JPH01207603A - 位置検出装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば露光装置においてレチクルとウェハと
の相対位置を検出する装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、露光装置における位置合せ機構としては種々のも
のが存在している。例えば第２図に示した装置は、まだ
公知となってはいないが、近年提案されている位置合せ
機構を４ｉ１７えた露光装置の構成の一例を示すもので
ある。

図において、エキシマレーザ光のようにパルス発光する
レーザ発振装置１ｏは、レーザ制御装置１２によって強
度、パルス間隔等が制御される。

該レーザ発振装置１０から射出されたレーザビームは、
ミラーシャッタ１４によって露光時以外は遮光されてお
り、露光時のみ該ミラーシャｉり１４が作動して露光を
行えるようになっている。

次にレーザビームは、凹レンズ１６′ＥＬび凸レンズ１
８からなるビームエキスパンダにより適宜径に拡大され
た後、フライアイインチブレターレンズ２０を透過する
。そして、ビームスプリッタ２２を透過した後、ミラー
２４で偏向され、コンデンサーレンズ２６を介してレチ
クルＲ全面を照射する。さらに、レチクルＲを透過した
レーザビームは、投影レンズ２８を介してウェハＷ上に
レチクルＲのパターン像を投影する。

一方、干渉計３０はステージ３２の単位移動量（例えば
０．０２μｍ）毎に計測用パルス（アップダウンパルス
）を発生し、この８１測パルスをアップダウンカウンタ
等で計測し、計測された計測データをステージ制御製蓋
３４に送出する。ステージ制御装置３４は、該計測デー
タに基づいて、ステージ３２の位置を確認しながらステ
ージ駆動装置３６に制御信号を送出する。ステージ駆動
装置３６は、ステージ制御装置３４からの指令に基づい
てステージ３２を直角座標上のＸＹ方向にステップ・ア
ンド・リピートで移動させる。

上記のようにステージ３２を移動させ、ステージ３２上
に載皿されたウェハＷをステラップ−アンド・リピート
で移動させながら露光を行うことにより、ウェハＷ上に
レヂクルＲ上のパターンを配列的に投影露光することが
できる。

上記のような構成の装置を用いて露光を行う場合、第１
工程で露光処理されたウェハＷ上のパターンの同位置に
、第２工程で形成されるべきパターンを正確に重ね合せ
て露光する必要がある。この場合の重ね合わせ精度（ア
ライメント精度）は高度なものが要求され、このために
レチクルＲとウェハＷとの相対的な位置関係を正確に検
出する必要がある。

上記位置検出を行う方式としては次のような方式がある
。すなわち、ステージに基準となる二一一り（以下［フ
ィデューシャルマーク」という、）を設け、まずレチク
ルとフィデューシャルマークとの位置関係を計測し、次
にフィデューシャルマークとウェハとの位置関係を計測
し、これらの結果から相対的にレチクルとクエへとの位
置関係を求めるものである。第２図に示した露光装置は
、上記のような方式を採用したものである。

第２図の装置においては、露光光と同一波長の光をステ
ージ下方からステージ上に設けられたフィデューシャル
マークに照射し、フィデューシャルマークを発光させる
構成となっている。

次にこの構成について詳述すると、レーザ発振装置ｌＯ
から射出されたレーザビームは、ミラーシャッタ１４の
反射面によって偏向され、凹レンズ３８及び凸レンズ４
０を介して適当なＮＡ（開口数）にされた後に光ファイ
バー４２に入射する、光ファイバー４２に入射したレー
ザビームは該光ファイバー４２を介してステージ３２内
に入射する。

ステージ３２内に入射したレーザビーム１よ、レンズ４
４及びミラー４６を介して、ステージ３２上面上に設り
られたスリット状のフィデューシャルマークＦ　Ｍを照
射する。

フィデューシャルマークＦＭを透過したレーザビームは
、投影レンズ２８を介して、レヂクルＲ上に設けられた
レチクルマークＲＭを照明するとともに、フィデューシ
ャルマークＦＭの投影像をレヂクルＲ上に結像する。そ
して、レチクルＲを透過した光は、コンデンサーレンズ
２６及びミラー２４を介してビームスプリッタ２２に到
達し、ここで偏向されて、投影レンズ２８の瞳面と共役
に配置されたディテクター４８に入射する。デイデクタ
ー４８は受光した光に対応する光電′８号をアライメン
ト制御装置５０に送出する。

上記構成において、第３図（ａ）に示す如くフィデュー
シャルマークＦＭの投影像ＦＭａがレチクルＲ上のレチ
クルマークＲＭを走査するようにステージ３２を１３動
させるとともに、干渉計３０が出力する計測用パルスに
同期してレーザ発振を行い、このときの光量変化を計測
することによつて第３図（ｂ）　に示すような波形が得
られる。フライメント制御装置５０は、フィデューシャ
ルマークＦ−Ｍの投影像ＦＭａとレチクルマークＲＭと
がほぼ完全に重なる位置に対応する波形の中心位置ＸＲ
から、レチクルＲとステージ３２との相対位置を算出す
る。この結果に基づき、レチクルＲとウェハＷとの位置
合せが相対的に行われる。なお、システム制御装匝５２
はこれら一連の位置検出装置を制御している。

［発明が解決しようとする課題］ 上記の如き従来の技術においては、光源から射出される
パルス性の光のパルス毎の光量にバラツキがＪ）る場合
には、このバラツキの影九ヲがレチクルマークを走査し
た−ときの光量信号波形に現れ、スムーズな波形を描く
ことが困難であった。

すなわち、第４図（ａ）に示すようにレーザ発振装誼の
射出するパルス発振毎の光量にバラツキがある場合、レ
チクルマークを走査したときの光量信号波形は、第４図
（ｂ）に示すようにパルス発振のバラツキに応じてバラ
ツキが生じてしまい、位置合せ精度を著しく低下させる
原因となる。

従来、このようなレーザ発振のバラツキによる精度の低
下を防止するために、上述の走査を？Ｊｌ数回行い、こ
れらの平均をとることによって精度を上げていた。しか
し、上述の走査を複数回行うとそれだけスループットが
低下し、効率が悪くなる。また、パルスレーザとしてエ
キシマレーザ等を使用する場合には、発振回数の増加は
レーザの寿命を短くする（レーザ媒質の劣化）ことにな
るので好ましくない。

このように従来の装置はレーザ発振のバラツキに起因す
る問題点があった。本発明は上記問題点に濫みてなされ
たものであり、スループットを低下させたりパルス発振
数を増加させることなく位置合せ精度を向上させた位置
検出装置を提供することを１０勺とする。

［課題を解決するだめの手段］ 上記目的を達成するために、本発明に係る位置検出装置
は、位置検出用のマークを有する物体にパルス性の光ビ
ームを照射するビーム照射手段と、該ビーム照射手段か
ら射出された光ビームを受光し、そのパルス毎の光量に
応じた光電信号を出力する第一の光電検出手段と；前記
光ビームが前記マークを横切るように前記物体と光ビー
ムを相対的に走査する走査手段と：該相対走査の位置に
応じた位置情報を出力する位置計測手段と二前記走査に
よって前記マークから生じる光情報を受光し、前記走査
方向の光量変化に応じた光電信号を出力する第二の光電
検出手段と；前記ビーム照射手段から射出された光ビー
ムの所定の光量値と前記第一の光電検出手段の検出した
パルス毎の光量との差から該光ビームのパルス毎のバラ
ツキを算出し、該算出したパルス毎のバラツキに応じて
前記第二の充電検出手段の光電信号値を補正する補正手
段とを備え：該補正後の光電信号値と前記位置情報とに
基づいて前記マークの位置を検出するようにしたもので
ある。

［作用］ 本発明においては、第一の光電検出手段がビーム照射手
段から！ｌｌｔ出された光ビームを受光してパルス毎の
光量に応じた光電信号を出力するとともに、第二の光電
検出手段が前記走査によって前記マークから生じる光情
報を受光して前記走査方向の光量変化に応じた光電信号
を出力し、補正手段は前記第一の光電検出手段の検出し
た各パルスの光量値と予め決定した所定の光量値とを比
較して各パルスの光量値の該所定の光ｆｆｉ　ｉ、Ｈに
対するバラツキを算出して各パルス毎の補正値を決定し
、前記第二の光電検出手段の光電信号を該補正値により
補正を行い、該補正後の光電信号値による信号波形を求
める。この波形は各パルスが前記所定の光量値である場
合に９！）られる信号波形とほぼ同様の波形となり、前
記パルス毎のバラツキによる毘晋を除去することができ
る。

従って、上記補正された波形を用いることにより、パル
ス発振数を増加させることなく、精度よく位置検出を行
うことができる。

［実施例コ 第１図は本発明の一実施例を示す構成図である。本実施
例は、第２図に示した従来装置の構成において、レーザ
発振装置ｌＯから射出されたレーザビームを受光する受
光部を構成するハーフミラ−１００、レンズ１０２及び
ディテクター１０４を付加したものである。その他の構
成は従来装置とほぼ同様であり、第２図と同一符号は同
一部分を示している。

第１図の構成において、レーザ発振装置１０カ）ら射出
されシャッタ１４で偏向されたレーザビームは、ハーフ
ミラ−＋００で一部の光が反射により分割される。該ハ
ーフミラ−１００で反射したレーザビームはレンズ１０
２を介してディテクター１０４に入射する。ディテクタ
ー１０４は受光した光量に対応した光電信号をアライメ
ント制御装置５０に送出する。

前述のように、レーザ発振装置１０から射出されたレー
ザビームの各パルス毎の光量には通常バラツキがあるの
で、ディテクター１０４の検出した光量は第４図（ａ）
に示したようになり、ディテクター４８の光量信号波形
は第４図（ｂ）に示したようになる。

上述のパルス毎の光量のバラツキは、ある一定値を中心
として生じるので、この一定値からのズレをそれぞれの
パルスについて求め、この結果に基づいて前記ディテク
ター４８の光量信号波形を補正することにより、パルス
の光量のバラツキによる影響を取り除くことかできる。

次に、この補正の方法について説明すると、まず、パル
スのバラツキの基準となる一定値を決定する。この一定
値は、パルス発振を行う際の当初の設定値でもよいが、
一般的には位置検出に先立って所定数のレーザ発振を行
い、このときの各パルスの光量の平均値をとり、この値
を基準値ＳＥとする。

例えは、第４図（ａ）に示したようにＮ回のパルス発振
を行った場合において、ｎ回目のパルスの光量なＥｎと
すると、上述の如く予め決定した基準値ＳＥに対する比
はＥ。／ＳＥとなる。一方、第４図（ｂ）に示した光量
信号波形におけるｎ回目のパルスに対応する光量をＰ。

とすると、Ｐｏは前記パルスのバラツキに比例したバラ
ツキを示す。すなわち、光量Ｐ。は、出力レーザパルス
の光量か前記基準値ＳＥである場合における値に対して
Ｅ。／ＳＥ倍だけ大きい値となる。これから、Ｅｎ／Ｓ
Ｅの逆数ＳＥ／ＥｏをＰ。に乗ずれば、出力パルスレー
ザの光量が基準値ＳＥである場合に対応する光量値に補
正される。

従って、ｐ、、Ｐ２　、　・、Ｐｎ、・・・、ＰＮにそ
れぞれ（Ｓ　Ｅ／Ｅ　ｌ　）　、　　（Ｓ　Ｅ／Ｅ２　
’）　、・・・。

（Ｓ　Ｅ／Ｅｎ　）、　・、（Ｓ　Ｅ／ＥＮ）を乗する
ことにより得られるそれぞれの値（Ｐ、・ＳＥ／Ｅ１）
、（Ｐ２　・ＳＥ／Ｅ２）、・・・、（Ｐｏ　・ＳＥ／
Ｅｏ）、−、（ＰＮ−、ＳＥ／ＥＮ）から光量信号波形
を求めれば、この波形は第４図（ｂ）の破線で示した如
くとなり、出力パルスレーザの光量か基準値ＳＥで一定
の場合に対応する波形に相当する波形が得られる。この
波形を用いれば、出力パルスレーザのパルス毎の光量の
バラツキによる影響を除去することがてき、位置検出精
度が向上することになる。

なお、本実施例においては、ステージ上に設けた発光ス
リットからレチクルを照明する方式を用いたが、何等こ
れに限定されず、パルスの発振を被観察物に対する相対
移動に同期させる装置であれは、あらゆる装置に適用し
得るものである。従って、レチクルの上方からアライメ
ント用のパルス光を照明するものであってもよく、ある
いはウェハ上のアライメントマークをパルス光照明で観
察する場合であってもよいことはいうまでもない。

［発明の効果］ 本発明は以上説明したように、光源から射出されたパル
ス性の光の光量にバラツキかある場合でも、このバラ゛
ンキによる景三唇を受けることなく才青度よく位置検出
を行うことができ、スループットの向上及びエキシマレ
ーザ等のレーザの寿命を延ばすことが可能となるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は従来
の装置の一例を示す構成図、第３図（ａ）はフィデュー
シャルマークのｔｉｔ　！２像がレチクルマークを走査
する様子を示す説明図、第３図（ｂ）は走査によって得
られる光量信号波形図、第４図（ａ）は出力レーザパル
スのパルス毎の光量分布図、第４図（ｂ）は（ａ）の出
力レーザパルスによる走査を行って得られる光量信号波
形図である。 ［主要部分の符号の説明］ １０・・・レーザ発振装置 １２・・・レーザ制御装置 １４・・・シャッタ ３０・・・干渉計 ３２・・・ステージ ３４・・・ステージ制御装置 ３６・・・ステージ駆動装置 ４２・・・光ファイバー ４８．１０４・・・ディテクター ５０・・・アライメント制御装置 ５２・・・シスデム制御装置 Ｒ・・・レチクル ＲＭ・・・レチクルマーク Ｗ・・・ウェハ。 代理人　弁理士　　佐　藤　正　年 第１図 、３′４ 第２図 尤型

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　位置検出用のマークを有する物体にパルス性の光ビー
   ムを照射するビーム照射手段と；該ビーム照射手段から
   射出された光ビームを受光し、そのパルス毎の光量に応
   じた光電信号を出力する第一の光電検出手段と；前記光
   ビームが前記マークを横切るように前記物体と光ビーム
   を相対的に走査する走査手段と；該相対走査の位置に応
   じた位置情報を出力する位置計測手段と；前記走査によ
   って前記マークから生じる光情報を受光し、前記走査方
   向の光量変化に応じた光電信号を出力する第二の光電検
   出手段と；前記ビーム照射手段から射出された光ビーム
   の所定の光量値と前記第一の光電検出手段の検出したパ
   ルス毎の光量との比較により該光ビームのパルス毎のバ
   ラツキを算出し、該算出したパルス毎のバラツキに応じ
   て前記第二の光電検出手段の光電信号値を補正する補正
   手段とを有し；該補正後の光電信号値と前記位置情報と
   に基づいて前記マークの位置を検出することを特徴とす
   る位置検出装置。