位置関係を検出する位置検出装置において、 前記第１物
体と第２物体に光束を照射する光源手段と、 前記第１物
体を透過し、前記第２物体で反射した前記光源手段によ
る第１の光束を受け、前記第１物体と第２物体の対向面
間の距離に応じて入射位置が変化する前記第１の光束を
検出する第１の光検出手段と、 前記第１物体を透過し、
前記第２物体で反射した前記光源手段による第２の光束
を受け、前記第１物体と第２物体の対向面に沿った方向
の相対位置に応じて入射位置が変化する第２の光束を検
出する第２の光検出手段と、を有し、 前記第１の光検出
手段からの出力により第１物体と第２物体間の距離を求
め、 前記第１の光検出手段からの出力と前記第２光検出
手段からの出力を用いて、第１物体と第２物体の対向面
に沿った方向の相対位置を求めることを特徴としてい
る。
出装置は、対向配置された第１物体と第２物体の相対的
位置関係を検出する位置検出装置において、 前記第１物
体と第２物体に光束を照射する光源手段と、 前記第１物
体を透過し、前記第２物体で反射した前記光源手段によ
る第１の光束を受け、前記第１物体と第２物体の対向面
間の距離に応じて入射位置が変化する前記第１の光束を
検出する第１の光検出手段と、 前記第１物体を透過し、
前記第２物体で反射した前記光源手段による第２の光束
を受け、前記第１物体と第２物体の対向面に沿った方向
の相対位置に応じて入射位置が変化する第２の光束を検
出する第２の光検出手段と、を有し、 前記第１の光検出
手段からの出力により第１物体と第２物体間の距離を求
め、 前記第１の光検出手段からの出力と前記第２光検出
手段からの出力を用いて、第１物体と第２物体の対向面
に沿った方向の相対位置を求めることを特徴としてい
る。
【００１６】請求項２の発明は請求項１の発明におい
て、 前記第１物体及び前記第２物体は回折効果を持つ物
理光学素子部を有することを特徴としている。 請求項３
の発明は請求項２の発明において、 前記第１の物体に設
けられた物理光学素子は複数の特性の異なる第１、第２
の回折部を有することを特徴としている。 請求項４の発
明は請求項３の発明において、 前記第１の光束は第１物
体の第１の回折部を透過し回折された後に、前記第２物
体で反射され、更に前記第１物体の第２の回折部を透過
して回折されることを特徴としている。 請求項５の発明
は請求項１から４のいずれか１項の発明において、 前記
第１の光束は複数の光束であり、前記第１の光検出手段
にて受光された前記複数の光束の間隔を検知することに
より前記第１物体、第２物体間の距離を求めることを特
徴としている。 請求項６の発明は請求項１から５のいず
れか１項の発明において、 前記第１物体は半導体製造用
のマスクであり、前記第２物体は半導体製造用のウエハ
であることを特徴としている。
て、 前記第１物体及び前記第２物体は回折効果を持つ物
理光学素子部を有することを特徴としている。 請求項３
の発明は請求項２の発明において、 前記第１の物体に設
けられた物理光学素子は複数の特性の異なる第１、第２
の回折部を有することを特徴としている。 請求項４の発
明は請求項３の発明において、 前記第１の光束は第１物
体の第１の回折部を透過し回折された後に、前記第２物
体で反射され、更に前記第１物体の第２の回折部を透過
して回折されることを特徴としている。 請求項５の発明
は請求項１から４のいずれか１項の発明において、 前記
第１の光束は複数の光束であり、前記第１の光検出手段
にて受光された前記複数の光束の間隔を検知することに
より前記第１物体、第２物体間の距離を求めることを特
徴としている。 請求項６の発明は請求項１から５のいず
れか１項の発明において、 前記第１物体は半導体製造用
のマスクであり、前記第２物体は半導体製造用のウエハ
であることを特徴としている。
【００１７】請求項７の発明の半導体露光装置は、 請求
項１〜６いずれか１項に記載の位置検出装置を有するこ
とを特徴としている。
項１〜６いずれか１項に記載の位置検出装置を有するこ
とを特徴としている。
【００１８】請求項８の発明の半導体素子の製造方法
は、 マスクとウエハとの相対的な位置検出を行った後
に、マスク面上のパターンをウエハ面に転写し、該ウエ
ハを現像処理工程を介して半導体素子を製造する際、該
マスク面上に物理光学素子より成るＡＡマークと複数の
ＡＦマークを設け、該ウエハ面上に物理光学素子より成
るＡＡマークを設け、該マスク面上の複数のＡＦマーク
で回折し、該ウエハ面で反射し、該マスク面上の複数の
ＡＦマークで回折した光束のうち、マスクとウエハの面
間隔に応じて所定面上への入射位置の相対関係が変化す
る２光束の位置情報を第１の光検出手段で検出すること
によりマスク面とウエハ面間の距離の検出を行うと共
に、該マスク面上のＡＡマークと該ウエハ面上のＡＡマ
ークで回折した光束の所定面上の位置情報を該第２の光
検出手段で検出し、該第１の光検出手段からの信号と前
記第２の光検出手段からの信号を用いて該マスクとウエ
ハとの相対的な位置ずれの検出を行った工程を介してい
ることを特徴としている。
は、 マスクとウエハとの相対的な位置検出を行った後
に、マスク面上のパターンをウエハ面に転写し、該ウエ
ハを現像処理工程を介して半導体素子を製造する際、該
マスク面上に物理光学素子より成るＡＡマークと複数の
ＡＦマークを設け、該ウエハ面上に物理光学素子より成
るＡＡマークを設け、該マスク面上の複数のＡＦマーク
で回折し、該ウエハ面で反射し、該マスク面上の複数の
ＡＦマークで回折した光束のうち、マスクとウエハの面
間隔に応じて所定面上への入射位置の相対関係が変化す
る２光束の位置情報を第１の光検出手段で検出すること
によりマスク面とウエハ面間の距離の検出を行うと共
に、該マスク面上のＡＡマークと該ウエハ面上のＡＡマ
ークで回折した光束の所定面上の位置情報を該第２の光
検出手段で検出し、該第１の光検出手段からの信号と前
記第２の光検出手段からの信号を用いて該マスクとウエ
ハとの相対的な位置ずれの検出を行った工程を介してい
ることを特徴としている。
【００１９】請求項９の発明の半導体デバイスは、マス
クとウエハとの相対的な位置検出を行った後に、マスク
面上のパターンをウエハ面に転写し、該ウエハを現像処
理工程を介して得られる半導体デバイスであって、該マ
スク面上に物理光学素子より成るＡＡマークと複数のＡ
Ｆマークを設け、該ウエハ面上に物理光学素子より成る
ＡＡマークを設け、該マスク面上の複数のＡＦマークで
回折し、該ウエハ面で反射し、該マスク面上の複数のＡ
Ｆマークで回折した光束のうち、マスクとウエハの面間
隔に応じて所定面上への入射位置の相対関係が変化する
２光束の位置情報を第１の光検出手段で検出することに
よりマスクとウエハ面間隔を検知すると共に、該マスク
面上のＡＡマークと該ウエハ面上のＡＡマークで回折し
た光束の所定面上の位置情報を第２の光検出手段で検出
し、該第２の光検出手段からの信号と前記第１の光検出
手段の信号を用いて該マスクとウエハとの相対的な位置
ずれの検出を行った工程を介して製造したことを特徴と
している。
クとウエハとの相対的な位置検出を行った後に、マスク
面上のパターンをウエハ面に転写し、該ウエハを現像処
理工程を介して得られる半導体デバイスであって、該マ
スク面上に物理光学素子より成るＡＡマークと複数のＡ
Ｆマークを設け、該ウエハ面上に物理光学素子より成る
ＡＡマークを設け、該マスク面上の複数のＡＦマークで
回折し、該ウエハ面で反射し、該マスク面上の複数のＡ
Ｆマークで回折した光束のうち、マスクとウエハの面間
隔に応じて所定面上への入射位置の相対関係が変化する
２光束の位置情報を第１の光検出手段で検出することに
よりマスクとウエハ面間隔を検知すると共に、該マスク
面上のＡＡマークと該ウエハ面上のＡＡマークで回折し
た光束の所定面上の位置情報を第２の光検出手段で検出
し、該第２の光検出手段からの信号と前記第１の光検出
手段の信号を用いて該マスクとウエハとの相対的な位置
ずれの検出を行った工程を介して製造したことを特徴と
している。
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【実施例】図１は本発明の実施例１の要部斜視図、図２
は図１の一部分の拡大説明図、図３，図４は本発明にお
いて第１物体と第２物体との間隔を検出するときの間隔
検出手段の原理説明図である。図５は本発明において第
１物体と第２物体との面内方向のずれ（横ずれ）を検出
するときの位置検出手段の原理説明図である。図６は図
１のセンサ３８面上でのスポットの説明図である。
は図１の一部分の拡大説明図、図３，図４は本発明にお
いて第１物体と第２物体との間隔を検出するときの間隔
検出手段の原理説明図である。図５は本発明において第
１物体と第２物体との面内方向のずれ（横ずれ）を検出
するときの位置検出手段の原理説明図である。図６は図
１のセンサ３８面上でのスポットの説明図である。
【００２３】本実施例ではプロキシミティ型の半導体素
子製造用の露光装置に適用した場合を示している。
子製造用の露光装置に適用した場合を示している。
【００２４】図１，図２において、２は第１物体として
のマスクであり、その面上には電子回路パターンが形成
されている。３は第２物体としてのウエハである。４，
４´，５，５´，４１はマスク２面上に設けた物理光学
素子より成るアライメントマーク、４２はウエハ３面上
に設けた物理光学素子より成るアライメントマークであ
る。物理光学素子４，４´，５，５´はマスク２とウエ
ハ３との間隔検出用のアライメントマーク（ＡＦマー
ク）であり、物理光学素子４１，４２はマスク２とウエ
ハ３との面内方向検出用、所謂横ずれ検出用のアライメ
ントマーク（ＡＡマーク）である。
のマスクであり、その面上には電子回路パターンが形成
されている。３は第２物体としてのウエハである。４，
４´，５，５´，４１はマスク２面上に設けた物理光学
素子より成るアライメントマーク、４２はウエハ３面上
に設けた物理光学素子より成るアライメントマークであ
る。物理光学素子４，４´，５，５´はマスク２とウエ
ハ３との間隔検出用のアライメントマーク（ＡＦマー
ク）であり、物理光学素子４１，４２はマスク２とウエ
ハ３との面内方向検出用、所謂横ずれ検出用のアライメ
ントマーク（ＡＡマーク）である。
【００２５】本実施例における物理光学素子は、１次元
又は２次元のレンズ作用をするグレーティングレンズや
フレネルゾーンプレート又はレンズ作用のない回折格子
等より成っている。
又は２次元のレンズ作用をするグレーティングレンズや
フレネルゾーンプレート又はレンズ作用のない回折格子
等より成っている。
【００２６】７２はレーザ光源であり、指向性の良い、
可干渉性の光束５０を放射している。１３２はコリメー
タレンズである。３３は投光レンズであり、レーザ光源
７２からのレーザ光５０をミラー３４とフィルター３５
を介してマスク２面上のアライメントマークに投光して
いる。３８は検出部であり、例えばＣＣＤ等のラインセ
ンサから成っている。３６は受光レンズでありマスク２
面側からの光束５１，５２，５３を集光し、検出部３８
に導光している。
可干渉性の光束５０を放射している。１３２はコリメー
タレンズである。３３は投光レンズであり、レーザ光源
７２からのレーザ光５０をミラー３４とフィルター３５
を介してマスク２面上のアライメントマークに投光して
いる。３８は検出部であり、例えばＣＣＤ等のラインセ
ンサから成っている。３６は受光レンズでありマスク２
面側からの光束５１，５２，５３を集光し、検出部３８
に導光している。
【００２７】尚、図２において、光束５１（５２）は光
束５０がマスク２面上の第１の物理光学素子４（４´）
で回折し、ウエハ３で反射し、マスク２面上の第２の物
理光学素子５（５´）で回折した光束である。光束５３
は光束５０がマスク２面上の物理光学素子４１とウエハ
３面上の物理光学素子４２で光学作用を受けた光束であ
る。
束５０がマスク２面上の第１の物理光学素子４（４´）
で回折し、ウエハ３で反射し、マスク２面上の第２の物
理光学素子５（５´）で回折した光束である。光束５３
は光束５０がマスク２面上の物理光学素子４１とウエハ
３面上の物理光学素子４２で光学作用を受けた光束であ
る。
【００２８】まず本実施例において、マスク２とウエハ
３の間隔を検出する検出原理について図３，図４を用い
て説明する。図３は光源ＬＤからの光束が２つの受光手
段８，８´に入射するまでの光路を２系統について、便
宜上、分離して示している。
３の間隔を検出する検出原理について図３，図４を用い
て説明する。図３は光源ＬＤからの光束が２つの受光手
段８，８´に入射するまでの光路を２系統について、便
宜上、分離して示している。
【００２９】図３において１，１´は例えばＨｅ−Ｎｅ
レーザや半導体レーザ等の光源ＬＤからの光束、２，２
´は第１物体で例えばマスク、３，３´は第２物体で例
えばウエハであり、マスク２とウエハ３は図２に示すよ
うに間隔ｄ0 を隔てて対向配置されている。４と４´，
５と５´は各々マスク２面上の一部に設けた第１，第２
物理光学素子（ＡＦマーク）である。７，７´は集光レ
ンズであり、その焦点距離はｆｓである。
レーザや半導体レーザ等の光源ＬＤからの光束、２，２
´は第１物体で例えばマスク、３，３´は第２物体で例
えばウエハであり、マスク２とウエハ３は図２に示すよ
うに間隔ｄ0 を隔てて対向配置されている。４と４´，
５と５´は各々マスク２面上の一部に設けた第１，第２
物理光学素子（ＡＦマーク）である。７，７´は集光レ
ンズであり、その焦点距離はｆｓである。
【００３０】８，８´は受光手段（センサ）で集光レン
ズ７，７´の焦点位置に配置されており、ラインセンサ
やＰＳＤ等から成り、入射光束のセンサ面内での重心位
置を検出している。ここで光束の重心とは光束断面内に
おいて、断面内各点のその点からの位置ベクトルにその
点の光強度を乗算したものを断面全面で積分したときに
積分値が０ベクトルになる点のことであるが、別な例と
して光強度がピークとなる点の位置を検出してもよい。
ズ７，７´の焦点位置に配置されており、ラインセンサ
やＰＳＤ等から成り、入射光束のセンサ面内での重心位
置を検出している。ここで光束の重心とは光束断面内に
おいて、断面内各点のその点からの位置ベクトルにその
点の光強度を乗算したものを断面全面で積分したときに
積分値が０ベクトルになる点のことであるが、別な例と
して光強度がピークとなる点の位置を検出してもよい。
【００３１】９は信号処理回路であり、受光手段８，８
´からの信号を用いて受光手段８，８´面上に入射した
光束の重心位置を求め、後述するようにマスク２とウエ
ハ３との間隔ｄ0 を演算し求めている。１０は光ピック
アップであり、集光レンズ７や受光手段８、そして必要
に応じて信号処理回路９を有しており、マスク２やウエ
ハ３とは相対的に移動可能となっている。
´からの信号を用いて受光手段８，８´面上に入射した
光束の重心位置を求め、後述するようにマスク２とウエ
ハ３との間隔ｄ0 を演算し求めている。１０は光ピック
アップであり、集光レンズ７や受光手段８、そして必要
に応じて信号処理回路９を有しており、マスク２やウエ
ハ３とは相対的に移動可能となっている。
【００３２】図３に示す上下２系統の測定系は、紙面上
両系の投光系の光軸から等距離にある直線に関し対称な
系を構成する。本実施例では構成がほぼ同一なので、以
下図３の下の系を中心に詳説する。
両系の投光系の光軸から等距離にある直線に関し対称な
系を構成する。本実施例では構成がほぼ同一なので、以
下図３の下の系を中心に詳説する。
【００３３】本実施例においては半導体レーザＬＤから
の光束１（波長λ＝８３０ｎｍ）をマスク２面上の第１
の物理光学素子（以下、「第１のＦＺＰ」と略記する）
４面上の点Ａに垂直に入射させている。そして第１のＦ
ＺＰ４からの角度θ1 で回折する所定次数の回折光をウ
エハ３面上の点Ｂ（Ｃ）で反射させている。このうち反
射光３１はウエハ３がマスク２に近い位置Ｐ１に位置し
ているときの反射光、反射光３２はウエハ３が位置Ｐ１
から距離ｄG だけ変位した位置Ｐ２にあるときの反射光
である。
の光束１（波長λ＝８３０ｎｍ）をマスク２面上の第１
の物理光学素子（以下、「第１のＦＺＰ」と略記する）
４面上の点Ａに垂直に入射させている。そして第１のＦ
ＺＰ４からの角度θ1 で回折する所定次数の回折光をウ
エハ３面上の点Ｂ（Ｃ）で反射させている。このうち反
射光３１はウエハ３がマスク２に近い位置Ｐ１に位置し
ているときの反射光、反射光３２はウエハ３が位置Ｐ１
から距離ｄG だけ変位した位置Ｐ２にあるときの反射光
である。
【００３４】次いでウエハ３からの反射光を第１物体２
面上の第２の物理光学素子５（第２のＦＺＰ５）面上の
点Ｄ（位置Ｐ２のときはＥ）に入射させている。尚、第
２のＦＺＰ５は入射光束の入射位置に応じて出射回折光
の射出角を変化させる光学作用を有している。そして第
２のＦＺＰ５から角度θ2 で回折した所定次数の回折光
６１（位置Ｐ２のときは６２）を集光レンズ７を介して
受光手段８面上に導光している。そして、このときの受
光手段８面上における回折光６１（位置Ｐ２のときは６
２）の重心位置を用いてマスク２とウエハ３との間隔を
演算し求めている。
面上の第２の物理光学素子５（第２のＦＺＰ５）面上の
点Ｄ（位置Ｐ２のときはＥ）に入射させている。尚、第
２のＦＺＰ５は入射光束の入射位置に応じて出射回折光
の射出角を変化させる光学作用を有している。そして第
２のＦＺＰ５から角度θ2 で回折した所定次数の回折光
６１（位置Ｐ２のときは６２）を集光レンズ７を介して
受光手段８面上に導光している。そして、このときの受
光手段８面上における回折光６１（位置Ｐ２のときは６
２）の重心位置を用いてマスク２とウエハ３との間隔を
演算し求めている。
【００３５】本実施例ではマスク２面上に設けた第１，
第２のＦＺＰ４，５は予め設定された既知のピッチで構
成されており、それらに入射した光束の所定次数（例え
ば±１次）の回折光の第１のＦＺＰ４における回折角度
θ1 及び第２のＦＺＰ５の所定入射位置における回折角
度θ2 は予め求められている。
第２のＦＺＰ４，５は予め設定された既知のピッチで構
成されており、それらに入射した光束の所定次数（例え
ば±１次）の回折光の第１のＦＺＰ４における回折角度
θ1 及び第２のＦＺＰ５の所定入射位置における回折角
度θ2 は予め求められている。
【００３６】次に、図４に示す光路図を用いて、マスク
２とウエハ３との間隔を求める方法について説明する。
２とウエハ３との間隔を求める方法について説明する。
【００３７】図４において、入射光１はマスク２上の入
射側の第１物理光学素子４に入射し、点Ａで−θ1 方向
へ回折される。今、ウエハ３ｇ0 がマスク２からギャッ
プｇ0 の位置にあったとき、上記回折光は点Ｃで反射さ
れ、再びマスク面２上の出射側の第２物理光学素子５上
の点Ｅで回折され、受光系の光軸方向へ進むように各要
素を配置している。即ち、距離ｆM の点Ｆを通るように
点Ｅから点Ａの間隔−ｄを設定する。
射側の第１物理光学素子４に入射し、点Ａで−θ1 方向
へ回折される。今、ウエハ３ｇ0 がマスク２からギャッ
プｇ0 の位置にあったとき、上記回折光は点Ｃで反射さ
れ、再びマスク面２上の出射側の第２物理光学素子５上
の点Ｅで回折され、受光系の光軸方向へ進むように各要
素を配置している。即ち、距離ｆM の点Ｆを通るように
点Ｅから点Ａの間隔−ｄを設定する。
【００３８】また、マスク２とウエハ３ｇとの間のギャ
ップが任意の間隔ｇのときは点Ｂで反射され、間隔ｇの
ときは常に物理光学素子５の点Ｄと点Ｆを通るように回
折される光６１となる。さらにウエハ３ｇが点Ｂでβだ
け傾いてウエハ３βとなったとして、点Ｂで反射され物
理光学素子５の点Ｄβで回折され点Ｆβを通る回折光６
１βになったとすれば、以下に示す関係式が成立し、物
理光学素子５を出射する光の受光系の光軸とのなす角θ
2βはギャップｇ0，ｇ、入射側の第１物理光学素子４の
出射角−θ1、出射側の第２物理光学素子５の焦点距離
ｆM及びウエハ３βの傾きβで決められる。
ップが任意の間隔ｇのときは点Ｂで反射され、間隔ｇの
ときは常に物理光学素子５の点Ｄと点Ｆを通るように回
折される光６１となる。さらにウエハ３ｇが点Ｂでβだ
け傾いてウエハ３βとなったとして、点Ｂで反射され物
理光学素子５の点Ｄβで回折され点Ｆβを通る回折光６
１βになったとすれば、以下に示す関係式が成立し、物
理光学素子５を出射する光の受光系の光軸とのなす角θ
2βはギャップｇ0，ｇ、入射側の第１物理光学素子４の
出射角−θ1、出射側の第２物理光学素子５の焦点距離
ｆM及びウエハ３βの傾きβで決められる。
【００３９】角度及び長さの向きを図のようにとると、
【００４０】
【数１】
また、傾きによる点Ｅにおける入出射角の変化は、
２β´＝ｃｏｓθ1 ２β ・・・・・・・・・・(3)
一方、ｄ＝−２ｇ0 ｔａｎθ1
よって、
ｄM2＝ｄ＋２ｇtan θ1 ＝２（ｇ−ｇ0 ）tan θ1 ・・・・・・・・・・・・(4)
以上(1),(2),(3),(4) よりｔａｎθ2 βを求めると、
【００４１】
【数２】
となる。
【００４２】ここでセンサ８面上のスポットの動きをＳ
1 を考えると、
1 を考えると、
【００４３】
【数３】
になる。
【００４４】同様に図３の上の系によるセンサ８´上の
スポットの動きＳ１´は
スポットの動きＳ１´は
【００４５】
【数４】
となる。
【００４６】この場合の変動量ΔＳには各センサ８，
８′毎に前述のように求めた基準位置からのそれぞれの
重心位置のずれ量同士の差が代入されて間隔が求められ
る。ここで、例えばｆS ＝３０ｍｍ，ｆM ＝１ｍｍ，ta
n θ1 ＝１とすれば、θ＝１２０倍となり、原理的に
０．００２５μｍの分解能でマスク２とウエハ３の間隔
を測定することができる。
８′毎に前述のように求めた基準位置からのそれぞれの
重心位置のずれ量同士の差が代入されて間隔が求められ
る。ここで、例えばｆS ＝３０ｍｍ，ｆM ＝１ｍｍ，ta
n θ1 ＝１とすれば、θ＝１２０倍となり、原理的に
０．００２５μｍの分解能でマスク２とウエハ３の間隔
を測定することができる。
【００４７】またウエハの傾きβに対する影響（エラー
ギャップ量ε′ｇ）は特開平２−１６７４１３号公報で
提案しているように、充分小さく無視しても良いことが
わかる。このような２系統の光学系によるスポットの動
き量の差はマスクとウエハの間隔の変動に対応し、ウエ
ハの傾きにはほとんど影響されないので、このスポット
の動き量の差を見ることで、本実施例ではギャップ変動
の測定を高精度に行なっている。
ギャップ量ε′ｇ）は特開平２−１６７４１３号公報で
提案しているように、充分小さく無視しても良いことが
わかる。このような２系統の光学系によるスポットの動
き量の差はマスクとウエハの間隔の変動に対応し、ウエ
ハの傾きにはほとんど影響されないので、このスポット
の動き量の差を見ることで、本実施例ではギャップ変動
の測定を高精度に行なっている。
【００４８】次に、図５を用いて、マスク２とウエハ３
の対向方向に垂直な方向のずれ量（横ずれ量）を検出す
る測定方法について説明する。
の対向方向に垂直な方向のずれ量（横ずれ量）を検出す
る測定方法について説明する。
【００４９】図５において、Ｈｅ−ＮｅレーザやＬＤ等
の光源７２からの光束はコリメータレンズ１３２で平行
光束となり、マスク２上の物理光学素子（ＡＡマーク）
４１とウエハ３上の物理光学素子（ＡＡマーク）４２を
介し、レンズ３６によりセンサ３８に結像している。図
５では説明上、物理光学素子４１，４２を共に透過型と
したが、物理光学素子４２は反射型である。
の光源７２からの光束はコリメータレンズ１３２で平行
光束となり、マスク２上の物理光学素子（ＡＡマーク）
４１とウエハ３上の物理光学素子（ＡＡマーク）４２を
介し、レンズ３６によりセンサ３８に結像している。図
５では説明上、物理光学素子４１，４２を共に透過型と
したが、物理光学素子４２は反射型である。
【００５０】ここで、マスク２とウエハ３の間にｙ方向
（横ずれ方向）へ基準位置からΔσずれが生じると、そ
のずれ量Δσに応じて光源７２からの光束のセンサ３８
の受光面での結像位置がΔδだけ変位する。ここでマス
ク２とウエハ３の間隔をｄ、マスク２と点ｆ１との距離
（物理光学素子４１が凸レンズとして、その焦点距離）
をａｗ、そして物理光学素子４１，４２（物理光学素子
４２は凹レンズ作用をする。）を介した後の焦点位置ｆ
２とマスク２との距離をｂｗとすると、変化量Δδは、 Δδ＝｛１−ｂｗ／（ａｗ−ｄ）｝・Δσ・（−ｓ１／ｓ２） ・・・・(9) となる。
（横ずれ方向）へ基準位置からΔσずれが生じると、そ
のずれ量Δσに応じて光源７２からの光束のセンサ３８
の受光面での結像位置がΔδだけ変位する。ここでマス
ク２とウエハ３の間隔をｄ、マスク２と点ｆ１との距離
（物理光学素子４１が凸レンズとして、その焦点距離）
をａｗ、そして物理光学素子４１，４２（物理光学素子
４２は凹レンズ作用をする。）を介した後の焦点位置ｆ
２とマスク２との距離をｂｗとすると、変化量Δδは、 Δδ＝｛１−ｂｗ／（ａｗ−ｄ）｝・Δσ・（−ｓ１／ｓ２） ・・・・(9) となる。
【００５１】ここで、ｓ１はレンズ３６の物体距離、ｓ
２はレンズ３６の像距離である。今、マスク２とウエハ
３の間隔ｄを３０μｍ、物理光学素子４１の焦点距離ａ
ｗを２１４．７μｍ、マスク２と点ｆ２の距離ｂｗを１
８．７ｍｍ、レンズ３６を等倍の結像レンズとすると、
(9) 式は、 Δδ＝−１００・Δσ ・・・・・・・・(10) となり、センサ３８上でのビームスポットの重心位置
は、マスク２とウエハ３の横ずれ量Δσに対し１００倍
の感度で変位する。センサ３８の分解能が０．１μｍで
あるとすれば横ずれ量Δσは０．００１μｍの位置分解
能となる。
２はレンズ３６の像距離である。今、マスク２とウエハ
３の間隔ｄを３０μｍ、物理光学素子４１の焦点距離ａ
ｗを２１４．７μｍ、マスク２と点ｆ２の距離ｂｗを１
８．７ｍｍ、レンズ３６を等倍の結像レンズとすると、
(9) 式は、 Δδ＝−１００・Δσ ・・・・・・・・(10) となり、センサ３８上でのビームスポットの重心位置
は、マスク２とウエハ３の横ずれ量Δσに対し１００倍
の感度で変位する。センサ３８の分解能が０．１μｍで
あるとすれば横ずれ量Δσは０．００１μｍの位置分解
能となる。
【００５２】次に、図６を用いて、マスク２とウエハ３
の横ずれ量の求め方を説明する。図６はセンサ３８の受
光面の拡大図である。センサ３８には受光面３８
（ａ），３８（ｂ）があり、受光面３８（ａ）には回折
光５３（図２参照）のビームスポット５６が結像されて
おり、受光面３８（ｂ）には回折光５１，５２（図２参
照）のビームスポット５４，５５が結像されている。ま
ず最初に、ビームスポット５４，５５の重心位置（また
は、ピーク光量位置）の間隔ｄ1の中点ｃを求める。次
にビームスポット５６の重心位置（または、ピーク光量
位置）と点ｃの間隔ｄ2を求める。この間隔ｄ2がマスク
１とウエハ２の横ずれ量に相当する測定値である。
の横ずれ量の求め方を説明する。図６はセンサ３８の受
光面の拡大図である。センサ３８には受光面３８
（ａ），３８（ｂ）があり、受光面３８（ａ）には回折
光５３（図２参照）のビームスポット５６が結像されて
おり、受光面３８（ｂ）には回折光５１，５２（図２参
照）のビームスポット５４，５５が結像されている。ま
ず最初に、ビームスポット５４，５５の重心位置（また
は、ピーク光量位置）の間隔ｄ1の中点ｃを求める。次
にビームスポット５６の重心位置（または、ピーク光量
位置）と点ｃの間隔ｄ2を求める。この間隔ｄ2がマスク
１とウエハ２の横ずれ量に相当する測定値である。
【００５３】またウエハ３に傾きが生じた場合、ビーム
スポット５４，５５，５６の重心位置は、シミュレーシ
ョンにより同方向に同量移動することが判明しており、
ギャップ測定用のビームスポット５４，５５の中点ｃを
マスク２、ウエハ３の横ずれ量を求める際の基準点に利
用すれば、この基準点位置がギャップ変動によらず一定
であるので安定した測定が可能である。本実施例におい
ては間隔ｄ1の中点を利用したが、間隔ｄ1をｍ：ｎに分
割する点を用いても良い。
スポット５４，５５，５６の重心位置は、シミュレーシ
ョンにより同方向に同量移動することが判明しており、
ギャップ測定用のビームスポット５４，５５の中点ｃを
マスク２、ウエハ３の横ずれ量を求める際の基準点に利
用すれば、この基準点位置がギャップ変動によらず一定
であるので安定した測定が可能である。本実施例におい
ては間隔ｄ1の中点を利用したが、間隔ｄ1をｍ：ｎに分
割する点を用いても良い。
【００５４】本実施例では以上のようにして、マスク２
とウエハ３との間隔測定及び横ずれ測定を行ない、これ
らの測定結果に基づいてマスク２とウエハ３との位置合
わせ（アライメント）を行っている。
とウエハ３との間隔測定及び横ずれ測定を行ない、これ
らの測定結果に基づいてマスク２とウエハ３との位置合
わせ（アライメント）を行っている。
【００５５】図７は本発明の実施例２の要部概略図であ
る。
る。
【００５６】本実施例は実施例１で行っているマスク２
とウエハ３の間隔を測定する為に、回折光のビームスポ
ットの重心位置変化を測定する代わりに、回折光の光量
変化を検出し測定を行っている点が実施例１と異なって
おり、その他の構成はほぼ同じである。
とウエハ３の間隔を測定する為に、回折光のビームスポ
ットの重心位置変化を測定する代わりに、回折光の光量
変化を検出し測定を行っている点が実施例１と異なって
おり、その他の構成はほぼ同じである。
【００５７】図７において、マスク２とウエハ３上にあ
る物理光学素子４，４′，５，５′，４１，４２（パワ
ー配置は実施例１と同様）に対し、光源からの照射光５
０が各々照射され、それぞれの物理光学素子からの回折
光５１，５２，５３が得られるまでは実施例１と同様で
ある。
る物理光学素子４，４′，５，５′，４１，４２（パワ
ー配置は実施例１と同様）に対し、光源からの照射光５
０が各々照射され、それぞれの物理光学素子からの回折
光５１，５２，５３が得られるまでは実施例１と同様で
ある。
【００５８】本実施例では図７に示すように、回折光５
１，５２，５３は結像レンズ（不図示）によりセンサ５
７，５８，５９に結像される。また、回折光５１，５２
はナイフエッジ９０，９１により光束の一部をカットさ
れた状態でセンサ５７，５８に結像される。センサ５
７，５８は光量を検出するセンサより成っている。
１，５２，５３は結像レンズ（不図示）によりセンサ５
７，５８，５９に結像される。また、回折光５１，５２
はナイフエッジ９０，９１により光束の一部をカットさ
れた状態でセンサ５７，５８に結像される。センサ５
７，５８は光量を検出するセンサより成っている。
【００５９】図８はセンサ５７，５８面上へ回折光５
１，５２が入射した時の説明図である。図９は本実施例
において間隔検出を行う時のフローチャートである。
１，５２が入射した時の説明図である。図９は本実施例
において間隔検出を行う時のフローチャートである。
【００６０】次に、図８，図９を用いて、センサ５７，
５８面上での光量変化を検出し、マスク２とウエハ３の
間隔を測定する方法について述べる。
５８面上での光量変化を検出し、マスク２とウエハ３の
間隔を測定する方法について述べる。
【００６１】図８のセンサ５７，５８の受光面のうち、
センサ５７の受光面には回折光５１のビームスポット９
２、センサ５８の受光面には回折光５２のビームスポッ
ト９３が形成されている。ビームスポット９２，９３が
円形でないのはナイフエッジ９０，９１により回折光５
１，５２の一部がカットされているからである。センサ
５７，５８からはビーム形状に応じた光量値が出力され
る。ここでマスク２とウエハ３の間隔をｄ0とした時の
センサ５７，５８の出力値をＬ１，Ｌ２とする。
センサ５７の受光面には回折光５１のビームスポット９
２、センサ５８の受光面には回折光５２のビームスポッ
ト９３が形成されている。ビームスポット９２，９３が
円形でないのはナイフエッジ９０，９１により回折光５
１，５２の一部がカットされているからである。センサ
５７，５８からはビーム形状に応じた光量値が出力され
る。ここでマスク２とウエハ３の間隔をｄ0とした時の
センサ５７，５８の出力値をＬ１，Ｌ２とする。
【００６２】次にマスク２とウエハ３の間隔がΔｄ変化
したとすると回折光５１，５２の光路が変化し、ナイフ
エッジ９０，９１との相対位置も変化し、センサ５７，
５８上のビームスポット形状も変化する。
したとすると回折光５１，５２の光路が変化し、ナイフ
エッジ９０，９１との相対位置も変化し、センサ５７，
５８上のビームスポット形状も変化する。
【００６３】９４，９５はこのときのセンサ５７，５８
上のビームスポットである。各センサ５７，５８からの
出力値をＬ１′，Ｌ２′とする。マスク２とウエハ３の
間隔がｄ0の時のセンサ出力値Ｌ１，Ｌ２と、間隔がｄ0
＋Δｄになった時のセンサ出力値Ｌ１′，Ｌ２′からそ
の光量値の変化分を測定し、予め測定しておいた光量変
化に対するマスク２とウエハ３の間隔変化量のデータと
の比較を行い、これによりマスク２とウエハ３の間隔を
測定している。
上のビームスポットである。各センサ５７，５８からの
出力値をＬ１′，Ｌ２′とする。マスク２とウエハ３の
間隔がｄ0の時のセンサ出力値Ｌ１，Ｌ２と、間隔がｄ0
＋Δｄになった時のセンサ出力値Ｌ１′，Ｌ２′からそ
の光量値の変化分を測定し、予め測定しておいた光量変
化に対するマスク２とウエハ３の間隔変化量のデータと
の比較を行い、これによりマスク２とウエハ３の間隔を
測定している。
【００６４】一方、これらの光量変化量からウエハ３の
ティルト量Δβを算出し、センサ５９で得られた回折光
５３の重心位置より、ウエハ２とマスク３の横ずれ量Ｘ
を求めている。
ティルト量Δβを算出し、センサ５９で得られた回折光
５３の重心位置より、ウエハ２とマスク３の横ずれ量Ｘ
を求めている。
【００６５】図９に間隔測定値と横ずれ測定値を求める
方法の流れ図を示している。図９において、工程９２の
測定開始時点では、マスク２とウエハ３の間隔ｄ0、ウ
エハ３のティルト量β0は予め精度の保証された測定器
により測定を行い、それぞれの初期値は既知である。マ
スク２とウエハ３の所望の間隔で、且つ横ずれ量なしの
場合の回折光５３のスポット重心位置Ｐ０の値は、実際
の露光焼き付けにより求めておく。よって、検出する間
隔及び横ずれ量は、初期値からの相対ずれ量である。
方法の流れ図を示している。図９において、工程９２の
測定開始時点では、マスク２とウエハ３の間隔ｄ0、ウ
エハ３のティルト量β0は予め精度の保証された測定器
により測定を行い、それぞれの初期値は既知である。マ
スク２とウエハ３の所望の間隔で、且つ横ずれ量なしの
場合の回折光５３のスポット重心位置Ｐ０の値は、実際
の露光焼き付けにより求めておく。よって、検出する間
隔及び横ずれ量は、初期値からの相対ずれ量である。
【００６６】図中のｋ１，ｋ２，ｋ３は実験等により求
められる係数である。マスク２とウエハ３の間隔がｄ0
の時と、ｄ0＋Δｄの時の光量を基にして、工程９８ａ
では間隔を検出し、工程９８ｂではウエハ３のティルト
量を検出している。
められる係数である。マスク２とウエハ３の間隔がｄ0
の時と、ｄ0＋Δｄの時の光量を基にして、工程９８ａ
では間隔を検出し、工程９８ｂではウエハ３のティルト
量を検出している。
【００６７】図１０は本発明の位置検出装置をＸ線を利
用した半導体素子製造用の露光装置に適用した時の要部
概略図である。
用した半導体素子製造用の露光装置に適用した時の要部
概略図である。
【００６８】図１０において、１３９はＸ線ビームでほ
ぼ平行光となって、マスク１３４面上を照射している。
１３５はウエハで、例えばＸ線用のレジストが表面に塗
布されている。１３３はマスクフレーム、１３４はマス
クメンブレン（マスク）で、この面上にＸ線の吸収体に
より回路パターンがパターニングされている。２３２は
マスク支持体、１３６はウエハチャック等のウエハ固定
部材、１３７はｚ軸ステージ、実際にはティルトが可能
な構成になっている。１３８はｘ軸ステージ、１４４は
ｙ軸ステージである。
ぼ平行光となって、マスク１３４面上を照射している。
１３５はウエハで、例えばＸ線用のレジストが表面に塗
布されている。１３３はマスクフレーム、１３４はマス
クメンブレン（マスク）で、この面上にＸ線の吸収体に
より回路パターンがパターニングされている。２３２は
マスク支持体、１３６はウエハチャック等のウエハ固定
部材、１３７はｚ軸ステージ、実際にはティルトが可能
な構成になっている。１３８はｘ軸ステージ、１４４は
ｙ軸ステージである。
【００６９】前述した各実施例で述べたマスクとウエハ
のアライメント検出機能部分（位置検出装置）は筐体１
３０ａ，１３０ｂに収まっており、ここからマスク１３
４とウエハ１３５のギャップとｘ，ｙ面内方向の位置ず
れ情報を得ている。
のアライメント検出機能部分（位置検出装置）は筐体１
３０ａ，１３０ｂに収まっており、ここからマスク１３
４とウエハ１３５のギャップとｘ，ｙ面内方向の位置ず
れ情報を得ている。
【００７０】図１０には、２つのアライメント検出機能
部分１３０ａ，１３０ｂを図示しているが、マスク１３
４上の４角のＩＣ回路パターンエリアの各辺に対応して
更に２ケ所にアライメント検出機能部分が設けられてい
る。筐体１３０ａ，１３０ｂの中には光学系、検出系が
収まっている。１４６ａ，１４６ｂは各アライメント系
からのアライメント検出光である。
部分１３０ａ，１３０ｂを図示しているが、マスク１３
４上の４角のＩＣ回路パターンエリアの各辺に対応して
更に２ケ所にアライメント検出機能部分が設けられてい
る。筐体１３０ａ，１３０ｂの中には光学系、検出系が
収まっている。１４６ａ，１４６ｂは各アライメント系
からのアライメント検出光である。
【００７１】これらのアライメント検出機能部分により
得られた信号を処理手段１４０で処理して、ｘｙ面内の
ずれとギャップ値を求めている。そしてこの結果を判断
した後、所定の値以内に収まっていないと、各軸ステー
ジの駆動系１４２，１４１，１４３を動かして所定のマ
スク／ウエハずれ以内になるよう追い込み、しかる後に
Ｘ線露光ビーム１３９をマスク１３４に照射している。
アライメントが完了するまでは、Ｘ線遮へい部材（不図
示）でシャットしておく。尚、図１０では、Ｘ線源やＸ
線照明系等は省略してある。
得られた信号を処理手段１４０で処理して、ｘｙ面内の
ずれとギャップ値を求めている。そしてこの結果を判断
した後、所定の値以内に収まっていないと、各軸ステー
ジの駆動系１４２，１４１，１４３を動かして所定のマ
スク／ウエハずれ以内になるよう追い込み、しかる後に
Ｘ線露光ビーム１３９をマスク１３４に照射している。
アライメントが完了するまでは、Ｘ線遮へい部材（不図
示）でシャットしておく。尚、図１０では、Ｘ線源やＸ
線照明系等は省略してある。
【００７２】図１０はプロキシミティータイプのＸ線露
光装置の例について示したが、光ステッパーについても
同様である。この他、本発明においては光源として、ｉ
線（３６５ｎｍ）、ＫｒＦ−エキシマ光（２４８ｎ
ｍ）、ＡｒＦ−エキシマ光（１９３ｎｍ）等を用い、こ
れらの光源からの照明光を持つ逐次移動型の縮小投影露
光装置や、等倍のミラープロジェクションタイプの露光
装置にも同様に適用可能である。
光装置の例について示したが、光ステッパーについても
同様である。この他、本発明においては光源として、ｉ
線（３６５ｎｍ）、ＫｒＦ−エキシマ光（２４８ｎ
ｍ）、ＡｒＦ−エキシマ光（１９３ｎｍ）等を用い、こ
れらの光源からの照明光を持つ逐次移動型の縮小投影露
光装置や、等倍のミラープロジェクションタイプの露光
装置にも同様に適用可能である。
【００７３】次に上記説明した投影露光装置を利用した
半導体デバイスの製造方法の実施例を説明する。
半導体デバイスの製造方法の実施例を説明する。
【００７４】図１１は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等
の半導体チップ、或は液晶パネルやＣＣＤ等）の製造の
フローを示す。
の半導体チップ、或は液晶パネルやＣＣＤ等）の製造の
フローを示す。
【００７５】ステップ１（回路設計）では半導体デバイ
スの回路設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では
設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。
スの回路設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では
設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。
【００７６】一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリ
コン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４
（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、前記用意したマ
スクとウエハを用いてリソグラフィ技術によってウエハ
上に実際の回路を形成する。
コン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４
（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、前記用意したマ
スクとウエハを用いてリソグラフィ技術によってウエハ
上に実際の回路を形成する。
【００７７】次のステップ５（組立）は後工程と呼ば
れ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導
体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシ
ング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封
入）等の工程を含む。
れ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導
体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシ
ング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封
入）等の工程を含む。
【００７８】ステップ６（検査）ではステップ５で作製
された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト
等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイス
が完成し、これが出荷（ステップ７）される。
された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト
等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイス
が完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００７９】図１２は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。まずステップ１１（酸化）ではウエハの表面
を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面
に絶縁膜を形成する。
ーを示す。まずステップ１１（酸化）ではウエハの表面
を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面
に絶縁膜を形成する。
【００８０】ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に
電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打
込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では前記説明した露光装置によってマ
スクの回路パターンをウエハに焼付露光する。
電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打
込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では前記説明した露光装置によってマ
スクの回路パターンをウエハに焼付露光する。
【００８１】ステップ１７（現像）では露光したウエハ
を現像する。ステップ１８（エッチング）では現像した
レジスト以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジス
ト剥離）ではエッチングがすんで不要となったレジスト
を取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことに
よってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
を現像する。ステップ１８（エッチング）では現像した
レジスト以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジス
ト剥離）ではエッチングがすんで不要となったレジスト
を取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことに
よってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００８２】本実施例の製造方法を用いれば、従来は製
造が難しかった高集積度の半導体デバイスを容易に製造
することができる。
造が難しかった高集積度の半導体デバイスを容易に製造
することができる。
【００８３】
【発明の効果】本発明によれば以上のように各要素を適
切に設定することにより、第１物体と第２物体の間隔方
向と面内方向の相対的位置関係を検出する際、１つの装
置により横方向の相対的な位置ずれの検出と面間隔の検
出の双方を効果的に行うことができ、装置全体の小型化
及び簡素化を図った位置検出装置及びそれを用いた半導
体素子の製造方法を達成することができる。
切に設定することにより、第１物体と第２物体の間隔方
向と面内方向の相対的位置関係を検出する際、１つの装
置により横方向の相対的な位置ずれの検出と面間隔の検
出の双方を効果的に行うことができ、装置全体の小型化
及び簡素化を図った位置検出装置及びそれを用いた半導
体素子の製造方法を達成することができる。
【図１】 本発明の位置検出装置の実施例１の要部概略
図
図
【図２】 図１の一部分の拡大説明図
【図３】 本発明における面間隔検出系の説明図
【図４】 本発明における面間隔検出系の説明図
【図５】 本発明における面位置ずれ検出系の説明図
【図６】 図１の光検出手段面上における入射光束の説
明図
明図
【図７】 本発明の位置検出装置の実施例２の要部概略
図
図
【図８】 図７の光検出手段面上における入射光束の説
明図
明図
【図９】 本発明の位置検出装置の実施例２のフローチ
ャート
ャート
【図１０】 本発明の位置検出装置を半導体素子製造用
の露光装置に適用したときの要部概略図
の露光装置に適用したときの要部概略図
【図１１】 本発明の半導体素子の製造のフローチャー
ト
ト
【図１２】 本発明の半導体素子の製造のフローチャー
ト
ト
【図１３】 従来の位置検出装置の要部概略図
【図１４】 図１３の一部分の説明図
【図１５】 従来の面間隔検出装置の要部概略図
１，１′ 光束
２，２′，１３４，１６８ マスク
３，３′，３ｇ，３ｇ０，３β，１３５，１６０ ウエ
ハ ４，４′，５，５′，４１，４２ 物理光学素子 ７，７′，７６ 集光レンズ ８，８′，３８，５７，５８，５９ 検出器（センサ） ９ 信号処理回路 １０，１３０ａ，１３０ｂ 光ピックアップ ３１，３１′，３２，３２′ 反射光 ７２ 光源 ３３ 投光レンズ ３４ ミラー ３５ フィルタ ３６ レンズ ３８（ａ），３８（ｂ） 受光面 ５０，１４６ａ，１４６ｂ 照射光 ５１，５２，５３，６１，６１β，６２ 回折光 ５４，５５，５６，９２，９３，９４，９５ ビームス
ポット ７４ ハーフミラー ７８，７８ａ，７８ｂ 集光点 ８０ レンズ ８２ 検出面 ８４ 制御回路 ９０，９１ ナイフエッジ １３２ コリメータレンズ １３３ マスクフレーム １３４ マスクメンブレン １３６ ウエハチャック １３７ ｚ軸ステージ １３８ ｘ軸ステージ １３９ Ｘ線ビーム １４０ 信号 １４１，１４２，１４３ 駆動系 １４４ ｙ軸ステージ １６０ａ ウエハアライメントパターン １６２ 支持台 １６４ 駆動回路 １６８ａ マスクアライメントパターン ２３２ マスク支持体
ハ ４，４′，５，５′，４１，４２ 物理光学素子 ７，７′，７６ 集光レンズ ８，８′，３８，５７，５８，５９ 検出器（センサ） ９ 信号処理回路 １０，１３０ａ，１３０ｂ 光ピックアップ ３１，３１′，３２，３２′ 反射光 ７２ 光源 ３３ 投光レンズ ３４ ミラー ３５ フィルタ ３６ レンズ ３８（ａ），３８（ｂ） 受光面 ５０，１４６ａ，１４６ｂ 照射光 ５１，５２，５３，６１，６１β，６２ 回折光 ５４，５５，５６，９２，９３，９４，９５ ビームス
ポット ７４ ハーフミラー ７８，７８ａ，７８ｂ 集光点 ８０ レンズ ８２ 検出面 ８４ 制御回路 ９０，９１ ナイフエッジ １３２ コリメータレンズ １３３ マスクフレーム １３４ マスクメンブレン １３６ ウエハチャック １３７ ｚ軸ステージ １３８ ｘ軸ステージ １３９ Ｘ線ビーム １４０ 信号 １４１，１４２，１４３ 駆動系 １４４ ｙ軸ステージ １６０ａ ウエハアライメントパターン １６２ 支持台 １６４ 駆動回路 １６８ａ マスクアライメントパターン ２３２ マスク支持体
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 長谷川 雅宣
東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ
ヤノン株式会社内
(56)参考文献 特開 平１−209305（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−243118（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−187211（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−234852（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/027
G03F 9/00
Claims (9)
- 【請求項１】 対向配置された第１物体と第２物体の相
対的位置関係を検出する位置検出装置において、 前記第１物体と第２物体に光束を照射する光源手段と、 前記第１物体を透過し、前記第２物体で反射した前記光
源手段による第１の光束を受け、前記第１物体と第２物
体の対向面間の距離に応じて入射位置が変化する前記第
１の光束を検出する第１の光検出手段と、 前記第１物体を透過し、前記第２物体で反射した前記光
源手段による第２の光束を受け、前記第１物体と第２物
体の対向面に沿った方向の相対位置に応じて入射位置が
変化する第２の光束を検出する第２の光検出手段と、を
有し、 前記第１の光検出手段からの出力により第１物体と第２
物体間の距離を求め、 前記第１の光検出手段からの出力と前記第２光検出手段
からの出力を用いて、第１物体と第２物体の対向面に沿
った方向の相対位置を求めることを特徴とする位置検出
装置。 - 【請求項２】 前記第１物体及び前記第２物体は回折効
果を持つ物理光学素子部を有することを特徴とする請求
項１の位置検出装置。 - 【請求項３】 前記第１の物体に設けられた物理光学素
子は複数の特性の異なる第１、第２の回折部を有するこ
とを特徴とする請求項２の位置検出装置。 - 【請求項４】 前記第１の光束は第１物体の第１の回折
部を透過し回折された後に、前記第２物体で反射され、
更に前記第１物体の第２の回折部を透過して回折される
ことを特徴とする請求項３の位置検出装置。 - 【請求項５】 前記第１の光束は複数の光束であり、前
記第１の光検出手段にて受光された前記複数の光束の間
隔を検知することにより前記第１物体、第２物体間の距
離を求めることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１
項の位置検出手段。 - 【請求項６】 前記第１物体は半導体製造用のマスクで
あり、前記第２物体は半導体製造用のウエハであること
を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項の位置検出装
置。 - 【請求項７】 請求項１〜６いずれか１項に記載の位置
検出装置を有するこ とを特徴とする半導体露光装置。 - 【請求項８】 マスクとウエハとの相対的な位置検出を
行った後に、マスク面上のパターンをウエハ面に転写
し、該ウエハを現像処理工程を介して半導体素子を製造
する際、該マスク面上に物理光学素子より成るＡＡマー
クと複数のＡＦマークを設け、該ウエハ面上に物理光学
素子より成るＡＡマークを設け、該マスク面上の複数の
ＡＦマークで回折し、該ウエハ面で反射し、該マスク面
上の複数のＡＦマークで回折した光束のうち、マスクと
ウエハの面間隔に応じて所定面上への入射位置の相対関
係が変化する２光束の位置情報を第１の光検出手段で検
出することによりマスク面とウエハ面間の距離の検出を
行うと共に、該マスク面上のＡＡマークと該ウエハ面上
のＡＡマークで回折した光束の所定面上の位置情報を該
第２の光検出手段で検出し、該第１の光検出手段からの
信号と前記第２の光検出手段からの信号を用いて該マス
クとウエハとの相対的な位置ずれの検出を行った工程を
介していることを特徴とする半導体素子の製造方法。 - 【請求項９】 マスクとウエハとの相対的な位置検出を
行った後に、マスク面上のパターンをウエハ面に転写
し、該ウエハを現像処理工程を介して得られる半導体デ
バイスであって、該マスク面上に物理光学素子より成る
ＡＡマークと複数のＡＦマークを設け、該ウエハ面上に
物理光学素子より成るＡＡマークを設け、該マスク面上
の複数のＡＦマークで回折し、該ウエハ面で反射し、該
マスク面上の複数のＡＦマークで回折した光束のうち、
マスクとウエハの面間隔に応じて所定面上への入射位置
の相対関係が変化する２光束の位置情報を第１の光検出
手段で検出することによりマスクとウエハ面間隔を検知
すると共に、該マスク面上のＡＡマークと該ウエハ面上
のＡＡマークで回折した光束の所定面上の位置情報を第
２の光検出手段で検出し、該第２の光検出手段からの信
号と前記第１の光検出手段の信号を用いて該マスクとウ
エハとの相対的な位置ずれの検出を行った工程を介して
製造したことを特徴とする半導体デバイス。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28594193A JP3428705B2 (ja) | 1993-10-20 | 1993-10-20 | 位置検出装置及びそれを用いた半導体素子の製造方法 |
| US08/788,350 US5717492A (en) | 1993-10-20 | 1997-01-27 | Position detecting apparatus and a method for manufacturing semiconductor devices using the apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28594193A JP3428705B2 (ja) | 1993-10-20 | 1993-10-20 | 位置検出装置及びそれを用いた半導体素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07130636A JPH07130636A (ja) | 1995-05-19 |
| JP3428705B2 true JP3428705B2 (ja) | 2003-07-22 |
Family
ID=17697969
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28594193A Expired - Fee Related JP3428705B2 (ja) | 1993-10-20 | 1993-10-20 | 位置検出装置及びそれを用いた半導体素子の製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5717492A (ja) |
| JP (1) | JP3428705B2 (ja) |
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| JP3445100B2 (ja) | 1997-06-02 | 2003-09-08 | キヤノン株式会社 | 位置検出方法及び位置検出装置 |
| JPH11241908A (ja) | 1997-12-03 | 1999-09-07 | Canon Inc | 位置検出装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 |
| US8632590B2 (en) | 1999-10-20 | 2014-01-21 | Anulex Technologies, Inc. | Apparatus and methods for the treatment of the intervertebral disc |
| US7004970B2 (en) | 1999-10-20 | 2006-02-28 | Anulex Technologies, Inc. | Methods and devices for spinal disc annulus reconstruction and repair |
| US7615076B2 (en) | 1999-10-20 | 2009-11-10 | Anulex Technologies, Inc. | Method and apparatus for the treatment of the intervertebral disc annulus |
| JP2002163837A (ja) * | 2000-11-27 | 2002-06-07 | Pioneer Electronic Corp | 光ピックアップ装置及びレーザダイオードチップ |
| JP2005159213A (ja) * | 2003-11-28 | 2005-06-16 | Canon Inc | シアリング干渉を利用した測定方法及び装置、それを利用した露光方法及び装置、並びに、デバイス製造方法 |
| JP4795300B2 (ja) * | 2006-04-18 | 2011-10-19 | キヤノン株式会社 | 位置合わせ方法、インプリント方法、位置合わせ装置、インプリント装置、及び位置計測方法 |
| JP4958614B2 (ja) * | 2006-04-18 | 2012-06-20 | キヤノン株式会社 | パターン転写装置、インプリント装置、パターン転写方法および位置合わせ装置 |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4037969A (en) * | 1976-04-02 | 1977-07-26 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Zone plate alignment marks |
| US4326805A (en) * | 1980-04-11 | 1982-04-27 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Method and apparatus for aligning mask and wafer members |
| JPS61114402A (ja) * | 1984-11-07 | 1986-06-02 | 株式会社小糸製作所 | 車輛用灯具 |
| JP2698446B2 (ja) * | 1988-09-09 | 1998-01-19 | キヤノン株式会社 | 間隔測定装置 |
| EP0411966B1 (en) * | 1989-08-04 | 1994-11-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Position detection method and apparatus |
| JP2756331B2 (ja) * | 1990-01-23 | 1998-05-25 | キヤノン株式会社 | 間隔測定装置 |
| DE69133626D1 (de) * | 1990-03-27 | 2010-03-11 | Canon Kk | Messverfahren und -vorrichtung |
| US5200800A (en) * | 1990-05-01 | 1993-04-06 | Canon Kabushiki Kaisha | Position detecting method and apparatus |
| JPH0480762A (ja) * | 1990-07-23 | 1992-03-13 | Canon Inc | 位置検出装置及びその検出方法 |
| DE69129732T2 (de) * | 1990-11-30 | 1998-12-17 | Canon K.K., Tokio/Tokyo | Verfahren zur Positionsdetektion |
| JPH0540013A (ja) * | 1991-08-05 | 1993-02-19 | Canon Inc | ずれ測定方法及びこの方法を用いた露光装置 |
| JPH0590126A (ja) * | 1991-09-27 | 1993-04-09 | Canon Inc | 位置検出装置 |
| JP3008654B2 (ja) * | 1992-02-21 | 2000-02-14 | キヤノン株式会社 | 位置検出装置 |
-
1993
- 1993-10-20 JP JP28594193A patent/JP3428705B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-01-27 US US08/788,350 patent/US5717492A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5717492A (en) | 1998-02-10 |
| JPH07130636A (ja) | 1995-05-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |