JPH0140491B2 - - Google Patents

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JPH0140491B2
JPH0140491B2 JP55023308A JP2330880A JPH0140491B2 JP H0140491 B2 JPH0140491 B2 JP H0140491B2 JP 55023308 A JP55023308 A JP 55023308A JP 2330880 A JP2330880 A JP 2330880A JP H0140491 B2 JPH0140491 B2 JP H0140491B2
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JP
Japan
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pattern
optical
alignment
grating
parallel
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JP55023308A
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English (en)
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JPS55117240A (en
Inventor
Rakonba Misheru
Doyuburoku Joruju
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Thales SA
Original Assignee
Thomson CSF SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Thomson CSF SA filed Critical Thomson CSF SA
Publication of JPS55117240A publication Critical patent/JPS55117240A/ja
Publication of JPH0140491B2 publication Critical patent/JPH0140491B2/ja
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    • 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)
  • 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

【発明の詳細な説明】 本発明は２つのパターンの位置合わせを行う光
学位置合わせ装置に関し、さらに半導体ウエハを
２つの位置合わせ軸に沿つて配置するためにこの
光学位置合わせ装置を用いてなるホトレピータに
関する。
集積回路の製造は、所望領域に不純物を添加し
たりまた形状等の加工を行うために基板上にウイ
ンドウを形成する工程が含まれる。この基板は感
光性樹脂層で被覆されている。このウインドウの
形成は、マスクによつて前記樹脂をマスキングす
ることによつて行われる。従来、転写露光方法と
してはコンタクト露光法またはプロキシミテイ露
光法が利用されていた。現在では光学的投影によ
る転写露光技術が用いられる。
この投影は１／１の比で行われ、マスクは全体
としてウエハに投影される。この投影は、可動ス
リツトを用いてのマスクの解析によるかまたは
１／ｎの比のホトリピーテイング技術を用いるこ
とにより、像を分割することによつて行われる場
合もある。
直接露光のホトリピーテイングによる回路製造
技術においては、各パターンが感光性樹脂層で前
もつて被覆された半導体ウエハ上にあらかじめ定
めたプログラムに応じて直接投影される。ウエハ
の位置は各方向に沿つて干渉計により制御され
る。ホトリピーテイングは、通常、直交する２方
向Ｘ及びＹに沿つてウエハをずらすことによつて
行なわれる。ウエハの最初の露光時には、引き続
いて露光される領域が投影すべきパターンの面に
平行でなければならないという点を除いて、位置
決定はさほど困難ではない。その後の露光時に
は、これと逆に、投影されたパターンが中心に位
置し前に投影されたパターンに関してウエハの全
ての領域について位置合わせされていることが絶
対に必要である。
別の集積度の回路を形成するために他のパター
ンを投影している時には、異なるパターンの正し
い重ね合わせが得られるように、ウエハは最初の
露光時と同じ位置に置かれねばならない。これを
行うためには、ウエハを中心に置くことと、ウエ
ハを最初の位置にもつてくるために回転させるこ
とが必要である。このように、投影されるべき第
２のパターンが、前以つて投影されたパターンに
関して正確に位置づけされるならば一致が生ずる
はずである。全体を転写する場合、像の良好な重
ね合わせを行うに必要な位置合わせは、最も精度
を高くするように各々の像平面上の径方向の反対
位置に設けた２つの基準マークを用いることによ
り実現される。直接露光ホトリピーテイングの場
合、ウエハの角度位置を定めるために全体的な位
置合わせが必要である。ウエハ上に形成されるで
あろう半導体チツプの分布が既知の線形法則に従
う分布であればこのような位置合わせで充分であ
る。しかし、最大の精度さを求めるならば、各チ
ツプ毎に繰り返し再位置合わせすることが必要で
ある。
本発明は投影による転写のあらゆる場合に適用
される。すなわち、スキヤニングあるいはホトリ
ピーテイングによる全ての転写に適用される。け
れども、本発明は後者の場合において最も意義が
ある。
従来技術のうちで最も普及している方法は、光
学的転写手段により、マスク上及び半導体ウエハ
上にプロツトされた基準パターンを重ね合わせ、
「スプリツト・フイールド」型と呼ばれる２枚レ
ンズ顕微鏡でこの重ね合わせを観察する方法であ
る。
操作者の目の代りにテレビジヨン画面に表示す
るためのビジコン管を用いることが有利である。
より精巧な技術によれば、テレビジヨンのカメ
ラによつて得られた映像信号が、サーボ制御回路
で用いられるアナログまたはデジタル信号を得る
ように処理される。いくつかの方法においては、
例えばＸ字形のスキヤニング及びその相補を用い
て位置合わせにおける偏差を定め、これを信号の
前縁の間の間隔として表わしている。
従来の方法を用いる装置は２つの重大な不都合
を呈する。すなわち、 (a) マスクと半導体ウエハとの上にプロツトされ
ている基準パターンのフイールドが完壁に照明
され、これら基準パターンの画像上に無視出来
ない雑音因子（妨害反射、拡散、回折）が重畳
され、Ｓ／Ｎ比を低下させてしまう。
(b) シリコンウエハ基準マークのコントラスト
は、酸化物の厚さの変化または折出物（ポリシ
リコン、アルミニウム）の性質を考慮に入れ
て、一つの集積レベルから他の集積レベルに非
常に変化しやすい。位置合わせの質はそれゆえ
本質的に変化しやすい。この質は操作者の視力
あるいは結合されたエレクトロニクスの分解能
に依存する。
本発明は、従来の上述した不都合を解決するた
めのものであり、その位置合わせ装置の構成は、 第１の可動媒体上に設けられた少なくとも第１
のパターンを、第２の媒体上に設けられ固定基準
を形成する第２のパターンに関して複数の位置合
わせ軸に沿つて位置合わせする装置であつて、第
１の方向における幅及び間隔分布が前記位置合わ
せ軸に平行でありかつ第１の特定分布コードによ
つて規定されている一連の平行なバーによつて構
成された少なくとも１つの光学的格子を各位置合
わせ軸毎に含む第２のパターンと、第１の方向に
おける幅及び間隔分布が前記位置合わせ軸に平行
でありかつ前記第１の特定分布コードに対して相
補の分布を有する第２の特定分布コードによつて
規定されている一連の平行なバーによつて構成さ
れた少なくとも１つの光学的格子を各位置合わせ
軸毎に含むと共に、前記バーが前記第１の方向と
直交する第２の方向において周期的に中断され該
第２の方向に一定間隔の光学的格子を構成してい
る第１のパターンと、コヒーレントな光を用い
て、前記第２のパターンの像を前記第１のパター
ン上に投影することにより該第１のパターンを照
射すると共に前記第１及び第２の方向に回折光を
発生させる光学手段と、前記第２の方向における
前記回折光の非零次のパターンの所定部分の強度
を検出し、前記第１のパターンと該第１のパター
ン上への前記第２のパターンの像の投影との空間
的相関が最大の場合に前記検出強度が最大を通り
正確な位置合わせが得られるようにした検出手段
とを備えていることにある。
前記第２の媒体は、透過率が互いに異なる交番
帯を規定するバーによつて構成される少なくとも
１つの光学的格子を含む前記第２のパターンが設
けられた透明部材からなり、前記第１の可動媒体
は、反射率が互いに異なる交番帯を規定するバー
によつて構成される少なくとも１つの光学的格子
を含む前記第１のパターンが設けられた反射部材
からなることが望ましい。
前記第１及び第２の特定分布コードは、前記第
２のパターンの互いに異なる透過率の交番帯と前
記第１のパターンの互いに異なる反射率の交番帯
とを不均等に分布させたものであることも望まし
い。
前記光学手段は、コヒーレントな光エネルギー
の単色光光源と、該単色光光源からの光エネルギ
ーを前記第２のパターンに集束する少なくとも１
つの集光レンズと、前記第１及び第２のパターン
に光学的に結合した投影レンズとを備えており、
投影によつて生じた回折光線がフーリエ平面の像
として検出されるように前記投影レンズを介して
戻されることが望ましい。
前記第１及び第２のパターンのそれぞれは第１
及び第２の光学的格子によつて構成されており、
該第１の光学的格子の前記第１の方向は第１の座
標軸に平行でありかつ該第２の光学的格子の前記
第１の方向は該第１の座標軸に垂直な第２の座標
軸に平行であり前記第１のパターンの位置合わせ
は直交する２つの座標軸に沿つて行われることが
望ましい。
直交する２つの座標軸に沿つた前記位置合わせ
は、前記第１及び第２の光学的格子の前記第２の
方向における回折光の所定部分を検出することに
よつて行われることが望ましい。
前記第１のパターンの前記第１及び第２の光学
的格子が順次照射され、直交する２つの座標軸に
沿つた前記位置合わせが、該第１及び第２の光学
的格子の照射に同期して該第１及び第２の光学的
格子の前記第２の方向における回折光の所定部分
を検出することによつて行われても良い。
前記第１のパターンの前記第１及び第２の光学
的格子が第１の周波数及び第２の周波数でそれぞ
れ変調された第１及び第２の光ビームによつて同
時に照射され、直交する２つの座標軸に沿つた前
記位置合わせが、該第１及び第２の光学的格子の
前記第２の方向における回折光の所定部分の強度
を検出する前記手段の出力信号を復調することに
よつて行われても良い。
第１のパターンの前記第１及び第２の光学的格
子が偏光によつて識別可能な第１及び第２の光ビ
ームによつて同時に照射され、検光子が前記検出
手段の手前に配置されても良い。
前記第１のパターンは第１の光学的格子の前記
第１の方向が第１の座標軸に平行でありかつ第２
の光学的格子の前記第１の方向が該第１の座標軸
に垂直な第２の座標軸に平行である同一構成の２
つの当該第１及び第２の光学的格子によつて構成
されており、前記第２のパターンは単一の光学的
格子によつて構成されており、前記光学手段は前
記単一の光学的格子の像を２つの二次像に分割す
るプリズムアセンブリを備えており、該二次像は
前記第１のパターンの前記第２のパターンに関す
る位置合わせが直交する２つの座標軸に沿つて行
われるように該第１のパターンの前記第１及び第
２の光学的格子上に投影されることも望ましい。
本発明の構成は、第１の可動媒体上に設けられ
た少なくとも第１のパターンを、第２の媒体上に
設けられた固定基準を形成する第２のパターンに
関して複数の位置合わせ軸に沿つて位置合わせす
る装置であつて、第１の方向における幅及び間隔
分布が前記位置合わせ軸に平行でありかつ第１の
特定分布コードによつて規定されている一連の平
行なバーによつて構成された少なくとも１つの光
学的格子の各位置合わせ軸毎に含む第２のパター
ンと、第１の方向における幅及び間隔分布が前記
位置合わせ軸に平行でありかつ前記第１の特定分
布コードに対して一部が相補の分布を有する第２
の特定分布コードによつて規定されている一連の
平行なバーによつて構成された少なくとも１つの
光学的格子を各位置合わせ軸毎に含むと共に、前
記バーが前記第１の方向と直交する第２の方向に
おいて周期的に中断されており、該第２の方向で
２つの異なる値の一定間隔を有する合成光学的格
子を形成して空間的に離れた２組の回折光を得る
ために該第２の方向に一定間隔で重なりあつた同
様の構成の２つの格子を前記第１の方向に互いに
ずらした形に構成されている第１のパターンと、
コヒーレントな光を用いて、前記第２のパターン
の像を前記第１のパターン上に投影することによ
り該第１のパターンを照射すると共に前記第１及
び第２の方向に２組の回折光を発生させる光学手
段と、前記第２の方向における前記２組の回折光
の内の１つの非零次のパターンの所定部分の強度
を検出し、前記第１のパターンと該第１のパター
ン上への前記第２のパターンの像の投影との空間
的相関が最大の場合に前記検出強度が最大を通り
正確な位置合わせが得られるようにした検出手段
とを備えていることにある。
さらにまた他の構成は、第１の可動媒体上に設
けられた少なくとも第１のパターンを、第２の媒
体上に設けられ固定基準を形成する第２のパター
ンに関して複数の位置合わせ軸に沿つて位置合わ
せする装置であつて、第１の方向における幅及び
間隔分布が前記位置合わせ軸に平行でありかつ第
１の特定分布コードによつて規定されている一連
の平行なバーによつて構成された少なくとも１つ
の光学的格子を各位置合わせ軸毎に含む第２のパ
ターンと、第１の方向における幅及び間隔分布が
前記位置合わせ軸に平行でありかつ前記第１の特
定分布コードに対して相補の分布を有する第２の
特定分布コードによつて規定されている一連の平
行なバーによつて構成された少なくとも１つの光
学的格子を含むと共に、前記バーが前記第１の方
向と直交する第２の方向において周期的に中断さ
れ該第２の方向に一定間隔の中央部光学的格子を
構成している第１のパターンと、前記第１のパタ
ーンの中央部光学的格子の前記第１の方向におけ
る各側部に配置されそれぞれが前記第２の方向に
一定間隔を有し前記中央部光学的格子の回折光と
識別出来る回折光を該第２の方向に発生させるた
めに該中央部光学的格子の一定間隔と異なる間隔
を有する第１及び第２の側部光学的格子と、コヒ
ーレントな光を用いて、前記第２のパターンの像
を前記第１のパターン及び第１及び第２の側部光
学的格子上に投影することにより該第１のパター
ン及び第１及び第２の側部光学的格子を照射する
と共に前記第１及び第２の方向に回折光を発生さ
せる光学手段と、前記第２の方向における前記回
折光の非零次のパターンの所定部分の強度を検出
し、前記第１のパターンと該第１のパターン上へ
の前記第２のパターンの像の投影との空間的相関
が最大の場合に前記検出強度が最大を通り正確な
位置合わせが得られるようにした検出手段とを備
えていることにある。
前記検出手段は、前記第２の方向における前記
回折光の非零次パターンの所定部分の強度を検出
し、前記第１のパターンと該第１のパターン上へ
の前記第２のパターンの像の投影との空間的相関
が最大の場合に前記検出強度が最大を通り正確な
位置合わせが得られるようにした第１の手段と、
正確な位置合わせの前段階として前記第１及び第
２の側部光学的格子の回折光の所定部分の強度を
測定する第２の手段とを備えていることが望まし
い。
本発明の位置合わせ装置のさらに他の構成は、
第１の可動媒体上に設けられた少なくとも第１の
パターンを、第２の媒体上に設けられ固定基準を
形成する第２のパターンに関して複数の位置合わ
せ軸に沿つて位置合わせする装置であつて、第１
の方向における幅及び間隔分布が前記位置合わせ
軸に平行でありかつ第１の特定分布コードによつ
て規定されている一連の平行なバーによつて構成
された少なくとも１つの光学的格子を各位置合わ
せ軸毎に含む第２のパターンと、第１の方向にお
ける幅及び間隔分布が前記位置合わせ軸に平行で
ありかつ前記第１の特定分布コードに対して相補
の分布を有する第２の特定分布コードによつて規
定されている一連の平行なバーによつて構成され
た少なくとも１つの光学的格子を各位置合わせ軸
毎に含むと共に、前記バーが前記第１の方向と直
交する第２の方向において周期的に中断され該第
２の方向に一定間隔の光学的格子を構成している
第１のパターンと、コヒーレントな光を用いて、
前記第２のパターンの像を前記第１のパターン上
に投影することにより該第１のパターンを照射す
ると共に前記第１及び第２の方向に回折光を発生
させる光学手段と、前記第２の方向における前記
回折光の非零次のパターンの所定部分の強度を検
出し、前記第１のパターンと該第１のパターン上
への前記第２のパターンの像の投影との空間的相
関が最大の場合に前記検出強度が最大を通り正確
な位置合わせが得られるようにした検出手段と、
前記検出手段の出力信号を処理して制御信号を発
生する電子手段と、前記２つの位置合わせ軸に沿
つた自動位置合わせを行うべく前記制御信号に応
じて前記第１の可動媒体の前記２つの位置合わせ
軸に沿つた移動を制御する制御手段とを備えてい
ることにある。
本発明のホトレピータの構成は、感光性樹脂層
を上面に有すると共に第１のパターンをその上に
備えた半導体ウエハを該ウエハに投影すべき第２
のパターン及びその他のパターンを備えたマスク
部材に関して位置合わせする位置合わせ手段であ
つて、第１の方向における幅及び間隔分布が位置
合わせ軸に平行でありかつ第１の特定分布コード
によつて規定されている一連の平行なバーによつ
て構成された少なくとも１つの光学的格子を各位
置合わせ軸毎に含む第２のパターン、第１の方向
における幅及び間隔分布が前記位置合わせ軸に平
行でありかつ前記第１の特定分布コードに対して
相補の分布を有する第２の特定分布コードによつ
て規定されている一連の平行なバーによつて構成
された少なくとも１つの光学的格子を各位置合わ
せ軸毎に含むと共に、前記バーが前記第１の方向
と直交する第２の方向において周期的に中断され
該第２の方向に一定間隔の光学的格子を構成して
いる第１のパターン、コヒーレントな光を用い
て、前記第２のパターンの像を前記第１のパター
ン上に投影することにより該第１のパターンを照
射すると共に前記第１及び第２の方向に回折光を
発生させる光学手段、及び前記第２の方向におけ
る前記回折光の非零次のパターンの所定部分の強
度を検出し、前記第１のパターンと該第１のパタ
ーン上への前記第２のパターンの像の投影との空
間的相関が最大の場合に前記検出強度が最大を通
り正確な位置合わせが得られるようにした検出手
段を含む前記位置合わせ手段と、位置合わせ中は
前記第２のパターンの像を前記第１のパターン上
に投影するため、露光中はその他のパターンの像
を前記ウエハの所定位置に投影するための両方に
用いられる投影レンズとを備えたことにある。
前記光学手段は、前記露光中に励起され、前記
投影レンズがこれに対して補正されている第１の
波長を有する光エネルギの第１の源と、前記位置
合わせ中に励起され、第２の波長を有する光エネ
ルギの第２の源と、異なる波長の光エネルギを用
いることに基づく合焦及び倍率上の誤差を補償す
るための光学的合焦調整手段とを備えていること
が望ましい。
本発明のホトレピータの他の構成は、感光性樹
脂層を上面に有すると共に第１のパターンをその
上に備えた半導体ウエハを第１の固定基準を形成
する第２のパターン及び該ウエハに投影すべきそ
の他のパターンを備えたマスク部材に関して位置
合わせする位置合わせ手段であつて、第１の方向
における幅及び間隔分布が前記位置合わせ軸に平
行でありかつ第１の特定分布コードによつて規定
されている一連の平行なバーによつて構成された
少なくとも１つの光学的格子を各位置合わせ軸毎
に含む第２のパターン、第１の方向における幅及
び間隔分布が前記位置合わせ軸に平行でありかつ
前記第１の特定分布コードに対して相補の分布を
有する第２の特定分布コードによつて規定されて
いる一連の平行なバーによつて構成された少なく
とも１つの光学的格子を各位置合わせ軸毎に含む
と共に、前記バーが前記第１の方向と直交する第
２の方向において周期的に中断され該第２の方向
に一定間隔の光学的格子を構成している第１のパ
ターン、コヒーレントな光を用いて、前記第２の
パターンの像を前記第１のパターン上に投影する
ことにより該第１のパターンを照射すると共に前
記第１及び第２の方向に回折光を発生させる第１
の光学手段、及び前記第２の方向における前記回
折光の非零次のパターンの所定部分の強度を検出
し、前記第１のパターンと該第１のパターン上へ
の前記第２のパターンの像の投影との空間的相関
が最大の場合に前記検出強度が最大を通り正確な
位置合わせが得られるようにした検出手段を含む
前記位置合わせ手段と、当該第３のパターンと前
記第２のパターンとの初期位置合わせのために他
の媒体に設けられた第２の固定基準を形成する第
３のパターンと、前記初期位置合わせを行うため
の第２の光学手段とを備えたことにある。
前記第２の光学手段は、前記第１のパターンの
光学的格子の前記第３のパターンに関する位置合
わせによつて前記半導体ウエハの角度位置決めを
行う補助レンズを備えていることが望ましい。
添付の図面を参照した以下の記述によつて本発
明が更に良く理解され、または本発明の他の特徴
が明らかになるであろう。
以下の説明において本発明は、シリコンウエハ
上に直接複写するための転写装置中に用いられた
光学位置合わせ装置によつて図示されるが、本発
明はこの実施例に限定されるものではない。
この装置はより簡潔にホトレピータと呼ぶこと
にする。
ホトレピータの一例が第１図に表わされてい
る。このホトレピータは下部フレーム８と上部フ
レーム５を有する。上部フレーム５は空気ダンパ
柱７を介して下部フレーム８に固定されている載
置台６の上に載つている。上部フレーム５は台状
ダンパ４を介して担体２を支えている。この担体
２は基準ブロツク３の台になつている。このブロ
ツク３は詳述されていないＸ−Ｙテーブルと補正
装置１０とを支えている。この補正装置は２つの
直交軸Ｘ及びＹに沿つて運動可能である。この運
動の振幅はＸ−Ｙテーブルに関して10ミクロンの
オーダーであり、このＸ−Ｙテーブルの行程は
150mmのオーダーである。これらの相対的な運動
は軸Ｘ及びＹに沿つてそれぞれ作用する２組の圧
電セラミツクスによつて制御される。運動は２つ
の交又運動干渉計の制御下、または位置合わせ用
検出器の制御下で行なわれる。第１図には、干渉
計１４とＸ軸に沿つた測定用のミラー１２だけが
表わされている。上述の技術は既知であるから、
制御回路は第１図の図面には表わされていない。
光学ユニツト１は基準ブロツク３に固定されてい
る。この光学ユニツト１が本発明の対象である光
学位置合わせ装置を備えているため、以後詳細に
説明されるであろう。この光学ユニツト１の様々
な構成要素のうちの主要素として、投影レンズ１
５とレチクル担体１６がある。レチクル担体１６
はレチクルの交換スイツチを構成しており、この
交換スイツチの上には複数個のレチクル１７が固
定されている。レチクル１７は回転板１８によつ
て本装置にあらかじめ配置されるこの回転板１８
は２つの軸Ｘ及びＹに沿つて可動であり、かつＸ
及びＹによつて定められる平面内を回転可能であ
る。露光される半導体ウエハ１１は、感光性樹脂
層に被覆されており、補正装置１０上に配置され
ている。この補正装置１０はエアクツシヨン１３
上で基準ブロツク３の面内を摺動することが出来
る。投影レンズ１５は軸Ｚに沿つて移動すること
が出来る。この投影レンズ１５は通常のあらゆる
調整機構（これらは第１図には表わされていな
い）を備えている。レチクル１７上には、シリコ
ンウエハ１１上に投影されるべき回路パターン、
本発明の特徴である基準マークパターン及び装置
に対してレチクルをあらかじめ位置合わせするた
めのパターンが形成されている。光学ユニツト１
はまた、ハーフミラー１９と、第２のミラー２０
と、補正レンズ２１と、位置合わせ検出手段２２
と、ビジコン管２３とを有する。これら種々の構
成部品の機能は追つて記述する。光学ユニツト１
はさらにアクセス窓９と照明ユニツト２４とを有
し、この照明ユニツト２４はコンデンサ及びミラ
ー２５並びに光エネルギ源２６を含んでいる。
本発明において用いられる物理現象について第
２図から第４図を参照して以下説明する。以下の
説明においては、光学的格子が使用される。光学
的格子は、透明または反射する面上に非常に密で
多種の間隔を有する周期的な非透明体または非反
射体のバーを形成したものである。より一般的に
は、透過率があるいは反射率が互いに異なる交番
帯を規定する一連の平行なバーで構成される。本
発明で用いられる格子は、互いに直交する二方向
ｕ，ｖに沿つてバーが形成されている。この格子
を無限遠におかれた点光源またはコリメータレン
ズの焦点におかれた点光源から生じる光ビームに
よつて照射すると、光は正規の伝送方向または正
規の反射方向に伝搬するのみならず、干渉が極大
になるあらかじめ規定された多方向にもまた伝搬
する。これら極大の位置は波長に依存する。これ
ら極大は無限遠におかれた平面上で観測される。
これら極大を有限な距離で観測する方法は、光学
的格子の後方にレンズをおくことである。これら
の極大に対応する回折光をこのレンズの焦点平面
内で観測可能である。この平面はフーリエ平面と
呼ばれている。格子は二次元であるから、軸ｕ及
びｖに平行な特定の２つの軸にそつて配列された
回折光を観測することができる。これは第２図の
点２８によつて表わされている。これらの点２８
の大きさは、光学的格子２７の大きさ（Ｒ、Ｃ）
に反比例する。干渉の極大の近傍において、光の
強度を表わす関数は、光学的格子と同じ大きさの
一様に透明な瞳の回折関数に他ならない。この関
数は第３図に表わされている。ａが長さＲまたは
Ｃ（軸ｖまたはｕに沿つた）に等しいとすると、
強度は値λ／ａにおいて極小値ゼロを通る。回折
点の形態は第４図は表わされている。一つの方向
において、光学的格子が不規則に分布するバーを
有するならば、この方法に回折線が見られこの線
の分布は格子のバーの特定な配置に依存する。と
りわけ、バーの幅と間隔分布が一様でない分布コ
ードによつて決定される場合この場合に対応す
る。このコードは、バーカー（Barker）コード
型の疑似ランダムコードであつてもよい。コード
の一例が後に記述される。
本発明による位置合わせは、上述した物理的諸
現象を用いて第５図に図式化されている。レチク
ル１７（第２の媒体として）の上のパターン２９
が投影されるべきシリコンウエハ１１（第１の可
動媒体として）はこれらパターン２９に位置合わ
せされねばならない。
このために、レチクル１７及びウエハ１１はそ
れぞれパターンを構成する光学的格子３０及び３
１とパターンを構成する光学的格子３２及び３３
を保持し、これらのパターンがレチクル１７に対
するウエハ１１の位置合わせに用いられる。レチ
クル１７及びウエハ１１は投影レンズ（図示され
ていない）の光軸Ｚに垂直な平面内に置かれてい
る。位置合わせに使われるパターンは、互いに直
交する２つの選択的Ｘ及びＹ軸に平行なバーによ
つて構成された光学的格子である。
格子３０及び３１は一つの方向にコード化され
た格子である。格子３２及び３３も、格子３０及
び３１と同じコードで、方向Ｃ（各々CX及びCY）
にコード化されている。このコードを構成するバ
ーは、方向Ｒ（夫々RX及びRY）に規則的に中断さ
れ、このことによつてこの方向Ｒに規則的な間隔
を持つ格子が形成される。第５図では、格子３０
及び３２の位置合わせ、すなわちＸ軸方向の位置
合わせだけが図示されている。Ｙ軸方向の位置合
わせも同様である。
格子３０の像は、図示されていない適当な光学
手段によつて格子３２上に投影される。格子３０
の大きさは、光学手段の倍率を考慮に入れてこの
格子が方向Ｃに沿つて格子３２に重ね合わせられ
るように設定される。前述したように、格子３０
の像によつて照射された格子３２は、２つの特別
な方向すなわち方向Ｃ及びＲ（それぞれCX，RX及
びCY，RY）に沿つた、または結局同様に方向Ｘ
及びＹに沿つた回折光を生じる。第５図にはフー
リエ平面３４上に各次数の回折光C0，C1，C-1及
び他の方向に沿つた各次数の回折光R0，R1，R-1
が表わされている。回折光R1は光電検出手段３
５によつて検出される。出力信号３６は、（図示
されていない）適当な電子手段に伝送される。回
折光R-1もまた検出され、これら２つの回折光
R1，R-1それぞれの強さを表わす信号の和を得る
ことが出来る。Ｙ軸方向の位置合わせのための格
子３３は、格子３２の回折方向に直交する方向に
回折する。格子３３の回折光R1及びR-1はＸ軸上
で検出される。この技術は、もしＲとＣの方向で
格子の間隔が異なつているならば、Ｘ方向の位置
合わせ信号とＹ方向の位置合わせ信号とを空間的
に識別可能ならしめる。格子の間隔が異つていな
い場合、格子Ｘ及びＹについて、光の２つの直交
する偏光を用いて例えばフイルタリングを行えば
良い。その場合検出器は、観測される方向に対応
する光のみを選ぶことを可能ならしめる検光子を
備えている。
二次元の格子の使用は本発明の基本的特徴であ
つて、以下の２つの不都合を避けることを可能な
らしめる。
(a) レチクルの格子は、照射された場合、複数次
数の光を自らも生ずる。方向Ｃに沿つた回折光
を使用することにより、寄生的な反射及び拡散
に基く妨害の生ずる危険がある。
(b) 方向Ｃに沿つた回折光を用いると、位置合わ
せ用光線の進路上に付加的な光学要素（例えば
ハーフミラー）を導入せねばならず、これら光
学要素はウエハの格子上に投影されるレチクル
の格子の像の投影を妨害する。
第７図は本発明で用いられるコードの一例を示
す。同図において、３７は第５図の、レチクル１
７上に設けられた格子（コード）３０（または３
１）を表わしており、３８は半導体ウエハ１１上
に設けられた格子（コード）３２（または３３）
を表わしている。また３９はスケールを表わして
いる。方向Ｃにおいて、格子３８は格子３７に対
して相補の分布を有しており、間隔は不均等であ
る。また、方向Ｒにおいて格子３８は周期的に中
断され、一定間隔3μｍを有している。これら２
つの格子（コード）の重なり、すなわち格子３７
の像の格子３８の上への重なりの結果として、回
折光R1及びR-1の検出強度が最大になり得る。第
８図は検出手段３５によつて検出された強度の標
準化応答曲線である。この曲線は実験によつて得
られた。同図から明らかのように、非常に選択的
な相関ピークが見られる。一致していない場合、
すなわち格子３７の像の格子３８上への投影が方
向Ｃに沿つた一方の側または他方の側に正確に並
置なされず従つて位置が合致した状態にない場
合、本例の格子（コード）については、平均応答
値が最大値の約40％になる。
格子については、他の構造が使用可能である。
変更例として、第７図の格子３７と同一構成のレ
チクル格子４０と、第９図に示した如く交互に重
ね合わせた形に並べたバーからなるウエハ１１用
の格子４１とを考えることが出来る。回折光は、
位置が合つた状態にあるか否かに従つて方向Ｒの
異なる位置に現われる。格子４１は、規則的な間
隔の２つの格子を互いにずらし交互に並べて重ね
合わせた状態にある。この場合も格子４１は格子
４０の分布に対して相補の分布を有している。こ
の格子は１つの一定間隔Ｐともう１つの一定間隔
P′とを有している。
この種のコード化された格子は、卓越した相関
ピークを呈するが位置が合致してない時の平均の
信号レベルは、選択したコードに応じて25％から
50％の間で変化する。さらにＣ方向において、こ
の格子は、一定で互いに全く異なる間隔を有する
格子の組合わせと同一視することが出来る。その
結果、この方向において、他の位置合わせの方向
における格子の回折光Ｒの検出を混乱させる可能
性のあるこれら間隔各々に対応して回折光を観測
することが出来る。
このような問題を軽減するために、これら２方
向で一定間隔の格子Ｒ−Ｃを選ぶことが出来る。
第１０図に示す一定間隔p1の格子４２を、これ
と相補の分布を有し、レチクル１７上に設けられ
た一定間隔の格子４３の像によつて照射すると、
位置の合致時及び非合致時の応答曲線は第１１図
に示す如くなる。
格子の周期性故に極大値の連続が認められる。
不確定さを取除くために、中央部格子４２の方向
Ｃにおける各側部に２つの側部格子４４及び４５
（一定であるが互いに異なる間隔であり、中央部
格子４２の間隔p1と異なる間隔p10及びp11をそれ
ぞれ有する）を設ける。位置が合致していない場
合、方向Ｃにおいて、格子４３の像が格子４２上
の右過ぎまたは左過ぎに投影されたかに応じてこ
れらの格子のうちの１つが方向Ｒに回折を行う。
この結果は第１２図に示されている。
中央部格子４２の回折光R1０及びR1１に加え
て、側部格子４４及び４５の回折光R11１及び
R10１が現れている。これら後者の２つの回折光
は互いに排他的である。方向Ｒに３つの検出器
D1，D10、及びD11を配置した場合、位置合わせ
は２段階で行われる。第１の段階即ち粗い位置合
わせの間は、２つの回折光R10１及びR11１のう
ちの１つが検出され、その結果、位置がずれてい
る方向が定まり、ウエハの移動を制御する機構が
作動せしめられる。細かな位置合わせを行なう第
２段階の間は、中央部格子の回折光R1１の強度
が測定される。これにより移動は、第１１図のハ
ツチングをつけた中心部に移る。前の場合と同様
に、回折光R-1も検出され得る。この方法の利点
は早い応答動作にある。実際、第１１図の曲線は
理論的には位置が合致していないとき、即ちバツ
クグランドノイズが非常に小さいときに零を通過
する。
他のいくつかの変更例を考えることが出来る。
特に、格子を構成する刻みつけられたシリコン
ウエハは、丸い形状の縁を有し、このため格子の
間隔に応じた半径の環に沿つて回折が行われる。
従つて、相関信号を検出するために、寄生反射
によつて妨害されないように環の種々な点に位置
させることが行われる。
光学的鋭敏さを備えてないこれらすべての方法
の主たる利点は、第１次の回折光について、ウエ
ハ上の像のコントラストから独立した信号を提供
できることにある。それゆえ、以後行われる種々
の集積度の処理のために、第１の集積度で形成さ
れた基準マークを用いることが出来る。
第６図は、本発明の第１の例による位置合わせ
装置を用いたホトレピータの詳細な光学的図式で
ある。コヒーレントを光エネルギーの単色光光源
あるいはレーザ光源から成る光エネルギー源S0は
集光レンズC0を通過してレチクル１７を照射し、
ハーフミラーＭはのこの光源S0の像Ｓを形成す
る。この像Ｓは投影レンズOPによつて捉えられ
て像S″が形成される。照射される半導体ウエハ
１１は同図に示した位置におかれている。レチク
ル１７のパターンを構成する格子４６はハーフミ
ラーＭ及び投影レンズOPによつて格子４７の部
分に像を結ぶ。この格子４６は先に述べた格子の
一つを用いることが出来る。その像は格子４７を
照らすことになるが、このことがフーリエ平面
PF内で回折光を生じる。このフーリエ平面PFは
像Ｓと同じ平面内にある。回折光をフーリエ平面
PF内でなくこの面PFの像平面P′F内で観測するの
がより実用的である。面P′Fは、レンズL1及び第
２のハーフミラーｍを含んだ補助光学手段によつ
て与えられる。この面P′F内に、２つの絞り４８
を備えた不透明な円板４９が設けられ、絞りの後
に光電検出器３５が設けられている。この補助光
学手段は同時に格子４６の像と格子４７との重な
りを可視化することをも可能ならしめる。ハーフ
ミラーＭは、レチクル１７の平面P〓の像である
平面P″〓内に、格子４７の像５０を生じさせる。
この平面P″〓はまたハーフミラーｍを介し、レン
ズL1によつて平面P′〓内に結像される。この像平
面P′〓はミラーm1とレンズL2とによつて、図示さ
れてない可視化手段に結合されたビジコン管５１
に投影される。ビジコン管上で基準マーク４７の
像を見ることは、合焦及び適当な動作チエツクの
助けにはなるが位置合わせには用いられない。
第６図には、例えばＸ軸に関する位置合わせに
相当する、レチクル及びウエハの一対の位置合わ
せマーク４６，４７、しか示されていないが、Ｙ
軸に関する位置合わせ用に第２の一対の位置合わ
せマーク（図示なし）を設けることが必要であ
る。この第２の位置合わせマーク用として、検出
器３５に直交する第２の一対の検出器を設ける。
第１０図に示した如き格子が用いられるならば、
側部格子R10，R11に対する付加的な検出器が準
備される。
上述した最初の例においては、位置合わせ用経
路が投影径路とほとんど共通である。それゆえ、
第１に異なる波長の２つの光源を使用しなければ
ならない。実際、位置合わせマーク４６を照らす
光源S0は位置合わせのための半導体ウエハ１１の
樹脂を感光するものであつてはならない。位置合
わせ用には波長6328ÅのHeNeのレーザ（光エネ
ルギーの第１の源として）を投影用（露光用）に
はブラインドフイルタを併つた水銀ランプ（光エ
ネルギーの第２の源として）が用いられる。投射
レンズは波長4050Å（あるいは使用する光源に応
じて4358Åまたは3650Å）用に補正される。ウエ
ハ１１上に格子４６の鮮明な像を（良好な倍率
で）得るためには、光学的合焦調整手段５２を、
投影レンズとレチクルとの間の光通路中に導入す
ることが必要である。この調整手段５２は、良好
な光学的特性の平行な透明板（λ／10）であるか
または低い度数のレンズである。この透明板は、
検出器の出力に変調された信号を得るようにウエ
ハ１１のマークである格子４７に関するレチクル
１７のマークである格子４６のそれぞれの位置を
変調するためにも利用される。この調整手段５２
のXY方向位置はさほど問題ではなくその角度位
置のみが考慮される。この調整手段のみが位置合
わせの段階と露光の段階との間で切換えされなけ
ればならない機構である。この調整手段の設置及
び撤去は敏速に行うことができる。
検出信号の変調は、ウエハのXY方向の位置を
わずかに変調すること（数十ミクロン）によつて
も行うことが出来る。
一方、レーザビームは、高い周波数では完全に
変調されるかあるいは全く変調されないかであ
る。光電検出器３５で検出された信号は、併設さ
れた電子回路で用いられ、これにより、位置合わ
せ処理を完全に自動化することが可能となる。
これらの電子回路の一例は第１３図に示されて
いる。Ｘ軸方向に関する位置合わせ手段だけが表
わされているが、Ｙ軸方向に関する位置合わせ手
段も同様である。光電検出器３５によつて検出さ
れた信号は波形整形及び増幅器５３に送られる。
第６図の透明板５２は、一定振幅かつ所定周波数
の振動を駆動ユニツト５４から与えられて駆動さ
れる。制御信号は変調信号発振器５５によつて形
成され、線５６を介して送られる。発振器５５は
同様に同期信号を（線５７を介して）同期検波器
５８に送る。レーザビームの強度の変調ユニツト
５９は制御信号を（線６０を介して）高速シヤツ
タ６１に送る。同期信号は同様に、（線６２を介
して）ヘテロダイン検波ユニツト６３に送られ、
この検波ユツト６３は増幅器５３の出力信号を
（線６４を介して）受け取る。この検波ユニツト
６３の出力信号は低周波増幅器６５に（線６６を
介して）送られる。同期検波器５８は、低周波増
幅器６５の出力信号を（線６７を介して）受信
し、また発振器５５の出力信号を（線５７を介し
て）受信する。同期検波器５８の（線６８を介す
る）出力信号は電力増幅器６９に送られ、この増
幅器６９は（線７０を介して）Ｘ軸方向の駆動モ
ータ７１を制御する。
上述の電子回路による処理が行われることによ
り、Ｙ軸方向用の（またはＹ軸方向用の）増幅器
５３に印加された信号は、第１４図にその傾向が
表わされているサーボ制御信号を発生させること
となる。これらの制御信号は所定精度に対応する
自動位置合わせを行うために用いられる。事実、
レチクルのＸ及びＹ軸方向に関する格子の像がウ
エハの対応する格子に正確に重なり合うように制
御される最初の全体的な合焦段階が終了すると、
ある領域内において、サーボ制御信号は、領域△
Ｌに対応する位置合致条件を満たすように保持さ
れる。この領域△ＬはＸ軸に沿つた移動及びＹ軸
に沿つた移動について共に同一である。すなわち
△Ｌ＝X1X2＝Y1Y2である。これを行うために、
位置合わせの変動△Ｘ＝X1X2（または△Ｙ＝
Y1Y2）に対応する２つのしきい値S1及びS2が規
定される。全ての新たな露光の前に信号Ｓがこの
領域の内部にあること△Ｘ（△Ｙ）＜△Ｌがチエツ
クされる。
上述の検出は、結果に応じかつウエハの局部的
な再調整を開始するか否か制御する電子しきい値
手段（図示せず）によつて行なわれる。その結
果、再位置合わせが系統的に行われないという理
由による時間的利点と、どのような場合にも適応
し得るという理由による正確さという利点とが得
られる。第１３図は本発明の範囲内で用いられる
サーボ制御回路の多くのものの中の一例にすぎな
い。これらの回路は当業者に良く知られているた
め、より詳細な説明は行わない。
今まで述べてきたＸ及びＹの２つの座標軸に沿
つた位置合わせに加えて、初期の全体的な位置合
わせ時に、シリコンウエハの角度的（θ）位置合
わを行わなければならない。Ｘ、Ｙ及びθに関す
る位置合わせの最初の方法は、本出願人によつて
1977年４月20日、第7711908号として出願され、
第2388371号として公告されたフランス国特許出
願中に記載されている。この方法によれば、Ｘ及
びＹに関する一対の位置合わせマークはθに関す
る位置合わせに対してもまた用いられる。
第１５図を用いて以下説明する変更例によれ
ば、角度に関する位置合わせを行なうために補助
レンズOAがさらに用いられる。この図において
も、Ｘ及びＹ軸方向に関する位置合わせに必要な
様々な機構がまた示されている。ウエハ１１の回
転軸は、前述の如く、Ｘ及びＹ軸方向に関する位
置合わせ用並びにいわゆる投影用に用いられる投
影レンズOPの光軸と一致する。角度θに関する
位置合わせには、第２の光学手段としての補助レ
ンズOAと、補助基準マーク機７２、ハーフミラ
ーM′及びレンズL′1を含む補助光学手段と、検出
ユニツト７３〜７４とが用いられる。最初のホト
リピーテイングは投影レンズOPによつて実施さ
れ、これにより最大の精度と敏速さを得ることが
できる。位置合わせについてその後の補正は、Ｘ
及びＹ軸方向に関してのみ前述の原理に従つて自
動的に行われる。
これに限定されるわけではないが、本発明の位
置合わせ装置の実施例として以下の機構を用いる
ことが出来る。
(1) 投影レンズ…CERCO製、744型、縮小率1/5 (2) 位置合わせ用照射光源…HeNeレーザ、λ＝
6328Å (3) 投影用照射光源…λ＝4050Åの線を選択する
フイルタを備えた拡張スペクトルを有する水銀
ランプ、 (4) 光電検出手段…ホトダイオード：EGG製、
SGD100型またはHAD1000A型、または光電増
倍管：R.T.C.製、XP1117型（小型光電増倍
管）、 (5) ハーフミラーＭ…多誘電体のミラー反射率
0.99（4050Å＜λ＜4350Åにおいて）透過率約
0.5（λ＝6328Åに対して） 他の構成部品（レンズ、顕微鏡等）は従来のホ
トレピータに通常用いられる部品から選ばれる。
上述した例では、正確な機械的切換えを行つて
いない、すなわち、位置合わせに必要で投影の邪
魔になる要素を切換えることは行つてない。第６
図の調整手段５２のみが、切換えを必要としてい
る。
この切換えは、テーブルＸ−Ｙの移動中になし
得、それゆえ半導体ウエハの転写時間が延長する
ことはない。
投影経路と位置合わせ経路とを完全に独立させ
るのは有利であり、この考えに従つて作られたホ
トレピータが第１６図から第１９図に関係して以
下述べられる。この考え方によれば、レチクル１
７及び半導体ウエハ１１は、ホトレピータに結合
した既知のマークによつて指示される。
第１６図は位置合わせの最初の段階を示してい
る。
Ｘ軸方向に関して及びＹ軸方向に関しての位置
合わせ用の位置合わせマークR21及びR22が、装
置に固定された基準マークR31及びR32に関して
位置合わせされる。平面７５上にあるマークR21
及びR22の像はレンズL4及びL3とミラーM2及び
M1によつて、それぞれマークR31及びR32上に投
影される。位置合わせは光電検出手段３５１及び
３５２の使用によつて検出される。これらの光検
出手段はR31及びR32上に集められた光を集中さ
せるコリメータレンズを備えている。位置の合致
時に、これら２つの検出手段の出力信号は最大と
なる。この段階は前調整のチエツク段階であり、
周期的にしか（例えば一日一回）実行されない。
第１７図は位置合わせの第２段階を示してい
る。この第２段階はレチクル１７の設置及び同一
のマークR31及びR32に対するこのレチクル１７
の位置合わせに対応する。これを行なうために、
このレチクル１７は２つのマークR11及びR12を
備えている。この段階はホトリピーテイングの初
期にのみ行われ、しかもレチクルを変えた時にし
か実行されない。
第１８図は位置合わせの第３段階即ち最後の段
階を表わしている。この段階は最も頻繁に行われ
また最も速い速度で処理されねばならない。この
段階において、シリコンウエハ１１はマークR21
及びR22であろうマークCx及びCyに関して位置合
わせされる。
これらのマークは常時照射されていてもよいが
検出は瞬間的である。マークR21及びR22の像は
シリコンウエハ１１上に刻まれたマーク上に投影
される。すなわちレンズL4と、投影レンズOPと、
ミラーM2及びM1によつて前述した格子３２又は
３３からなるマーク上に投影される。R21及び
R22の像が照射されたマーク（格子）３２及び３
３は複数の次数の回折光を発生する。特に方向Ｒ
に沿つた回折光はフーリエ平面PF内で、前述し
た原則に従い光電検出手段３５によつて検出され
る。
第１９図はその後の段階を示し、この段階中ウ
エハ１１は露光されている。すなわち転写中であ
る。
本例においては位置合わせの経路と投影の経路
とが全く異なつている。いかなる切換えも従つて
必要ではない。第６図中の調整手段５２によつて
行なわれる光の補償（図示されていない）は投影
ビームの通路の外で行なわれる。
第２０図は第１６図〜第１９図で述べた例、す
なわち補助マークを用い、位置合わせ経路と投影
経路とを独立させた例の、変更例である。この変
更例によれば、XY軸方向に関する位置合わせは
補助レンズOAによつて行なわれる。更に、光源
S1によつてコンデンサC1を介して照明された単
一の格子CDの像は、ハーフミラーSM2にもなつ
ているプリズムアセンブリP0によつて分割され
る。このようにして分割された光源は第２のハー
フミラーSM1によつて反射レンズL3により装置
のマークR31及びR32上に投影される。２つの光
電検出手段、L6−３５２及びL7−３５１は、こ
れら装置マークに対して格子CDに分割された像
の位置合わせを行なうために用いられる。格子
CDの分割された像のマークR31及びR32上への重
なりはスキヤニングユニツト７６によつて駆動さ
れるミラー７７により行われる。このスキヤニン
グユニツト７６は一定振幅で与えられた周波数の
交互の回動をミラー７７に伝える。このようにし
てマークR31及びR32上に格子CDの像が一致せし
められた時に、初期基準として用いられるミラー
７７の角度のα0が定められる。分割された像はま
た、ハーフミラーSM1を通り、かつ投影レンズ
OAによつてシリコンウエハ１１上に刻まれた
各々C′X−R′X及びC′Y−R′Yなる２つのマーク上に
も投影される。格子CDの分割された像によつて
照射されたこれら２つのマークは、前に説明した
如く、フーリエ平面内で回折光を生じる。これら
の回折光は、方向R′X，R′Yに沿つてハーフミラー
SM1で、次にプリズムP1の二つの反射面で反射
された後、光電検出手段３５３及び３５４によつ
て検出される。更に、格子CDの分割された像が
照射されたC′X及びC′Yの像はプリズムアセンブリ
P0によつて再び捉えられ、集光レンズL2を前に
おいたビジコン管５１上で可視化可能になる。
前述した全ての場合において、位置合わせ軸Ｘ
とＹとの識別は空間型の識別によつて得られる。
他のいくつかの変更例が使用可能であり、記述さ
れたすべての実施例に適用可能である。
第１の変更例によれば、第１段階においてＸ軸
に沿つた位置合わせに必要なマーク（光学的格
子）が照射されてこの位置合わせが実現される。
第２段階においては、Ｙ軸に沿つた位置合わせに
必要なマーク（光学的格子）が次に照射されて対
応する位置合わせが実現される。これを行なうた
めに、Ｘ軸に関する位置合わせ経路及びＹ軸に関
する位置合わせ経路を順次照射する互いに排他的
な高速シヤツタが用いられる。
第２の変更例によれば、レーザ光源が２つの異
なる周波数（第１及び第２の周波数）で変調され
た光ビームをそれぞれ発生し、これらの光ビーム
がそれぞれ、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の位置合わせ用
マーク（光学的格子）に同時に照射される。回折
光の所定部分の強度を検出した検出手段の出力が
復調され、両周波数の弁別が行われる。
第３の変更例によれば、識別可能に偏光された
２つの光ビームが用いられる。第１の光ビームは
経路Ｘに関する位置合わせに必要なマーク（光学
的格子）を照射し、第２の光ビームは経路Ｙに関
する位置合わせに必要なマーク（光学的格子）を
照射する。
非限定的例として、第１の光ビームは方向CX
に、第２の光ビームは方向CYに平行な線形偏光
をそれぞれ有する。
光電検出手段の手前に検光子が配置される。
前述の３つの変更例において、あらかじめ適当
に条件付けられた光ビームによる経路Ｘ及びＹに
対応するマークを照射するために光フアイバーを
用いることが出来る。
本発明は上述した実施例に限定されない。特に
本発明による光学位置合わせ装置はホトレピータ
以外の装置にも適用することが出来る。本発明の
位置合わせ装置は、固定した媒体に設けられた基
準用パターンに対して、少くとも１つの位置合わ
せ用パターンを備えた複数個の物体の位置合わせ
を行うためのあらゆる装置に適用することができ
る。位置合わせは、位置合わせされるべき物体上
に備えられた一つまたは複数の位置合わせ用パタ
ーン上への基準用パターンの像の投影によつて得
られる回折光の特定の方向のものを検出すること
によつてなされる。
以上説明したように本発明の光学位置合せ装置
及びホトレピータは、第１の方向における幅及び
間隔分布が位置合わせ軸に平行でありかつ第１の
特定分布コードに対して相補の分布を有する第２
の特定分布コードによつて規定されている一連の
平行なバーによつて構成された少なくとも１つの
光学的格子を各位置合わせ軸毎に含むと共に、前
記バーが前記第１の方向と直交する第２の方向に
おいて周期的に中断され該第２の方向に一定ピツ
チの光学的格子を構成している第１のパターンを
有しているため、回折光の光強度が非常に鋭い相
関ピークを呈することとなり、従つて位置合わせ
の精度が、大幅に向上という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の光学位置合わせ装置を用いた
ホトレピータの一例の概略構成図、第２図から第
４図は本発明に用いられる物理現象の説明図、第
５図は本発明の光学位置合わせ装置の一例の原理
図、第６図は第５図に基づく位置合わせ装置を用
いるホトレピータの光学的説明図、第７図から第
１２図は本発明の位置合わせ装置に用いられる光
学的格子の変更例に関する説明図、第１３図及び
第１４図は本発明による位置合わせ装置に結合さ
れた電子回路の一例の説明図、第１５図は角度に
関する位置合わせ用補助レンズを用いる位置合わ
せ装置の変更例の説明図、第１６図から第１９図
は本発明による位置合わせ装置の他の例の説明
図、第２０図は（Ｘ、Ｙ）に関する位置合わせ用
補助レンズを用いた本発明の位置合わせ装置の特
別な実施例の説明図である。 １１……半導体ウエハ、１５，OP……投影レ
ンズ、１７……レチクル、１９，ｍ，Ｍ，M′，
M1，SM1……ハーフミラー、２０，m1，M2…
…ミラー、２６，S0，S1……光源、２７，３０，
３１，３２，３３，３７，３８，４０，４１，４
２，４３，４４，４５……光学的格子、３５，３
５１，３５２，３５３，３５４……光電検出手
段、L1，L′1，L2，L3，L4……レンズ、５２……
光学的合焦調整手段、C0……集光レンズ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 第１の可動媒体上に設けられた少なくとも第
    １のパターンを、第２の媒体上に設けられ固定基
    準を形成する第２のパターンに関して複数の位置
    合わせ軸に沿つて位置合わせする装置であつて、
    第１の方向における幅及び間隔分布が前記位置合
    わせ軸に平行でありかつ第１の特定分布コードに
    よつて規定されている一連の平行なバーによつて
    構成された少なくとも１つの光学的格子を各位置
    合わせ軸毎に含む第２のパターンと、第１の方向
    における幅及び間隔分布が前記位置合わせ軸に平
    行でありかつ前記第１の特定分布コードに対して
    相補の分布を有する第２の特定分布コードによつ
    て規定されている一連の平行なバーによつて構成
    された少なくとも１つの光学的格子を各位置合わ
    せ軸毎に含むと共に、前記バーが前記第１の方向
    と直交する第２の方向において周期的に中断され
    該第２の方向に一定間隔の光学的格子を構成して
    いる第１のパターンと、コヒーレントな光を用い
    て、前記第２のパターンの像を前記第１のパター
    ン上に投影することにより該第１のパターンを照
    射すると共に前記第１及び第２の方向に回折光を
    発生させる光学手段と、前記第２の方向における
    前記回折光の非零次のパターンの所定部分の強度
    を検出し、前記第１のパターンと該第１のパター
    ン上への前記第２のパターンの像の投影との空間
    的相関が最大の場合に前記検出強度が最大を通り
    正確な位置合わせが得られるようにした検出手段
    とを備えていることを特徴とする光学位置合わせ
    装置。 ２ 前記第２の媒体は、透過率が互いに異なる交
    番帯を規定するバーによつて構成される少なくと
    も１つの光学的格子を含む前記第２のパターンが
    設けられた透明部材からなり、前記第１の可動媒
    体は、反射率が互いに異なる交番帯を規定するバ
    ーによつて構成される少なくとも１つの光学的格
    子を含む前記第１のパターンが設けられた反射部
    材からなる特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ３ 前記第１及び第２の特定分布コードは、前記
    第２のパターンの互いに異なる透過率の交番帯と
    前記第１のパターンの互いに異なる反射率の交番
    帯とを不均等に分布させたものである特許請求の
    範囲第２項に記載の装置。 ４ 前記光学手段は、コヒーレントな光エネルギ
    ーの単色光光源と、該単色光光源からの光エネル
    ギーを前記第２のパターンに集束する少なくとも
    １つの集光レンズと、前記第１及び第２のパター
    ンに光学的に結合した投影レンズとを備えてお
    り、投影によつて生じた回折光線がフーリエ平面
    の像として検出されるように前記投影レンズを介
    して戻される特許請求の範囲第１項から第３項の
    いずれか一項に記載の装置。 ５ 前記第１及び第２のパターンのそれぞれは第
    １及び第２の光学的格子によつて構成されてお
    り、該第１の光学的格子の前記第１の方向は第１
    の座標軸に平行でありかつ該第２の光学的格子の
    前記第１の方向は該第１の座標軸に垂直な第２の
    座標軸に平行であり前記第１のパターンの位置合
    わせは直交する２つの座標軸に沿つて行われる特
    許請求の範囲第１項から第４項のいずれか一項に
    記載の装置。 ６ 直交する２つの座標軸に沿つた前記位置合わ
    せは、前記第１及び第２の光学的格子の前記第２
    の方向における回折光の所定部分を検出すること
    によつて行われる特許請求の範囲第５項に記載の
    装置。 ７ 前記第１のパターンの前記第１及び第２の光
    学的格子が順次照射され、直交する２つの座標軸
    に沿つた前記位置合わせが、該第１及び第２の光
    学的格子の照射に同期して該第１及び第２の光学
    的格子の前記第２の方向における回折光の所定部
    分を検出することによつて行われる特許請求の範
    囲第５項に記載の装置。 ８ 前記第１のパターンの前記第１及び第２の光
    学的格子が第１の周波数及び第２の周波数でそれ
    ぞれ変調された第１及び第２の光ビームによつて
    同時に照射され、直交する２つの座標軸に沿つた
    前記位置合わせが、該第１及び第２の光学的格子
    の前記第２の方向における回折光の所定部分の強
    度を検出する前記手段の出力信号を復調すること
    によつて行われる特許請求の範囲第５項に記載の
    装置。 ９ 前記第１のパターンの前記第１及び第２の光
    学的格子が偏光によつて識別可能な第１及び第２
    の光ビームによつて同時に照射され、検光子が前
    記検出手段の手前に配置されている特許請求の範
    囲第５項に記載の装置。 １０ 前記第１のパターンは第１の光学的格子の
    前記第１の方向が第１の座標軸に平行でありかつ
    第２の光学的格子の前記第１の方向が該第１の座
    標軸に垂直な第２の座標軸に平行である同一構成
    の２つの当該第１及び第２の光学的格子によつて
    構成されており、前記第２のパターンは単一の光
    学的格子によつて構成されており、前記光学手段
    は前記単一の光学的格子の像を２つの二次像に分
    割するプリズムアセンブリを備えており、該二次
    像は前記第１のパターンの前記第２のパターンに
    関する位置合わせが直交する２つの座標軸に沿つ
    て行われるように該第１のパターンの前記第１及
    び第２の光学的格子上に投影される特許請求の範
    囲第１項から第４項のいずれか一項に記載の装
    置。 １１ 第１の可動媒体上に設けられた少なくとも
    第１のパターンを、第２の媒体上に設けられ固定
    基準を形成する第２のパターンに関して複数の位
    置合わせ軸に沿つて位置合わせする装置であつ
    て、第１の方向における幅及び間隔分布が前記位
    置合わせ軸に平行でありかつ第１の特定分布コー
    ドによつて規定されている一連の平行なバーによ
    つて構成された少なくとも１つの光学的格子を各
    位置合わせ軸毎に含む第２のパターンと、第１の
    方向における幅及び間隔分布が前記位置合わせ軸
    に平行でありかつ前記第１の特定分布コードに対
    して一部が相補の分布を有する第２の特定分布コ
    ードによつて規定されている一連の平行なバーに
    よつて構成された少なくとも１つの光学的格子を
    各位置合わせ軸毎に含むと共に、前記バーが前記
    第１の方向と直交する第２の方向において周期的
    に中断されており、該第２の方向で２つの異なる
    値の一定間隔を有する合成光学的格子を形成して
    空間的に離れた２組の回折光を得るために該第２
    の方向に一定間隔で重なりあつた同様の構成の２
    つの格子を前記第１の方向に互いにずらした形に
    構成されている第１のパターンと、コヒーレント
    な光を用いて、前記第２のパターンの像を前記第
    １のパターン上に投影することにより該第１のパ
    ターンを照射すると共に前記第１及び第２の方向
    に２組の回折光を発生させる光学手段と、前記第
    ２の方向における前記２組の回折光の内の１つの
    非零次のパターンの所定部分の強度を検出し、前
    記第１のパターンと該第１のパターン上への前記
    第２のパターンの像の投影との空間的相関が最大
    の場合に前記検出強度が最大を通り正確な位置合
    わせが得られるようにした検出手段とを備えてい
    ることを特徴とする光学位置合わせ装置。 １２ 第１の可動媒体上に設けられた少なくとも
    第１のパターンを、第２の媒体上に設けられ固定
    基準を形成する第２のパターンに関して複数の位
    置合わせ軸に沿つて位置合わせする装置であつ
    て、第１の方向における幅及び間隔分布が前記位
    置合わせ軸に平行でありかつ第１の特定分布コー
    ドによつて規定されている一連の平行なバーによ
    つて構成された少なくとも１つの光学的格子を各
    位置合わせ軸毎に含む第２のパターンと、第１の
    方向における幅及び間隔分布が前記位置合わせ軸
    に平行でありかつ前記第１の特定分布コードに対
    して相補の分布を有する第２の特定分布コードに
    よつて規定されている一連の平行なバーによつて
    構成された少なくとも１つの光学的格子を含むと
    共に、前記バーが前記第１の方向と直交する第２
    の方向において周期的に中断され該第２の方向に
    一定間隔の中央部光学的格子を構成している第１
    のパターンと、前記第１のパターンの中央部光学
    的格子の前記第１の方向における各側部に配置さ
    れそれぞれが前記第２の方向に一定間隔を有し前
    記中央部光学的格子の回折光と識別出来る回折光
    を該第２の方向に発生させるために該中央部光学
    的格子の一定間隔と異なる間隔を有する第１及び
    第２の側部光学的格子と、コヒーレントな光を用
    いて、前記第２のパターンの像を前記第１のパタ
    ーン及び第１及び第２の側部光学的格子上に投影
    することにより該第１のパターン及び第１及び第
    ２の側部光学的格子を照射すると共に前記第１及
    び第２の方向に回折光を発生させる光学手段と、
    前記第２の方向における前記回折光の非零次のパ
    ターンの所定部分の強度を検出し、前記第１のパ
    ターンと該第１のパターン上への前記第２のパタ
    ーンの像の投影との空間的相関が最大の場合に前
    記検出強度が最大を通り正確な位置合わせが得ら
    れるようにした検出手段とを備えていることを特
    徴とする光学位置合わせ装置。 １３ 前記検出手段は、前記第２の方向における
    前記回折光の非零次のパターンの所定部分の強度
    を検出し、前記第１のパターンと該第１のパター
    ン上への前記第２のパターンの像の投影との空間
    的相関が最大の場合に前記検出強度が最大を通り
    正確な位置合わせが得られるようにした第１の手
    段と、正確な位置合わせの前段階として前記第１
    及び第２の側部光学的格子の回折光の所定部分の
    強度を測定する第２の手段とを備えている特許請
    求の範囲第１２項に記載の装置。 １４ 第１の可動媒体上に設けられた少なくとも
    第１のパターンを、第２の媒体上に設けられ固定
    基準を形成する第２のパターンに関して複数の位
    置合わせ軸に沿つて位置合わせする装置であつ
    て、第１の方向における幅及び間隔分布が前記位
    置合わせ軸に平行でありかつ第１の特定分布コー
    ドによつて規定されている一連の平行なバーによ
    つて構成された少なくとも１つの光学的格子を各
    位置合わせ軸毎に含む第２のパターンと、第１の
    方向における幅及び間隔分布が前記位置合わせ軸
    に平行でありかつ前記第１の特定分布コードに対
    して相補の分布を有する第２の特定分布コードに
    よつて規定されている一連の平行なバーによつて
    構成された少なくとも１つの光学的格子を各位置
    合わせ軸毎に含むと共に、前記バーが前記第１の
    方向と直交する第２の方向において周期的に中断
    され該第２の方向に一定間隔の光学的格子を構成
    している第１のパターンと、コヒーレントな光を
    用いて、前記第２のパターンの像を前記第１のパ
    ターン上に投影することにより該第１のパターン
    を照射すると共に前記第１及び第２の方向に回折
    光を発生させる光学手段と、前記第２の方向にお
    ける前記回折光の非零次のパターンの所定部分の
    強度を検出し、前記第１のパターンと該第１のパ
    ターン上への前記第２のパターンの像の投影との
    空間的相関が最大の場合に前記検出強度が最大を
    通り正確な位置合わせが得られるようにした検出
    手段と、前記検出手段の出力信号を処理して制御
    信号を発生する電子手段と、前記２つの位置合わ
    せ軸に沿つた自動位置合わせを行うべく前記制御
    信号に応じて前記第１の可動媒体の前記２つの位
    置合わせ軸に沿つた移動を制御する制御手段とを
    備えていることを特徴とする光学位置合わせ装
    置。 １５ 感光性樹脂層を上面に有すると共に第１の
    パターンをその上に備えた半導体ウエハを該ウエ
    ハに投影すべき第２のパターン及びその他のパタ
    ーンを備えたマスク部材に関して位置合わせする
    位置合わせ手段であつて、第１の方向における幅
    及び間隔分布が位置合わせ軸に平行でありかつ第
    １の特定分布コードによつて規定されている一連
    の平行なバーによつて構成された少なくとも１つ
    の光学的格子を各位置合わせ軸毎に含む第２のパ
    ターン、第１の方向における幅及び間隔分布が前
    記位置合わせ軸に平行でありかつ前記第１の特定
    分布コードに対して相補の分布を有する第２の特
    定分布コードによつて規定されている一連の平行
    なバーによつて構成された少なくとも１つの光学
    的格子を各位置合わせ軸毎に含むと共に、前記バ
    ーが前記第１の方向と直交する第２の方向におい
    て周期的に中断され該第２の方向に一定間隔の光
    学的格子を構成している第１のパターン、コヒー
    レントな光を用いて、前記第２のパターンの像を
    前記第１のパターン上に投影することにより該第
    １のパターンを照射すると共に前記第１及び第２
    の方向に回折光を発生させる光学手段、及び前記
    第２の方向における前記回折光の非零次のパター
    ンの所定部分の強度を検出し、前記第１のパター
    ンと該第１のパターン上への前記第２のパターン
    の像の投影との空間的相関が最大の場合に前記検
    出強度が最大を通り正確な位置合わせが得られる
    ようにした検出手段を含む前記位置合わせ手段
    と、位置合わせ中は前記第２のパターンの像を前
    記第１のパターン上に投影するため、露光中はそ
    の他のパターンの像を前記ウエハの所定位置に投
    影するための両方に用いられる投影レンズとを備
    えたことを特徴とするホトレピータ。 １６ 前記光学手段は、前記露光中に励起され、
    前記投影レンズがこれに対して補正されている第
    １の波長を有する光エネルギの第１の源と、前記
    位置合わせ中に励起され、第２の波長を有する光
    エネルギの第２の源、異なる波長の光エネルギを
    用いることに基ずく合焦及び倍率上の誤差を補償
    するための光学的合焦調整手段とを備えている特
    許請求の範囲第１５項に記載のホトレピータ。 １７ 感光性樹脂層を上面に有すると共に第１の
    パターンをその上に備えた半導体ウエハを第１の
    固定基準を形成する第２のパターン及び該ウエハ
    に投影すべきその他のパターンを備えたマスク部
    材に関して位置合わせする位置合わせ手段であつ
    て、第１の方向における幅及び間隔分布が前記位
    置合わせ軸に平行でありかつ第１の特定分布コー
    ドによつて規定されている一連の平行なバーによ
    つて構成された少なくとも１つの光学的格子を各
    位置合わせ軸毎に含む第２のパターン、第１の方
    向における幅及び間隔分布が前記位置合わせ軸に
    平行でありかつ前記第１の特定分布コードに対し
    て相補の分布を有する第２の特定分布コードによ
    つて規定されている一連の平行なバーによつて構
    成された少なくとも１つの光学的格子を各位置合
    わせ軸毎に含むと共に、前記バーが前記第１の方
    向と直交する第２の方向において周期的に中断さ
    れ該第２の方向に一定間隔の光学的格子を構成し
    ている第１のパターン、コヒーレントな光を用い
    て、前記第２のパターンの像を前記第１のパター
    ン上に投影することにより該第１のパターンを照
    射すると共に前記第１及び第２の方向に回折光を
    発生させる第１の光学手段、及び前記第２の方向
    における前記回折光の非零次のパターンの所定部
    分の強度を検出し、前記第１のパターンと該第１
    のパターン上への前記第２のパターンの像の投影
    との空間的相関が最大の場合に前記検出強度が最
    大を通り正確な位置合わせが得られるようにした
    検出手段を含む前記位置合わせ手段と、当該第３
    のパターンと前記第２のパターンとの初期位置合
    わせのために他の媒体に設けられた第２の固定基
    準を形成する第３のパターンと、前記初期位置合
    わせを行うための第２の光学手段とを備えたこと
    を特徴とするホトレピータ。 １８ 前記第２の光学手段は、前記第１のパター
    ンの光学的格子の前記第３のパターンに関する位
    置合わせによつて前記半導体ウエハの角度位置決
    めを行う補助レンズを備えている特許請求の範囲
    第１７項に記載のホトレピータ。
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