JP2513299B2 - Position detection device - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は位置検出装置に関し、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との相対的な位置決め(アラ
イメント)を行う場合に好適な位置検出装置に関するも
のである。The present invention relates to a position detecting device, for example, in an exposure device for manufacturing a semiconductor element, on a first object plane such as a mask or a reticle (hereinafter referred to as “mask”). The present invention relates to a position detection device suitable for performing relative positioning between a mask and a wafer when exposing and transferring a fine electronic circuit pattern formed on a second object surface such as a wafer. .
(従来の技術) 従来より半導体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
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位置合わせ精度を有するもの
が要求されている。(Prior Art) Conventionally, in an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor, relative alignment between a mask and a wafer has been an important factor for improving performance. Especially in the alignment of the recent exposure apparatus, in order to achieve high integration of semiconductor elements,
For example, one having a positioning accuracy of submicron or less is required.
多くの位置検出装置においては、マスク及びウエハ面
上に位置合わせ用の所謂アライメントパターンを設け、
それら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40
37969号、米国特許第4514858号や特開昭56-157033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。In many position detection devices, a so-called alignment pattern for alignment is provided on the mask and the wafer surface,
Both positions are aligned using the position information obtained from them. As an alignment method at this time, for example, the deviation amount of both alignment patterns can be detected by performing image processing, or US Pat.
No. 37969, U.S. Pat. No. 4,514,858 or Japanese Patent Laid-Open No. 56-157033, a zone plate is used as an alignment pattern to irradiate the zone plate with a luminous flux, and at this time, a predetermined luminous flux emitted from the zone plate is used. This is done by detecting the position of the focal point on the surface.
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パターンを用いた方法に比べて
アライメントパターン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。In general, an alignment method using a zone plate has a feature that relatively high-precision alignment can be performed without being affected by a defect in the alignment pattern, as compared with a method using a simple alignment pattern.
第11図はゾーンプレートを利用した従来の位置合わせ
装置の概略図である。FIG. 11 is a schematic view of a conventional alignment device using a zone plate.
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68面上のマスクアライメントパターン68a及
び支持台62に載置したウエハ60面上のウエハアライメン
トパターン60aを照射する。これらのアライメントパタ
ーン68a,60a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。In the figure, the parallel light flux emitted from the light source 72 passes through the half mirror 74, is condensed by the condenser lens 76 at the condensing point 78, and is then placed on the mask alignment pattern 68a on the mask 68 surface and the support 62. The wafer alignment pattern 60a on the surface of the formed wafer 60 is irradiated. These alignment patterns 68a, 60a are composed of reflective zone plates,
Condensing points are formed on a plane orthogonal to the optical axis including the converging points 78. At this time, the amount of deviation of the position of the condensing point on the plane is guided by the condensing lens 76 and the lens 80 onto the detection surface 82 to be detected.
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64を駆動させてマスク68をウエハ60の相
対的な位置決めを行っている。Then, based on the output signal from the detector 82, the control circuit 84
Thus, the drive circuit 64 is driven to position the mask 68 relative to the wafer 60.
第12図は第11図に示したマスクアライメントパターン
68aとウエハアライメントパターン60aからの光束の結像
関係を示した説明図である。FIG. 12 shows the mask alignment pattern shown in FIG.
FIG. 68 is an explanatory diagram showing an imaging relationship of light fluxes from 68a and the wafer alignment pattern 60a.
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68a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68を0次透過光として
透過し、波面を変えずにウエハ60面上のウエハアライメ
ントパターン60a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60aにより回折された後、再びマス
ク68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60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68は単なる素通し状態としての作用を
する。In the figure, a part of the light beam diverging from the condensing point 78 is diffracted by the mask alignment pattern 68a, and a condensing point 78a indicating the mask position is formed in the vicinity of the condensing point 78.
The other part of the light flux passes through the mask 68 as zero-order transmitted light and is incident on the wafer alignment pattern 60a on the surface of the wafer 60 without changing the wavefront. At this time, the light beam is diffracted by the wafer alignment pattern 60a, and then again passes through the mask 68 as 0th-order transmitted light and is condensed near the condensing point 78 to form a condensing point 78b representing the wafer position. In the figure, when the light beam diffracted by the wafer 60 forms a converging point, the mask 68 acts as a simple transparent state.
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60aによる集光点78bの位置は、ウエハ60のマスク68に
対するずれ量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Δ
σ′として形成される。The position of the converging point 78b due to the wafer alignment pattern 60a formed in this way is determined according to the deviation amount Δσ of the wafer 60 with respect to the mask 68 along the plane orthogonal to the optical axis including the converging point 78. Deviation amount Δ corresponding to Δσ
formed as σ ′.
しかしながら従来の装置ではマスクの位置を示す集光
点とウエハの位置を示す集光点が各々独立に存在し、そ
れらの集光点を別々に検出して双方の位置関係を求めな
ければならず検出装置が複雑化する傾向があった。However, in the conventional apparatus, the condensing point indicating the position of the mask and the condensing point indicating the position of the wafer exist independently, and these converging points must be detected separately to obtain the positional relationship between them. The detector tends to be complicated.
この他米国特許第4311389号公報にはフレネルゾーン
プレート等の入射光束を波面変換する作用を有する物理
光学素子を利用してマスクとウエハの相対的位置関係を
検出する装置が提案されている。In addition, US Pat. No. 4,311,389 proposes a device for detecting the relative positional relationship between a mask and a wafer by using a physical optical element such as a Fresnel zone plate having a function of converting an incident light beam into a wavefront.
第13図は同公報の装置で用いられているマスク面上と
ウエハ面上に設けられている物理光学素子を示す説明図
である。同図において68bは線状のフレネルゾーンプレ
ートであり、x方向にのみ集光作用を有する様に線状の
不透明部と透明部が交互に形成されマスク68面上に形成
されている。60bは回折格子でありウエハ60上にy方向
に並べて設けられている。線状フレネルゾーンプレート
68bは入射した光束をx方向に集光し、ウエハ60面上で
y方向に長手方向を有するスリット状に焦点を結ぶ。こ
のスリット状焦点がウエハ60上の焦点に重なると回折光
69が発生し、この回折光が不図示の受光手段(ディテク
タ)により検出される。FIG. 13 is an explanatory view showing the physical optical elements provided on the mask surface and the wafer surface used in the apparatus of the publication. In the figure, reference numeral 68b is a linear Fresnel zone plate, in which linear opaque portions and transparent portions are alternately formed so as to have a condensing effect only in the x direction, and are formed on the surface of the mask 68. Reference numeral 60b denotes a diffraction grating, which is arranged on the wafer 60 in the y direction. Linear fresnel zone plate
68b condenses the incident light beam in the x direction and focuses it on the surface of the wafer 60 into a slit having a longitudinal direction in the y direction. When this slit-shaped focal point overlaps the focal point on the wafer 60, diffracted light
69 is generated, and this diffracted light is detected by a light receiving means (detector) (not shown).
フレネルゾーンプレート68bは不図示の照明系によっ
て照明され光走査され焦点位置が回折格子60bと重なる
ときに受光手段は回折格子からの回折光に基づく光強度
変化を検出する。このときの受光手段で得られる光強度
変化により回折格子68bのフレネルゾーンプレート68bに
対する位置、即ちマスク68とウエハ60との相対位置関係
を検出する。The Fresnel zone plate 68b is illuminated by an illumination system (not shown), is optically scanned, and when the focal point overlaps the diffraction grating 60b, the light receiving means detects a change in light intensity based on the diffracted light from the diffraction grating. The position of the diffraction grating 68b with respect to the Fresnel zone plate 68b, that is, the relative positional relationship between the mask 68 and the wafer 60 is detected by the change in light intensity obtained by the light receiving means at this time.
この検出方法の場合、ディテクタで検出される光量変
化はマスク68とウエハ60との相対位置関係を示す。言い
換えると1つのディテクタでマスク68とウエハ60との相
対位置関係が検出されるので装置全体が簡素化される。In the case of this detection method, the change in the amount of light detected by the detector indicates the relative positional relationship between the mask 68 and the wafer 60. In other words, since the relative positional relationship between the mask 68 and the wafer 60 is detected by one detector, the entire apparatus is simplified.
しかしながらこの方法は、例えばマスク68とウエハ60
との間隔gが変化するとフレネルゾーンプレート68bに
よって集光される光はウエハ60上に焦点を結ばなくなっ
てくる。この為、回折格子60bを照明するスリット状光
束の単位面積あたりの光強度が減少し、かつ照明領域が
大きくなるのでディテクタが検出する光強度変化はコン
トラストが小さく、又変化の幅が大きくなってくる。こ
の為、検出精度が劣化し、マスクとウエハの相対位置検
出を高精度に行うのが難しくなってくるという問題点が
あった。However, this method may be used, for example, for mask 68 and wafer
When the distance g between the and is changed, the light condensed by the Fresnel zone plate 68b is no longer focused on the wafer 60. Therefore, the light intensity per unit area of the slit-shaped light flux illuminating the diffraction grating 60b is reduced, and the illumination area is increased, so that the light intensity change detected by the detector has a small contrast and the width of the change becomes large. come. Therefore, there is a problem that the detection accuracy deteriorates and it becomes difficult to detect the relative position between the mask and the wafer with high accuracy.
(発明が解決しようとする問題点) 本発明は第1物体と第2物体の相対的位置関係を簡易
な構成でしかも高精度に検出することが出来、かつ間隔
変動に対しても検出精度の劣化しにくい位置検出装置の
提供を目的とする。(Problems to be Solved by the Invention) The present invention can detect the relative positional relationship between the first object and the second object with a simple structure and with high accuracy, and can detect the detection accuracy even with respect to the interval variation. An object of the present invention is to provide a position detection device that is resistant to deterioration.
特に本発明は第1物体と第2物体との相対的な位置ず
れ量を検出する際に、第1物体と第2物体面上に各々所
定の光学性質を有した物理光学素子を設け、該物理光学
素子に所定方向から光束を入射させることにより、例え
ば半導体素子製造用の露光装置に適用したとき、露光前
後でアライメントヘッドの移動をなくし、又、マスク、
ウエハ間のギャップの変動があってもアライメント誤差
をほとんど生じない光学系を得、これにより双方の相対
的な位置ずれ量に伴う光量の重心位置を高精度に、しか
も容易に検出することのできる位置検出装置の提供を目
的とする。In particular, the present invention provides physical optical elements having predetermined optical properties on the first object surface and the second object surface, respectively, when detecting the relative positional deviation amount between the first object and the second object, By applying a light beam to the physical optical element from a predetermined direction, for example, when applied to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor element, the movement of the alignment head before and after exposure is eliminated, and a mask,
An optical system that produces almost no alignment error even if the gap between the wafers varies can be obtained, whereby the position of the center of gravity of the light amount due to the relative positional deviation between the two can be detected with high accuracy and easily. An object is to provide a position detection device.
(問題点を解決するための手段) 本発明の位置検出装置は、第1物体に対する第2物体
の所定方向の位置関係を検出する際、投光手段からの光
束を該第1物体面上に該第1物体から偏向出射する光束
が該所定方向に対し垂直となるように照射し、該第1物
体からの出射光束を該第2物体に入射させ該第2物体で
偏向出射した光束を該第1物体からの出射光束の該第2
物体への入射位置に応じて入射位置が変化するような位
置に配置した受光手段で受光し、該受光手段からの出力
信号を利用して該第1物体に対する該第2物体の該所定
方向の位置検出を行ったことを特徴としている。(Means for Solving Problems) When detecting the positional relationship of the second object with respect to the first object in the predetermined direction, the position detecting device of the present invention directs the light flux from the light projecting means onto the first object surface. The light beam deflected and emitted from the first object is irradiated so as to be perpendicular to the predetermined direction, the light beam emitted from the first object is made incident on the second object, and the light beam deflected and emitted by the second object is The second of the light flux emitted from the first object
Light is received by the light receiving means arranged at a position where the incident position changes depending on the incident position on the object, and the output signal from the light receiving means is used to detect the second object relative to the first object in the predetermined direction. The feature is that the position is detected.
例えば具体的には、第1物体と第2物体とを対向させ
て相対的な位置決めを行う際、該第1物体面上に少なく
とも一方向を位置合わせする為の第1物理光学素子を形
成し、該第2物体面上に少なくとも一方向を位置合わせ
する為の第2物理光学素子を形成し、投光手段からの光
束を該第2物体面上の第2物理光学素子面上にその法線
に対して斜方向より入射させると共に、該第2物理光学
素子により前記位置合わせ方向に垂直な方向に偏向させ
て、該第1物体面上の第1物理光学素子に入射させ、該
第1物理光学素子より出射した光束を検出することによ
り、該第1物体と該第2物体との相対的な位置決めを行
ったことである。For example, specifically, a first physical optical element for aligning at least one direction is formed on the surface of the first object when the first object and the second object are opposed to each other for relative positioning. Forming a second physical optical element for aligning at least one direction on the second object surface, and directing the light flux from the light projecting means onto the second physical optical element surface on the second object surface. The first physical optical element on the first object plane is made to enter the first physical optical element while being incident obliquely to the line, and is deflected by the second physical optical element in a direction perpendicular to the alignment direction. That is, the relative positioning of the first object and the second object is performed by detecting the light flux emitted from the physical optical element.
ここで以下の説明でも用いている光束の重心とは、光
束受光面内において、受光面内各点のこの点からの位置
ベクトルにその点の光強度を乗算したものを受光面全面
で積分した時に積分値が0ベクトルになる点のことであ
る。The center of gravity of the light flux, which is also used in the following explanation, is the position vector of each point in the light-receiving surface multiplied by the light intensity at that point in the light-receiving surface of the light flux, and integrated over the entire light-receiving surface. It is a point where the integrated value sometimes becomes a zero vector.
(実施例) 第1図(A)は本発明を半導体素子製造用の露光装置
に適用したときの第1実施例の概略図である。本実施例
では光源10から出射された光束を投光レンズ系11で平行
光束とし、ハーフミラー12を介し、第1物体1として例
えばマスク面Mを通過させた後、フレネルゾーンプレー
トの一種であるグレーティングレンズ等から成る第2物
理光学素子4aを斜方向から照射している。(Embodiment) FIG. 1A is a schematic view of a first embodiment when the present invention is applied to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor element. In the present embodiment, the light beam emitted from the light source 10 is converted into a parallel light beam by the light projecting lens system 11, and is passed through the half mirror 12 as the first object 1, for example, the mask surface M, and is a kind of Fresnel zone plate. The second physical optical element 4a composed of a grating lens or the like is illuminated from an oblique direction.
第2物理光学素子4aは集光作用を有しており反射光を
第2物体2としての例えばウエハ面の法線方向(+Z方
向)に射出させ、第2物理光学素子4aから所定の距離離
れた第1物体1としての、例えばマスク面上に設けられ
ているグレーティングレンズより成る第1物理光学素子
3aに入射させている。第1物理光学素子3aは集光作用を
有しており、光束をアライメントヘッド6方向に射出さ
せハーフミラー12を介した後、検出器8の検出面9上に
集光している。The second physical optical element 4a has a condensing function and emits the reflected light in the direction normal to the wafer surface (+ Z direction) as the second object 2 to separate it from the second physical optical element 4a by a predetermined distance. A first physical optical element as a first object 1 including, for example, a grating lens provided on a mask surface.
It is incident on 3a. The first physical optical element 3a has a light condensing function. The light beam is emitted toward the alignment head 6 and passed through the half mirror 12, and then condensed on the detection surface 9 of the detector 8.
尚、同図において5は例えばウエハチャックであり、
ウエハ2を吸着している。6はアライメントヘッドであ
り、アライメント用の各種の要素を収納している。Eは
マスク上の回路パターンをウエハ面上に転写する為の露
光領域である。In the figure, 5 is, for example, a wafer chuck,
The wafer 2 is adsorbed. Reference numeral 6 denotes an alignment head, which houses various elements for alignment. E is an exposure area for transferring the circuit pattern on the mask onto the wafer surface.
又、マスク1とウエハ2は所定の範囲のギャップ値で
保持されている。The mask 1 and the wafer 2 are held with a gap value within a predetermined range.
100はXYステージであり、ウエハチャック5に吸着さ
れたウエハをXY方向に移動させている。101はステージ
ドライバーであり、XYステージ101をXY方向に駆動して
いる。102はCPUであり、検出器8の出力に基づき、マス
ク1とウエハ2とを位置合わせする様にXYステージ100
を移動させる為、ステージドライバー101に指令信号を
送っている。Reference numeral 100 denotes an XY stage, which moves the wafer sucked by the wafer chuck 5 in the XY directions. A stage driver 101 drives the XY stage 101 in the XY directions. Reference numeral 102 denotes a CPU, which uses the XY stage 100 to align the mask 1 and the wafer 2 based on the output of the detector 8.
A command signal is sent to the stage driver 101 to move the.
又、XYステージ100はウエハ2をz方向の一定位置に
移動させてマスク1とウエハ2との関係を所定間隔とな
るように設定している。Further, the XY stage 100 moves the wafer 2 to a certain position in the z direction and sets the relationship between the mask 1 and the wafer 2 at a predetermined interval.
本実施例では位置合わせの為、ウエハ2を動かす構成
になっているが、同様にマスクチャック移動機構(マス
クステージ)等を設けマスク1を動かす構成としても良
い。In this embodiment, the wafer 2 is moved for alignment, but a mask chuck moving mechanism (mask stage) or the like may be similarly provided to move the mask 1.
尚、XYステージ100はピエゾ素子駆動の精密ウエハス
テージとステッピングモータ駆動の粗ウエハステージと
を含み、ステージドライバー101は、このビエゾ素子と
ステッピングモータとを含み、CPU102はウエハを微小移
動させる時にはピエゾ素子に、比較的大きな距離移動さ
せる時にはステッピングモータに指令信号を送ってい
る。The XY stage 100 includes a precision wafer stage driven by a piezo element and a coarse wafer stage driven by a stepping motor, the stage driver 101 includes this piezo element and a stepping motor, and the CPU 102 is a piezo element for minute movement of the wafer. In addition, a command signal is sent to the stepping motor when moving a relatively large distance.
以下、本実施例では便宜上第1物理光学素子3aをマス
ク用のグレーティングレンズ3a、第2物理光学素子4aを
ウエハ用のグレーティングレンズ、第1物体をマスク、
第2物体をウエハという。Hereinafter, in this embodiment, for convenience, the first physical optical element 3a is a mask grating lens 3a, the second physical optical element 4a is a wafer grating lens, and the first object is a mask.
The second object is called a wafer.
このように本実施例ではウエハ2面上のアライメント
パターンを所定の焦点距離をもったグレーティングレン
ズ(フレネルゾーンプレートの一種)より構成し、アラ
イメントヘッド6からウエハ2面に斜入射したアライメ
ント用の光束をウエハ2面の法線方向(+Z方向)に偏
向し、所定の位置(例えばZ=+276.0μm)に集光さ
せている。As described above, in this embodiment, the alignment pattern on the surface of the wafer 2 is composed of a grating lens (a type of Fresnel zone plate) having a predetermined focal length, and the light flux for alignment obliquely incident on the surface of the wafer 2 from the alignment head 6 is formed. Is deflected in the normal direction (+ Z direction) of the surface of the wafer 2 and focused on a predetermined position (for example, Z = + 276.0 μm).
本実施例においてウエハ2面上に斜入射させる角度α
は 10<α<80 程度が好ましい。In this embodiment, the angle α at which the wafer 2 is obliquely incident is α
Is preferably 10 <α <80.
又、マスク1上のアライメントパターン3aはY軸に関
して非対称なパターンのオフアクシス型のグレーティン
グレンズで、例えば焦点距離278.78μmとなるように設
計され、ウエハ2面上のグレーティングレンズを反射、
回折した収束(発散)光をアライメントヘッド方向に導
光している。Further, the alignment pattern 3a on the mask 1 is an off-axis type grating lens having an asymmetric pattern with respect to the Y-axis, and is designed to have a focal length of 278.78 μm, for example, and reflects off the grating lens on the wafer 2 surface.
The diffracted convergent (divergent) light is guided toward the alignment head.
このときアライメント光束10aはグレーティングレン
ズのレンズ作用を受けアライメントヘッド6内の受光器
8に入射する。尚、第1の実施例ではパターンの存在す
るスクライブラインの長手方向(y方向)にアライメン
トする。At this time, the alignment light beam 10a is incident on the light receiver 8 in the alignment head 6 due to the lens action of the grating lens. In the first embodiment, alignment is performed in the longitudinal direction (y direction) of the scribe line where the pattern exists.
今、マスク1とウエハ2とが平行方向にΔσずれてお
り、ウエハ2からウエハ2のグレーティングレンズ4aで
反射した光束の集光点までの距離をa、マスク1のグレ
ーティングレンズ3aを通過した光束の集光点までの距離
をbとすると検出面9上での集光点の重心ずれ量Δδは となる、即ち重心ずれ量Δδは(b/a+1)倍に拡大さ
れる。Now, the mask 1 and the wafer 2 are deviated by Δσ in the parallel direction, the distance from the wafer 2 to the focal point of the light flux reflected by the grating lens 4a of the wafer 2 is a, and the light flux passing through the grating lens 3a of the mask 1 is If the distance to the focal point of is b, then the center of gravity deviation Δδ of the focal point on the detection surface 9 is That is, the center-of-gravity deviation amount Δδ is expanded by (b / a + 1) times.
例えば、a=0.5mm,b=50mmとすれば重心ずれ量Δδ
は(a)式より101倍に拡大される。For example, if a = 0.5 mm and b = 50 mm, the center of gravity shift amount Δδ
Is enlarged 101 times from the equation (a).
尚、このときの重心ずれ量Δδと位置ずれ量Δσは
(a)式より明らかのように、例えば第2図に示すよう
な比例関係となる。検出器8の光束入射位置の検出分解
能が0.1μmであるとすると位置ずれ量Δσは0.001μm
の位置分解能となる。In this case, the center-of-gravity shift amount Δδ and the positional shift amount Δσ have a proportional relationship as shown in FIG. 2, for example, as is apparent from the equation (a). Assuming that the detection resolution of the luminous flux incident position of the detector 8 is 0.1 μm, the positional deviation amount Δσ is 0.001 μm.
Position resolution.
このようにして求めた位置ずれ量Δσをもとに第2物
体を移動させれば第1物体と第2物体の位置決めを高精
度に行うことができる。If the second object is moved based on the positional deviation amount Δσ thus obtained, the positioning of the first object and the second object can be performed with high accuracy.
本実施例において、検出面9上の基準位置(第1,第2
物理光学素子が位置ずれのない状態の時の光束の重心位
置)は以下の様にして求めている。まず第1物理光学素
子3aを有するマスクを適当な位置に固定する。次に第2
物理光学素子4aを有するウエハをマスクに対して適当な
位置に配置する。この時、光源10からの光束を第1,第2
物理光学素子に入射させてこの状態における検出面9上
での光束の重心位置を検出する。次いでこの状態で例え
ばマスク上のパターンをウエハ上に転写する。転写され
たパターンを他の顕微鏡等で観察し、ずれの量と方向を
計測する。求めたずれ量及び方向が(a)式における第
2物理光学素子のずれ量Δσになる。従って(a)式よ
り前に検出した光束の重心位置が基準位置よりどれだけ
ずれていたか、即ちずれ量Δδが求められるので、この
ずれ量Δδと検出した重心位置から基準位置を逆算して
求めている。In the present embodiment, the reference position on the detection surface 9 (first, second
The position of the center of gravity of the light flux when the physical optical element is not displaced is calculated as follows. First, the mask having the first physical optical element 3a is fixed at an appropriate position. Second
The wafer having the physical optical element 4a is placed at an appropriate position with respect to the mask. At this time, the light flux from the light source 10
The light beam is made incident on the physical optical element and the center of gravity of the light beam on the detection surface 9 in this state is detected. Then, in this state, for example, the pattern on the mask is transferred onto the wafer. The transferred pattern is observed with another microscope or the like, and the amount and direction of displacement are measured. The calculated shift amount and direction are the shift amount Δσ of the second physical optical element in the expression (a). Therefore, how much the position of the center of gravity of the light beam detected before the equation (a) is displaced from the reference position, that is, the amount of deviation Δδ is obtained. Therefore, the reference position is calculated back from the amount of deviation Δδ and the detected center of gravity. ing.
尚、本実施例において位置合わせを行う手順として
は、例えば次の方法を採ることができる。In addition, as a procedure for performing the alignment in the present embodiment, for example, the following method can be adopted.
第1の方法としては2つの物体間の位置ずれ量Δσに
対する検出器8の検出面上での光束の重心ずれ信号Δδ
sとの関係を示す特性(例えば比例定数)を予め決めて
おき、重心ずれ信号Δδsの値から双方の物体間との位
置ずれ量Δσを求め、そのときの位置ずれ量Δσに相当
する量だけ第1物体若しくは第2物体を移動させる。As a first method, a barycenter shift signal Δδ of a light beam on the detection surface of the detector 8 with respect to a positional shift amount Δσ between two objects.
A characteristic (for example, a proportional constant) indicating the relationship with s is determined in advance, the amount of positional deviation Δσ between the two objects is obtained from the value of the center-of-gravity deviation signal Δδs, and only the amount corresponding to the amount of positional deviation Δσ at that time is obtained. The first object or the second object is moved.
第2の方法としては検出器8からの重心ずれ信号Δδ
sから位置ずれ方向、即ち位置ずれ量Δσを打ち消す方
向を求め、その方向に第1物体若しくは第2物体を移動
させて位置ずれ量Δσが許容範囲内になるまで繰り返し
て行う。As a second method, the center-of-gravity deviation signal Δδ from the detector 8 is used.
The position shift direction, that is, the direction in which the position shift amount Δσ is canceled is obtained from s, and the first object or the second object is moved in that direction until the position shift amount Δσ falls within the allowable range.
以上のCPUの位置合わせ手順を、それぞれ第1図
(B),(C)に示す。The above CPU alignment procedure is shown in FIGS. 1 (B) and 1 (C), respectively.
以上のようにアライメント光束10aはウエハ2上のグ
レーティングレンズ4aを反射し、マスク1上のグレーテ
ィングレンズ3aを透過回折することによって、マスクと
ウエハ上のグレーティングレンズの間の光軸のずれがn
倍にグレーティングレンズ系の倍率で拡大されて、アラ
イメントヘッド6内の受光面9に入射する。そして受光
器8によりその光束の重心位置を検出している。As described above, the alignment light beam 10a is reflected by the grating lens 4a on the wafer 2 and is transmitted and diffracted by the grating lens 3a on the mask 1, so that the deviation of the optical axis between the mask and the grating lens on the wafer is n.
It is magnified twice by the magnification of the grating lens system and enters the light receiving surface 9 in the alignment head 6. Then, the light receiver 8 detects the position of the center of gravity of the light flux.
ここで、グレーティングレンズの焦点距離は露光時の
マスクとウエハ間のギャップ及びグレーティングレンズ
系の倍率を考慮して設定される。Here, the focal length of the grating lens is set in consideration of the gap between the mask and the wafer during exposure and the magnification of the grating lens system.
例えばマスク、ウエハ間の位置ずれ量を100倍に拡大
して受光面9上で光束の重心位置を検知する露光ギャッ
プを30μmのプロキシミティ露光システムを考える。For example, consider a proximity exposure system in which the exposure gap for detecting the barycentric position of the light flux on the light receiving surface 9 by expanding the amount of positional deviation between the mask and the wafer by 100 times and having the exposure gap of 30 μm.
今、アライメント光束の波長を半導体レーザーからの
光束とし0.83μmとする。このときアライメント光束が
アライメントヘッド6内の投光レンズ系11を通って平行
光束となり、ウエハ2、そしてマスク1を順次通る場合
の2枚のグレーティングレンズより成るグレーティング
レンズ系を通過する。このときの系の屈折力配置の模式
図を第3,第4図に示す。Now, the wavelength of the alignment light flux is 0.83 μm as the light flux from the semiconductor laser. At this time, the alignment light flux passes through the projection lens system 11 in the alignment head 6 to become a parallel light flux, and passes through the wafer 2 and the grating lens system composed of two grating lenses when sequentially passing through the mask 1. Schematic diagrams of the refractive power arrangement of the system at this time are shown in FIGS.
第3図はウエハ2上のグレーティングレンズ4aが負の
屈折力、マスク1上のグレーティングレンズ3aが正の屈
折力の場合、第4図はウエハ2上のグレーティングレン
ズ4aが正の屈折力、マスク1上のグレーティングレンズ
3aが負の屈折力の場合である。3 shows the case where the grating lens 4a on the wafer 2 has a negative refracting power and the grating lens 3a on the mask 1 has a positive refracting power, and FIG. 4 shows the grating lens 4a on the wafer 2 has a positive refracting power. Grating lens on 1
This is the case where 3a has a negative refractive power.
尚、ここで負の屈折力、正の屈折力はマイナスの次数
の回折光を使うか、プラスの次数の回折光を使うかで決
まる。Here, the negative refracting power and the positive refracting power are determined by using the diffracted light of the negative order or the diffracted light of the positive order.
同図において、例えばウエハ2上のグレーティングレ
ンズ4aの口径は300μm、マスク1上のグレーティング
レンズ3aの口径は280μmとし、マスクとウエハ間の位
置ずれ(軸ずれ)を100倍に拡大して検出面9上で光束
の重心が移動を起こし、この結果受光面9上の光束の径
(エアリディスクe-2径);Airy disk、(スポットの回
折像の1番真中の円盤型像)における光強度がピーク値
のe-2倍までの領域の径が200μm程度となるように配
置及び各要素の焦点距離を決めた。In the figure, for example, the diameter of the grating lens 4a on the wafer 2 is 300 μm, the diameter of the grating lens 3a on the mask 1 is 280 μm, and the positional deviation (axial deviation) between the mask and the wafer is magnified 100 times. The center of gravity of the light flux moves on 9 and as a result, the diameter of the light flux on the light receiving surface 9 (Airly disk e -2 diameter); Airy disk, the light intensity at (the disk-shaped image in the middle of the spot diffraction image) Was arranged and the focal length of each element was determined so that the diameter of the region up to e −2 times the peak value was about 200 μm.
次に本実施例におけるマスク用のグレーティングレン
ズ3aとウエハ用のグレーティングレンズ4aの光学的パタ
ーン形状について説明する。Next, the optical pattern shapes of the mask grating lens 3a and the wafer grating lens 4a in this embodiment will be described.
まず、ウエハ用のグレーティングレンズ4aは所定のビ
ーム径の平行光束が所定の角度で入射し、所定の位置に
集光するように設定される。一般にグレーティングレン
ズ4aのパターンは光源(物点)と像点、それぞれに可干
渉光源を置いたときのレンズ面における干渉縞パターン
となる。第5図に示すようにウエハ2面上の座標系を定
める。ここに原点はスクライブライン幅の中央にあり、
スクライブライン方向にx軸、幅方向にy軸、ウエハ面
の法線方向にz軸をとる。ウエハ面の法線に対しαの角
度で入射し、その射影成分がスクライブライン方向と直
交する平行光束がグレーティングレンズ4aを反射回折
後、集光点(x1,y1,z1)の位置で結像するようなグレ
ーティングレンズの曲線群の方程式は、グレーティング
の輪郭位置をx,yで表わすと ysinα+P1(x,y)−P2=mλ/2 …(1) で与えられる。ここにλはアライメント光束の波長、m
は整数である。First, the grating lens 4a for a wafer is set so that a parallel light beam having a predetermined beam diameter is incident at a predetermined angle and is condensed at a predetermined position. Generally, the pattern of the grating lens 4a is an interference fringe pattern on the lens surface when a coherent light source is placed on each of the light source (object point) and the image point. As shown in FIG. 5, the coordinate system on the wafer 2 surface is determined. Here the origin is in the center of the scribe line width,
The x axis is taken in the scribe line direction, the y axis is taken in the width direction, and the z axis is taken in the direction normal to the wafer surface. A parallel light beam which is incident at an angle α with respect to the normal to the wafer surface and whose projection component is orthogonal to the scribe line direction is reflected and diffracted by the grating lens 4a, and then the position of the focal point (x 1 , y 1 , z 1 ) The equation of the curve group of the grating lens that forms an image at is ysinα + P 1 (x, y) -P 2 = mλ / 2 (1) when the contour position of the grating is represented by x and y. Given in. Where λ is the wavelength of the alignment light beam, m
Is an integer.
主光線を角度αで入射し、マスク面上の原点を通り、
集光点(x1,y1,z1)に達する光線とすると(1)式の
左辺は主光線の光路に対し、マスク上の点(x,y,0)を
通り点(x1,y1,z1)に到達する光線の光路の長さの差
を表わし、右辺はその差が波長のm/2倍となることを示
している。The chief ray is incident at an angle α, passes through the origin on the mask surface,
Assuming that the light ray reaches the converging point (x 1 , y 1 , z 1 ), the left side of the equation (1) passes through the point (x, y, 0) on the mask with respect to the optical path of the principal ray, and the point (x 1 , It represents the difference in the optical path lengths of the rays reaching y 1 , z 1 ), and the right side shows that the difference is m / 2 times the wavelength.
一方、マスク上のグレーティングレンズ3aは所定の点
光源から出た球面波を所定の位置(検出面上)に集光さ
せるように設定される。点光源の位置はマスクとウエハ
の露光時のギャップをgとおくと(x1,y1,z1−g)で
表わされる。マスクとウエハの位置合わせはxあるいは
y軸方向に行なわれるとし、アライメント完了時に検出
面上の点(x2,y2,z2)の位置にアライメント光束が集
光するものとすれば、マスク上のグレーティングレンズ
の曲線群の方程式は先に定めた座標系で と表わされる。On the other hand, the grating lens 3a on the mask is set so as to focus the spherical wave emitted from a predetermined point light source on a predetermined position (on the detection surface). The position of the point light source is represented by (x 1 , y 1 , z 1 −g), where the gap between the mask and the wafer during exposure is g. It is assumed that the alignment of the mask and the wafer is performed in the x or y axis direction, and if the alignment light flux is focused at the position of the point (x 2 , y 2 , z 2 ) on the detection surface when the alignment is completed, The equation of the curve group of the above grating lens is the coordinate system defined earlier. Is represented.
(2)式はマスク面がz=−gにあり、主光線がウエ
ハ面上の原点及びマスク面上の点(0,0,−g)、更に検
出面上の点(x2,y2,z2)を通る光線であるとして、マ
スク面上グレーティング(x,y,−g)を通る光線と主光
線との光路長の差が半波長の整数倍となる条件を満たす
方程式である。(2) has mask surface within z = -g, principal ray point on the origin and the mask surface on the wafer surface (0,0, -g), further points on the detection plane (x 2, y 2 , z 2 ) which is a ray that passes through the grating (x, y, −g) on the mask surface and the principal ray is a difference in optical path length that is an equation that satisfies an integer multiple of a half wavelength.
一般にマスク用のゾーンプレート(グレーティングレ
ンズ)は、光線の透過する領域(透明部)と光線の透過
しない領域(遮光部)の2つの領域が交互に形成される
0,1の振幅型のグレーティング素子として作成される。
又、ウエハ用のゾーンプレートは例えば断面形状が矩形
構造の位相格子パターンとして作成される。(1),
(2)式において主光線に対して半波長の整数倍の位置
で、グレーティングの輪郭を規定したことは、マスク上
のグレーティングレンズ3aでは透明部と遮光部の線幅の
比が1:1であること、そしてウエハ上のグレーティング
レンズ4aでは矩形格子のラインとスペースの比が1:1で
あることを意味する。Generally, in a zone plate (grating lens) for a mask, two regions, that is, a region through which light rays pass (transparent portion) and a region through which light rays do not pass (light shielding portion) are alternately formed.
It is created as a 0,1 amplitude type grating element.
The zone plate for the wafer is formed, for example, as a phase grating pattern having a rectangular sectional shape. (1),
In equation (2), the contour of the grating is defined at a position that is an integral multiple of a half wavelength with respect to the principal ray, because the grating lens 3a on the mask has a line width ratio of 1: 1 between the transparent portion and the light shielding portion. It means that the grating lens 4a on the wafer has a line-to-space ratio of 1: 1 in the rectangular lattice.
マスク上のグレーティングレンズ3aは例えばポリイミ
ド製の誘起薄膜上に予めEB露光で形成したレチクルのグ
レーティングレンズパターンを転写して形成、又はウエ
ハ上のグレーティングレンズはマスク上にウエハの露光
パターンを形成したのち露光転写して形成している。The grating lens 3a on the mask is formed by transferring the grating lens pattern of the reticle previously formed by EB exposure on the induction thin film made of polyimide, for example, or the grating lens on the wafer is formed after forming the exposure pattern of the wafer on the mask. It is formed by exposure and transfer.
第6図(A)にウエハ面上のグレーティングレンズ4
a、同図(B)にマスク面上のグレーティングレンズ3a
の一実施例のパターンを示す。FIG. 6 (A) shows a grating lens 4 on the wafer surface.
a, the grating lens 3a on the mask surface is shown in FIG.
The pattern of one Example is shown.
次に第1図(A)に示す実施例において具体的にマス
クとウエハ間に所定の位置ずれ量を与えた場合について
説明する。Next, in the embodiment shown in FIG. 1A, a case where a predetermined positional deviation amount is given between the mask and the wafer will be specifically described.
まずアライメント光源としての半導体レーザー(波長
830nm)から出射した光束は投光レンズ系11を通って半
値幅600μmの平行光束となりアライメントヘッド6か
らウエハ2面の法線に対して40度で入射する。First, a semiconductor laser as an alignment light source (wavelength
The light beam emitted from the 830 nm) passes through the projection lens system 11 to become a parallel light beam having a half-value width of 600 μm and enters the alignment head 6 at 40 ° with respect to the normal line of the wafer 2.
マスクM面上のスクライブラインには幅60μm、長さ
280μmのグレーティングレンズ3aが又、ウエハ面上の
スクライブラインには同じサイズのグレーティングレン
ズ4aが設定されている。マスクとウエハの相対的位置ず
れは、微小変位量をピエゾ駆動の精密ウエハステージ
で、又、比較的大きい変位量はステッピングモータ駆動
のウエハ用の粗ステージによって与えている。又、変位
量は測長機(分解能0.001μm)を用い、管理温度23゜c
±0.5゜cの恒温チャンバー中で測定した。又、アライメ
ントヘッド6内の光束の重心位置の検知用としての受光
器は1次元CCDラインセンサを用いた。ラインセンサの
素子配列方向は位置ずれ検出方向(アライメント方向)
に一致する。ラインセンサの出力は受光領域の全光強度
で規格化されるように信号処理される。これによりアラ
イメント光源の出力が多少変動してもラインセンサ系か
ら出力される測定値は正確に重心位置を示している。The scribe line on the mask M surface is 60 μm wide and long
A 280 μm grating lens 3a is set, and a grating lens 4a of the same size is set on the scribe line on the wafer surface. The relative displacement between the mask and the wafer is given by a piezo-driven precision wafer stage for a minute displacement amount, and a relatively large displacement amount by a stepping motor-driven coarse wafer stage. For the displacement, use a length measuring machine (resolution 0.001μm) and control temperature 23 ° c.
The measurement was carried out in a constant temperature chamber of ± 0.5 ° c. A one-dimensional CCD line sensor was used as a light receiver for detecting the position of the center of gravity of the light beam in the alignment head 6. The element array direction of the line sensor is the misregistration detection direction (alignment direction)
Matches The output of the line sensor is signal-processed so as to be standardized by the total light intensity of the light receiving area. Thus, even if the output of the alignment light source fluctuates to some extent, the measurement value output from the line sensor system accurately indicates the position of the center of gravity.
尚、ラインセンサの重心位置分解能はアライメント光
束のパワーにもよるが50mWの半導体レーザーで測定した
結果0.2μmであった。The center-of-gravity position resolution of the line sensor was 0.2 μm as a result of measurement with a semiconductor laser of 50 mW, although it depends on the power of the alignment light flux.
第1の実施例に係るマスク用のグレーティングレンズ
3aとウエハ用のグレーティングレンズ4aの設計例では、
マスクとウエハの位置ずれを100倍に拡大して信号光束
がセンサ面上で光束の重心位置が移動するように設定し
ている。従って、マスクとウエハ間に0.01μmの位置ず
れがあったとするとラインセンサ面上では1μmの実効
的な重心移動が起こり、ラインセンサ系はこれを0.2μ
mの分解能で測定することができる。Grating lens for mask according to first example
In the design example of 3a and the grating lens 4a for the wafer,
The positional deviation between the mask and the wafer is magnified 100 times, and the signal light flux is set so that the center of gravity of the light flux moves on the sensor surface. Therefore, if there is a displacement of 0.01 μm between the mask and the wafer, an effective center of gravity shift of 1 μm will occur on the line sensor surface.
It can be measured with a resolution of m.
第2図を実際にマスクとウエハ間に所定量の位置ずれ
を与えたときのアライメント用のライセンサで検出した
重心位置の変化を示す。第2図から明らかなようにマス
クとウエハ間の位置ずれ量に対し、検出された重心位置
はグレーティングレンズ系の倍率を比例定数とする線形
関係をもつ。但し、線形性は位置ずれ量が一定値(例え
ば20μm程度)以上になると成り立たなくなり、非線形
性が現われてくる。FIG. 2 shows a change in the position of the center of gravity detected by the alignment licensor when a predetermined amount of positional deviation is actually applied between the mask and the wafer. As is clear from FIG. 2, the detected position of the center of gravity has a linear relationship with the magnification of the grating lens system as a proportional constant with respect to the amount of positional deviation between the mask and the wafer. However, the linearity is not established when the amount of positional deviation exceeds a certain value (for example, about 20 μm), and nonlinearity appears.
これはマスク及びウエハ上のグレーティングレンズ間
の軸ずれ量が大きくなるに従い、光束の波面収差が顕著
になり、センサ上のスポット形状に非対称性が現われた
為である。This is because the wavefront aberration of the light beam becomes more significant as the amount of axial misalignment between the mask and the grating lens on the wafer increases, and asymmetry appears in the spot shape on the sensor.
この波面収差はグレーティングレンズのNAが大きいほ
ど顕在化する。従って一定の面積にグレーティングレン
ズを設定する際はなるべくNAを小さくすることが望まし
い。This wavefront aberration becomes more apparent as the NA of the grating lens is larger. Therefore, when setting the grating lens in a certain area, it is desirable to reduce the NA as much as possible.
本実施例における位置合わせ装置においては、位置ず
れの分解能が0.002μm、位置ずれ測定レンズ±20μm
(線形領域)を得ている。In the alignment device according to the present embodiment, the resolution of the displacement is 0.002 μm, and the displacement measuring lens ± 20 μm.
(Linear region).
本実施例はマスク面上に光束を斜め入射させ、更に斜
め受光光路を設定している為、アライメントヘッド6が
露光領域に入り込まずにマスクとウエハ間は位置ずれ量
を計測制御することができる。この結果、アライメント
ヘッド6を露光前後で動かす必要がなくなり、これによ
りステップアンドリピート方式の露光システムでは、ト
ータルスループットが約20%向上した。又、重ね合わせ
精度も露光前後でアライメントヘッドを動かすシステム
に対して、0.02μm向上することが確認された。In this embodiment, since the light beam is obliquely incident on the mask surface and the oblique light receiving optical path is set, the positional deviation amount between the mask and the wafer can be measured and controlled without the alignment head 6 entering the exposure area. . As a result, it is not necessary to move the alignment head 6 before and after the exposure, which improves the total throughput in the step-and-repeat exposure system by about 20%. It was also confirmed that the overlay accuracy was improved by 0.02 μm with respect to the system that moves the alignment head before and after exposure.
本実施例においてはウエハ用のグレーティングレンズ
を光束が反射回折後、ウエハとマスク間をウエハ面(マ
スク面)に垂直に通過するようにアライメントマークを
形成し、垂直光路を設定している。この為マスクとウエ
ハの間隔変動に対してアライメント精度が悪下しないと
いう特長を有している。In this embodiment, an alignment mark is formed so that the light beam is reflected and diffracted by the grating lens for the wafer and then passes between the wafer and the mask perpendicularly to the wafer surface (mask surface), and the vertical optical path is set. Therefore, it has the feature that the alignment accuracy does not deteriorate with respect to the variation in the distance between the mask and the wafer.
ここで光束がマスク面に垂直ということは該光束が位
置ずれ検出方向(y方向)に垂直な面(xz面)内にあ
り、かつマスク面(xy面)に垂直で位置ずれ検出方向を
含むような面(yz面)内にあることを意味している。Here, the fact that the light flux is perpendicular to the mask surface means that the light flux is in a plane (xz plane) perpendicular to the misregistration detection direction (y direction) and is perpendicular to the mask surface (xy plane) and includes the misregistration detection direction. It means that it is in such a plane (yz plane).
又、ウエハのアライメントマーク上にはマークの面積
より広断面積の平行光を入れており、ウエハ側が多少上
下方向に変動して光のウエハ上入射位置がずれた場合も
常にマスク全面に平行な光が入射している状態は変化せ
ず、従ってウエハのアライメントマークからマスクのア
ライメントマークへ向かう光束の重心位置に変わらな
い。これよりウエハ側の上下変動によって測定精度に影
響を受けない位置ずれ検出系が達成されている。Further, parallel light having a larger cross-sectional area than the area of the mark is put on the alignment mark of the wafer, and even when the incident side of the light on the wafer is displaced due to a slight vertical movement on the wafer side, it is always parallel to the entire surface of the mask. The state in which light is incident does not change, and therefore does not change to the position of the center of gravity of the light beam traveling from the alignment mark on the wafer to the alignment mark on the mask. As a result, a positional deviation detection system is achieved that does not affect the measurement accuracy due to vertical fluctuations on the wafer side.
第7図は本発明の第2の実施例の概略図である。同図
はわかりやすいようにマスク1とウエハ2近傍のみを斜
視図で示している。FIG. 7 is a schematic view of the second embodiment of the present invention. For the sake of clarity, this figure shows only the mask 1 and the vicinity of the wafer 2 in a perspective view.
本実施例ではマスク1及びウエハ2面に形成してたア
ライメント用のパターン3a,4aは1次元グレーティング
レンズである。従って第2の実施例においては、アライ
メントパターンの存在するスクライブライン1a,2aの幅
方向にマスクとウエハの位置合わせを行う。その他は第
1の実施例と同じである。In this embodiment, the alignment patterns 3a and 4a formed on the surfaces of the mask 1 and the wafer 2 are one-dimensional grating lenses. Therefore, in the second embodiment, the mask and the wafer are aligned in the width direction of the scribe lines 1a and 2a where the alignment pattern exists. Others are the same as the first embodiment.
本実施例においてもアライメント光束10aはアライメ
ントヘッド6からウエハ2の法線に対して斜め入射し、
ウエハ2面のアライメントパターン4aで反射した後、マ
スク1面上のグレーティングレンズ3aを通過した後、ア
ライメントヘッド6方向に戻る。又、このときウエハ面
上のグレーティングレンズ4aを反射、回折後、マスク面
上のグレーティングレンズ3aに入射する光線の光路はマ
スクとウエハ面に対して垂直である。この為、第1の実
施例と同様にウエハが上下動してマスクとウエハ間のギ
ャップが変動しても、マスク上のグレーティングレンズ
3aに入射するアライメント光束の重心ずれが生じない光
路になっている。Also in this embodiment, the alignment light beam 10a is obliquely incident from the alignment head 6 to the normal line of the wafer 2,
After being reflected by the alignment pattern 4a on the wafer 2 surface, it passes through the grating lens 3a on the mask 1 surface, and then returns to the alignment head 6 direction. Further, at this time, the optical path of the light beam that is reflected by the grating lens 4a on the wafer surface and diffracted and then enters the grating lens 3a on the mask surface is perpendicular to the mask and the wafer surface. Therefore, as in the first embodiment, even if the wafer moves up and down and the gap between the mask and the wafer changes, the grating lens on the mask
The optical path is such that the center of gravity of the alignment light beam entering 3a does not shift.
本実施例の特徴はグレーティングレンズ3a,4aのパワ
ー(レンズ作用)をスクライブライン幅方向にのみつけ
たことである。その結果、パターン形状が直線グレーテ
ィングからなるグレーティングレンズでシンプルにな
り、曲線グレーティングからなる場合に比べ、パターン
のEB描画精度を向上することができた。これはパターン
描画に使用されるEB露光では直線が描画しやすいからで
ある。The feature of this embodiment is that the power (lens function) of the grating lenses 3a and 4a is applied only in the scribe line width direction. As a result, the pattern shape becomes simpler with the linear grating grating lens, and the EB drawing accuracy of the pattern can be improved as compared with the case of the curved grating. This is because a straight line is easily drawn in the EB exposure used for pattern drawing.
更に当該パターンと対応するアライメントヘッド内の
受光器が検出するアライメント方向と直交する方向にマ
スクとウエハに位置ずれがある場合でも、検出面上では
光束はアライメント直交方向に倍率感度かなく、大きく
重心位置は位置しない。即ち、第2の実施例のように1
次元センサで位置ずれ量を計測する際は、アライメント
方向に直交する方向にはレンズ作用のないグレーティン
グレンズを用いることにより、アライメント方向と直交
する方向の位置ずれの影響を過大に受けずにアライメン
ト方向の位置ずれ計測ができる。Further, even if the mask and the wafer are misaligned in the direction orthogonal to the alignment direction detected by the photodetector in the alignment head corresponding to the pattern, the light beam has no magnification sensitivity in the alignment orthogonal direction on the detection surface and has a large center of gravity. No position is located. That is, as in the second embodiment, 1
When measuring the amount of misalignment with the dimensional sensor, use a grating lens that does not work in the direction orthogonal to the alignment direction, so that the alignment direction is not affected excessively by the misalignment in the direction orthogonal to the alignment direction. It is possible to measure the position deviation of.
第2の実施例ではアライメント光束の入射角やアライ
メント方向のグレーティングレンズのバワー及びパター
ンサイズは第1の実施例と同じように設定した。In the second embodiment, the incident angle of the alignment light beam, the power and pattern size of the grating lens in the alignment direction are set in the same manner as in the first embodiment.
又、露光システム(ステップアンドリピート方式)の
トータルスループットも同じく20%程向上し、重ね合わ
せ精度も露光前後でヘッドを動かすシステムに比べて0.
02μm向上した。Also, the total throughput of the exposure system (step and repeat method) is also improved by about 20%, and the overlay accuracy is 0.
It improved by 02 μm.
第8図は本発明の第3の実施例の概略図である。同図
も第7図と同様にマスクとウエハ近傍のみを斜視図で示
している。FIG. 8 is a schematic diagram of the third embodiment of the present invention. Similar to FIG. 7, this figure also shows only the mask and the vicinity of the wafer in a perspective view.
本実施例ではマスク上のグレーティングレンズ3a及び
ウエハ上のグレーティングレンズ4aは、いずれもスクラ
イブライン方向及びその直交方向に同一パワーをもつ2
次元グレーティングレンズである。In this embodiment, the grating lens 3a on the mask and the grating lens 4a on the wafer both have the same power in the scribe line direction and the direction orthogonal thereto.
It is a three-dimensional grating lens.
第1,第2の実施例と同様アライメントヘッド6からウ
エハ面2の法線に対して斜めにアライメント光束10aが
入射し、ウエハとマスク間の光路はウエハ面(マスク
面)に対し、垂直となるようにアライメントパターンは
設定されている。アライメント光束10aはウエハ2面上
のグレーティングレンズ4aで反射した後、マスク1面上
のグレーティングレンズ3aを通過しアライメントヘッド
6内に戻り、2次元センサ8aの検出面9a上に入射する。
これにより2次元センサ8aで光束の重心位置を検出して
いる。Similar to the first and second embodiments, the alignment light beam 10a is obliquely incident from the alignment head 6 with respect to the normal line to the wafer surface 2, and the optical path between the wafer and the mask is perpendicular to the wafer surface (mask surface). The alignment pattern is set so that The alignment light flux 10a is reflected by the grating lens 4a on the surface of the wafer 2, passes through the grating lens 3a on the surface of the mask 1, returns to the alignment head 6, and is incident on the detection surface 9a of the two-dimensional sensor 8a.
Thus, the two-dimensional sensor 8a detects the position of the center of gravity of the light beam.
即ち、本実施例では2次元センサ8aでマスクとウエハ
の位置ずれを2次元的にグレーティングレンズ系の倍率
で検出する。このように2次元的にパワーを有するグレ
ーティングレンズと2次元センサを使うことにより、マ
スクとウエハの位置ずれの2次元的方向と大きさを同時
に正確に検知することを可能にしている。センサ系では
第1の実施例と同様に受光領域の全光強度で規格化され
るように信号処理される。従って光源の出力が多少変動
してもセンサ系から出力される測定値は正確に重心位置
を示している。That is, in this embodiment, the two-dimensional sensor 8a detects the positional deviation between the mask and the wafer two-dimensionally by the magnification of the grating lens system. As described above, by using the grating lens and the two-dimensional sensor having a two-dimensional power, the two-dimensional direction and magnitude of the positional deviation between the mask and the wafer can be accurately detected at the same time. In the sensor system, signal processing is performed so as to be standardized by the total light intensity in the light receiving area, as in the first embodiment. Therefore, even if the output of the light source fluctuates to some extent, the measured value output from the sensor system accurately indicates the position of the center of gravity.
アライメント光束の入射角、グレーティングレンズ3
a,4aのパワー、及びサイズは第1の実施例と同じとした
結果、位置検出特性も第1,第2の実施例と同じ性能を得
た。但し、センサ系の信号処理は2次元的な光量分布の
重心位置を検出する為、処理時間とアルゴリズムは多少
異っている。Incident angle of alignment beam, grating lens 3
As a result that the power and size of a and 4a are the same as those of the first embodiment, the position detection characteristics have the same performance as those of the first and second embodiments. However, since the signal processing of the sensor system detects the barycentric position of the two-dimensional light amount distribution, the processing time and the algorithm are slightly different.
第9図は本発明の第4の実施例を示す。 FIG. 9 shows a fourth embodiment of the present invention.
本実施例ではウエハ2上に形成したオフアクシス形グ
レーティングレンズ素子4a上に光源からの光束10aをウ
エハ面法線に対して所定の角度θ1(例えば15°)で入
射させる。ウエハ上グレーティングレンズ素子4aのレン
ズ作用を受けた回折反射光のうち、マスク、ウエハ間の
位置ずれ量検出に用いるアライメント信号光束は、アラ
イメントヘッド(光ピックアップ)6内の受光器8で検
知するマスク、ウエハ間位置ずれ量検出方向に対し垂直
となるように進行する。In this embodiment, the light beam 10a from the light source is incident on the off-axis type grating lens element 4a formed on the wafer 2 at a predetermined angle θ 1 (for example, 15 °) with respect to the normal to the wafer surface. Of the diffracted and reflected light that has undergone the lens action of the on-wafer grating lens element 4a, the alignment signal light flux used to detect the amount of positional deviation between the mask and the wafer is detected by the photodetector 8 in the alignment head (optical pickup) 6. , So as to be perpendicular to the wafer-to-wafer positional deviation detection direction.
例えば、本実施例においては位置ずれ検出方向をマス
ク3(ウエハ2)上のスクライブライン方向(第9図y
軸方向)にとると、ウエハ上グレーティング素子4aから
の出射するアライメント信号光束の進行方向はスクライ
ブライン方向に対して垂直であればよい。For example, in this embodiment, the misregistration detection direction is the scribe line direction on the mask 3 (wafer 2) (y in FIG. 9).
In the axial direction), the traveling direction of the alignment signal light flux emitted from the on-wafer grating element 4a may be perpendicular to the scribe line direction.
このようにするとマスク3とウエハ2のz方向の間隔
が変動しても、ウエハ上グレーティング素子4aから出射
し、ウエハ3上グレーティングレンズ素子3aに入射する
アライメント信号光束10aは第3の実施例と同様、マス
ク3、ウエハ2間の間隔変動が原因となって、アライメ
ントヘッド6内の受光器上でグレーティングレンズ系の
位置ずれ量検出方向に光束重心位置の変動が起こらない
ようになっている。In this way, even if the distance between the mask 3 and the wafer 2 in the z direction changes, the alignment signal light flux 10a emitted from the on-wafer grating element 4a and incident on the on-wafer 3 grating lens element 3a is the same as that in the third embodiment. Similarly, fluctuations in the distance between the mask 3 and the wafer 2 prevent fluctuations in the position of the center of gravity of the light beam on the photodetector in the alignment head 6 in the direction of detecting the positional deviation of the grating lens system.
第4の実施例と第3の実施例との構成上の違いは、ア
ライメント信号光束の光路が、ウエハ上グレーティング
レンズ4aを通過後、第3の実施例ではウエハ面(或はマ
スク面)に対して垂直となるのに対し、第4の実施例で
はウエハ面(或はマスク面)に対して垂直ではなく、マ
スク、ウエハ間の位置ずれ量を検出する方向(例えば第
9図y方向)に対してのみ垂直となっていることであ
る。ここでは光路が位置ずれ量を検出する方向に対して
垂直とは光路が位置ずれ検出方向(y方向)に垂直な面
(xz面)内にあることを意味する。The difference in structure between the fourth embodiment and the third embodiment is that the optical path of the alignment signal light flux passes through the on-wafer grating lens 4a and then on the wafer surface (or mask surface) in the third embodiment. In contrast to the vertical direction, the fourth embodiment is not vertical to the wafer surface (or the mask surface), but the direction for detecting the positional deviation amount between the mask and the wafer (for example, the y direction in FIG. 9). It is only vertical to. Here, the fact that the optical path is perpendicular to the direction in which the amount of positional deviation is detected means that the optical path is in a plane (xz plane) perpendicular to the positional deviation detection direction (y direction).
一方、第3の実施例と同様、第4の実施例ではウエハ
2上グレーティングレンズ素子4aのレンズ作用を受けて
反射回折するアライメント信号光束10aの進行方向(光
路)は、グレーティングレンズ素子3aで回折された後も
マスク、ウエハ間の位置ずれ量検出方向に対して垂直で
あるが、本発明の実施に当っては、第2の実施例に示す
ようにグレーティングレンズ素子3a,4aのレンズ作用を
受けたアライメント信号光束が、マスク3から出射する
光路は、位置ずれ量検出方向に対して垂直でなくてもよ
い。On the other hand, similarly to the third embodiment, in the fourth embodiment, the traveling direction (optical path) of the alignment signal light beam 10a reflected and diffracted by the lens action of the grating lens element 4a on the wafer 2 is diffracted by the grating lens element 3a. Even after being subjected to the masking, it is still perpendicular to the direction of detecting the amount of positional deviation between the mask and the wafer. However, in implementing the present invention, the lens action of the grating lens elements 3a and 4a as shown in the second embodiment is The optical path of the received alignment signal light flux emitted from the mask 3 may not be perpendicular to the misregistration amount detection direction.
第10図(A),(B)は本発明の第5実施例の要部の
側面図と正面図である。本実施例では同図(B)面内に
おける第1物体としてのマスク1と第2物体としてのウ
エハ2との位置ずれ量を検出している。10 (A) and 10 (B) are a side view and a front view of the essential part of the fifth embodiment of the present invention. In this embodiment, the amount of positional deviation between the mask 1 as the first object and the wafer 2 as the second object in the plane of FIG.
光源からの光束をマスク1面上に設けた第1のオフア
クシス型のグレーティング素子(グレーティングレン
ズ)112面上にマスク1の法線に対して角度θ1で入射さ
せ、グレーティング素子112からの所定次数の回折光を
マスク1よりマスク面に対して垂直に射出させ、ウエハ
2面上に設けた第2のオフアクシス型のグレーティング
素子113に入射させている。A light beam from the light source is incident on the surface of a first off-axis type grating element (grating lens) 112 provided on the surface of the mask 1 at an angle θ 1 with respect to the normal line of the mask 1, and a predetermined amount from the grating element 112 is entered. The diffracted light of the order is emitted from the mask 1 perpendicularly to the mask surface, and is incident on the second off-axis type grating element 113 provided on the surface of the wafer 2.
ここでオフアクシス型のグレーティング素子とは素子
を形成する平面の法線に対し、任意の傾角を有した光束
を入射させ、正反射又は直進透過する次数以外の特定次
数の光に対して特性保証した素子のことをいう。Here, an off-axis type grating element is a device that emits a light beam with an arbitrary inclination angle with respect to the normal to the plane forming the element, and guarantees characteristics for light of a specific order other than the order of specular reflection or straight transmission. Refers to an element that has been used.
第1のオフアクシス型のグレーティング素子112は射
出光束がマスク1のほぼ法線方向に主光線を有し、同図
(B)に示すように正面図内において有限なる焦点距離
を有して同図(A)に示すように側面図内においては集
光しない1次元像を形成するゾーンプレートよりなって
いる。In the first off-axis type grating element 112, the emitted light beam has a principal ray substantially in the normal direction of the mask 1, and has the same finite focal length in the front view as shown in FIG. As shown in FIG. 3A, the side view includes a zone plate that forms a one-dimensional image that does not collect light.
又、グレーティング素子113はマスク1により形成さ
れた1次元像を物点とし、ウエハ2の法線に対し射出光
束は、同図(A)の紙面内において角度θ2の傾角を有
し、光受光器8上に像を形成するゾーンプレートであ
り、10aはその受光光束を示す。114は前記投光光束111
を作成し、光受光器8を包含する光ピックアップ筺体
(アライメントヘッド)を示す。又、同図(A)で115
はマスク1のパターンをウエハ2に転写する為の露光光
を示し、破線は概念的にその光路内を示すものである。
露光光は紫外光やX線等が用いられる。Further, the grating element 113 has a one-dimensional image formed by the mask 1 as an object point, and the emitted light flux has an inclination angle θ 2 within the plane of the drawing of FIG. A zone plate which forms an image on the light receiver 8, and 10a indicates the received light beam. 114 is the projected light flux 111
And showing an optical pickup housing (alignment head) including the optical receiver 8. Also, in FIG.
Indicates the exposure light for transferring the pattern of the mask 1 onto the wafer 2, and the broken line conceptually indicates the inside of the optical path.
As the exposure light, ultraviolet light, X-ray or the like is used.
ここで、ウエハ2が位置ずれ検出方向であるX方向に
横移動すると前述の如く同図(B)の紙面内での光受光
器8上の照度分布を横移動する。オフアクシス型グレー
ティング素子112,113は以下の様に示す手法で設定され
ている。Here, when the wafer 2 laterally moves in the X direction, which is the position shift detection direction, the illuminance distribution on the photodetector 8 in the plane of FIG. The off-axis type grating elements 112 and 113 are set by the following method.
即ち、第1のオフアクシス型グレーティング素子112
のパターンは同図に示す座標軸とし、グレーティング素
子112上の中心点を原点とすると Ysinθ1+P1(X)−P2=mλ/2 P1(X)={(X−X1)2+Z1 2}1/2 P2={X1 2+Z1 2}1/2 により与えられる。ここでλは光束111の光の波長、m
は任意の整数である。P2は原点からグレーティング素
子112の集光点までの距離を意味し、Z1は物理的にはグ
レーティング素子112の焦点距離を意味する。That is, the first off-axis type grating element 112
Is the coordinate axis shown in the figure, and the center point on the grating element 112 is the origin, Ysin θ 1 + P 1 (X) −P 2 = mλ / 2 P 1 (X) = {(X−X 1 ) 2 + Z 1 2 } 1/2 P 2 = {X 1 2 + Z 1 2 } 1/2 . Where λ is the wavelength of the light of the light flux 111, m
Is an arbitrary integer. P 2 means the distance from the origin to the focal point of the grating element 112, and Z 1 physically means the focal length of the grating element 112.
一方、第2のグレーティング素子113も同様に設定さ
れている。マスク1とウエハ2の設定距離をgとすると
グレーティング素子113に対する物点が(x1,y,z−g)
である為、先に示す座標系で {(X−X2)2+Z2 2}1/2−{(X−X1)2+(Z1−
g)2}1/2={X2 2+Z2 2}1/2+Ysinθ2−{X1 2+Z
1 2}1/2+mλ/2 により与えられる。ここで位置ずれ0のときの光検出器
8上の像点の座標を(X2,Y,Z2)とした。On the other hand, the second grating element 113 is similarly set. If the set distance between the mask 1 and the wafer 2 is g, the object point for the grating element 113 is (x 1 , y, z-g)
Therefore, in the coordinate system shown above, {(X−X 2 ) 2 + Z 2 2 } 1/2 − {(X−X 1 ) 2 + (Z 1 −
g) 2 } 1/2 = {X 2 2 + Z 2 2 } 1/2 + Ysin θ 2 − {X 1 2 + Z
1 2 } 1/2 + mλ / 2. Here, the coordinates of the image point on the photodetector 8 when the displacement is 0 are defined as (X 2 , Y, Z 2 ).
尚、θ2はy方向の偏向角(ウエハ面法線に対する角
度)である。Note that θ 2 is the deflection angle in the y direction (angle with respect to the wafer surface normal).
上述の角度θ1及びθ2は第1には露光光路にかからな
い位置にピックアップ筺体114を設定可能な角度とする
必要があり、実用的な寸法条件を考えると角度θ1及び
θ2の差は3°以上必要である。しかしθ1,θ2を大き
くするとグレーティング素子のパターン線幅が減少し、
作成上の難易度が高くなることや、回折効率が低下し光
検出器8に到達する光量が低下し精度低下の要因となる
為、実用的には30°以内に設定するのが良い。 First , the angles θ 1 and θ 2 must be set so that the pickup housing 114 can be set at a position that does not reach the exposure optical path. Considering practical dimensional conditions, the difference between the angles θ 1 and θ 2 is 3 ° or more is required. However, increasing θ 1 and θ 2 reduces the pattern line width of the grating element,
It is preferable to set the angle within 30 ° practically because the difficulty level in production becomes high and the diffraction efficiency decreases and the amount of light reaching the photodetector 8 decreases, which causes a decrease in accuracy.
又、光受光器8上で信号光量をS/Nよく取り出す為に
は投光光束と充分に分離する必要があり、角度θ1とθ2
の差は3°以上に設定することが好ましい。Further, in order to extract the signal light quantity on the light receiver 8 with a good S / N ratio, it is necessary to sufficiently separate it from the projected light beam, and the angles θ 1 and θ 2
It is preferable to set the difference of 3 ° or more.
光束を作成する為の光源は単色光、又は準単色光であ
ればグレーティング素子の特性上適用可能であり、レー
ザー光源、発光ダイオード等が用いられるが特に半導体
製造装置への応用を前提としては、高輝度であることや
小型である点で半導体レーザーが好ましい。The light source for creating the light flux is applicable to the characteristics of the grating element if it is monochromatic light or quasi-monochromatic light, and a laser light source, a light emitting diode or the like is used, but especially on the premise of application to a semiconductor manufacturing device, A semiconductor laser is preferable in terms of high brightness and small size.
露光領域は一般に四角形であるから上述の光ピック筺
体を四辺に各1つづつ設定し、直交軸をX,Yとして各ピ
ックアップより各々マスクとウエハのずれ量ΔX1,Δ
X2,ΔY1,ΔY2の出力を行うことで、既知のグレー
ティング素子の設定位置より全体の位置を合わせるのに
必要な情報が得られる。そして各ピックアップはグレー
ティング素子の位置が変化した際、追随する為に可動す
る機構は必要であるが、露光時に退避する必要がない
為、半導体作成のスループットを向上させ、機械的信頼
性や装置寿命の点でも大きく向上させることができる。Since the exposure area is generally a quadrangle, the above-mentioned optical pick housings are set one on each of the four sides, and the orthogonal axes are set to X and Y, and the shift amounts ΔX 1 and Δ between the mask and wafer from each pickup are set.
By outputting X 2 , ΔY 1 , and ΔY 2 , it is possible to obtain information necessary for adjusting the entire position from the known set position of the grating element. And each pickup needs a mechanism that can move to follow when the position of the grating element changes, but it does not need to be retracted during exposure, thus improving the throughput of semiconductor fabrication, improving mechanical reliability and device life. In terms of, it can be greatly improved.
尚、前記実施例においては、マスクとウエハの位置合
わせを例に説明したが、例えばマスクとウエハ間の距離
情報を得る手段にも同様に適応できる。In addition, in the above-mentioned embodiment, the description has been made by taking the alignment of the mask and the wafer as an example, but the same can be applied to the means for obtaining the distance information between the mask and the wafer.
即ち、例えば前述の実施例において、マスクとウエハ
間距離を変化させると光受光器8上のスポット径が変化
するので横ずれ量とは別にスポッT径の値を検出するこ
とでマスクとウエハ間距離変化を検知することが可能と
なる。That is, for example, in the above-described embodiment, when the distance between the mask and the wafer is changed, the spot diameter on the photodetector 8 changes, so that the distance between the mask and the wafer is detected by detecting the value of the spot T diameter in addition to the lateral deviation amount. It becomes possible to detect a change.
尚、以上の第1〜第4実施例では光源をまずウエハ側
のグレーティングレンズで回折させ次にマスク側のグレ
ーティングレンズで回折させており、又第5実施例では
マスク側のグレーティングレンズで回折させ、次にウエ
ハ側のグレーティングレンズで回折させているが、これ
らの各実施例における光束の入射方向は逆であっても良
い。In the above first to fourth embodiments, the light source is first diffracted by the grating lens on the wafer side and then diffracted by the grating lens on the mask side, and in the fifth embodiment it is diffracted by the grating lens on the mask side. Next, the diffraction is performed by the grating lens on the wafer side, but the incident direction of the light flux in each of these embodiments may be reversed.
例えば第1,第7,第8,第9図において光源10からの光束
をハーフミラー12からウエハ2、マスク3を経てハーフ
ミラー12に至る光路の矢印を逆向きにして構成しても良
い。この場合、それに応じてハーフミラー12の傾きや検
出機8の位置等を変更する。これらのことは第10図の実
施例においても同様である。For example, in FIGS. 1, 7, 8, and 9, the light path from the light source 10 to the half mirror 12 through the wafer 2 and the mask 3 to the half mirror 12 may be reversed in arrow direction. In this case, the inclination of the half mirror 12 and the position of the detector 8 are changed accordingly. The same applies to the embodiment shown in FIG.
(発明の効果) 本発明によれば前述の如く各要素を設定することによ
り第1物体と第2物体との相対的位置関係を高精度に、
しかも双方の間隔変動等に対しても検出精度の劣化の少
ない位置検出装置を達成することができる。(Effect of the Invention) According to the present invention, by setting each element as described above, the relative positional relationship between the first object and the second object can be set with high accuracy.
Moreover, it is possible to achieve a position detection device in which the detection accuracy is less deteriorated even when the distance between the two changes.
この他上記で説明した実施例では、例えば半導体素子
製造用の露光装置に適用すればウエハ面上に光束を斜め
入射させ、更にマスク面から射出してくる光路も同じく
斜め方向から受光し、更にマスクとウエハ面間での光束
が該マスク、又はウエハと垂直するようにアライメント
用のパターンを設定することにより、 (イ) 露光前後でアライメント光学系を内蔵するアラ
イメントを移動させる必要がなく、露光システムのトー
タルスループットを向上させることができる。In addition to this, in the embodiment described above, for example, when applied to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor element, a light beam is obliquely incident on the wafer surface, and an optical path emitted from the mask surface is also received from an oblique direction. By setting the alignment pattern so that the light flux between the mask and the wafer surface is perpendicular to the mask or wafer, (a) it is not necessary to move the alignment containing the alignment optical system before and after the exposure, and the exposure is performed. It is possible to improve the total throughput of the system.
(ロ) アライメントヘッドの移動に伴なう振動がアラ
イメント後発生しないので、マスク、ウエハの重ね合わ
せ精度を向上させることができる。(B) Since the vibration associated with the movement of the alignment head does not occur after the alignment, the overlay accuracy of the mask and the wafer can be improved.
(ハ) マスク、ウエハ間に所定の露光ギャップからの
ギャップ変動がμmオーダであってもアライメントエラ
ーに本質的に影響せず変動の許容値が高い。(C) Even if the gap variation from the predetermined exposure gap between the mask and the wafer is in the order of μm, it does not substantially affect the alignment error and the variation tolerance is high.
(ニ) 位置ずれ量に応じて発生するセンサ上での光束
の非対称性が軽減され、グレーティングレンズ系の倍率
感度の線形性が25μm程度の比較的大きな位置ずれに対
して保持される。(D) The asymmetry of the light flux on the sensor that occurs depending on the amount of positional deviation is reduced, and the linearity of the magnification sensitivity of the grating lens system is maintained for a relatively large positional deviation of about 25 μm.
等の特長を有した位置検出装置を達成することができ
る。Thus, it is possible to achieve a position detecting device having the features described above.
第1図(A)は本発明の第1実施例の概略図、第1図
(B),(C)は本発明に係るCPUの動作ブロック図、
第2図は本発明において重心ずれ量と位置ずれ量との関
係を示す説明図、第3図,第4図は本発明における2枚
のグレーティングレンズの屈折力配置を示す模式図、第
5図は第1図の光学作用の原理を示す説明図、第6図
(A),(B)は本発明に係るアライメントパターンの
一実施例の説明図、第7図,第8図,第9図,第10図は
各々本発明の第2,第3,第4,第5実施例の概略図、第11
図,第12図は各々従来のゾーンプレートを用いた位置合
わせ装置の説明図である。第13図は従来のマスクとウエ
ハに設けられている物理光学素子の説明図である。 図中、10は光源、11は投影レンズ系、1は第1物体、2
は第2物体、3は第1物理光学素子、4は第2物理光学
素子、8は検出器、9は検出面、Mはマスク、Wはウエ
ハ、3Mはマスクアライメントパターン、4Wはウエハアラ
イメントパターンである。1A is a schematic diagram of a first embodiment of the present invention, and FIGS. 1B and 1C are operation block diagrams of a CPU according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory view showing the relationship between the center-of-gravity deviation amount and the positional deviation amount in the present invention, and FIGS. 3 and 4 are schematic diagrams showing the refractive power arrangement of two grating lenses in the present invention, and FIG. Is an explanatory view showing the principle of the optical action of FIG. 1, and FIGS. 6 (A) and 6 (B) are explanatory views of an embodiment of the alignment pattern according to the present invention, FIG. 7, FIG. 8 and FIG. , FIG. 10 is a schematic view of the second, third, fourth and fifth embodiments of the present invention, and FIG.
FIG. 12 and FIG. 12 are explanatory views of a conventional alignment device using a zone plate. FIG. 13 is an explanatory diagram of a conventional mask and a physical optical element provided on a wafer. In the figure, 10 is a light source, 11 is a projection lens system, 1 is a first object, and 2 is
Is a second object, 3 is a first physical optical element, 4 is a second physical optical element, 8 is a detector, 9 is a detection surface, M is a mask, W is a wafer, 3M is a mask alignment pattern, and 4W is a wafer alignment pattern. Is.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒田 亮 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 (72)発明者 丹羽 雄吉 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 (72)発明者 野瀬 哲志 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1−257208(JP,A) 特開 昭63−159705(JP,A) 特開 昭63−159704(JP,A) 特開 平1−285804(JP,A) 特開 平1−209305(JP,A) 特開 平1−209304(JP,A) 特開 平1−207605(JP,A) 特開 昭64−106427(JP,A) 特開 昭64−63802(JP,A) 特開 昭64−55824(JP,A) 特開 昭64−55823(JP,A) 特開 昭63−139205(JP,A) 特開 昭63−95303(JP,A) 特開 昭62−66632(JP,A) 特開 昭57−191502(JP,A) 特公 平5−4603(JP,B2) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Ryo Kuroda 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Yukichi Niwa 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Incorporated (72) Inventor Satoshi Nose 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (56) Reference JP-A-1-257208 (JP, A) JP-A-63-159705 (JP , A) JP 63-159704 (JP, A) JP 1-285804 (JP, A) JP 1-209305 (JP, A) JP 1-209304 (JP, A) JP 1-207605 (JP, A) JP 64-106427 (JP, A) JP 64-63802 (JP, A) JP 64-55824 (JP, A) JP 64-55823 (JP, A) JP-A-63-139205 (JP, A) JP-A-63-95303 (JP, A) JP 62-66632 (JP, A) JP 57-191502 (JP, A) JP-B-54603 (JP, B2)
Claims (4)
置関係を検出する際、投光手段からの光束を該第1物体
面上に該第1物体から偏向出射する光束が該所定方向に
対し垂直となるように照射し、該第1物体からの出射光
束を該第2物体に入射させ該第2物体で偏向出射した光
束を該第1物体からの出射光束の該第2物体への入射位
置に応じて入射位置が変化するような位置に配置した受
光手段で受光し、該受光手段からの出力信号を利用して
該第1物体に対する該第2物体の該所定方向の位置検出
を行ったことを特徴とする位置検出装置。1. When detecting a positional relationship of a second object with respect to a first object in a predetermined direction, a light beam from a light projecting means is deflected and emitted from the first object onto the first object plane in the predetermined direction. To the second object of the light flux emitted from the first object, and the light flux emitted from the first object is incident on the second object and the light flux deflected and emitted by the second object is emitted to the second object. The position of the second object relative to the first object in the predetermined direction is detected by receiving light by a light receiving means arranged at a position where the incident position changes according to the incident position of A position detecting device characterized by performing.
な位置決めを行う際、該第1物体面上に少なくとも一方
向を位置合わせする為の第1物理光学素子を形成し、該
第2物体面上に少なくとも一方向を位置合わせする為の
第2物理光学素子を形成し、投光手段からの光束を該第
2物体面上の第2物理光学素子面上にその法線に対して
斜方向より入射させると共に、該第2物理光学素子によ
り前記位置合わせ方向に垂直な方向に偏向させて、該第
1物体面上の第1物理光学素子に入射させ、該第1物理
光学素子より出射した光束を検出することにより、該第
1物体と該第2物体との相対的な位置決めを行ったこと
を特徴とする位置検出装置。2. A first physical optical element for aligning at least one direction on the surface of the first object when the first object and the second object are opposed to each other for relative positioning, A second physical optical element for aligning at least one direction is formed on the second object surface, and a light beam from the light projecting means is normal to the second physical optical element surface on the second object surface. With respect to the first physical optical element on the first object plane, the second physical optical element deflects the light in a direction perpendicular to the alignment direction, and makes the first physical optical element incident on the first physical surface. A position detecting device characterized in that the first object and the second object are relatively positioned by detecting a light beam emitted from an optical element.
させた光束を該第1物体と該第2物体との間で、これら
の物体の位置ずれ検出方向に対して直交する方向に進行
させた後、前記第1物理光学素子に入射させ該第1物理
光学素子からの光束を前記投光手段からの光束の投光方
向に導光させたことを特徴とする請求項2記載の位置検
出装置。3. A light beam, which has been subjected to a lens action by the second physical optical element, travels between the first object and the second object in a direction orthogonal to the direction of displacement detection of these objects. 3. The position according to claim 2, wherein after the light beam is made incident, the light beam from the first physical optical element is made incident and guided in the light projecting direction of the light beam from the light projecting means. Detection device.
構成し、前記第2物体を同じく半導体製造用のウエハよ
り構成し、前記第1,第2物理光学素子を該マスク及びウ
エハのスクライブラインの幅方向に対してレンズ作用を
有し、かつ投射された光束の該マスク面への射影成分が
該スクライブラインと交わるように構成したことを特徴
とする請求項2記載の位置検出装置。4. The first object is composed of a semiconductor manufacturing mask, the second object is also composed of a semiconductor manufacturing wafer, and the first and second physical optical elements are scribed on the mask and the wafer. 3. The position detecting device according to claim 2, wherein the position detecting device has a lens action in the width direction of the line, and the projection component of the projected light beam on the mask surface intersects with the scribe line.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1036743A JP2513299B2 (en) | 1988-02-16 | 1989-02-16 | Position detection device |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3320488 | 1988-02-16 | ||
| JP63-33204 | 1988-02-16 | ||
| JP1036743A JP2513299B2 (en) | 1988-02-16 | 1989-02-16 | Position detection device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02154102A JPH02154102A (en) | 1990-06-13 |
| JP2513299B2 true JP2513299B2 (en) | 1996-07-03 |
Family
ID=26371855
Family Applications (1)
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Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP2513299B2 (en) |
Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
| JP3368017B2 (en) * | 1993-10-29 | 2003-01-20 | キヤノン株式会社 | Position detecting device and method of manufacturing semiconductor device using the same |
-
1989
- 1989-02-16 JP JP1036743A patent/JP2513299B2/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH02154102A (en) | 1990-06-13 |
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