JPS5953482B2 - 相対位置偏差測定法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は２つの部材の相対位置偏差を測定する相対位置
偏差測定法に関し、特に露光プロセスにおいてマスクと
被露光体との位置合せを行う際にθ有効な相対位置偏差
測定法に関する。

露光プロセスにおけるマスクと被露光体の如き２つの部
材の相対位置を検知して相対位置合せを行なう装置を構
成することは、写真技術及びその応用としてのパターン
形成技術に於て重要な課題’５となつている。

しかしこれは測長技術とは異なる困難さを有し、まず相
対位置の基準となるマークがそれぞれの部材にパターン
の一部として形成されねばならないということがあげら
れる。これは、高精度の尺度のように装置側に基準とし
て保有されるような尺度を頼りにした測定とは異なり、
対象物のパターンマークという毎回異なる対象を計測せ
ねばならない。又、写真プロセスではマータの形状はプ
ロセスを通過することにより変形して細つたり太つたり
することも考えておかねばならない。以上の条件により
、こうした相対位置測定法としてはマークの中心を検知
し、その中心の相対位置ずれを計測することが求められ
る。

従来のこうした技術としては、次の２つが代表的である
。

（１）第１図の如く２つのパターン１，２にもうけたス
リツトマーク１ａ，２ａの中心位置偏差を計測するもの
で、片方のパターン２に正弦振動を与え、これを光で照
射して透過光を受光素子３で受けるいわゆる振動法と称
されるものである。

受光素子３の波形は第２図の如くとなり中心位置の偏差
は点線のような周波数成分の存在によつて検知される。
この成分の抽出はバンドパスフイルタにより行なわれる
ので、他の雑音成分も除去されＳ／Ｎは良く高感度の検
知ができる。（２）第３図の如き２つのパターン１，２
の一方のパターン１にスリツト１ａを、他方のパターン
２にマーク２ｂを設け、光スポツトを矢印方向から走査
させれば受光素子３の出力波形は第４図のようになる。

この波形のＴｌ，ｔ２の差は走査速度が定速であれば相
対位置偏差となる。このような従来技術では、前者につ
いてはパターンを振動させることは写真プロセス実行上
はパターンボケとなり、結局初期設定にしか使えない。

即ち、露光中に測定ができない。又パターンが静止して
いないので取扱い．が難しい。後者については一寸した
キズにより乱れがちでＴｌ，ｔ２の時間計測精度はあま
り高くなく、又スポツトを小さくすることも難しく、走
査速度の定速化にも難がある。

本発明は上述の点に鑑み測定が容易で、且つ測定精度の
高い相対位置偏差測定法を提供することを目白勺とする
。

この目的の達成のため、本発明相対位置偏差測定法は、
相接する第１及び第２の部材の各々の平面上に第１及び
第２の位置合せパターンに設け、上記第２の位置合せパ
ターンの大きさを第１のそれより大きく構成するととも
に、上記第１と第２のパターンの大きさの差よりは大き
く上記第１のパターンよりは小さいビームスポツトで光
走査して、上記第１のパターンの一方の端部と第２のパ
ターンの一方の端部との第１の距離と、上記第１のパタ
ーンの他方の端部と第２のパターンの他方の端部との第
２の距離に対応する信号を受光素子で検出して相対位置
偏差を測定する相対位置偏差測定法において、上記第１
及び第２の距離に対応する信号をピークホールドし、該
ピークホールドされた各距離に対応する信号の大きさの
差を取出して相対位置偏差を測定することを特徴とする
。

以下本発明を一実施例を基に説明する。第５図は本発明
の一実施例構成図、第６図は第５図構成図の各部波形図
を示し、図中、１″はマスク等の第１の部材であり、位
置合せマークとして開口部１″ａをもつものであり、２
″はウエハ一等の第２の部材であり位置合せマークとし
て開口部２″ａをもつものである。

５，６ａ，６ｂ，７は各々走査器、第１スリツト、第２
スリツト、光源であり、第１の部材１″と第２の部材２
″とを光走査する。

４はハーフミラーで、走査器５からの光を通過し第１の
部材１″からの反射光の一部を受光素子３に導く、８は
集光レンズであり、９は光走査駆動回路、１０は積分回
路等の第１のピークホールド回路、１１はサンプル回路
、１２はサンプルパルス発生回路、１３は第２のピーク
ホールド回路、１４はバンドパスフイルタを示す。

この動作を第６図波形図と関連して説明する。

第１の部材１″の光照射面は反射面となつており、そし
て第２の部材２″の光照射面は非反射面となつている。
このため、光源７からの光を走査器５で走査して照射す
ると、第１の部材１″のＢＢ″間及びＡ−Ａ″間におい
て光が反射され受光素子３に導かれる。この受光素子３
の出力は第６図ａの如く表われる。従来の方法の考え方
は、例えばこの光走査速度が一定であることを要した為
に精度がそこで決つていたが、本方法ではこの波形のＡ
．ｂ両点の光強度の差のみに着目し、これを平均化し、
且つ高精度に抽出するものであり、光走査速度が誤差要
因とならないように留意したことがポイントである。

即ち、Ａ．ｂ間のヒータ値を第１のピークホールド回路
１０でサンプル一次ホールドして第６図ｂのような波形
に修正する。ピークホールドの５りセツトは光走査駆動
回路９から発生する走査振動の両極（速度０に於てりセ
ツト）を示すパルスにより行われる。光走査駆動回路９
の走査振動数は水晶振動子のようなものを基準とした正
確なものとしておくこｌとは必要である。

しかし光走査の振巾或は光スポツトの振動が位置合せマ
ークに対し振動の中心が多少ずれていてもそれが誤差要
因とならないようにする。

そこで、このようにして得られた第６図ｂの波，形をサ
ンプルパルス発生回路１２により基本振動に同期せしめ
て発生したサンプリングパルスによりサンプル回路１１
で゛サンプルすれば第６図Ｃのような波形が得られる。

そして、このサンプリンダパルスによつてりセツトをか
ける第２のピーク５ホールド回路１３を通せば第６図ｄ
のような波形が得られる。この波形を基本振動数のバン
ドパスフイルタ１４に通せばピーク値Ａ，ｂの差に比例
した交流出力（第６図ｄの点線で示す）が得られる。又
、これを同期検波すれば偏差の極性も判定できる。この
出力は第１の部材１″又は第２の部材２″を位置決めす
る図示しないサーボモータの位置決め指令として供給さ
れる。第５図に於いて、Ａ−Ｎ間とＢ−Ｂ″間のマーク
を照射する光ビームの強度は同じであつても、その光を
受ける受光素子の受光位置は微細に見れば別の位置にな
つており、光一電気変換感度は異なることも考えられ位
置の誤差要因となり得る。

この誤差要因を緩和する為に光を受光素子の前で拡最さ
せ、なるべく広い範囲で受光することが望ましい。この
実施例では、レンズ８を介しそのレンズの焦点と異なる
位置に受光素子３を置いて光を分散せしめている。又、
第５図においてＡＡ″，ＢＢ″として示したところは走
査ビームスポツトより小さいことが距離を正確に光の振
巾差に変換するために必要である。

又ビームスポツトはＡＢを同時照射してはならないこと
も条件である。余りビームスポツトを小さく設計すると
、パターンの小さなキズも信号として大きく影響するこ
とになりがちであり好ましくない。この対策としては光
ビーム及びパターンを第５図に於て紙面に垂直な方向に
細長く延長した形とすると良い。即ち、第７図に示す如
く光ビームはＡＢを同時照射しない程度にだ円形とする
。又、第１の部材１″の位置合せマークは開口部１″ａ
の代りに無反射面１″ｂを設けるようにしてもよい。第
５図において、第２の部材２″の開口部２′ａの壁面は
傾斜面としているが、これは鏡面であれば、その反射光
は端へそれてしまい、第１の部材１゛ａの面からの反射
光のみが受光素子３へ入り、より正確なＡＮ，ＢＢ″の
比較を可能とするものである。又、位置合せパターンと
して第５図では、第１の部材１″ａの無反射面の部分は
穴となつているが、通し孔は問題のあることも多い。第
８図はこれに代つて斜面で構成される凹み１″Ｃをもた
せている。この凹みは反射面であつても光はわきへそれ
るから受光素子からみれば無反射面と同じになる効果が
えられる。更に他の実施例として、第９図のような信号
を得るように照光々源の断続を行なう方法が考えられる
。

これは第１図に於てＡ，ｂの信号ピークが一周期に２回
あられれ、その為に信号処理がや・難しくなつているの
を避ける為の改良であり、Ａ一Ａ″間を照射して反射し
た光がスポツトの移動により減少して極小となつた時点
で照射光を断とする。次に走査器の折返し点で再び光源
を光らせて今度は戻り行程でＢ−Ｂ″間を照射し、この
反射光のヒータを過ぎて極小点となつたところで、又光
を断とする。このようにして往路でＡ一Ａ″を、復路で
Ｂ−Ｂ″を照射するようにすることにより第９図ａのよ
うな信号を得ることができる。これをピークホールドし
、振動折返し点でりセツトする。前述の第５図に示すピ
ークホールド回路１０を通せば第９図ｂの如くとなる。
これを振動と同期するサンプルゲート１７回路を通すこ
とにより、第９図Ｃの信号とすることができる。この信
号をこのま・振動周波数のバンドパスフイルタ］４を通
してＡｂの差に比例する交流信号とすることができる。
この利点は原信号に無用の信号が少ない為にサンプリン
グゲートの巾が長くとれることであり、これにより第６
図に比し第９図は信号のパワーが大きくこのま・フイル
タを通しても信号が得られるということであり、これに
より第５図のようにもう一度ピークホールド回路１３を
通す必要がなく、ピークホールドの誤差の影響を少なく
することが可能となる。このように本発明によれば、光
走査速度の誤差にかかわらず正確な相対位置偏差の測定
が可能となり、しかも位置合せマークは静止しているの
で露光中でも位置合せが可能となる等実用上極めて有用
である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図、第４図は従来の測定法説明図
、第５図は本発明の一実施例構成図、第６図は第５図構
成図の各部波形図、第７図は本発明の他の実施例説明図
、第８図は本発明の実施例に用いられる位置合せマーク
説明図、第９図は本発明の他の実施例波形図を示す。 図中、１は第１の部材、２は第２の部材、３は受光素子
、４はハーフミラー、５は走査器、６ａ，６ｂはスリツ
ト、７は光源、８はレンズ、９は走査器駆動部、１０，
１３はヒータホールド回路、１２はサンプルパルス発生
回路、１］はサンプル回路、１４はバンドパスフイルタ
を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 相接する第１および第２の部材の各々の平面上に夫
   々相対位置合せのために、受光素子から見て中央部が低
   反射で他が反射を有する面とする第１の位置合せ用パタ
   ーンと、該第１のパターンの中央部の大きさより大きな
   光通過部を中央部と他を低反射の部分とする第２の位置
   合せ用パターンを形成し、これらを重ね合せるとともに
   、上記第１と第２のパターンの中央部の大きさの差より
   は大きく、第１のパターンの中央部の大きさより小さい
   ビームスポットで光走査して、上記第１のパターンの一
   方の端部と、第２のパターンの一方の端部との間の第１
   の距離と、上記第１のパターンの他方の端部と第２のパ
   ターンの他方の端部との間の第２の距離に対応する信号
   を受光素子で検出して相対位置偏差を測定する相対位置
   偏差測定方法において、上記第１および第２の距離に対
   応する信号をピークホールドし、該ピークホールドされ
   た各距離に対応する信号の大きさの差を取り出して相対
   位置偏差を測定することを特徴とする相対位置偏差測定
   方法。 ２ 上記信号の大きさの差を取出すためのピークホール
   ドされた信号を光走査と同期してサンプルし、サンプル
   出力の大きさの差を測定することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の相対位置偏差測定法。 ３ 上記信号の大きさの差を取出すためピークホールド
   信号を整形した後光走査周波数成分を取出し、該周波数
   成分の振巾から偏差を得ることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の相対位置偏差測定法。