JP2833145B2 - Position detection device - Google Patents
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【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ずれ量を求
め、双方の位置決め(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。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a position detecting device, for example, in an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor element, on a first object surface such as a mask or a reticle (hereinafter, referred to as a “mask”). When exposing and transferring a fine electronic circuit pattern formed on a second object surface such as a wafer by exposure, a relative positional shift amount between the mask and the wafer is obtained, and it is suitable for performing both positioning (alignment). The present invention relates to a simple position detecting device.
(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。2. Description of the Related Art Conventionally, in an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor, relative positioning between a mask and a wafer has been an important factor for improving performance. In particular, in recent aligners in an exposure apparatus, for high integration of semiconductor elements,
For example, one having a positioning accuracy of sub-micron 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マークを設け、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マークのずれ量を画像処
理を行うことにより検出したり、又は米国特許第403796
9号や米国特許第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マークとしてゾーン
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 detecting devices, so-called alignment marks for positioning are provided on a mask and a wafer surface, and both alignments are performed using position information obtained from the alignment marks. As the alignment method at this time, for example, the amount of deviation between both alignment marks is detected by performing image processing, or US Pat.
No. 9, US Pat. No. 4,514,858 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-157030, use a zone plate as an alignment mark, irradiate the zone plate with a light beam, and at this time, a light beam emitted from the zone plate. This is performed by detecting the position of the condensing point on a predetermined 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マークを用いた方法に比べてア
ライメントマークの欠損に影響されずに比較的高精度の
アライメントが出来る特長がある。Generally, an alignment method using a zone plate has a feature that relatively high-precision alignment can be performed without being affected by a defect of an alignment mark, as compared with a method using a simple alignment mark.
第11図はゾーンプレートを利用した従来の位置検出装
置の概略図である。FIG. 11 is a schematic view of a conventional position detecting device using a zone plate.
同図においてマスクMはメンブレン117に取り付けて
あり、それをアライナー本体115にマスクチャック116を
介して支持している。本体115上部にアライメントヘッ
ド114が配置されている。マスクMとウエハWの位置合
わせを行う為にマスクアライメントマークMM及びウエハ
アライメントマークWMがそれぞれマスクMとウエハWに
焼き付けられている。In the figure, a mask M is attached to a membrane 117, which is supported on an aligner body 115 via a mask chuck 116. An alignment head 114 is arranged above the main body 115. To align the mask M and the wafer W, a mask alignment mark MM and a wafer alignment mark WM are printed on the mask M and the wafer W, respectively.
光源110から出射された光束は投光レンズ系111により
平行光となり、ハーフミラー112を通り、マスクアライ
メントマークMMへ入射する。マスクアライメントマーク
MMは透過型のゾーンプレートより成り、入射した光束は
回折され、その+1次回折光は点Qへ集光する凸レンズ
作用を受ける。The light beam emitted from the light source 110 becomes parallel light by the light projecting lens system 111, passes through the half mirror 112, and enters the mask alignment mark MM. Mask alignment mark
The MM is formed of a transmission type zone plate, and the incident light beam is diffracted, and the + 1st-order diffracted light is subjected to a convex lens function of converging to a point Q.
又、ウエハアライメントマークWMは反射型のゾーンプ
レートより成り点Qへ集光する光を反射回折させ検出面
119上へ結像する凸面鏡の作用(発散作用)を持ってい
る。The wafer alignment mark WM is formed of a reflection type zone plate and reflects and diffracts the light condensed on the point Q, thereby detecting the light on the detection surface.
It has the action of a convex mirror (divergent action) that forms an image on 119.
このときウエハアライメントマークWMで−1次で反射
回折作用を受けた信号光束はマスクアライメントマーク
MMを通過する際、レンズ作用を受けずに0次光として透
過し検出面119上に集光してくるものである。At this time, the signal light beam subjected to the -1st-order reflection and diffraction action at the wafer alignment mark WM is the mask alignment mark.
When passing through the MM, the light is transmitted as zero-order light without being affected by a lens and is condensed on the detection surface 119.
同図の位置検出装置においては、マスクMに対しウエ
ハWが相対的に所定量位置ずれしていると、その位置ず
れ量Δσwに対して検出面119上に入射する光束の入射
位置(光量の重心位置)がずれてくる。このときの検出
面119上のずれ量Δδwと位置ずれ量Δσwとは一定の
関係があり、このときの検出面119上のずれ量Δδwを
検出することによりマスクMとウエハWとの相対的な位
置ずれ量Δσwを検出している。In the position detecting device shown in FIG. 3, when the wafer W is displaced relative to the mask M by a predetermined amount, the incident position of the light beam incident on the detection surface 119 (the amount of light The position of the center of gravity) shifts. At this time, the shift amount Δδw on the detection surface 119 and the positional shift amount Δσw have a fixed relationship. By detecting the shift amount Δδw on the detection surface 119 at this time, the relative position between the mask M and the wafer W is determined. The position shift amount Δσw is detected.
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら従来の位置検出装置においては位置合わ
せを行う為に対向配置した2つの物体間に予め設定され
た値から外れて間隔が変動する場合がある。この場合、
その変動に伴い位置ずれ量Δσwに対する検出面上での
光束の入射位置のずれ量Δδwとの比Δδw/Δσwであ
る位置ずれ検出倍率も変動し、位置ずれ量の検出誤差と
なってくるという問題点があった。(Problems to be Solved by the Invention) However, in the conventional position detection device, the distance may deviate from a preset value between two objects arranged opposite to each other in order to perform alignment. in this case,
Along with the fluctuation, the ratio of the positional deviation detection ratio, which is Δδw / Δσw, which is the ratio of the positional deviation amount Δσw to the deviation amount Δδw of the incident position of the light beam on the detection surface, also causes a detection error of the positional deviation amount. There was a point.
又、光源や該光源からの光束をマスク面上に導光する
為の投光光学系或は信号光を受光する為の受光系等を内
蔵するアライメントヘッドがアライメントマークに対し
て相対的に位置変動を起こすと、検出部の検出面上への
光束の入射位置も変動し、結果的に位置ずれ量Δδwの
検出誤差となってくるという問題点があった。Further, an alignment head incorporating a light source, a light projecting optical system for guiding a light beam from the light source onto the mask surface, a light receiving system for receiving signal light, and the like is positioned relatively to the alignment mark. When the variation occurs, the incident position of the light beam on the detection surface of the detection unit also varies, resulting in a problem that a detection error of the positional deviation amount Δδw results.
本発明は位置合わせをすべき第1物体と第2物体の2
つの物体間に予め設定した値から外れて間隔の変動があ
っても、又アライメントヘッドがアライメントマークに
対して相対的に位置変動しても第1物体と第2物体面上
に設けるアライメントマークの形状や投光光束のアライ
メントマークへの入射角等の各要素を適切に設定するこ
とにより、2つの物体の相対的位置ずれ量を精度良く検
出することのできる位置検出装置の提供を目的とする。The present invention relates to a first object and a second object to be aligned.
Even if the distance between the two objects deviates from a preset value and the position of the alignment head relatively changes with respect to the alignment mark, the alignment marks provided on the first object and the second object surface An object of the present invention is to provide a position detecting device capable of accurately detecting a relative displacement amount between two objects by appropriately setting each element such as a shape and an incident angle of a projected light beam on an alignment mark. .
(問題点を解決するための手段) 本発明の位置検出装置は、少なくとも2つの物理光学
素子より成るアライメントマークを各々設けた第1物体
と第2物体とを対向配置し、投光手段からの光束を、光
強度分布調整手段を介して該第1物体と第2物体に設け
た各々のアライメントマークを介した後2つの光束を所
定面上に導光し、該所定面上における該2つの光束の入
射位置を検出手段により検出することにより、該第1物
体と第2物体との相対的な位置ずれ量の検出を行う際、
2つの光束のうち少なくとも一方の光束は該第1物体面
上のアライメントマークと第2物体面上のアライメント
マークで各々結像作用を受けており、該光強度分布調整
手段は、該所定面上に入射する2つの光束の入射位置の
相対距離に基づいて前記第1又は第2物体上の前記少な
くとも2つのアライメントマークへ入射する光束の光強
度分布を調整していることを特徴としている。(Means for Solving the Problems) The position detecting device of the present invention arranges a first object and a second object, each provided with an alignment mark composed of at least two physical optical elements, in opposition to each other, After the light flux passes through the alignment marks provided on the first object and the second object via the light intensity distribution adjusting means, the two light fluxes are guided on a predetermined surface, and the two light beams on the predetermined surface are guided. When detecting the relative position shift amount between the first object and the second object by detecting the incident position of the light beam by the detection means,
At least one of the two light beams is subjected to an image forming action by the alignment mark on the first object surface and the alignment mark on the second object surface. The light intensity distribution of the light beam incident on the at least two alignment marks on the first or second object is adjusted based on the relative distance between the incident positions of the two light beams incident on the first and second objects.
即ち、本発明は物体面Aと物体面Bを位置合わせすべ
き第1物体と第2物体としたとき物体面Aに物理光学素
子としての機能を有する第1及び第2の信号用のアライ
メントマークA1及びA2を形成し、且つ物体面Bにも同様
に物理光学素子としての機能を有する第1及び第2の信
号用のアライメントマークB1及びB2を形成し、前記アラ
イメントマークA1に光束を入射させ、このとき生じる回
折光をアライメントマークB1に入射させ、アライメント
マークB1からの回折光の入射面内での光束重心を第1信
号光束の入射位置として第1検出部にて検出する。That is, according to the present invention, the first and second signal alignment marks having a function as a physical optical element on the object plane A when the object plane A and the object plane B are to be positioned as a first object and a second object. A1 and A2 are formed, and first and second signal alignment marks B1 and B2 having the same function as a physical optical element are also formed on the object plane B, and a light beam is incident on the alignment mark A1. The diffracted light generated at this time is incident on the alignment mark B1, and the first detection unit detects the center of the light flux on the incident surface of the diffracted light from the alignment mark B1 as the incident position of the first signal light flux.
ここで光束の重心とは光束断面内において、断面内各
点のその点からの位置ベクトルにその点の光強度を乗算
したものを断面全面で積分したときに積分値が0ベクト
ルになる点のことであるが、便宜上光束重心として光強
度がピークとなる点を用いてもよい。同様にアライメン
トマークA2に光束を入射させ、このとき生じる回折光を
アライメントマークB2に入射させアライメントマークB2
からの回折光の入射面における光束重心を第2信号光束
の入射位置として第2検出部にて検出する。そして第1
及び第2検出部からの2つの位置情報を利用して物体面
Aと物体面Bの位置決めを行う。このとき不均一な光強
度分布の光束を放射する投光手段からの光束を光強度分
布調整手段を介してアライメントマークに入射させてい
る。そして光強度分布調整手段により2つの光束の所定
面上における入射位置の相対距離の値の大きさに応じて
透過光束の光強度分布を調整している。Here, the center of gravity of the luminous flux is a point in the luminous flux cross section at which the integral value becomes a zero vector when the value obtained by multiplying the position vector of each point in the cross section by the light intensity at that point is integrated over the entire cross section. However, for convenience, a point at which the light intensity reaches a peak may be used as the luminous flux center of gravity. Similarly, a light beam is made incident on the alignment mark A2, and the diffracted light generated at this time is made incident on the alignment mark B2, and the alignment mark B2
The second detection unit detects the barycenter of the light beam on the incident surface of the diffracted light from the light source as the incident position of the second signal light beam. And the first
Then, the object plane A and the object plane B are positioned using two pieces of position information from the second detection unit. At this time, a light beam from a light projecting unit that emits a light beam having a non-uniform light intensity distribution is incident on the alignment mark via the light intensity distribution adjusting unit. The light intensity distribution adjusting means adjusts the light intensity distribution of the transmitted light beam according to the value of the relative distance between the incident positions of the two light beams on the predetermined surface.
この他本発明では第1検出部に入射する光束の重心位
置と第2検出部に入射する光束の重心位置が物体面Aと
物体面Bの位置ずれに対して互いに逆方向に変位するよ
うに各アライメントマークA1,A2,B1,B2を設定してい
る。In addition, in the present invention, the position of the center of gravity of the light beam incident on the first detection unit and the position of the center of gravity of the light beam incident on the second detection unit are displaced in directions opposite to each other with respect to the displacement between the object plane A and the object plane B. Each alignment mark A1, A2, B1, B2 is set.
本発明の露光装置は前述した位置検出装置を用いて、
第1物体と第2物体との相対的な位置合わせを行い、該
第1物体面上のパターンを第2物体面上に露光転写して
いることを特徴としている。The exposure apparatus of the present invention uses the position detection device described above,
The first object and the second object are aligned relative to each other, and the pattern on the first object surface is exposed and transferred onto the second object surface.
又本発明の半導体素子の製造方法は前述した位置検出
装置を用いて、第1物体と第2物体との相対的な位置合
わせを行い、該第1物体面上のパターンを第2物体面上
に露光転写して半導体素子を製造していることを特徴と
している。Further, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the first object and the second object are relatively aligned with each other by using the above-described position detecting device, and the pattern on the first object surface is shifted on the second object surface. The semiconductor device is manufactured by exposing and transferring to a semiconductor device.
(実施例) 第1図は本発明の原理及び構成要件等を展開して示し
た説明図、第2図は第1図の構成に基づく本発明の第1
実施例の要部斜視図である。(Embodiment) FIG. 1 is an explanatory diagram showing the principle and configuration requirements of the present invention in an expanded manner, and FIG. 2 is a first embodiment of the present invention based on the configuration of FIG.
It is a principal part perspective view of an Example.
図中、1は物体面Aに相当する第1物体、2は物体面
Bに相当する第2物体であり、第1物体1と第2物体2
との相対的な位置ずれ量を検出する場合を示している。In the drawing, reference numeral 1 denotes a first object corresponding to the object plane A, 2 denotes a second object corresponding to the object plane B, and a first object 1 and a second object 2
5 shows a case where a relative displacement amount with respect to is detected.
第1図では第1物体1を通過し、第2物体2で反射し
た光が再度第1物体1を通過する為、第1物体1が2つ
示されている。5は第1物体1に、3は第2物体2に設
けたアライメントマークであり、第1信号を得る為のも
のである。同様に6は第1物体1に、4は第2物体2に
設けたアライメントマークであり、第2信号光を得る為
のものである。In FIG. 1, two first objects 1 are shown because light passing through the first object 1 and reflected by the second object 2 passes through the first object 1 again. Reference numeral 5 denotes an alignment mark provided on the first object 1 and reference numeral 3 denotes an alignment mark provided on the second object 2 for obtaining a first signal. Similarly, reference numeral 6 denotes an alignment mark provided on the first object 1 and reference numeral 4 denotes an alignment mark provided on the second object 2 for obtaining a second signal light.
各アライメントマーク3,4,5,6は1次元又は2次元の
レンズ作用のある又はレンズ作用のない物理光学素子の
機能を有している。9はウエハスクライブライン、10は
マスクスクライブラインである。7,8は前述の第1及び
第2のアライメント用の第1,第2信号光束を示す。11,1
2は各々第1及び第2信号光束を検出する為の第1及び
第2検出部である。第2物体2から第1又は第2検出部
11,12までの光学的な距離を説明の便宜上Lとする。物
体1と第2物体2の距離をg、アライメントマーク5及
び6の焦点距離を各々fa1,fa2とし、第1物体1と第2
物体2の相対位置ずれ量をΔσとし、そのときの第1,第
2検出部11,12の第1及び第2信号光束重心の合致状態
からの変位量を各々S1,S2とする。尚、第1物体1に入
射するアライメント光束は便器上平面波とし、符号は図
中に示す通りとする。Each alignment mark 3, 4, 5, 6 has the function of a physical optical element with or without a one-dimensional or two-dimensional lens action. 9 is a wafer scribe line, and 10 is a mask scribe line. Reference numerals 7 and 8 denote the first and second signal beams for the first and second alignments, respectively. 11,1
Reference numeral 2 denotes first and second detectors for detecting the first and second signal light beams, respectively. First or second detector from second object 2
The optical distance to 11 and 12 is L for convenience of explanation. The distance between the object 1 and the second object 2 is g, and the focal lengths of the alignment marks 5 and 6 are f a1 and f a2 , respectively.
The relative displacement of the object 2 is represented by Δσ, and the displacements of the first and second detectors 11 and 12 at that time from the coincidence state of the first and second signal light beam centroids are represented by S 1 and S 2 , respectively. The alignment light beam incident on the first object 1 is a plane wave on the toilet, and the reference numerals are as shown in the figure.
信号光束重心の変位量S1及びS2はアライメントマーク
5及び6の焦点F1,F2とアライメントマーク3,4の光軸中
心を結ぶ直線L1,L2と、検出部11及び12の受光面との交
点として幾何学的に求められる。従って第1物体1と第
2物体2の相対位置ずれに対して各信号光束重心の変位
量S1,S2を互いに逆方向に得る為にアライメントマーク
3,4の光学的な結像倍率の符合を互いに逆とすることで
達成している。Displacement S 1 and S 2 of the signal light beam centroid to the straight line L1, L2 connecting the center of the optical axis of the focus F 1, F 2 and the alignment marks 3 and 4 of the alignment marks 5 and 6, the light receiving surface of the detector 11 and 12 Geometrically as the intersection with Therefore, in order to obtain the displacement amounts S 1 and S 2 of the center of gravity of each signal light beam in directions opposite to each other with respect to the relative positional deviation between the first object 1 and the second object 2,
This is achieved by reversing the signs of the optical imaging magnifications of 3 and 4.
次に第1図,第2図に示すアライメント用の第1,第2
信号光束7,8の主光線の光路について説明する。Next, the first and second alignments shown in FIGS.
The optical paths of the principal rays of the signal light beams 7, 8 will be described.
尚、以下の説明で主光線とはアライメントマークに結
像作用があるときはその軸を通過する光線をいい、結像
作用がないときは有効光束径の中心光線をいう。In the following description, the principal ray refers to a ray passing through the axis when the alignment mark has an image forming action, and refers to a central ray of the effective light beam diameter when there is no image forming action.
不均一な光強度分布の光束を放射する不図示の光源よ
り射出した光束は不図示の投光光学系を経て所定のビー
ム径に拡大され、略平行光となり、光強度分布調整手段
20と偏光子21を介して第1物体1上のアライメントマー
ク5,6に物体面法線に対し斜めに入射する。A light beam emitted from a light source (not shown) that emits a light beam with a non-uniform light intensity distribution is expanded to a predetermined beam diameter through a light projecting optical system (not shown), and becomes substantially parallel light.
The light enters the alignment marks 5 and 6 on the first object 1 obliquely with respect to the normal to the object plane via the polarizer 21 and 20.
光強度分布調整手段20は例えば2次元的マトリックス
状のパターニングされた電極にはさまれた液晶セルアレ
ーより成り、これと偏光子21とを用いて各液晶セルに印
加する電圧を制御することにより透過光の偏光状態の分
布を任意に実時間で制御し、更にこれと偏光子21を用い
ることによりマスク1面上の投射光の光強度分布を任意
に実時間で制御している。The light intensity distribution adjusting means 20 comprises, for example, a liquid crystal cell array sandwiched between patterned electrodes in a two-dimensional matrix, and transmits light by controlling a voltage applied to each liquid crystal cell by using this and a polarizer 21. The distribution of the polarization state of the light is arbitrarily controlled in real time, and furthermore, by using this and the polarizer 21, the light intensity distribution of the projection light on the mask 1 surface is arbitrarily controlled in real time.
第1物体1面上に到達した略平行光束の光強度分布は
2つのアライメントマーク領域の中心で極小となる谷型
分布であり不均一な強度分布としている。The light intensity distribution of the substantially parallel light beam that has reached the surface of the first object 1 is a valley-type distribution that is minimum at the center of the two alignment mark regions, and is an uneven intensity distribution.
本発明に係るアライメントマークは中心間距離がゼロ
でない所定値となる2つの領域から成り、位置合わせを
行う各物体面上に形成されている。アライメント用の光
束は上記のとおり単一の不均一の光強度分布の光束とし
て第1物体面上のアライメントマーク5,6に入射する。
第1物体1面上のアライメントマーク5,6で回折した光
束は例えばアライメントマーク5で凸パワーの収斂作
用、アライメントマーク6で凹パワーの発散作用を受け
た後、第2物体面上のアライメントマーク3,4に到達す
る。The alignment mark according to the present invention is composed of two regions in which the center-to-center distance has a predetermined value other than zero, and is formed on each object plane on which positioning is performed. As described above, the alignment light beam enters the alignment marks 5 and 6 on the first object plane as a single light beam having a non-uniform light intensity distribution.
The light beams diffracted by the alignment marks 5 and 6 on the first object 1 surface are subjected to, for example, a convex power convergence action at the alignment mark 5 and a concave power divergence action at the alignment mark 6, and then to the alignment mark on the second object face. Reach 3,4.
更に第2物体面上のアライメントマーク3で凹パワー
の発散作用、アライメントマーク4で凸パワーの収斂作
用を受けた光束はそれぞれ第1,第2信号光7,8となり第
2物体2面を射出し、第1物体1面を透過した後、所定
位置にある検出部11,12に入射する。尚、本実施例では
図示のx方向に位置ずれ量を検出する場合を示してい
る。Further, the luminous fluxes subjected to the diverging function of the concave power at the alignment mark 3 on the second object surface and the convergence of the convex power at the alignment mark 4 become the first and second signal lights 7, 8 respectively, and are emitted from the second object 2 surface. Then, after passing through the surface of the first object 1, the light enters the detection units 11 and 12 at predetermined positions. In the present embodiment, a case is described in which the amount of positional deviation is detected in the illustrated x direction.
本発明は光線追跡に基づくシュミレーションにより第
1検出部と第2検出部に入射する2つの信号光束の位置
検出方向であるx方向の入射位置の相対距離(相対重心
距離)の長短に応じてアライメントマーク5,6への投射
光束の光強度分布を変えることが、第1物体1と第2物
体2との間の間隔の変動によってもたらされる、位置ず
れ量検出誤差の発生を極めて良好に抑えることができる
ことを見出した。According to the present invention, alignment is performed according to the relative distance (relative center-of-gravity distance) between the incident positions in the x direction, which is the position detection direction of the two signal light beams incident on the first detection unit and the second detection unit, by simulation based on ray tracing. Changing the light intensity distribution of the light beam projected onto the marks 5 and 6 extremely effectively suppresses the occurrence of misregistration amount detection errors caused by fluctuations in the distance between the first object 1 and the second object 2. I found that I can do it.
即ち、本実施例では第1物体と第2物体間の相対位置
ずれ量が不変であっても従来問題となっていた第1物体
と第2物体の間隔の変動に伴って生じる検出部11,12上
での2つのアライメント用の信号光束の入射位置(等価
的に光強度重心位置)間の距離の変動による位置ずれ量
検出誤差を光強度分布調整手段を採用することにより良
好に抑えることができるようにしている。That is, in the present embodiment, even if the relative displacement between the first object and the second object is unchanged, the detection unit 11, which has been a problem in the past due to the change in the distance between the first object and the second object, By using the light intensity distribution adjusting means, it is possible to effectively suppress a positional deviation amount detection error due to a change in the distance between the incident positions (equivalently, the light intensity center of gravity) of the two signal light beams for alignment on FIG. I can do it.
更に本発明者は第1物体面上のアライメント光束の照
射中心位置の変動によってもたらされる位置ずれ量検出
誤差の発生も同様に良好に抑えることができることを見
出した。Furthermore, the present inventor has found that the occurrence of a positional deviation amount detection error caused by a change in the irradiation center position of the alignment light beam on the first object plane can be similarly suppressed.
本発明はこのように光強度分布調整手段を用い光束の
光強度分布を制御することにより、前述の位置ずれ量検
出誤差の発生を抑え第1物体と第2物体の相対的な位置
ずれ量の高精度な検出を可能としている。The present invention controls the light intensity distribution of the light beam using the light intensity distribution adjusting means as described above, thereby suppressing the occurrence of the above-described position shift amount detection error and suppressing the relative position shift amount between the first object and the second object. High-precision detection is possible.
第3図(A)は第2図の第1実施例をプロキシミテイ
型半導体製造装置に適用した際の装置周辺部分の構成図
を示すものである。第2図に示さなかった要素として光
源13、コリメーターレンズ系(又はビーム径変換レン
ズ)14、投射光束折り曲げミラー15、ピックアップ筐体
(アライメントヘッド筐体)16,ウエハステージ17、位
置ずれ信号処理部18、ウエハステージ駆動制御部19等で
ある。Eは露光光束幅を示す。FIG. 3 (A) shows a configuration diagram of a peripheral portion of the first embodiment of FIG. 2 when the first embodiment is applied to a proximity type semiconductor manufacturing apparatus. Elements not shown in FIG. 2 include a light source 13, a collimator lens system (or beam diameter conversion lens) 14, a projection light beam bending mirror 15, a pickup housing (alignment head housing) 16, a wafer stage 17, and a position shift signal processing. And a wafer stage drive control unit 19 and the like. E indicates the exposure light beam width.
本実施例においても第1物体としてのマスク1と第2
物体としてのウエハ2の相対位置ずれ量の検出は第1実
施例で説明したのと同様にして行われる。Also in the present embodiment, the mask 1 as the first object and the second
The relative displacement of the wafer 2 as an object is detected in the same manner as described in the first embodiment.
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 this embodiment, as a procedure for performing the alignment, 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
対する検出部11,12の検出面11a,12b上での光束重心ずれ
量Δδの信号を得、信号処理部18で重心ずれ信号から双
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に相当する量だけステージ駆動制御部19でウ
エハステージ17を移動させる。As a first method, a signal of the amount of displacement of the center of gravity of light flux Δδ on the detection surfaces 11a and 12b of the detection units 11 and 12 with respect to the amount of displacement of two objects Δσ is obtained. The amount of positional deviation Δσ between the objects is determined, and the stage drive control unit 19 moves the wafer stage 17 by an amount corresponding to the amount of positional deviation Δσ at that time.
第2の方法としては検出部11,12からの信号から位置
ずれΔσを打ち消す方向を信号処理部18で求め、その方
向にステージ駆動制御部19でウエハステージ17を移動さ
せて位置ずれ量Δσが許容範囲内愛になるまで繰り返し
て行う。As a second method, a direction in which the positional deviation Δσ is canceled out from the signals from the detection units 11 and 12 is obtained by the signal processing unit 18, and the wafer stage 17 is moved by the stage drive control unit 19 in that direction to obtain the positional deviation amount Δσ. Repeat until love is within the acceptable range.
以上の位置合わせ手順のフローチャートを、それぞれ
第3図(B),(C)に示す。FIGS. 3 (B) and 3 (C) show flowcharts of the above alignment procedure, respectively.
本実施例では第3図(A)より分かるように光源13か
らの光束は露光光束の外側よりアライメントマーク5,6
に入射し、アライメントマーク3,4から露光光束の外側
に出射する回折光を露光光束外に設けられた検出部11,1
2で受光して入射光束の位置検出を行っている。In this embodiment, as can be seen from FIG. 3A, the light beam from the light source 13 is aligned with the alignment marks 5 and 6 from the outside of the exposure light beam.
Into the detectors 11 and 1 provided outside the exposure light beam.
The light is received at 2 and the position of the incident light beam is detected.
このような構成でピックアップ筐体16は露光中退避動
作を必要としない系も具現化できる。With such a configuration, the pickup housing 16 can also realize a system that does not require a retreat operation during exposure.
次に第1実施例の各部の構成の詳細について第2図、
第3図(A)、第4図を参照して説明する。Next, FIG. 2 shows details of the configuration of each part of the first embodiment,
This will be described with reference to FIGS. 3 (A) and 4.
第4図は第1,第2信号光束7,8の第1,第2検出部11,12
への入射状態の説明図である。アライメント用のピック
アップ筐体16内の光源13である半導体レーザー(中心波
長0.785μm)から射出したアライメント光束はコリメ
ーターレンズ系14及びビームスプリッタ(又はハーフミ
ラー)15から成る投光光学系を経て略平行光束となって
光強度分布調整手段20を介した後マスク1面上にマスク
面法線に対してyz面内で17.5゜の角度で斜入射する。FIG. 4 shows the first and second detectors 11 and 12 of the first and second signal light beams 7 and 8.
FIG. 4 is an explanatory view of a state of incidence on the substrate. An alignment light beam emitted from a semiconductor laser (center wavelength 0.785 μm), which is a light source 13 in an alignment pickup housing 16, passes through a light projecting optical system including a collimator lens system 14 and a beam splitter (or half mirror) 15. After passing through the light intensity distribution adjusting means 20 as a parallel light beam, it is obliquely incident on the mask 1 surface at an angle of 17.5 ° in the yz plane with respect to the mask surface normal.
アライメント光束のマスク1面上の光強度分布(I
(x,y))は初期設定値として同図に示すように座標系
をとると σx=680μm,σy=120μm となる。又位置ずれ量の検出はx方向に行う。The light intensity distribution (I
(X, y)) is a coordinate system as shown in the figure. σ x = 680 μm and σ y = 120 μm. The detection of the displacement is performed in the x direction.
マスクとウエハ面上の2つのアライメントマークの領
域のサイズはともにx方向に90μm、y方向に50μmで
あり第2図のように隣接して配置されている。The size of the regions of the two alignment marks on the mask and the wafer surface are both 90 μm in the x direction and 50 μm in the y direction, and are arranged adjacent to each other as shown in FIG.
マスク1面上のアライメントマーク5は光束収斂作用
を有する凸パワーのグレーティングレンズであり、+1
次回折光に対応する焦点距離は214.723μm、+1次透
過回折光の主光線のyz面内の偏向角は17.5゜でマスク1
面を射出する主光線方向はマスク面法線と平行になる。The alignment mark 5 on the surface of the mask 1 is a grating lens of convex power having a light beam converging function, and +1
The focal length corresponding to the second order diffracted light is 214.723 μm, the deflection angle of the principal ray of the + 1st order transmitted diffracted light in the yz plane is 17.5 °, and the mask 1
The direction of the principal ray exiting the surface is parallel to the normal to the mask surface.
又、マスク1面上のアライメントマーク6は光束発散
作用を有する凹パワーのグレーティングレンズであり、
+1次回折光に対応する焦点距離は−158.455μm、ア
ライメントマーク5と同様に主光線の偏向角はyz面内で
17.5゜になる。両方のアライメントマーク5,6ともxz面
内では偏向角は0゜で主光線方向は変らない。The alignment mark 6 on the mask 1 is a concave power grating lens having a luminous flux diverging effect.
The focal length corresponding to the + 1st-order diffracted light is −158.455 μm, and the deflection angle of the principal ray in the yz plane is the same as the alignment mark 5.
17.5 ゜. Both the alignment marks 5 and 6 have a deflection angle of 0 ° in the xz plane and the principal ray direction does not change.
本実施例においてマスク1面への光束斜入射角度αは 10゜<α<80゜ の範囲で設定されることが望ましい。 In the present embodiment, it is desirable that the oblique incidence angle α of the light beam on one surface of the mask is set in the range of 10 ° <α <80 °.
ウエハ2面上のアライメントマーク3においてはマス
ク1面上のアライメントマーク5で+1次で回折透過し
た光束が入射する。ここで更に+1次で回折、反射する
第1信号光束7は発散作用を受ける。アライメントマー
ク3は凹パワーのグレーティングレンズであり、焦点距
離は−182.912μmであり、xz面内では主光線方向はウ
エハ面法線に対して−3゜の角度をなすように射出した
後、第4図に示すように該角度を保ちながら検出部11上
に到達する。On the alignment mark 3 on the surface of the wafer 2, a light beam diffracted and transmitted in +1 order at the alignment mark 5 on the surface of the mask 1 is incident. Here, the first signal light flux 7 that is further diffracted and reflected in the +1 order receives a diverging effect. The alignment mark 3 is a grating lens having a concave power, has a focal length of -182.912 μm, and emits a principal ray at an angle of -3 ° with respect to a normal to the wafer surface in the xz plane. As shown in FIG. 4, the light reaches the detection unit 11 while maintaining the angle.
同様にウエハ1上のアライメントマーク4は+1次反
射回折光に対応して凸パワーのグレーティングレンズ
(焦点距離190.378μm)であり、マスク1上のアライ
メントマーク6で透過回折した光束8に対して光学的作
用を及ぼしている。Similarly, the alignment mark 4 on the wafer 1 is a grating lens (focal length 190.378 μm) having a convex power corresponding to the + 1st-order reflected and diffracted light, and optically reflects the light beam 8 transmitted and diffracted by the alignment mark 6 on the mask 1. Has a positive effect.
又、第4図に示すようにアライメントマークから射出
する第2信号光束8はその主光線方向がウエハ2面の法
線に対してxz面内で+3.35゜の角度をなすように射出し
た後、該角度を保ちながら検出部12上に到達する。以上
のような光路に対して本実施例では2つの光路のなす角
は正であるとしている。Further, as shown in FIG. 4, the second signal light beam 8 emitted from the alignment mark is emitted such that the principal ray direction forms an angle of + 3.35 ° in the xz plane with respect to the normal to the wafer 2 surface. Thereafter, the light reaches the detection unit 12 while maintaining the angle. In this embodiment, the angle formed by the two optical paths is positive with respect to the above optical paths.
一方、ウエハ2面から射出する際の第1、第2信号光
束7,8のyz面内での射出角度はウエハ面法線に対してそ
れぞれ7゜,13゜であり、空間的に分離配置された2つ
の検出部11,12に入射するようにアライメントマーク形
状及び光学系等の各要素が設定されている。On the other hand, the emission angles of the first and second signal light beams 7, 8 in the yz plane when emitted from the wafer 2 surface are respectively 7 ° and 13 ° with respect to the normal to the wafer surface, and are spatially separated and arranged. Each element such as an alignment mark shape and an optical system is set so as to be incident on the two detection units 11 and 12 thus obtained.
今、マスク1とウエハ2とが位置ずれ検出方向(x方
向)に平行方向に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3で反射した光束の集光点o1
までの距離をb、マスク1のグレーティングレンズ5を
通過した光束の集光点F1までの距離をaとすると検出部
11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。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。Now, the mask 1 and the wafer 2 are displaced by Δσ in a direction parallel to the misalignment detection direction (x direction), and the condensing point o1 of the light beam reflected from the wafer 2 by the grating lens 3 of the wafer 2
The distance from the detector to the focusing point F1 of the light beam passing through the grating lens 5 of the mask 1 is denoted by b.
The difference Δδ of the center of gravity of the focal point on That is, the center-of-gravity shift amount Δδ is enlarged by (b / a + 1) times. For example, if a = 0.5 mm and b = 50 mm, the center-of-gravity shift amount Δδ is expanded 101 times from the equation (a).
尚、本実施例において凹パワー、凸パワーはマイナス
の次数の回折光を使うか、プラスの次数の回折光を使う
かで決まるものとする。In this embodiment, it is assumed that the concave power and the convex power are determined depending on whether negative order diffracted light is used or positive order diffracted light is used.
又、ウエハ2上のグレーティングレンズ3,4の全径は1
80μm、マスク1上のグレーティングレンズ5,6の全径
は180μmとし、マスクとウエハ間の位置ずれ(軸ず
れ)を100倍に拡大して検出部11,12上で光束の重心が移
動を起こし、この結果検出部11,12上の光束の径(エア
リディスクe-2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。The total diameter of the grating lenses 3 and 4 on the wafer 2 is 1
The total diameter of the grating lenses 5 and 6 on the mask 1 is 180 μm, and the position shift (axis shift) between the mask and the wafer is enlarged by 100 times to cause the center of gravity of the light beam to move on the detection units 11 and 12. As a result, the arrangement and the focal length of each element were determined so that the diameter of the light beam (the diameter of the Airy disk e- 2 ) on the detection units 11 and 12 was about 200 μm.
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、比例関係となる。検出部
11,12の分解能が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。Note that, at this time, the center-of-gravity shift amount Δδ and the positional shift amount Δσ have a proportional relationship, as is clear from the equation (a). Detection unit
Assuming that the resolution of 11, 12 is 0.1 μm, the displacement Δσ
Has a position resolution of 0.001 μm.
本実施例ではマスクとウエハ上の各アライメントマー
クの焦点距離を前記のとおり設定しマスクとウエハ間の
間隔を30.0μm、検出部11,12の中心位置をそれぞれ
(0.0,−4.203,18.204),(0.0,−2.277,18.543)(単
位mm)とすることにより、第1,第2信号光7,8の検出部1
1,12面上での設計上の検出感度(即ちマスクとウエハと
の間の相対位置ずれ変動量(x方向)に対する検出部面
上の光束入射位置の変動量の割合)はそれぞれ+100,−
100にすることができる。In this embodiment, the focal length of each alignment mark on the mask and the wafer is set as described above, the distance between the mask and the wafer is 30.0 μm, and the center positions of the detection units 11 and 12 are (0.0, −4.203, 18.204), respectively. By setting (0.0, -2.277, 18.543) (unit: mm), the detection unit 1 for the first and second signal lights 7, 8 can be used.
The detection sensitivity in design on the 1,12 surfaces (that is, the ratio of the variation of the incident position of the light beam on the detection unit surface to the variation of the relative displacement between the mask and the wafer (x direction)) is +100 and −, respectively.
Can be 100.
しかしながら一般的にこの設計上の検出感度は、マス
クとウエハ間の間隔の変動などに伴って変化し一定に保
つことが難しい。However, in general, the detection sensitivity in the design changes according to the fluctuation of the distance between the mask and the wafer, and it is difficult to keep the detection sensitivity constant.
本実施例では第1図に示すようにマスクとウエハ面上
にそれぞれ配置された左右の2つのアライメントマーク
に光束を投射し、最終的にアライメントマークから受光
部に到達する光線光路がマスク面法線に対し左手側のア
ライメントマークからは左手斜めに右手側のアライメン
トマークからは右手斜めに射出する構成において、 (イ)投射光の光強度分布を第4図に示すような逆ガウ
シアン分布(中心部で光強度が最小となる、例えば(A
1)式で示される分布)とする。In this embodiment, as shown in FIG. 1, a light beam is projected onto two left and right alignment marks respectively arranged on a mask and a wafer surface. In a configuration in which light is emitted obliquely to the left from the alignment mark on the left hand side and obliquely to the right from the alignment mark on the right hand side to the line, (a) the light intensity distribution of the projected light is inverse Gaussian distribution (center Where the light intensity is at a minimum, for example (A
1) distribution).
(ロ)上記分布の形状を受光部面上での2つの光束の重
心距離(x方向に計測した値)に応じて変調する。具体
的には上記重心距離が長くなるほど分布の急峻度が小
(即ち緩やかな分布となるようにする(但し極小点は概
ね一定に保つ)。(B) The shape of the distribution is modulated in accordance with the distance between the centers of gravity of the two light beams on the light receiving unit surface (the value measured in the x direction). Specifically, the steepness of the distribution becomes smaller (that is, the distribution becomes gentler (however, the minimum point is kept substantially constant) as the distance of the center of gravity becomes longer.
特に(ロ)は受光部からの出力信号に基づき実時間で
光強度分布調整手段20(本実施例では液晶セルアレー)
と偏光子21を用いて投射光の光強度分布を変調する。In particular, (b) shows the light intensity distribution adjusting means 20 (liquid crystal cell array in this embodiment) in real time based on the output signal from the light receiving section.
And the polarizer 21 to modulate the light intensity distribution of the projection light.
以上のように構成することによりマスクとウエハ間の
間隔変動に伴う位置ずれ検出感度の変動を最大限に抑制
することができる。With the above-described configuration, it is possible to suppress the fluctuation of the positional deviation detection sensitivity due to the fluctuation of the interval between the mask and the wafer to the maximum.
例えば(1a)式で示される光強度分布の光束のx方向
分布形状I(x,y)を実時間の光強度分布調整手段20を
用いて次のように変調する。For example, the x-direction distribution shape I (x, y) of the light beam having the light intensity distribution represented by the expression (1a) is modulated as follows using the light intensity distribution adjusting means 20 in real time.
l ;2信号光束間重心距離 l0;位置ずれ0のときの2信号光束間x方向距離 ここでαは実験、或はシミュレーションにより求めた
数値でマスクとウエハの間隔変動に対して位置ずれ検出
感度の変動幅が最小となるように選んだ値である。 l; the distance between the center of gravity of the two signal light beams l 0 ; the distance in the x direction between the two signal light beams when there is no displacement, where α is a numerical value obtained by an experiment or simulation, and the displacement is detected with respect to the variation in the space between the mask and the wafer. This is a value selected so that the fluctuation range of sensitivity is minimized.
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5,6とウエハ用のグレーティングレンズ3,4のパターン
形状について説明する。Next, the pattern shapes of the grating lenses 5 and 6 for the mask and the grating lenses 3 and 4 for the wafer in the present embodiment will be described.
まず、マスク用のグレーティングレンズ5,6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。First, the grating lenses 5 and 6 for the mask are set so that a parallel light beam having a predetermined beam diameter enters at a predetermined angle and is condensed at a predetermined position. Generally, the pattern of the grating lens is a light source (object point) and an image point, and an interference fringe pattern on the lens surface when a coherent light source is placed at each.
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、マスク面の法
線方向にz軸をとる。マスク面の法線に対し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5又は6を透過回折
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、グレーティングレ
ンズの輪郭位置をx,yで表すと y sinα+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使用波長
域の中心波長、mは整数である。Here, the origin is at the center of the scribe line width, and 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 mask surface. The incident light is incident at an angle of α with respect to the normal to the mask surface, and the projected light component of the parallel light beam orthogonal to the scribe line direction is transmitted and diffracted through the grating lens 5 or 6, and then the light is condensed (x 1 , y 1 , z 1 ) The equation of the group of curves of the grating lens that forms an image at the position of is represented by y sin α + P 1 (x, y) −P 2 = mλ / 2 (1) where the contour position of the grating lens is represented by x and y. Given by Here, λ is the center wavelength of the used wavelength range of the alignment light beam, and 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)式の右
辺はmの値によって主光線に対して波長のm/2倍光路長
が長い(短い)ことを示し、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す。The chief ray is incident at an angle α, passes through the origin on the mask surface,
Assuming that the light reaches the focal point (x 1 , y 1 , z 1 ), the right side of equation (1) indicates that the optical path length is longer (shorter) by m / 2 times the wavelength than the principal ray depending on the value of m. , the left side with respect to the optical path of the principal ray, represent the difference in length of the optical path of the light rays reaching the point on the mask (x, y, 0) the street point (x 1, y 1, z 1).
一方、ウエハ上のグレーティングレンズ3,4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、ウエハ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 lenses 3 and 4 on the wafer are set so as to converge a spherical wave emitted from a predetermined point light source to a predetermined position (on a detection surface). The position of the point light source is represented by (x 1 , y 1 , z 1 -g), where g is the gap between the mask and the wafer during exposure. If it is assumed that the alignment between the mask and the wafer is performed in the x-axis direction, and the alignment light beam is focused on the point (x 2 , y 2 , z 2 ) on the detection surface when the alignment is completed, The equations of the curve group of the grating lens are in the coordinate system defined above. It is expressed as
(2)式はウエハ面がz=−gにあり、主光線がウエ
ハ面上に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。In equation (2), the wafer surface is at z = -g, and the principal ray is located on the wafer surface at the origin and a point (0,0, -g) on the mask surface, and further, a point (x 2 , y 2 ) on the detection surface. , z 2 ), it is an equation satisfying the condition that the difference in the optical path length between the principal ray and the ray passing through the grating (x, y, −g) on the mask surface is an integral multiple of half a 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矩形断面の位相
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5又は6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
3又は4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。In general, a mask zone plate (grating lens) is formed with two regions, a region through which a light beam is transmitted (a transparent portion) and a region through which a light beam is not transmitted (a light shielding portion), alternately.
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 cross section. In the expressions (1) and (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, which means that the grating lens 5 or 6 on the mask has a line width between the transparent portion and the light shielding portion. The ratio is 1:
It means that the ratio of the line to the space of the rectangular grating is 1: 1 in the grating lens 3 or 4 on the wafer.
マスク上のグレーティングレンズ5,6は例えばポリイ
ミド製の有機薄膜上に予め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 lenses 5 and 6 on the mask are formed by transferring the grating lens pattern of a reticle previously formed by EB exposure on an organic thin film made of polyimide, for example, or the grating lens on the wafer forms the exposure pattern of the wafer on the mask After that, it is formed by exposure transfer.
第10図(A)にマスク面上のグレーティングレンズ5,
6、同図(B)にウエハ面上のグレーティングレンズ3,4
の一実施例のパターンを示す。FIG. 10 (A) shows the grating lens 5 on the mask surface.
6, (B) shows grating lenses 3 and 4 on the wafer surface.
1 shows a pattern of one embodiment.
以上説明した構成によりマスクとウエハ間のギャップ
(間隔)変動及びピックアップ筺体16の位置変動(平行
移動)に伴う第1,第2信号光束のx方向に沿って測って
光量重心位置の間隔(スポット間隔と以下称する)の変
動の大きさを測定した。With the configuration described above, the distance (spot) between the center of gravity of the light amount measured along the x direction of the first and second signal light beams due to the change in the gap (interval) between the mask and the wafer and the change in the position (parallel movement) of the pickup housing 16. (Hereinafter referred to as an interval) was measured.
この結果光強度分布調整手段20を用い前述の(2),
(3)式で示される光強度分布の光束をアライメントマ
ークに照射することによりギャップ変動±3.0μmに対
し、スポット間隔の変動量は1.9μmとなり、マスクと
ウエハ間の相対位置ずれ検出誤差は0.0004μmになっ
た。As a result, using the light intensity distribution adjusting means 20, the above (2),
By irradiating the alignment mark with the light flux having the light intensity distribution shown by the equation (3), the gap variation is ± 3.0 μm, the variation of the spot interval is 1.9 μm, and the relative positional deviation detection error between the mask and the wafer is 0.0004. μm.
これに対し、従来の光強度分布がガウシアン分布の光
束と照射する系(位置ずれ検出感度同じ)ではスポット
間隔の変動量は12.56μmとなり、位置ずれ検出誤差は
0.063μmであった。即ち本発明に係る光強度分布調整
手段を用いれば前記検出誤差は約130分の1に縮少す
る。On the other hand, in the conventional system in which the light intensity distribution is irradiated with a light beam having a Gaussian distribution (same displacement detection sensitivity), the variation amount of the spot interval is 12.56 μm, and the displacement detection error is
0.063 μm. That is, if the light intensity distribution adjusting means according to the present invention is used, the detection error is reduced to about 1/130.
一方、ピックアップ筺体16の位置変動(xy平面に平行
移動)に対しては±10μmの変動に対して位置ずれ検出
誤差は0.003μm(従来光路系では0.019μm)となり従
来に比べて約6分の1に縮少した。On the other hand, with respect to the position fluctuation of the pickup housing 16 (parallel movement to the xy plane), the position deviation detection error is 0.003 μm (0.019 μm in the conventional optical path system) with respect to the fluctuation of ± 10 μm, which is about 6 minutes compared to the conventional. Reduced to one.
第5図は本発明の第2実施例の要部斜視図である。 FIG. 5 is a perspective view of a main part of a second embodiment of the present invention.
本実施例では半導体レーザ又はスーパールミネッセン
トダイオード等からなる2つの光源13−1,13−2を用
い、これら2つの光源13−1,13−2を所定間隔離して並
置し、各光源の出力を調整することにより光強度分布調
整手段としての機能を発揮させている。このときのアラ
イメントマーク面上の光強度分布は例えば第1図又は第
4図に示したのと同様である。(但し光強度分布の極小
点は概ね一定に保つ) 2つの信号光束7,8の主光線の光路、アライメントマ
ークの配置、その他の要素の構成は第1実施例と同様で
ある。このとき投射光の光強度分布の変調は第1実施例
と同様に行い、検出部面上の2つの光束の重心間隔が長
くなるにつれて、2つの光源13−1,13−2の分離間隔も
長くなるように設定している。In the present embodiment, two light sources 13-1 and 13-2 composed of a semiconductor laser or a super luminescent diode or the like are used, and these two light sources 13-1 and 13-2 are juxtaposed and separated by a predetermined distance. The function as the light intensity distribution adjusting means is exhibited by adjusting the output. The light intensity distribution on the alignment mark surface at this time is the same as that shown in, for example, FIG. 1 or FIG. (However, the minimum point of the light intensity distribution is kept substantially constant.) The optical paths of the principal rays of the two signal light beams 7 and 8, the arrangement of the alignment marks, and the configuration of other elements are the same as those in the first embodiment. At this time, the modulation of the light intensity distribution of the projection light is performed in the same manner as in the first embodiment, and as the distance between the centers of gravity of the two light beams on the detection unit surface increases, the separation distance between the two light sources 13-1 and 13-2 also increases. It is set to be longer.
本実施例ではこのように2つの光源13−1,13−2を所
定距離,離間させ、2つのアライメントマーク5,6面上
の光強度分布を左右のアライメントマーク5,6間の中心
付近で強度が極小となり、該中心から離れる程増大する
ように構成している。そして最終的に左右のアライメン
トマーク5,6から受光部11,12に到達する2つの信号光束
7,8の光路を位置ずれ検出方向を含む断面内において左
手側のアライメントマーク5からは左手に、右手側のア
ライメントマーク6からは右手物体面法線に対して斜め
に射出するように構成している。これによりマスク1と
ウエハ2の間隔変動、アライメントヘッド筐体とマスク
との位置変動等に伴う位置ずれ量の検出誤差の発生量を
第1実施例と同様に良好に抑えている。In this embodiment, the two light sources 13-1 and 13-2 are separated from each other by a predetermined distance in this manner, and the light intensity distribution on the two alignment marks 5 and 6 is set near the center between the left and right alignment marks 5 and 6. The strength is minimized, and increases as the distance from the center increases. Finally, two signal light beams reaching the light receiving units 11 and 12 from the left and right alignment marks 5 and 6, respectively.
In the section including the misalignment detection direction, the optical paths 7 and 8 are configured to be emitted to the left from the alignment mark 5 on the left hand side and obliquely to the normal to the object plane of the right hand from the alignment mark 6 on the right hand side. ing. As a result, as in the first embodiment, the amount of occurrence of a detection error of the amount of displacement due to a change in the distance between the mask 1 and the wafer 2 or a change in the position between the alignment head housing and the mask is suppressed as well as in the first embodiment.
第6図は本発明の第3実施例の要部斜視図である。 FIG. 6 is a perspective view of a main part of a third embodiment of the present invention.
本実施例においてはアライメント用の第1,第2信号光
束7,8用のアライメントマーク領域がマスク1とウエハ
2面上で各々所定距離、例えば100μ離間するように配
置されている。In this embodiment, the alignment mark areas for the first and second signal light beams 7 and 8 for alignment are arranged on the surface of the mask 1 and the wafer 2 so as to be separated from each other by a predetermined distance, for example, 100 μ.
ここでマスク1面上のアライメントマーク5,6に投射
される投射光ビーム径が第1実施例と同じであるとする
と、光路構成における第1,第2信号光束の最終相対角度
は最適値とはならず、ギャップ変動、アライメントヘッ
ド筺体の位置の変動に対する位置ずれ計測誤差は増大し
てくる。そこで本実施例では投射光ビーム径の光強度分
布の調整は第1実施例と同じとし、第1,第2信号光束の
xz面内の最終射出角をそれぞれ−4.0゜,+4.8゜として
いる。Here, assuming that the diameters of the projection light beams projected onto the alignment marks 5 and 6 on the surface of the mask 1 are the same as those in the first embodiment, the final relative angles of the first and second signal light beams in the optical path configuration are the optimum values. However, the gap measurement error due to the gap variation and the variation in the position of the alignment head housing increases. Therefore, in the present embodiment, the adjustment of the light intensity distribution of the projection light beam diameter is the same as in the first embodiment, and the adjustment of the first and second signal light beams is performed.
The final exit angles in the xz plane are -4.0 ° and + 4.8 °, respectively.
第10図(A),(B)にそれぞれ本実施例におけるマ
スクとウエハ面上のアライメントマークのパターン例を
示す。FIGS. 10A and 10B show examples of patterns of a mask and an alignment mark on a wafer surface in this embodiment, respectively.
このように光路の設定及び投射光の光強度分布の最適
条件は投光ビーム径、アライメントマークのサイズ、配
置、焦点距離などの各要素によってきまる。本実施例は
これを光線追跡によるシミュレーションによって最適値
を求め、これに基づいて各要素を構成している。As described above, the optimum conditions of the setting of the optical path and the light intensity distribution of the projection light are determined by the factors such as the diameter of the projection beam, the size, the arrangement, and the focal length of the alignment mark. In this embodiment, an optimum value is obtained by simulation based on ray tracing, and each element is configured based on the optimum value.
第7図は本発明の第4実施例の要部斜視図である。 FIG. 7 is a perspective view of a main part of a fourth embodiment of the present invention.
本実施例ではアライメント用の第1,第2信号光束7,8
用のアライメントマーク領域を同図に示すように一部、
重複するように隣接配置している。In this embodiment, the first and second signal beams 7, 8 for alignment are used.
Part of the alignment mark area for
They are arranged adjacently so as to overlap.
第10図(C),(D)はマスク1面上のアライメント
マーク5,6とウエハ2面上のアライメントマーク3,4のパ
ターンを示す一実施例である。第8図と第10図(C),
(D)において領域701,702が互いにアライメントマー
クが重複している領域である。FIGS. 10C and 10D show an embodiment showing patterns of alignment marks 5 and 6 on the mask 1 surface and alignment marks 3 and 4 on the wafer 2 surface. 8 and 10 (C),
In (D), areas 701 and 702 are areas where the alignment marks overlap each other.
本実施例では光束の投射光ビーム径は第1実施例と同
じとし、第1,第2信号光束のxz面内の最終射出角をそれ
ぞれ−2.5゜,+2.8゜とした。又各面上のアライメント
マーク中心間距離は60μmであり、x方向のアライメン
トマークの重なる領域(701,702)は30μmとなってい
る。In this embodiment, the projected light beam diameter of the light beam is the same as that of the first embodiment, and the final emission angles of the first and second signal light beams in the xz plane are -2.5 ° and + 2.8 °, respectively. The distance between the centers of the alignment marks on each surface is 60 μm, and the area where the alignment marks overlap in the x direction (701, 702) is 30 μm.
第8図は本発明を縮少投影露光装置に適用した位置検
出部分を示す第5実施例の要部概略図である。FIG. 8 is a schematic view of a main part of a fifth embodiment showing a position detecting portion in which the present invention is applied to a reduced projection exposure apparatus.
同図において光源13から出射した光束を投光レンズ系
14で平行光として光強度分布調整手段20を介して第1物
体としてのレチクルL面のレチクルアライメントマーク
3L1,3L2を照射している。このときレチクルアライメン
トマーク3L1,3L2は通過光をそれぞれ点Q0,Q0′に集光さ
せるレンズ作用を有する透過型の物理光学素子を構成し
ている。そして点Q0,Q0′からの光束を縮少レンズ系18
により第2物体としてのウエハWから距離aw,aw′だけ
離れた点Q,Q′に集光している。In the same figure, the light beam emitted from the light source 13 is
A reticle alignment mark on a reticle L surface as a first object through a light intensity distribution adjusting means 20 as parallel light at 14
Irradiates 3L1 and 3L2. At this time, the reticle alignment marks 3L1 and 3L2 constitute a transmissive physical optical element having a lens function of condensing the passing light to points Q 0 and Q 0 ′, respectively. Then, the light beams from the points Q 0 and Q 0 ′ are
As a result, the light is condensed on points Q and Q ′ separated from the wafer W as the second object by distances aw and aw ′.
図中、7,8はそれぞれアライメントマーク3L1,3L2によ
り生じる第1,第2信号光束を示し、807,808はそれぞれ
の主光線である。In the figure, reference numerals 7 and 8 denote first and second signal beams generated by the alignment marks 3L1 and 3L2, respectively, and reference numerals 807 and 808 denote respective principal rays.
ウエハw上にはウエハアライメントマーク4w1,4w2が
設けられており、このウエハアライメントマーク4w1,4w
2は反射型の物理光学素子を構成し、それぞれ点Q,Q′に
集光する光束7,8が入射してくると、その光束を反射さ
せハーフミラー19を介して検出部11面上に結像させる凸
面鏡の機能を有している。Wafer alignment marks 4w1, 4w2 are provided on the wafer w, and the wafer alignment marks 4w1, 4w
2 constitutes a reflection type physical optical element, and when light fluxes 7 and 8 condensed at points Q and Q ′ respectively enter, the light fluxes are reflected and are reflected on the detection unit 11 surface via a half mirror 19. It has the function of a convex mirror for imaging.
ウエハ面上のアライメントマーク4w1,4w2の作用によ
って生じる第1,第2信号光束は第8図において主光線80
7,808のみ代表して示している。The first and second signal light beams generated by the action of the alignment marks 4w1 and 4w2 on the wafer surface are principal rays 80 in FIG.
Only 7,808 is shown as a representative.
第9図(A),(B)は本発明の第6実施例の要部斜
視図と光路概略図である。FIGS. 9A and 9B are a perspective view and a schematic optical path of a main part of a sixth embodiment of the present invention.
本実施例においては上記のような第1,第2信号光束7,
8は第2物体2面を射出した後、検出部11,12に到達する
までの過程で、それぞれの光路の第2物体面(或は第1
物体面)上の射影軌跡が必ず交叉するようにアライメン
トマークや投光光束の入射角等を構成している。このよ
うな光路構成を以下「交叉光路」と称することにする。In this embodiment, the first and second signal light beams 7,
Reference numeral 8 denotes a second object surface (or a first object surface) of each optical path in a process after emitting the second object 2 surface and reaching the detection units 11 and 12.
The alignment mark, the incident angle of the projected light beam, and the like are configured such that the projected trajectories on the object plane) always cross. Such an optical path configuration is hereinafter referred to as a “crossed optical path”.
又2つの信号光束7,8の光路のなす角度は同図の場合
は負と定義する。The angle formed by the optical paths of the two signal light beams 7, 8 is defined as negative in the case of FIG.
本発明者は先にシミュレーションによる検討の結果、
前述の光強度分布調整手段と、交叉光路を採用すること
により、不均一なガウシアン分布等の光強度分布を有す
るアライメント光束で前述のアライメントマーク系に照
射する場合は第1物体1と第2物体2間の間隔の変動に
よってもたらされる、位置ずれ量検出誤差の発生を極め
て良好に抑えることができることを見出した。The present inventor has previously conducted simulations,
By employing the above-described light intensity distribution adjusting means and the cross optical path, the first object 1 and the second object can be used when the alignment mark system is irradiated with an alignment light beam having a light intensity distribution such as a non-uniform Gaussian distribution. It has been found that the occurrence of a positional deviation amount detection error caused by a change in the interval between the two can be suppressed extremely well.
即ち、本実施例では第1物体と第2物体間の相対位置
ずれ量が不変であっても従来問題となっていた第1物体
と第2物体の間隔の変動による検出部11,12上での2つ
のアライメント用の信号光束の入射位置(等価的に光強
度重心位置)間の距離の変動による位置ずれ量検出誤差
を前述の光強度分布調整手段と交叉光路を採用すること
により良好に抑えることができるようにしている。That is, in this embodiment, even if the relative displacement between the first object and the second object does not change, the detection unit 11 or 12 due to the change in the distance between the first object and the second object, which has conventionally been a problem, The error in detecting the displacement due to the variation in the distance between the incident positions of the two signal light beams for alignment (equivalently, the position of the center of gravity of the light intensity) is favorably suppressed by employing the above-described light intensity distribution adjusting means and the cross optical path. Have to be able to.
更に本発明者は光強度分布調整手段と交叉光路を利用
することにより、第1物体面上のアライメント光束の強
度が1/e2にまで低下する径を適切に設定することにより
同様の間隔の変動によってもたらされる位置ずれ量検出
誤差の発生も同様に良好に抑えることができることを見
出した。Further, the present inventor uses the light intensity distribution adjusting means and the crossed optical paths to appropriately set the diameter at which the intensity of the alignment light beam on the first object surface decreases to 1 / e 2 , thereby setting the same interval. It has also been found that the occurrence of the displacement error detection error caused by the fluctuation can be similarly favorably suppressed.
本発明はこのような交叉光路が形成されるように各要
素を設定することにより、前述の位置ずれ量検出誤差の
発生を抑え第1物体と第2物体の相対的な位置ずれ量の
高精度な検出を可能としている。According to the present invention, by setting each element so that such a crossed optical path is formed, the occurrence of the above-described positional deviation amount detection error is suppressed, and the relative positional deviation amount between the first object and the second object is highly accurate. Detection is possible.
次に第9図(A)に示すアライメント用の第1,第2信
号光束7,8の主光線の光路について説明する。Next, the optical paths of the principal rays of the first and second signal light beams 7, 8 for alignment shown in FIG. 9A will be described.
不均一な光強度分布の光束を放射する不図示の光源よ
り射出した光束は不図示の投光光学系を経て所定のビー
ム径に拡大され、略平行光となり、光強度分布調整手段
を介し第1物体1上のアライメントマーク5,6に物体面
法線に対し斜めに入射する。第1物体1面上に到達した
略平行光束の光強度分布は不均一なガウシアン分布であ
る。A light beam emitted from a light source (not shown) that emits a light beam with a non-uniform light intensity distribution is expanded to a predetermined beam diameter through a light projecting optical system (not shown), becomes substantially parallel light, and passes through a light intensity distribution adjusting unit. The light enters the alignment marks 5 and 6 on one object 1 at an angle to the normal to the object plane. The light intensity distribution of the substantially parallel light beam that has reached the first object 1 surface is a non-uniform Gaussian distribution.
本発明に係るアライメントマークは中心間距離がゼロ
でない所定値となる2つの領域から成り、位置合わせを
行う各物体面上に形成されている。アライメント用の光
束は上記のとおり単一のガウシアンビームとして第1物
体面上のアライメントマーク5,6に入射する。第1物体
1面上のアライメントマーク5,6で回折した光束は例え
ばアライメントマーク5で凸パワーの収斂作用、アライ
メントマーク6で凹パワーの発散作用を受けた後、第2
物体面上のアライメントマーク3,4に到達する。The alignment mark according to the present invention is composed of two regions in which the center-to-center distance has a predetermined value other than zero, and is formed on each object plane on which positioning is performed. The light beam for alignment enters the alignment marks 5 and 6 on the first object plane as a single Gaussian beam as described above. The light beams diffracted by the alignment marks 5 and 6 on the first object 1 surface are subjected to, for example, a convergence function of the convex power at the alignment mark 5 and a divergence function of the concave power at the alignment mark 6, and then the second light.
The alignment marks 3 and 4 on the object plane are reached.
更に第2物体面上のアライメンマーク3で凹パワーの
発散作用、アライメントマーク4で凸パワーの収斂作用
を受けた光束はそれぞれ第1,第2信号光7,8となり第2
物体2面を射出し、第1物体1面を透過した後、所定位
置にある検出部11,12に入射する。Further, the luminous fluxes subjected to the divergence of concave power at the alignment mark 3 on the second object surface and the convergence of convex power at the alignment mark 4 become first and second signal lights 7 and 8, respectively.
After emitting the object 2 surface and transmitting through the first object 1 surface, the light enters the detection units 11 and 12 at predetermined positions.
本実施例において投射光の光強度分布の変調の仕方と
しては検出部面上の2つの信号光束間の重心距離lに対
応して次式のように定めればよい。In this embodiment, the manner of modulating the light intensity distribution of the projection light may be determined by the following equation in accordance with the center of gravity distance 1 between two signal light beams on the detection unit surface.
ここにl0は位置ずれ0のときの2つの信号光束間のx
方向の距離、α′は実験またはシミュレーションにより
求めた数値でマスクとウエハの間隔の変動に対して位置
ずれ検出感度の変動幅が最小となるように選んだ値であ
り、lに依存して変化してもよい。即ちα′=α′
(l)でもよい。 Here, l 0 is x between the two signal light beams when the displacement is 0.
The distance in the direction, α ′, is a value obtained by experiments or simulations and is a value selected so that the fluctuation width of the positional deviation detection sensitivity with respect to the fluctuation of the distance between the mask and the wafer is minimized. May be. That is, α '= α'
(1) may be used.
以上の各実施例に示すように本発明によれば光強度分
布調整手段を用い物体面上に照射された光束の位置ずれ
量検出方向の光強度分布を2つのアライメントマークか
ら射出した2つの光束の所定面上における相対距離に基
づいて不均一な分布とし、該2つのアライメントマーク
から射出した2つの光束を各々受光部に導光する際、 (ハ)位置ずれ検出方向に対して+側のアライメントマ
ークから受光部に到達する光線はアライメントマーク面
の法線に対して+側に斜めに射出し、同様に−側のアラ
イメントマークからはアライメントマーク面の法線に対
して−側に斜めに射出するような光路構成において、2
つの信号光束の所定面上における入射位置の相対距離が
予め設定された値よりも長いときは2つのアライメント
マークを合わせた全体領域の中心付近で位置ずれ量検出
方向の光強度が極小となり、光強度が極小となる点から
位置ずれ検出方向に離れるにつれて所定の勾配で光強度
が増大するような光強度分布を(3),(4)式に基づ
いてアライメントマークに照射する。As described in each of the above embodiments, according to the present invention, two light beams emitted from two alignment marks by using the light intensity distribution adjusting means to output the light intensity distribution in the direction of detecting the amount of displacement of the light beam irradiated on the object surface. When the two light fluxes emitted from the two alignment marks are guided to the light receiving portions, respectively, the distribution is uneven based on the relative distance on the predetermined surface of (c). Light rays reaching the light receiving portion from the alignment mark are emitted obliquely to the + side with respect to the normal to the alignment mark surface, and similarly, from the-side alignment mark, are obliquely directed to the-side with respect to the normal to the alignment mark surface. In an optical path configuration that emits light, 2
When the relative distance between the incident positions of the two signal light beams on the predetermined surface is longer than a preset value, the light intensity in the position shift amount detection direction becomes minimal near the center of the entire area where the two alignment marks are aligned, and The alignment mark is irradiated with a light intensity distribution such that the light intensity increases at a predetermined gradient as the position moves away from the point where the intensity becomes minimum in the direction of detecting the displacement based on the equations (3) and (4).
(ニ)位置ずれ検出方向に対して(ハ)と同様に+側の
アライメントマークからはアライメントマーク面の法線
に対して−側に斜めに射出し、−側のアライメントマー
クからはアライメントマーク面の法線に対して+側に斜
めに射出するような光路構成において2つの信号光束の
所定面上における入射位置の相対距離が予め設定された
値よりも短いときは2つのアライメントマークを合わせ
た全体領域の中心付近で位置ずれ量検出方向に光強度が
極大となり、その極大点から位置ずれ検出方向に離れる
につれて所定の勾配で光強度が減少するような光強度分
布を(5),(6)式に基づいてアライメントマークに
照射する。(D) As in (c), the alignment mark on the positive side is emitted obliquely to the negative side with respect to the normal of the alignment mark surface, and the alignment mark on the negative side is emitted from the negative side. When the relative distance between the incident positions of the two signal light beams on the predetermined surface is shorter than a predetermined value in an optical path configuration in which the light is emitted obliquely to the + side with respect to the normal line, the two alignment marks are aligned. The light intensity distribution is such that the light intensity becomes maximum near the center of the entire area in the direction of detecting the amount of displacement, and decreases as the distance from the maximum point in the direction of detecting the position deviation decreases with a predetermined gradient (5), (6). Irradiation is performed on the alignment mark based on the expression.
以上のような構成を採ることを特徴としている。 It is characterized by adopting the above configuration.
(発明の効果) 本発明によれば位置合わせを行う第1,第2物体面上に
各々結像作用(光学作用)を有する異なる2つの波面変
換素子(物理光学素子)をアライメントマークとして形
成し、該アライメントマークの結像作用を各物体面上で
順次(例えば第1,第2物体又は第2,第1物体面の順な
ど)うけた2つの第1,第2信号光束の所定面上における
入射位置情報により位置ずれ量を検出する際、光強度分
布調整手段を用いてアライメントマーク面上に照射する
光束の光強度分布を2つのアライメントマークから射出
し、所定面上に入射する2つの光束の入射位置の相対距
離に基づいて調整することにより、位置合わせを行う2
つの物体間の間隔変動や光源からの投射光束の位置変動
の影響を非常にうけにくい高精度な位置ずれ量検出が可
能な位置検出装置を達成することができる。(Effects of the Invention) According to the present invention, two different wavefront conversion elements (physical optical elements) each having an imaging action (optical action) are formed as alignment marks on the first and second object planes for alignment. On a predetermined surface of two first and second signal light beams which are sequentially subjected to the image forming action of the alignment mark on each object surface (for example, in the order of the first and second objects or the second and first object surfaces). When the positional deviation amount is detected based on the incident position information at the time, the light intensity distribution of the light beam irradiated on the alignment mark surface is emitted from the two alignment marks by using the light intensity distribution adjusting means, and the two light beams incident on the predetermined surface are emitted. By performing adjustment based on the relative distance of the incident position of the light beam, alignment is performed 2
Thus, it is possible to achieve a position detection device capable of detecting a position shift amount with high accuracy, which is very unlikely to be affected by a distance variation between two objects or a position variation of a projection light beam from a light source.
第1図は本発明の原理及び構成要件等を示す説明図、第
2図は第1図の構成に基づく本発明の第1実施例の要部
斜視図、第3図(A)は第2図の第1実施例をプロキシ
ミティ型半導体製造装置に適用した要部概略図、第3図
(B),(C)は第3図(A)の計測制御のフローチャ
ート図、第4図は第2図の第1実施例光路断面説明図、
第5図〜第8図は各々本発明の第2〜第5実施例の要部
斜視図、第9図(A),(B)は本発明の第6実施例の
要部斜視図と光路断面説明図、第10図(A)〜(D)は
本発明に係るアライメントマークの配置説明図、第11図
は従来の位置検出装置の要部概略図である。 図中、1は第1物体(マスク)、2は第2物体(ウエ
ハ)、3,4,5,6は各々アライメントマーク、7,8は各々第
1,第2信号光束、9はウエハスクライブライン、10はマ
スクスクライブライン、11,12は検出部、13は光源、14
はコリメーターレンズ系、15はハーフミラー、16はアラ
イメントヘッド筺体、18は信号処理部、19はウエハステ
ージ駆動制御部である。FIG. 1 is an explanatory view showing the principle and configuration requirements of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of a main part of a first embodiment of the present invention based on the configuration of FIG. 1, and FIG. 3 (B) and 3 (C) are flow charts of the measurement control in FIG. 3 (A), and FIG. 4 is a flow chart of the measurement control in FIG. 3 (A). FIG. 2 is an explanatory view of an optical path cross section of the first embodiment of FIG.
FIGS. 5 to 8 are perspective views of main parts of the second to fifth embodiments of the present invention, and FIGS. 9A and 9B are perspective views of main parts and an optical path of the sixth embodiment of the present invention. 10 (A) to 10 (D) are explanatory views of the arrangement of an alignment mark according to the present invention, and FIG. 11 is a schematic view of a main part of a conventional position detecting device. In the figure, 1 is a first object (mask), 2 is a second object (wafer), 3, 4, 5, and 6 are alignment marks, and 7, 8 are each a mark.
1, a second signal light beam, 9 is a wafer scribe line, 10 is a mask scribe line, 11 and 12 are detectors, 13 is a light source, 14
Denotes a collimator lens system, 15 denotes a half mirror, 16 denotes an alignment head housing, 18 denotes a signal processing unit, and 19 denotes a wafer stage drive control unit.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01B 11/00 - 11/30 H01L 21/30 311──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G01B 11/00-11/30 H01L 21/30 311
Claims (4)
ライメントマークを各々設けた第1物体と第2物体とを
対向配置し、投光手段からの光束を、光強度分布調整手
段を介して該第1物体と第2物体に設けた各々のアライ
メントマークを介した後2つの光束を所定面上に導光
し、該所定面上における該2つの光束の入射位置を検出
手段により検出することにより、該第1物体と第2物体
との相対的な位置ずれ量の検出を行う際、2つの光束の
うち少なくとも一方の光束は該第1物体面上のアライメ
ントマークと第2物体面上のアライメントマークで各々
結像作用を受けており、該光強度分布調整手段は、該所
定面上に入射する2つの光束の入射位置の相対距離に基
づいて前記第1又は第2物体上の前記少なくとも2つの
アライメントマークへ入射する光束の光強度分布を調整
していることを特徴とする位置検出装置。A first object provided with an alignment mark comprising at least two physical optical elements and a second object provided opposite to each other, and a light beam from the light projecting means is transmitted to the second object via a light intensity distribution adjusting means; By guiding the two light beams to a predetermined surface after passing through the respective alignment marks provided on the first object and the second object, and detecting the incident positions of the two light beams on the predetermined surface by a detecting unit, When detecting the relative displacement between the first object and the second object, at least one of the two light beams is an alignment mark on the first object surface and an alignment mark on the second object surface. Respectively, and the light intensity distribution adjusting means is configured to control the at least two light beams on the first or second object based on a relative distance between incident positions of the two light beams incident on the predetermined surface. Alignment mark Position detecting device, characterized in that to adjust the light intensity distribution of the incident light beam.
入射する2つの光束の入射位置の相対距離が予め設定さ
れた距離よりも長いときには通過光束の光強度分布が2
つのアライメントマークの配列中心付近で極小となり、
又距離が短いときは2つのアライメントマークの配列中
心付近で極大となるように調整していることを特徴とす
る請求項1記載の位置検出装置。2. The light intensity distribution adjusting means according to claim 1, wherein the light intensity distribution of the passing light beam is 2 when the relative distance between the incident positions of the two light beams incident on the predetermined surface is longer than a predetermined distance.
Minimum near the center of the alignment of the two alignment marks,
2. The position detecting device according to claim 1, wherein when the distance is short, the position is adjusted so as to be maximum near the center of the arrangement of the two alignment marks.
1物体と第2物体との相対的な位置合わせを行い、該第
1物体面上のパターンを第2物体面上に露光転写してい
ることを特徴とする露光装置。3. A relative position between a first object and a second object is adjusted by using the position detecting device according to claim 1, and a pattern on the first object surface is exposed on a second object surface. An exposure apparatus that performs transfer.
1物体と第2物体との相対的な位置合わせを行い、該第
1物体面上のパターンを第2物体面上に露光転写して半
導体素子を製造していることを特徴とする半導体素子の
製造方法。4. A relative position between a first object and a second object is adjusted by using the position detecting device according to claim 1, and a pattern on the first object surface is exposed on a second object surface. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a semiconductor device is manufactured by transferring.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2104903A JP2833145B2 (en) | 1990-04-20 | 1990-04-20 | Position detection device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2104903A JP2833145B2 (en) | 1990-04-20 | 1990-04-20 | Position detection device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH042902A JPH042902A (en) | 1992-01-07 |
| JP2833145B2 true JP2833145B2 (en) | 1998-12-09 |
Family
ID=14393097
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2104903A Expired - Fee Related JP2833145B2 (en) | 1990-04-20 | 1990-04-20 | Position detection device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2833145B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7405114B2 (en) * | 2002-10-16 | 2008-07-29 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser irradiation apparatus and method of manufacturing semiconductor device |
-
1990
- 1990-04-20 JP JP2104903A patent/JP2833145B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH042902A (en) | 1992-01-07 |
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