JP4050997B2

JP4050997B2 - Position detection device for detecting edge scattered light obliquely

Info

Publication number: JP4050997B2
Application number: JP2003113587A
Authority: JP
Inventors: 勤宮武
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-04-18
Filing date: 2003-04-18
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2023-04-18
Also published as: JP2004319859A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位置検出装置に関し、特にアライメントマークのエッジからの散乱光を斜方から検出する位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０〜図１４を参照して、特許文献１に開示された従来の位置検出装置について説明する。
【０００３】
図１０に、従来の位置検出装置の概略図を示す。この位置検出装置はウエハ／マスク保持部１０、光学系２０、及び制御装置３０を含んで構成されている。
【０００４】
ウエハ／マスク保持部１０は、ウエハ保持台１５、マスク保持台１６、及び駆動機構１７から構成されている。位置合わせ時には、ウエハ保持台１５の上面にウエハ１１を保持し、マスク保持台１６の下面にマスク１２を保持する。ウエハ１１とマスク１２とは、ウエハ１１の露光面とマスク１２のウエハ側の面（マスク面）との間に一定の間隙（プロキシミティギャップ）が形成されるように平行に配置される。ウエハ１１の露光面には、位置合わせ用のウエハマーク１３が形成され、マスク１２のマスク面には位置合わせ用のマスクマーク１４が形成されている。
【０００５】
マスクマーク１３及びウエハマーク１４は、入射光を散乱させるエッジ若しくは頂点を有する。これらのマークに光が入射すると、エッジ若しくは頂点に当たった入射光は散乱し、その他の領域に当たった入射光は正反射する。ここで、正反射とは、入射光のうちほとんどの成分が、同一の反射方向に反射するような態様の反射をいう。
【０００６】
駆動機構１７は、ウエハ保持台１５及びマスク保持台１６を相対的に移動させることができる。図の左から右にＸ軸、紙面に垂直な方向に表面から裏面に向かってＹ軸、露光面の法線方向にＺ軸をとると、ウエハ１１とマスク１２は相対的に、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、Ｚ軸の回りの回転方向（θｚ方向）、Ｘ軸及びＹ軸の回りの回転（あおり）方向（θｘ及びθｙ方向）に移動可能である。
【０００７】
光学系２０は、像検出装置２１、レンズ２２、ハーフミラー２３、光源２４、及び光学フィルタ２６を含んで構成される。光学系２０の光軸２５は、ＸＺ面に平行であり、かつ露光面に対して斜めになるように配置されている。なお、図１０では１枚のレンズのみを表しているが、複数のレンズで構成してもよく、必要に応じて適宜リレーレンズを配置してもよい。
【０００８】
光源２４から放射された照明光はハーフミラー２３で反射して光軸２５に沿った光線束とされ、レンズ２２を通して露光面に斜入射される。光源２４はレンズ２２の像側の焦点に配置されており、光源２４から放射された照明光はレンズ２２でコリメートされて平行光線束になる。なお、光源２４は、照明光の強度を調整することができる。
【０００９】
マスク１２は照明光の一部を透過させる。マスク１２を透過した照明光がウエハ１１に形成されたウエハマーク１３に入射する。
【００１０】
ウエハマーク１３及びマスクマーク１４のエッジ若しくは頂点で散乱された散乱光のうちレンズ２２に入射する光は、レンズ２２で収束され、光学フィルタ２６を通って像検出装置２１の受光面２１ａ上に結像する。このように、光学系２０による照明はテレセン照明とされ、照明光軸と観測光軸は同一光軸とされている。
【００１１】
像検出装置２１は、受光面２１ａ上に結像したウエハマーク１３及びマスクマーク１４からの散乱光による像を光電変換し画像信号を得る。画像信号は制御装置３０に入力される。
【００１２】
制御装置３０は、像検出装置２１から入力された画像信号を処理して、ウエハマーク１３とマスクマーク１４の相対位置を検出する。さらに、ウエハマーク１３とマスクマーク１４が所定の相対位置関係になるように、駆動機構１７に対して制御信号を送出する。駆動機構１７は、この制御信号に基づいてマスク保持台１６を移動させる。
【００１３】
図１１（Ａ）は、ウエハマーク１３及びマスクマーク１４の相対位置関係を示す平面図である。長方形パターンをＹ軸方向に３個、Ｘ軸方向に１４個、行列状に配列して各ウエハマーク１３Ａ及び１３Ｂが形成されている。同様の長方形パターンをＹ軸方向に３個、Ｘ軸方向に５個、行列状に配置して１つのマスクマーク１４が形成されている。位置合わせが完了した状態では、マスクマーク１４は、Ｙ軸方向に関してウエハマーク１３Ａと１３Ｂとのほぼ中央に配置される。
【００１４】
ウエハマーク１３Ａ、１３Ｂ、及びマスクマーク１４の各長方形パターンの長辺はＸ軸と平行にされ、短辺はＹ軸と平行にされている。各長方形パターンの長辺の長さは２μｍ、短辺の長さは１μｍであり、各マーク内における長方形パターンのＸ軸及びＹ軸方向の配列ピッチは４μｍである。ウエハマーク１３Ａと１３Ｂとの中心間距離は、５６μｍである。
【００１５】
図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）の一点鎖線Ｂ２−Ｂ２における断面図を示す。ウエハマーク１３Ａ及び１３Ｂは、例えば露光面上に形成したＳｉＮ膜、ポリシリコン膜等をパターニングして形成される。ウエハ１５の表面上には感光性レジスト膜が形成されている。マスクマーク１４は、例えばＳｉＣ等からなるメンブレン１２のマスク面上に形成したＴａ₄Ｂ膜をパターニングして形成される。
【００１６】
図１１（Ｃ）は、図１１（Ａ）の一点鎖線Ｃ２−Ｃ２における断面図を示す。光軸２５に沿ってウエハマーク１３Ａ、１３Ｂ及びマスクマーク１４に入射した照明光は、図２（Ｃ）の各長方形パターンの短辺側のエッジで散乱される。エッジ以外の領域に照射された光は正反射し、図１０のレンズ２２には入射しない。従って、像検出装置２１でエッジからの散乱光のみを検出することができる。
【００１７】
図１０の光学系２０の物空間において光軸２５に垂直な１つの平面上にある点からの散乱光が、像検出装置２１の受光面２１ａ上に同時に結像する。受光面２１ａに結像している物空間内の物点の集合した平面を「物面」と呼ぶこととする。
【００１８】
図１１（Ｃ）において、ウエハマーク１３Ａ、１３Ｂ及びマスクマーク１４の各エッジのうち、物面２７上にあるエッジからの散乱光は受光面上に合焦するが、物面上にないエッジからの散乱光は合焦せず物面から遠ざかるに従ってピントがぼける。従って、各マークのエッジのうち物面に最も近い位置にあるエッジからの散乱光による像が最も鮮明になり、物面から離れた位置にあるエッジからの散乱光による像はぼける。
【００１９】
図１２は、エッジからの散乱光による受光面上の像をスケッチした図である。図１２のｕ軸が図１１（Ｃ）における物面２７とＸＺ面との交線方向に相当し、ｖ軸が図１１（Ｃ）におけるＹ軸に相当する。ウエハマーク１３Ａ及び１３Ｂからの散乱光による像４０Ａ及び４０Ｂが、ｖ軸方向に離れて現れ、その間にマスクマーク１４からの散乱光による像４１が現れる。
【００２０】
各長方形パターンの前方のエッジと後方のエッジによる散乱光が観測されるため、１つの長方形パターンに対して２つの点状の像が現れる。各像において、図１１（Ｃ）の物面２７近傍のエッジからの散乱光による像がはっきりと現れ、それから遠くなるに従ってぼけた像となる。また、図１１（Ｃ）に示すように、観測光軸２５が露光面に対して傾いているため、ウエハマークからの散乱光による像４０Ａ及び４０Ｂの最もピントの合っている位置とマスクマークからの散乱光による像４１の最もピントの合っている位置とは、ｕ軸方向に関して一致しない。
【００２１】
マスクマークからの散乱光による像４１が、ｖ軸方向に関してウエハマークからの散乱光による像４０Ａと４０Ｂとの中央に位置するように図１０のウエハ保持台１５とマスク保持台１６とを移動させることにより、Ｙ軸方向に関してウエハ１１とマスク１２との位置合わせを行うことができる。
【００２２】
図１０に示す位置検出装置では、ウエハマーク及びマスクマークを斜方から観測するため、光学系２０を露光範囲内に配置する必要がない。このため、露光時に光学系２０を露光範囲外に退避させる必要がない。また、位置合わせ完了後にウエハを露光する場合、露光中も常時位置検出が可能である。さらに、照明光軸と観察光軸を同軸にしているため、軸ずれがなく常に安定した像を得ることができる。
【００２３】
図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）は、図１０の光学フィルタ２６を取り外したときに、像検出装置２１により得られた画像信号を示す。横軸は図１２のｖ軸に対応し、縦軸は光強度を表す。なお、この画像信号は、図１２においてｖ軸方向に走査しながら、一走査毎にｕ軸方向に一定距離移動して得られた画像信号のうち、像４０Ａ及び４０Ｂの最もピントの合っている位置の走査と像４１の最もピントの合っている位置の走査によって得られた画像信号を合成したものである。
【００２４】
図１３（Ａ）は、ウエハマークがポリシリコンで形成されている場合、図１３（Ｂ）はＳｉＮで形成されている場合を示す。なお、マスクマークは、共に、Ｔａ₄Ｂで形成されている。
【００２５】
図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示すように、ほぼ中央にマスクマークに対応する３本のピークが現れ、その両側にウエハマークに対応する３本のピークが現れている。
【００２６】
以下、図１３（Ａ）または図１３（Ｂ）に示す波形から、マスクマークとウエハマークとの相対位置を検出する方法の一例を簡単に説明する。まず、マスクマークに対応するピーク波形をｖ軸方向にずらせながら２つのウエハマークの各々に対応するピーク波形との相関係数を計算する。最大の相関係数を与えるずらし量が、ウエハマークとマスクマークとの中心間距離に対応する。
【００２７】
マスクマークに対応するピーク波形とその両側のウエハマークの各々に対応するピーク波形との間隔が等しくなるように、ウエハとマスクとを移動することにより、図１０のＹ軸方向に関して位置合わせを行うことができる。
【００２８】
相関係数の計算精度を高めるためには、受光面に配置された光電変換素子を、その入出力特性が線型に近い領域で使用し、かつＳ／Ｎ比の高い画像信号を得ることが好ましい。このためには、マスクマークとウエハマークに対応するピークの高さを揃えておくことが好ましい。しかし、ウエハマークからの散乱光とマスクマークからの散乱光とは、図１１（Ｃ）のメンブレン１２の厚さ、ウエハマークとマスクマークとの材質の相違等により、通常異なる強度を有する。このため、図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示すように、マスクマークに対応するピークの高さとウエハマークに対応するピークの高さとは異なる。
【００２９】
特許文献１に開示された方法を用いることにより、マスクマークに対応するピークの高さとウエハマークに対応するピークの高さとの差を減少させることができる。図１４を参照して、特許文献１に開示された位置検出方法及び装置について説明する。
【００３０】
図１４（Ａ）は、図１０の位置検出装置の受光面２１ａ近傍の断面図を示す。光軸２５に垂直な受光面２１ａの直前に光学フィルタ２６が配置されている。受光面２１ａのうち領域２１ｂにウエハマーク１３からの散乱光による像が形成され、領域２１ｃにマスクマーク１４からの散乱光による像が形成される。なお、光学系によっては、結像位置が逆になる場合もある。
【００３１】
光学フィルタ２６の透過率は、領域２１ｂと２１ｃに対応する各々の領域２６ｂと２６ｃにおいて相互に異なる。図１４（Ｂ）は、光学フィルタ２６の正面図を示す。円形のガラス板の上半分及び下半分に、それぞれ相互に透過率の異なる領域２６ｂ及び２６ｃが画定されている。レンズ２２を透過したウエハマーク及びマスクマークからの散乱光の強度が異なる場合でも、光学フィルタ２６の２つの領域の透過率を適切に選択しておくことにより、受光面２１ａ上に結像する２つの散乱光の強度を近づけることができる。
【００３２】
受光面２１ａに入射するウエハマーク及びマスクマークからの散乱光の強度が近づくと、図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示す画像信号のマスクマーク及びウエハマークに対応するピークの高さがより近づく。このため、より高精度に位置検出を行うことが可能になる。
【００３３】
【特許文献１】
特開平１０−２４２０３６号公報
【００３４】
【発明が解決しようとする課題】
ウエハとマスクとの位置合わせを行う場合、まず、両者の粗い位置合わせが行われ、その後、高精度の位置合わせが行われる。粗い位置合わせを行う工程では、マスクマークの像が像検出装置２１の視野の所定の位置（例えば、図１４（Ａ）の領域２１ｃのほぼ中央）に現れるように、像検出装置２１とマスクとの相対位置を調整する。
【００３５】
その後、ウエハマークの像が像検出装置２１の視野の所定の位置に現れるようにウエハを移動させる。この粗い位置合わせの工程によって、図１２に示したように、ｖ軸方向に関して、２つのウエハマークの像４０Ａ及び４０Ｂの間にマスクマークの像４１が配置された状態になる。
【００３６】
ところが、粗い位置合わせを行う前に、マスクマークの像が図１４（Ａ）の領域２１ｂ内に現れている場合がある。粗い位置合わせの工程で、領域２１ｂ内の像を領域２１ｃ内の所定の場所まで移動させる。領域２１ｂ内の像の明るさは、領域２１ｃ内の像の明るさと異なる。このため、粗い位置合わせの前後におけるマスクマークの像の同一性を確認することが困難である。
【００３７】
また、マスクマークの像が、領域２１ｂと領域２１ｃとの境界線を跨いでいる場合には、その像の位置を検出することが困難である。同様に、粗い位置合わせを行う前に、ウエハマークの像が領域２１ｂと領域２１ｃとの境界線を跨いでいる場合に、ウエハマークの像の位置を検出することが困難である。
【００３８】
さらに、ウエハマークの像はマスクマークの像に比べて暗い。ウエハマークの像が領域２１ｃ内に現れている場合には、像が非常に暗くなり、位置検出が困難になる。
【００３９】
また、ウエハマークやマスクマークの近傍に、回路パターンが配置されている場合には、回路パターンからの散乱光が像検出装置２１に入射する。マスクを透過しウエハの表面で反射して、マスクの裏面に達した照明光が、マスクの裏面で散乱される。この散乱光が、ウエハの表面で反射し、像検出装置２１に入射する場合もある。このように、対象とするマークが配置された領域以外の領域で散乱された散乱光が像検出装置２１に入射すると、マスクマークやウエハマークのコントラストが低下し、その位置の検出精度が低下してしまう。
【００４０】
本発明の目的は、マスクとウエハとの粗い位置合わせを容易に行うことが可能な位置検出装置を提供することである。
【００４１】
本発明の他の目的は、対象とするマークが配置された領域以外の領域で散乱された散乱光が像検出装置に入射しても、検出精度の低下を招きにくい位置検出装置を提供することである。
【００４２】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、第１の面に第１のアライメントマークが形成された第１の部材を保持する第１のステージと、第２の面に第２のアライメントマークが形成され、照明光の一部を透過させる第２の部材を、該第２の面を前記第１の面に近接させて該第２の部材を保持する第２のステージと、前記第１のアライメントマーク及び第２のアライメントマークに前記照明光を照射する照明光学系と、前記第１のステージに保持された第１の部材の第１の面に対して斜めの光軸を有し、前記第１のステージに保持されている第１の部材の第１のアライメントマーク及び前記第２のステージに保持されている第２の部材の第２のアライメントマークからの散乱光が入射し、該第１のアライメントマーク及び第２のアライメントマークが結像する受光面を有する観測光学系と、前記受光面の前に配置され、少なくとも第１の領域を有する第１の光学フィルタであって、該第１の領域が前記受光面の前に位置するとき、前記第１のアライメントマークの結像位置に対応する領域の透過率と、前記第２のアライメントマークの結像位置に対応する領域の透過率とが異なる第１の光学フィルタと、前記第１の光学フィルタの第１の領域が前記受光面の前に位置する状態と、該第１の領域が前記観測光学系の光の経路から退避された状態とのいずれかが選択されるように前記第１の光学フィルタを移動させる移動機構とを有する位置検出装置が提供される。
【００４３】
第１の領域が光の経路から退避されると、受光面内の明るさを一様にすることができる。第１の領域を受光面の前に配置することにより、第１のアライメントマークの像と第２のアライメントマークの像との明るさを調節することができる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）に、第１の実施例による位置検出装置の概略図を示す。第１の実施例による位置検出装置の基本構成は、図１０に示した従来の位置検出装置の基本構成と同様である。図１（Ａ）の位置検出装置の各構成部分には、図１０に示した従来の位置検出装置の対応する構成部分に付された参照符号と同一の参照符号が付されている。ここでは、従来の位置検出装置の構成と同様の構成については説明を省略し、相違点に着目して説明する。
【００４５】
図１０に示した光学フィルタ２６の代わりに、光学フィルタ５０が配置されている。
【００４６】
図１（Ｂ）及び（Ｃ）に、光学フィルタ５０の正面図を示す。光学フィルタ５０は、第１の領域５１Ａと第２の領域５１Ｂとに区分されている。第１の領域５１Ａは、さらに、第１のサブ領域５１Ａ１と第２のサブ領域５１Ａ２とに区分されている。第１のサブ領域５１Ａ１は、薄い金属膜、例えばインコネル（スペシャルメタル社の登録商標）等が蒸着されており、ニュートラルデンシティ（ＮＤ）フィルタとして作用する。その透過率は例えば３０％である（減衰率は７０％）。第２のサブ領域５１Ａ２及び第２の領域５１Ｂは透明であり、その透過率はほぼ１００％である。
【００４７】
図１（Ａ）に示した移動機構５１が、光学フィルタ５０を、光軸に対して交差する方向（例えば垂直な方向）に移動可能に支持する。光学フィルタ５０を移動させることにより、第１の領域５１Ａが受光面２１ａの直前に位置する状態、及び第２の領域５１Ｂが受光面２１ａの直前に位置する状態のいずれかが選択される。第２の領域５１Ｂが受光面２１ａの直前に位置する状態のときは、第１の領域５１Ａは、光の経路の脇に退避される。
【００４８】
第２の領域５１Ｂが受光面２１ａの直前に位置するとき、図１（Ｂ）に示したように、光の経路５５が第２の領域５１Ｂと交差する。第１の領域５１Ａが受光面２１ａの直前に位置するとき、図１（Ｃ）に示したように、光の経路５５が第１の領域５１Ａと交差する。
【００４９】
図１（Ｄ）に、粗い位置合わせが完了した状態におけるマスクマークの像４１、ウエハマークの像４０Ａ及び４０Ｂの受光面２１ａ上の配置を示す。この配置は、図１２に示されている配置と同様である。
【００５０】
光学フィルタ５０の第１の領域５１Ａが受光面２１ａの直前に配置されている時、光軸に平行な視線で見ると、光学フィルタ５０の第１のサブ領域５１Ａ１内にマスクマークの像４１が現れ、第２のサブ領域５１Ａ２内に２つのウエハマークの像４０Ａ及び４０Ｂが現れる。
【００５１】
光学フィルタ５０は、受光面２１ａの直前に配置されているため、マスクマークの像４１を形成する散乱光は第１のサブ領域５１Ａ１を通過し、弱められる。ウエハマーク４０Ａ及び４０Ｂを形成する散乱光は第２のサブ領域５１Ａ２を通過するため、殆ど弱められない。このため、マスクマークの像４１の明るさをウエハマークの像４０Ａ及び４０Ｂの明るさに近づけることができる。
【００５２】
次に、図１に示した第１の実施例による位置検出装置を用いてマスクとウエハとの位置合わせを行う方法について説明する。
【００５３】
まず、図１０に示したウエハ保持台１５にウエハ１１を載置し、マスク保持台１６にマスク１２を保持する。図１（Ｂ）に示したように、光学フィルタ５０の第２の領域５１Ｂが受光面２１ａの直前に位置するように光学フィルタ５０を設置する。
【００５４】
像検出装置２１でマスクマークの像を検出する。図１（Ｄ）に示したように、マスクマークの像が、ｕ軸方向に関して視野の下半分の領域、ｖ軸方向に関してほぼ中央に位置するように、像検出装置２１またはマスク１２を移動させる。
【００５５】
次に、ウエハマークの像を検出する。図１（Ｄ）に示したように、ウエハマークの像４０Ａ及び４０Ｂが、ｕ軸方向に関して視野の上半分の領域、ｖ軸方向に関してマスクマークの像４１の両側に位置するように、ウエハ１１を移動させる。ここまでの工程で、粗い位置合わせが完了する。
【００５６】
図１（Ｃ）に示したように、光学フィルタ５０の第１の領域５１Ａが受光面２１ａの直前に位置するように、光学フィルタ５０を移動させる。これにより、マスクマークの像４１の明るさが、ウエハマークの像４０Ａ及び４０Ｂの明るさに近づく。
【００５７】
粗い位置合わせが完了した状態の画像から、図１３に示したような画像波形を得る。この画像波形に基づいて相関演算を行うことにより、マスクマークの像４１とウエハマークの像４０Ａ及び４０Ｂとのｖ軸方向のずれ量を求める。求められたずれ量に基づいてウエハ１１を移動させることにより、マスク１２とウエハ１１との位置合わせが完了する。
【００５８】
上記第１の実施例では、粗い位置あわせを行うときに、光学フィルタ５０の第２の領域５１Ｂが受光面２１ａの直前に位置するため、視野内の明るさが均一な状態で、マスクマークの像やウエハマークの像を検出することができる。また、高精度の位置合わせを行うときには、光学フィルタ５０の第１の領域５１Ａが受光面２１ａの直前に位置するため、マスクマークの像４１とウエハマークの像４０Ａ及び４０Ｂとの像の明るさを近づけることができる。これにより、位置検出精度を高めることができる。
【００５９】
上記第１の実施例では、光学フィルタ５０の第１のサブ領域５１Ａ１の透過率を３０％、第２のサブ領域５１Ａ２の透過率を１００％としたが、その他の透過率としてもよい。マスクマークの像とウエハマークの像との明るさの差から、第１のサブ領域５１Ａ１及び第２のサブ領域５１Ａ２の透過率を、両者が相互に異なるように、適切に設定することが好ましい。
【００６０】
一般に、ウエハマークの像４０Ａ及び４０Ｂが、マスクマークの像４１よりも暗い。このため、マスクマークの像４１に対応する第１のサブ領域５１Ａ１の透過率を、ウエハマークの像４０Ａ及び４０Ｂに対応する第２のサブ領域５１Ａ２の透過率よりも低くすればよい。また、第２の領域５１Ｂの透過率は、第２の領域５１Ｂが受光面２１ａの直前に配置されているときに、受光面２１ａの全域に亘って一定になるようにすることが好ましい。このとき、第２の領域５１Ｂの透過率と、第２のサブ領域５１Ａ２の透過率とが等しくなるようにすることが好ましい。
【００６１】
また、第１のサブ領域５１Ａ１と第２のサブ領域５１Ａ２との境界を、受光面２１ａ上において明確にするために、光学フィルタ５０と受光面２１ａとの間隔を狭くすることが好ましい。例えば、この間隔を１５ｍｍ以下にすることが好ましい。
【００６２】
上記実施例では、Ｘ線露光に用いられるメンブレンタイプのマスクを用いた場合を例にとって位置合わせ方法を説明したが、ステンシルタイプのマスクを用いても、上記実施例による方法と同様の位置合わせを行うことができる。
【００６３】
図２に、ステンシルタイプのマスク１２の断面図を示す。シリコン等からなる支持基板１２Ｓの表面上にシリコン（Ｓｉ）等からなるメンブレン１２Ｍが形成されている。支持基板１２Ｓの一部は除去され、メンブレン１２Ｍのみが残されている。メンブレン１２Ｍに開口を設けることによりマスクマーク１４が形成される。このステンシルタイプのマスクは、例えば、低加速電子ビーム等倍近接露光に用いることができる。
【００６４】
次に、図３（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、第２の実施例による位置検出装置について説明する。
【００６５】
図３（Ａ）に、第２の実施例による位置検出装置の概略図を示す。第２の実施例による位置検出装置の基本構成は、図１（Ａ）に示した第１の実施例の位置検出装置の基本構成と同様である。図３（Ａ）の位置検出装置の各構成部分には、図１（Ａ）に示した位置検出装置の対応する構成部分に付された参照符号と同一の参照符号が付されている。ここでは、第１の実施例の位置検出装置との相違点に着目して説明する。
【００６６】
受光面２１ａの直前に２枚の光学フィルタ６０及び６１が配置されている。移動機構５１が、２枚の光学フィルタ６０及び６１を移動可能に支持する。光学フィルタ６０及び６１の各々は、図１（Ｂ）及び（Ｃ）に示した光学フィルタ５０と同様の構造を有する。
【００６７】
図３（Ｂ）に示すように、光学フィルタ６０は、第１の領域６２Ａと第２の領域６２Ｂとに区分されている。第１の領域６２Ａは、さらに、透過率の低い第１のサブ領域６２Ａ１と透過率の高い第２のサブ領域６２Ａ２に区分されている。光学フィルタ６１は、第１の領域６３Ａと第２の領域６３Ｂとに区分されている。第１の領域６３Ａは、さらに、透過率の低い第１のサブ領域６３Ａ１と透過率の高い第２のサブ領域６３Ａ２に区分されている。
【００６８】
光学フィルタ６０の第２のサブ領域６２Ａ２及び第２の領域６２Ｂの透過率はほぼ１００％であり、光学フィルタ６１の第２のサブ領域６３Ａ２及び第２の領域６３Ｂの透過率もほぼ１００％である。光学フィルタ６０の第１のサブ領域６２Ａ１および光学フィルタ６１の第１のサブ領域６３Ａ１の透過率は、例えば３０％である。
【００６９】
粗い位置合わせを行うときには、光学フィルタ６０の第２の領域６２Ｂ及び光学フィルタ６１の第２の領域６３Ｂが、光の経路と交差するように、光学フィルタ６０及び６１を配置する。これにより、受光面２１ａの全領域において、透過率を均一にすることができる。
【００７０】
図３（Ｂ）に示すように、光学フィルタ６０の第２の領域６２Ｂ及び光学フィルタ６１の第１の領域６３Ａが、光の経路５５と交差するように、２枚の光学フィルタ６０及び６１を配置すると、マスクマークからの散乱光を３０％まで減衰させることができる（減衰量は７０％）。
【００７１】
図３（Ｃ）に示すように、光学フィルタ６０の第１の領域６２Ａ及び光学フィルタ６１の第１の領域６３Ａが、光の経路５５と交差するように、２枚の光学フィルタ６０及び６１を配置すると、マスクマークからの散乱光を９％まで減衰させることができる（減衰量は９１％）。
【００７２】
このように、マスクマークからの散乱光の減衰量を、０％、７０％及び９１％から選択することができる。これにより、マスクマークの像の明るさを、より細かく調節することができる。ウエハの表面状態等によりウエハマークの像の明るさが変化する。マスクマークの像の明るさを調節することにより、マスクマークの像とウエハマークの像との明るさを、より近づけることができる。
【００７３】
なお、第１のサブ領域６２Ａ１及び６３Ａ１の透過率は、３０％である必要はない。マスクマークの像とウエハマークの像との明るさの差の実情に応じて、適宜適当な透過率とすることが好ましい。
【００７４】
次に、図４及び図５を参照して、第３の実施例による位置検出装置について説明する。装置の基本構成は、図１（Ａ）に示した第１の実施例による位置検出装置と同様である。第３の実施例では、図１（Ａ）の光学フィルタ５０の代わりに、構成の異なる他の光学フィルタ７０が配置されている。
【００７５】
図４（Ａ）に、第３の実施例による位置検出装置に用いられている光学フィルタ７０の正面図を示す。光学フィルタ７０は、第１の領域７１Ａ及び第２の領域７１Ｂに区分されている。第２の領域７１Ｂの透過率はほぼ１００％である。
【００７６】
第１の領域７１Ａ内のほとんどの領域には、遮光膜が形成されている。図１２に示した粗い位置合わせが完了した状態におけるマスクマークの像４１に対応する位置に開口が形成されて、透過領域７２Ｍが設けられ、ウエハマークの像４０Ａ及び４０Ｂに対応する位置に開口が形成されて、透過領域７２Ｗが設けられている。透過領域７２Ｍ及び７２Ｗの透過率はほぼ１００％であり、遮光膜が形成されている領域の透過率はほぼ０％である。
【００７７】
図４（Ｂ）に示すように、第２の領域７１Ｂが光の経路５５と交差するように、光学フィルタ７０を配置し、粗い位置合わせを行う。その後、図４（Ａ）に示すように、第１の領域７１Ａが光の経路５５と交差するように、光学フィルタ７０を配置し、高精度の位置合わせを行う。
【００７８】
マスクマークやウエハマークがウエハのスクライブライン上に配置される場合には、これらのマークの近傍に、他のパターンが形成されていない。ところが、マスクマークやウエハマークが回路パターン領域内に配置される場合には、これらのマークの近傍に回路パターンが形成されている。これらの回路パターンからの散乱光が像検出装置２１の受光面２１ａに入射すると、マスクマークやウエハマークの像の近傍に回路パターンの像が現れる。このため、マスクマークやウエハマークの像の検出が困難になる。
【００７９】
第３の実施例では、高精度の位置合わせを行う時に、マスクマーク及びウエハマークの像が現れる位置以外の領域が遮光されているため、回路パターンの像が現れない。このため、マスクマークやウエハマークの像を容易に検出することができる。
【００８０】
図５（Ａ）に、光学フィルタ７０の第２の領域７１Ｂが、光の経路と交差している状態の画像の一例を示す。画面の下半分の中央部にマスクマークの像が現れ、上半分に２つのウエハマークの像が現れている。これらのマーク以外の領域に、回路パターンの像が現れている。なお、図５（Ａ）では、回路パターンの像を模式的に示しているが、実際には、ピントがぼけた像になる。
【００８１】
図５（Ｂ）に、光学フィルタ７０の第１の領域７１Ａが、光の経路と交差している状態の画像の一例を示す。マスクマーク及びウエハマークのみが現れ、回路パターンの像が現れていない。このため、容易にマスクマーク及びウエハマークの像を検出し、高精度の位置合わせを行うことができる。
【００８２】
上記第３の実施例では、マスクマークの像４１に対応する透過領域７２Ｍの透過率と、ウエハマークの像４０Ａ及び４０Ｂに対応する透過領域７２Ｗの透過率とを共に１００％とした。透過領域７２Ｍの透過率を透過領域７２Ｗの透過率より低くしてもよい。これにより、マスクマークの像４１の明るさを、ウエハマークの像４０Ａ及び４０Ｂの明るさに近づけることができる。また、第２の領域７１Ｂの透過率と、透過領域７２Ｗの透過率とを等しくすることが好ましい。例えば、両者の透過率を１００％とすることが好ましい。
【００８３】
次に、図６及び図７を参照して、第４の実施例による位置検出装置について説明する。装置の基本構成は、図１（Ａ）に示した第１の実施例による位置検出装置と同様である。第４の実施例では、図１（Ａ）の光学フィルタ５０の代わりに、構成の異なる他の光学フィルタ８０が配置されている。
【００８４】
図６（Ａ）に、第４の実施例による位置検出装置に用いられている光学フィルタ８０の正面図を示す。光学フィルタ８０は、第１の領域８１Ａ及び第２の領域８１Ｂに区分されている。第２の領域８１Ｂの透過率はほぼ１００％である。第１の領域８１Ａ内の一部に遮光膜８２が形成されている。遮光膜８２が形成されていない領域の透過率はほとんど１００％である。
【００８５】
図１（Ａ）を参照しながら、遮光膜８２の作用について説明する。光源２４から放射された照明光は、光軸２５に沿って伝搬し、マスク１２に入射する。照明光の一部はマスク１２を透過し、ウエハ１１の表面で反射して、マスク１２の裏面に入射する。マスク１２の裏面で散乱された光が、ウエハ１１の表面で反射し、マスク１２を透過して受光面２１ａまで到達する場合がある。
【００８６】
この散乱光によって、図１（Ｂ）に示したマスクマークの像４１を、ｕ軸方向に平行に、ウエハマーク４０Ａ及び４０Ｂ側へ移動させた領域が明るくなる。遮光膜８２は、この明るくなる領域に対応する位置に配置されている。
【００８７】
図６（Ａ）に示したように、光学フィルタ８０の第１の領域８１Ａが光の経路５５と交差する状態のとき、遮光膜８２が、上述のマスク１２の裏面で散乱され、光学系２０に入射した光を遮光する。このため、マスクマークやウエハマークの像のコントラストの低下を防止することができる。
【００８８】
粗い位置合わせを行うときには、図６（Ｂ）に示すように、第２の領域８１Ｂが光の経路５５と交差するように、光学フィルタ８０を配置すればよい。粗い位置合わせが完了すると、図６（Ａ）に示すように、第１の領域８１Ａが光の経路５５と交差するように光学フィルタ８０を配置すればよい。
【００８９】
図７（Ａ）に、光学フィルタ８０の第２の領域８１Ｂが、光の経路と交差している状態の画像の一例を示す。画面の下半分の中央部にマスクマークの像が現れ、上半分に２つのウエハマークの像が現れている。マスクマークの像の上側に、やや明るい領域が現れている。この領域に、マスクの裏面で散乱された散乱光が入射している。
【００９０】
図７（Ｂ）に、光学フィルタ８０の第１の領域８１Ａが、光の経路と交差している状態の画像の一例を示す。マスクマークの像の上側の領域が遮光され、暗くなっていることがわかる。このため、マスクマーク及びウエハマークのコントラストの低下が防止される。
【００９１】
第４の実施例では、遮光膜８２が形成された領域の透過率が０％になるが、必ずしも０％にする必要は無い。遮光膜８２の配置された領域の透過率を、他の領域（特に、マスクマークの像及びウエハマークの像が形成される位置に対応する領域）の透過率よりも低くすることにより、コントラストの低下を抑制する効果が得られる。
【００９２】
また、第２の領域８１Ｂの透過率は１００％である。第１の領域８１Ａのうち、ウエハマークの像が現れる位置に対応する領域の透過率を１００％とし、第２の領域８１Ｂの透過率と等しくすることが好ましい。これにより、一般に、マスクマークの像に比べて暗いウエハマークの像がより暗くなることを防止できる。
【００９３】
次に、図８及び図９を参照して、第５の実施例について説明する。上記第１〜第４の実施例では、位置合わせすべきマスクマークとウエハマークとの像を同時に観察して両者の位置ずれを検出した。第５の実施例では、参照用のマークを介してマスクとウエハとの位置合わせが行われる。
【００９４】
図８（Ａ）に、第５の実施例による位置合わせ装置の概略図を示す。マスクステージ１１１に、電子線またはＸ線を透過させる露光用開口Ｅが設けられている。マスクステージ１１１の露光用開口Ｅを含む面上に、露光パターンを有するマスクＭが保持される。マスクＭは、露光領域内にマスクマークＭＭを有する。マスクステージ１１１は、さらにウエハアライメントセンサＷＳを保持する。
【００９５】
ウエハステージ１１２が、粗動ステージ１１３及び微動ステージ１１４を含んで構成される。粗動ステージ１１３の上に、重量のあるマスクアライメントセンサＭＳが配置されている。微動ステージ１１４の上に、露光用レジスト層を形成したウエハＷが配置されるとともに、小型、軽量の参照マスクＲが配置される。ウエハＷはウエハマークＷＭを有し、参照マスクＲは、光透過性のマーク支持部に参照マークＲＭを有する。
【００９６】
マスクＭとウエハＷとは、数十μｍ以下の間隔を隔てて対向配置される。マスクアライメントセンサＭＳは、参照マスクＲの参照マークＲＭと、マスクＭ上のマスクマークＭＭとを同時に検出する機能を有する。ウエハアライメントセンサＷＳは、ウエハステージ１２上に配置されたウエハＷのウエハマークＷＭを検出するとともに、参照マスクＲのマーク支持部に形成された参照マークＲＭを検出する機能を有する。マスクアライメントセンサＭＳ及びウエハアライメントセンサＷＭは、上記第１〜第４の実施例による位置検出装置のいずれかと同様の構成を有する。
【００９７】
図８（Ｂ）及び（Ｃ）に、参照マスクＲの底面図及び断面図を示す。例えばシリコンで形成された支持部１１５の上に、窒化シリコン膜、炭化シリコン膜等で形成された光透過性メンブレン１１６（参照マスクメンブレン、マーク支持部）が形成されている。参照マスクメンブレン１１６の所定領域に、開口１１７が形成され、参照マークＲＭａを構成している。
【００９８】
参照マスクの支持部１１５の寸法ｘ１２は、例えば１０ｍｍ×１０ｍｍであり、支持部１１５の開口の寸法ｘ１１は、例えば３ｍｍ×３ｍｍである。参照マスクメンブレン１１６に開口１１７を形成したことにより、参照マスクメンブレン１１６を介してマスクマーク検出用の検出光を透過させることができるとともに、開口１１７を光学的に検出し、参照マークＲＭａの位置を検出することができる。
【００９９】
図８（Ｄ）及び（Ｅ）に、他の構成の参照マスクＲの底面図及び断面図を示す。シリコンで形成された支持部１１５の上に参照マスクメンブレン１１６が形成され、その上にＸ線吸収体のパターン（あるいは不透明性のパターン）１１８が形成されている。パターン１１８は、参照マークＲＭｂを構成する。
【０１００】
図８（Ｃ）及び（Ｅ）の参照マークＲＭａ及びＲＭｂのエッジが、入射する照明光を散乱させる。散乱光の光学像を形成することにより、参照マークＲＭａ及びＲＭｂを検出することができる。
【０１０１】
図８（Ａ）に示した参照マークＲＭは、マスクアライメントセンサＭＳでウエハステージ１１２側（図８（Ａ）では下方）から検出できるとともに、ウエハアライメントセンサＷＳでマスクステージ１１１側（図８（Ａ）では上方）から検出することができる。マスクマークＭＭは、マスクアライメントセンサＭＳにより、参照マスクＲの光透過性のマーク支持部（マスクメンブレン）を介して、すなわち、マーク支持部を透過する検出光を観測することにより下方から検出することができる。ウエハマークＷＭは、ウエハアライメントセンサＷＳにより、上方から検出することができる。
【０１０２】
次に、図９（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、マスクＭとウエハＷとの位置合わせを行う方法について説明する。
【０１０３】
図９（Ａ）に示すように、マスクアライメントセンサＭＳにより、参照マスクＲの参照マークＲＭと、マスクＭのマスクマークＭＭとの位置合わせを行う。このときの基準点Ｘ０に対するマスクマークＭＭ及び参照マークＲＭの位置をＡ１とする。
【０１０４】
マスクマークＭＭの近傍に回路パターンが形成されている場合には、マスクアライメントセンサＭＳを、第３の実施例による位置検出装置の構成とすることにより、回路パターンからの散乱光の影響を受けることなく、位置合わせを行うことができる。
【０１０５】
図９（Ｂ）に示すように、ウエハステージを移動し、ウエハアライメントセンサＷＳにより、参照マスクＲの参照マークＲＭを検出する。このときの基準点Ｘ０に対する参照マークＲＭ（ウエハアライメントセンサＷＳ）の位置をＢ１とする。
【０１０６】
図９（Ｃ）に示すように、粗動ステージ１１３を移動し、ウエハアライメントセンサＷＳによりウエハマークＷＭを検出する。このときの基準点Ｘ０に対する参照マークＲＭの位置をＣ１とする。
【０１０７】
ウエハマークＷＭの近傍に回路パターンが形成されている場合には、ウエハアライメントセンサＷＳを、第３の実施例による位置検出装置の構成とすることにより、回路パターンからの散乱光の影響を受けることなく、位置検出を行うことができる。なお、この場合には、マスクマークの像を検出する必要がないため、図４（Ａ）に示したマスクマークの像に対応する透過領域７２Ｍを遮光膜で遮光した光学フィルタを用いてもよい。
【０１０８】
図９（Ｄ）に、これらの結果に基づき、ウエハＷとマスクＭとの位置合わせを行う原理を示す。ウエハアライメントセンサＷＳに、参照マークＲＭが検出されている時、参照マークＲＭとマスクマークＭＭとの位置の差はＢ１−Ａ１である。参照マークＲＭとウエハマークＷＭとの位置の差は、Ｃ１−Ｂ１である。従って、ウエハマークＷＭとマスクマークＭＭとの位置の差Ｘ１は、Ｘ１＝（Ｂ１−Ａ１）−（Ｃ１−Ｂ１）となる。
【０１０９】
ウエハＷをＸ１だけ移動させることにより、ウエハＷとマスクＭとの位置合わせが完了する。
【０１１０】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【０１１１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、受光面の前に配置する光学フィルタを移動可能にしたことにより、粗い位置合わせ、及び粗い位置合わせが完了した後の高精度の位置合わせの両方を、好ましい条件で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は第１の実施例による位置検出装置の概略図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は光学フィルタの正面図であり、（Ｄ）は受光面上の画像を示す正面図である。
【図２】ステンシルタイプのマスクの断面図である。
【図３】（Ａ）は第２の実施例による位置検出装置の概略図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は光学フィルタの正面図である。
【図４】第３の実施例による位置検出装置に用いられる光学フィルタの正面図である。
【図５】第３の実施例による位置検出装置の受光面上に現れる像を示す図である。
【図６】第４の実施例による位置検出装置に用いられる光学フィルタの正面図である。
【図７】第４の実施例による位置検出装置の受光面上に現れる像を示す図である。
【図８】（Ａ）は第５の実施例による位置検出装置の概略図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ参照マスクの底面図及び断面図であり、（Ｄ）及び（Ｅ）は、それぞれ他の参照マスクの底面図及び断面図である。
【図９】第５の実施例による位置検出装置を用いて位置合わせを行う工程を説明するための装置の概略図である。
【図１０】従来の位置検出装置の概略図である。
【図１１】（Ａ）はウエハマークとマスクマークの平面図であり、（Ｂ）は一点鎖線Ｂ２−Ｂ２における断面図であり、（Ｃ）は一点鎖線Ｃ２−Ｃ２における断面図である。
【図１２】マスクマークとウエハマークとの像を示す図である。
【図１３】マスクマークとウエハマークとの像の画像信号を示すグラフである。
【図１４】（Ａ）は受光面及び光学フィルタの断面図であり、（Ｂ）は光学フィルタの正面図である。
【符号の説明】
１０ウエハ／マスク保持部
１１ウエハ
１２マスク
１３ウエハマーク
１４マスクマーク
１５ウエハ保持台
１６マスク保持台
１７駆動機構
２０光学系
２１像検出装置
２１ａ受光面
２２レンズ
２３ハーフミラー
２４光源
２５光軸
２６、５０、６０、６１、７０、８０光学フィルタ
３０制御装置
４０Ａ、４０Ｂウエハマークの像
４１マスクマークの像
５１移動機構
５５光の経路
７２透過領域
１１１マスクステージ
１１２ウエハステージ
１１３粗動ステージ
１１４微動ステージ
１１５支持部
１１６参照マスクメンブレン
１１７開口
１１８Ｘ線吸収体のパターン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a position detection device, and more particularly to a position detection device that detects scattered light from an edge of an alignment mark obliquely.
[0002]
[Prior art]
A conventional position detection device disclosed in Patent Document 1 will be described with reference to FIGS.
[0003]
FIG. 10 shows a schematic diagram of a conventional position detecting device. The position detection device includes a wafer / mask holding unit 10, an optical system 20, and a control device 30.
[0004]
The wafer / mask holding unit 10 includes a wafer holding table 15, a mask holding table 16, and a drive mechanism 17. At the time of alignment, the wafer 11 is held on the upper surface of the wafer holding table 15 and the mask 12 is held on the lower surface of the mask holding table 16. The wafer 11 and the mask 12 are arranged in parallel so that a fixed gap (proximity gap) is formed between the exposure surface of the wafer 11 and the wafer-side surface (mask surface) of the mask 12. A wafer mark 13 for alignment is formed on the exposure surface of the wafer 11, and a mask mark 14 for alignment is formed on the mask surface of the mask 12.
[0005]
Mask mark 13 and wafer mark 14 have edges or vertices that scatter incident light. When light is incident on these marks, the incident light hitting the edge or vertex is scattered, and the incident light hitting other regions is specularly reflected. Here, regular reflection refers to reflection in such a manner that most components of incident light are reflected in the same reflection direction.
[0006]
The drive mechanism 17 can relatively move the wafer holding table 15 and the mask holding table 16. When taking the X axis from the left to the right in the figure, the Y axis from the front surface to the back surface in the direction perpendicular to the paper surface, and the Z axis in the normal direction of the exposure surface, the wafer 11 and the mask 12 are relatively in the X axis direction. , Y axis direction, Z axis direction, rotation direction around Z axis (θz direction), and rotation (tilting) direction around X axis and Y axis (θx and θy directions).
[0007]
The optical system 20 includes an image detection device 21, a lens 22, a half mirror 23, a light source 24, and an optical filter 26. The optical axis 25 of the optical system 20 is arranged to be parallel to the XZ plane and oblique to the exposure surface. Although only one lens is shown in FIG. 10, it may be constituted by a plurality of lenses, and a relay lens may be appropriately arranged as necessary.
[0008]
Illumination light emitted from the light source 24 is reflected by the half mirror 23 to form a light bundle along the optical axis 25 and obliquely enters the exposure surface through the lens 22. The light source 24 is disposed at the focal point on the image side of the lens 22, and the illumination light emitted from the light source 24 is collimated by the lens 22 to become a parallel light bundle. The light source 24 can adjust the intensity of the illumination light.
[0009]
The mask 12 transmits a part of the illumination light. The illumination light transmitted through the mask 12 is incident on the wafer mark 13 formed on the wafer 11.
[0010]
Of the scattered light scattered at the edges or vertices of the wafer mark 13 and the mask mark 14, the light incident on the lens 22 is converged by the lens 22, passes through the optical filter 26, and is coupled onto the light receiving surface 21 a of the image detection device 21. Image. Thus, the illumination by the optical system 20 is telecentric illumination, and the illumination optical axis and the observation optical axis are the same optical axis.
[0011]
The image detection device 21 photoelectrically converts an image of scattered light from the wafer mark 13 and the mask mark 14 formed on the light receiving surface 21a to obtain an image signal. The image signal is input to the control device 30.
[0012]
The control device 30 processes the image signal input from the image detection device 21 and detects the relative positions of the wafer mark 13 and the mask mark 14. Further, a control signal is sent to the drive mechanism 17 so that the wafer mark 13 and the mask mark 14 have a predetermined relative positional relationship. The drive mechanism 17 moves the mask holder 16 based on this control signal.
[0013]
FIG. 11A is a plan view showing the relative positional relationship between the wafer mark 13 and the mask mark 14. Wafer marks 13A and 13B are formed by arranging three rectangular patterns in the Y-axis direction and 14 in the X-axis direction in a matrix. One mask mark 14 is formed by arranging three similar rectangular patterns in the Y-axis direction and five in the X-axis direction in a matrix. In the state where the alignment is completed, the mask mark 14 is arranged at substantially the center between the wafer marks 13A and 13B in the Y-axis direction.
[0014]
The long sides of the rectangular patterns of the wafer marks 13A and 13B and the mask mark 14 are parallel to the X axis, and the short sides are parallel to the Y axis. The long side length of each rectangular pattern is 2 μm, the short side length is 1 μm, and the arrangement pitch of the rectangular pattern in each mark in the X-axis and Y-axis directions is 4 μm. The distance between the centers of the wafer marks 13A and 13B is 56 μm.
[0015]
FIG. 11B is a cross-sectional view taken along one-dot chain line B2-B2 in FIG. Wafer marks 13A and 13B are formed, for example, by patterning a SiN film, a polysilicon film or the like formed on the exposure surface. A photosensitive resist film is formed on the surface of the wafer 15. The mask mark 14 is made of, for example, Ta formed on the mask surface of the membrane 12 made of SiC or the like. _Four It is formed by patterning the B film.
[0016]
FIG. 11C illustrates a cross-sectional view taken along one-dot chain line C2-C2 in FIG. The illumination light incident on the wafer marks 13A and 13B and the mask mark 14 along the optical axis 25 is scattered at the short-side edge of each rectangular pattern in FIG. The light applied to the region other than the edge is regularly reflected and does not enter the lens 22 in FIG. Therefore, only the scattered light from the edge can be detected by the image detection device 21.
[0017]
Scattered light from a point on one plane perpendicular to the optical axis 25 in the object space of the optical system 20 in FIG. 10 forms an image simultaneously on the light receiving surface 21 a of the image detection device 21. A plane in which object points in the object space imaged on the light receiving surface 21a are collected is referred to as an “object surface”.
[0018]
In FIG. 11C, scattered light from the edge on the object surface 27 among the edges of the wafer marks 13A and 13B and the mask mark 14 is focused on the light receiving surface, but from the edge not on the object surface. The scattered light is out of focus and becomes out of focus as you move away from the object surface. Therefore, the image by the scattered light from the edge closest to the object surface among the edges of each mark becomes the clearest, and the image by the scattered light from the edge away from the object surface is blurred.
[0019]
FIG. 12 is a sketch of an image on the light receiving surface due to scattered light from the edge. The u-axis in FIG. 12 corresponds to the direction of intersection between the object surface 27 and the XZ plane in FIG. 11C, and the v-axis corresponds to the Y-axis in FIG. Images 40A and 40B due to scattered light from wafer marks 13A and 13B appear apart in the v-axis direction, and image 41 due to scattered light from mask mark 14 appears therebetween.
[0020]
Since scattered light from the front edge and the rear edge of each rectangular pattern is observed, two dot images appear for one rectangular pattern. In each image, an image due to scattered light from an edge in the vicinity of the object surface 27 in FIG. 11C appears clearly, and the image becomes blurred as the distance from the image increases. Further, as shown in FIG. 11C, since the observation optical axis 25 is inclined with respect to the exposure surface, the most focused position of the images 40A and 40B due to the scattered light from the wafer mark and the mask mark. The position where the image 41 is most focused by the scattered light does not coincide with the u-axis direction.
[0021]
The wafer holding table 15 and the mask holding table 16 in FIG. 10 are moved so that the image 41 by the scattered light from the mask mark is positioned at the center of the images 40A and 40B by the scattered light from the wafer mark in the v-axis direction. As a result, the wafer 11 and the mask 12 can be aligned in the Y-axis direction.
[0022]
In the position detection apparatus shown in FIG. 10, since the wafer mark and the mask mark are observed obliquely, it is not necessary to arrange the optical system 20 within the exposure range. For this reason, it is not necessary to retract the optical system 20 out of the exposure range during exposure. Further, when the wafer is exposed after the alignment is completed, the position can always be detected even during the exposure. Furthermore, since the illumination optical axis and the observation optical axis are coaxial, there is no axial shift and a stable image can be obtained at all times.
[0023]
13A and 13B show image signals obtained by the image detection device 21 when the optical filter 26 of FIG. 10 is removed. The horizontal axis corresponds to the v-axis in FIG. 12, and the vertical axis represents the light intensity. Note that this image signal is most focused on the images 40A and 40B among the image signals obtained by moving in the u-axis direction for each scan while scanning in the v-axis direction in FIG. This is a composite of image signals obtained by scanning the position and scanning the position where the image 41 is in focus.
[0024]
FIG. 13A shows the case where the wafer mark is made of polysilicon, and FIG. 13B shows the case where it is made of SiN. Both mask marks are Ta _Four B is formed.
[0025]
As shown in FIGS. 13 (A) and 13 (B), three peaks corresponding to the mask mark appear almost at the center, and three peaks corresponding to the wafer mark appear on both sides thereof.
[0026]
Hereinafter, an example of a method for detecting the relative position of the mask mark and the wafer mark from the waveform shown in FIG. 13A or FIG. 13B will be briefly described. First, the correlation coefficient with the peak waveform corresponding to each of the two wafer marks is calculated while shifting the peak waveform corresponding to the mask mark in the v-axis direction. The shift amount that gives the maximum correlation coefficient corresponds to the center-to-center distance between the wafer mark and the mask mark.
[0027]
The wafer and the mask are moved so that the intervals between the peak waveform corresponding to the mask mark and the peak waveforms corresponding to each of the wafer marks on both sides thereof are equal to each other in the Y-axis direction of FIG. be able to.
[0028]
In order to increase the calculation accuracy of the correlation coefficient, it is preferable to use the photoelectric conversion element arranged on the light receiving surface in an area where the input / output characteristics are close to a linear type and to obtain an image signal with a high S / N ratio. . For this purpose, it is preferable to align the heights of the peaks corresponding to the mask mark and the wafer mark. However, the scattered light from the wafer mark and the scattered light from the mask mark usually have different intensities due to the thickness of the membrane 12 in FIG. 11C and the difference in material between the wafer mark and the mask mark. For this reason, as shown in FIGS. 13A and 13B, the height of the peak corresponding to the mask mark is different from the height of the peak corresponding to the wafer mark.
[0029]
By using the method disclosed in Patent Document 1, the difference between the peak height corresponding to the mask mark and the peak height corresponding to the wafer mark can be reduced. The position detection method and apparatus disclosed in Patent Document 1 will be described with reference to FIG.
[0030]
FIG. 14A shows a cross-sectional view of the vicinity of the light receiving surface 21a of the position detection device of FIG. An optical filter 26 is disposed immediately before the light receiving surface 21 a perpendicular to the optical axis 25. An image of scattered light from the wafer mark 13 is formed in the region 21b of the light receiving surface 21a, and an image of scattered light from the mask mark 14 is formed in the region 21c. Depending on the optical system, the imaging position may be reversed.
[0031]
The transmittance of the optical filter 26 is different between the regions 26b and 26c corresponding to the regions 21b and 21c. FIG. 14B shows a front view of the optical filter 26. Regions 26b and 26c having different transmittances are defined in the upper half and the lower half of the circular glass plate, respectively. Even when the intensities of scattered light from the wafer mark and the mask mark transmitted through the lens 22 are different from each other, an image is formed on the light receiving surface 21a by appropriately selecting the transmittance of the two regions of the optical filter 26. The intensity of two scattered lights can be brought close to each other.
[0032]
When the intensity of the scattered light from the wafer mark and the mask mark incident on the light receiving surface 21a approaches, the height of the peak corresponding to the mask mark and wafer mark of the image signal shown in FIGS. Get closer. For this reason, position detection can be performed with higher accuracy.
[0033]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-242036
[0034]
[Problems to be solved by the invention]
When aligning a wafer and a mask, first, rough alignment of both is performed, and then highly accurate alignment is performed. In the coarse alignment step, the image detection device 21 and the mask are arranged so that the image of the mask mark appears at a predetermined position in the field of view of the image detection device 21 (for example, approximately the center of the region 21c in FIG. 14A). Adjust the relative position of.
[0035]
Thereafter, the wafer is moved so that the image of the wafer mark appears at a predetermined position in the field of view of the image detection device 21. By this rough alignment process, as shown in FIG. 12, the mask mark image 41 is arranged between the two wafer mark images 40A and 40B in the v-axis direction.
[0036]
However, an image of a mask mark may appear in the region 21b in FIG. 14A before performing rough alignment. In the coarse alignment process, the image in the region 21b is moved to a predetermined location in the region 21c. The brightness of the image in the area 21b is different from the brightness of the image in the area 21c. For this reason, it is difficult to confirm the identity of the mask mark image before and after rough alignment.
[0037]
Moreover, when the image of the mask mark straddles the boundary line between the region 21b and the region 21c, it is difficult to detect the position of the image. Similarly, it is difficult to detect the position of the image of the wafer mark when the image of the wafer mark straddles the boundary line between the region 21b and the region 21c before performing the rough alignment.
[0038]
Further, the wafer mark image is darker than the mask mark image. When the image of the wafer mark appears in the area 21c, the image becomes very dark and position detection becomes difficult.
[0039]
Further, when a circuit pattern is arranged in the vicinity of the wafer mark or mask mark, scattered light from the circuit pattern enters the image detection device 21. Illumination light that passes through the mask and is reflected by the front surface of the wafer and reaches the back surface of the mask is scattered by the back surface of the mask. In some cases, the scattered light is reflected by the surface of the wafer and enters the image detection device 21. As described above, when scattered light scattered in a region other than the region where the target mark is arranged enters the image detection device 21, the contrast of the mask mark or the wafer mark is lowered, and the detection accuracy of the position is lowered. End up.
[0040]
An object of the present invention is to provide a position detection device capable of easily performing rough alignment between a mask and a wafer.
[0041]
Another object of the present invention is to provide a position detection device that is unlikely to cause a decrease in detection accuracy even when scattered light scattered in a region other than a region where a target mark is arranged enters the image detection device. It is.
[0042]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, a first stage that holds a first member having a first alignment mark formed on a first surface, a second alignment mark is formed on a second surface, and illumination is performed. A second member that transmits part of the light; a second stage that holds the second member with the second surface close to the first surface; the first alignment mark; An illumination optical system that irradiates the alignment light of 2 with the illumination light, and an optical axis that is inclined with respect to the first surface of the first member held by the first stage, the first stage Scattered light from the first alignment mark of the first member held on the second member and the second alignment mark of the second member held on the second stage enters the first alignment mark. And the second alignment mark forms an image An observation optical system having a light surface; and a first optical filter disposed in front of the light receiving surface and having at least a first region, wherein the first region is positioned in front of the light receiving surface; A first optical filter in which the transmittance of a region corresponding to the imaging position of the first alignment mark is different from the transmittance of a region corresponding to the imaging position of the second alignment mark; The first region of the optical filter is selected so that either the state where the first region is located in front of the light receiving surface or the state where the first region is retracted from the light path of the observation optical system is selected. There is provided a position detecting device having a moving mechanism for moving one optical filter.
[0043]
When the first region is retracted from the light path, the brightness within the light receiving surface can be made uniform. By arranging the first region in front of the light receiving surface, the brightness of the first alignment mark image and the second alignment mark image can be adjusted.
[0044]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1A shows a schematic diagram of a position detection apparatus according to the first embodiment. The basic configuration of the position detection apparatus according to the first embodiment is the same as the basic configuration of the conventional position detection apparatus shown in FIG. Each component of the position detection device of FIG. 1A is denoted by the same reference numeral as that of the corresponding component of the conventional position detection device shown in FIG. Here, the description of the same configuration as the configuration of the conventional position detection device will be omitted, and the description will be focused on the difference.
[0045]
An optical filter 50 is disposed instead of the optical filter 26 shown in FIG.
[0046]
1B and 1C are front views of the optical filter 50. FIG. The optical filter 50 is divided into a first region 51A and a second region 51B. The first region 51A is further divided into a first sub-region 51A1 and a second sub-region 51A2. The first sub-region 51A1 is deposited with a thin metal film, for example, Inconel (registered trademark of Special Metal Co., Ltd.), and functions as a neutral density (ND) filter. The transmittance is, for example, 30% (attenuation rate is 70%). The second sub-region 51A2 and the second region 51B are transparent, and the transmittance thereof is approximately 100%.
[0047]
The moving mechanism 51 shown in FIG. 1A supports the optical filter 50 so as to be movable in a direction intersecting the optical axis (for example, a vertical direction). By moving the optical filter 50, one of the state where the first region 51A is located immediately before the light receiving surface 21a and the state where the second region 51B is located immediately before the light receiving surface 21a is selected. When the second region 51B is located immediately before the light receiving surface 21a, the first region 51A is retracted to the side of the light path.
[0048]
When the second region 51B is located immediately before the light receiving surface 21a, the light path 55 intersects the second region 51B as shown in FIG. 1B. When the first region 51A is positioned immediately before the light receiving surface 21a, the light path 55 intersects the first region 51A as shown in FIG.
[0049]
FIG. 1D shows the arrangement of the mask mark image 41 and the wafer mark images 40A and 40B on the light receiving surface 21a in a state where the rough alignment has been completed. This arrangement is similar to the arrangement shown in FIG.
[0050]
When the first region 51A of the optical filter 50 is disposed immediately before the light receiving surface 21a, the mask mark image 41 is formed in the first sub-region 51A1 of the optical filter 50 when viewed from a line of sight parallel to the optical axis. The two wafer mark images 40A and 40B appear in the second sub-region 51A2.
[0051]
Since the optical filter 50 is disposed immediately before the light receiving surface 21a, the scattered light forming the mask mark image 41 passes through the first sub-region 51A1 and is weakened. The scattered light that forms the wafer marks 40A and 40B passes through the second sub-region 51A2, and is hardly attenuated. Therefore, the brightness of the mask mark image 41 can be brought close to the brightness of the wafer mark images 40A and 40B.
[0052]
Next, a method for aligning the mask and the wafer using the position detection apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 1 will be described.
[0053]
First, the wafer 11 is placed on the wafer holding table 15 shown in FIG. 10 and the mask 12 is held on the mask holding table 16. As shown in FIG. 1B, the optical filter 50 is installed so that the second region 51B of the optical filter 50 is positioned immediately before the light receiving surface 21a.
[0054]
The image of the mask mark is detected by the image detection device 21. As shown in FIG. 1D, the image detection device 21 or the mask 12 is moved so that the image of the mask mark is located in the lower half region of the field of view with respect to the u-axis direction and substantially in the center with respect to the v-axis direction. .
[0055]
Next, an image of the wafer mark is detected. As shown in FIG. 1D, the wafer 11 is positioned such that the wafer mark images 40A and 40B are positioned on the upper half area of the visual field in the u-axis direction and on both sides of the mask mark image 41 in the v-axis direction. Move. Through the steps so far, rough alignment is completed.
[0056]
As shown in FIG. 1C, the optical filter 50 is moved so that the first region 51A of the optical filter 50 is positioned immediately before the light receiving surface 21a. As a result, the brightness of the mask mark image 41 approaches the brightness of the wafer mark images 40A and 40B.
[0057]
An image waveform as shown in FIG. 13 is obtained from the image in which the rough alignment has been completed. By performing a correlation operation based on this image waveform, a deviation amount in the v-axis direction between the mask mark image 41 and the wafer mark images 40A and 40B is obtained. By moving the wafer 11 based on the obtained shift amount, the alignment between the mask 12 and the wafer 11 is completed.
[0058]
In the first embodiment, when the rough alignment is performed, the second region 51B of the optical filter 50 is positioned immediately before the light receiving surface 21a. Images and wafer mark images can be detected. In addition, when performing high-precision alignment, the first region 51A of the optical filter 50 is positioned immediately before the light receiving surface 21a. Therefore, the brightness of the image of the mask mark image 41 and the wafer mark images 40A and 40B. Can be brought closer. Thereby, position detection accuracy can be improved.
[0059]
In the first embodiment, the transmittance of the first sub-region 51A1 of the optical filter 50 is 30% and the transmittance of the second sub-region 51A2 is 100%. However, other transmittances may be used. From the difference in brightness between the image of the mask mark and the image of the wafer mark, it is preferable to appropriately set the transmittances of the first sub-region 51A1 and the second sub-region 51A2 so that they are different from each other. .
[0060]
In general, the wafer mark images 40 A and 40 B are darker than the mask mark image 41. Therefore, the transmittance of the first sub-region 51A1 corresponding to the mask mark image 41 may be made lower than the transmittance of the second sub-region 51A2 corresponding to the wafer mark images 40A and 40B. Moreover, it is preferable that the transmittance of the second region 51B is constant over the entire area of the light receiving surface 21a when the second region 51B is disposed immediately before the light receiving surface 21a. At this time, it is preferable that the transmittance of the second region 51B is equal to the transmittance of the second sub-region 51A2.
[0061]
Further, in order to clarify the boundary between the first sub-region 51A1 and the second sub-region 51A2 on the light receiving surface 21a, it is preferable to narrow the interval between the optical filter 50 and the light receiving surface 21a. For example, this interval is preferably 15 mm or less.
[0062]
In the above embodiment, the alignment method has been described by taking the case of using a membrane type mask used for X-ray exposure as an example. However, even if a stencil type mask is used, the same alignment as the method according to the above embodiment is performed. It can be carried out.
[0063]
FIG. 2 shows a cross-sectional view of the stencil type mask 12. A membrane 12M made of silicon (Si) or the like is formed on the surface of the support substrate 12S made of silicon or the like. Part of the support substrate 12S is removed, leaving only the membrane 12M. The mask mark 14 is formed by providing an opening in the membrane 12M. This stencil type mask can be used for, for example, low-acceleration electron beam equal magnification proximity exposure.
[0064]
Next, a position detection apparatus according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.
[0065]
FIG. 3A shows a schematic diagram of a position detection apparatus according to the second embodiment. The basic configuration of the position detection apparatus according to the second embodiment is the same as the basic configuration of the position detection apparatus according to the first embodiment shown in FIG. Each component of the position detection device in FIG. 3A is given the same reference numeral as that of the corresponding component in the position detection device shown in FIG. Here, a description will be given focusing on differences from the position detection apparatus of the first embodiment.
[0066]
Two optical filters 60 and 61 are disposed immediately before the light receiving surface 21a. The moving mechanism 51 supports the two optical filters 60 and 61 so as to be movable. Each of the optical filters 60 and 61 has the same structure as the optical filter 50 shown in FIGS.
[0067]
As shown in FIG. 3B, the optical filter 60 is divided into a first region 62A and a second region 62B. The first region 62A is further divided into a first sub region 62A1 having a low transmittance and a second sub region 62A2 having a high transmittance. The optical filter 61 is divided into a first region 63A and a second region 63B. The first region 63A is further divided into a first sub region 63A1 having a low transmittance and a second sub region 63A2 having a high transmittance.
[0068]
The transmittance of the second sub-region 62A2 and the second region 62B of the optical filter 60 is approximately 100%, and the transmittance of the second sub-region 63A2 and the second region 63B of the optical filter 61 is also approximately 100%. is there. The transmittance of the first sub-region 62A1 of the optical filter 60 and the first sub-region 63A1 of the optical filter 61 is, for example, 30%.
[0069]
When performing rough alignment, the optical filters 60 and 61 are arranged so that the second region 62B of the optical filter 60 and the second region 63B of the optical filter 61 intersect the light path. Thereby, the transmittance can be made uniform in the entire region of the light receiving surface 21a.
[0070]
As shown in FIG. 3B, the two optical filters 60 and 61 are arranged so that the second region 62B of the optical filter 60 and the first region 63A of the optical filter 61 intersect the light path 55. When arranged, the scattered light from the mask mark can be attenuated to 30% (attenuation amount is 70%).
[0071]
As shown in FIG. 3C, the two optical filters 60 and 61 are arranged so that the first region 62A of the optical filter 60 and the first region 63A of the optical filter 61 intersect the light path 55. When arranged, the scattered light from the mask mark can be attenuated to 9% (attenuation amount is 91%).
[0072]
Thus, the attenuation amount of the scattered light from the mask mark can be selected from 0%, 70%, and 91%. Thereby, the brightness of the image of the mask mark can be adjusted more finely. The brightness of the wafer mark image changes depending on the surface condition of the wafer. By adjusting the brightness of the image of the mask mark, the brightness of the image of the mask mark and the image of the wafer mark can be made closer.
[0073]
Note that the transmittance of the first sub-regions 62A1 and 63A1 need not be 30%. It is preferable that the transmittance is appropriately set in accordance with the actual brightness difference between the mask mark image and the wafer mark image.
[0074]
Next, a position detection apparatus according to a third embodiment will be described with reference to FIGS. The basic configuration of the apparatus is the same as that of the position detection apparatus according to the first embodiment shown in FIG. In the third embodiment, another optical filter 70 having a different configuration is disposed in place of the optical filter 50 of FIG.
[0075]
FIG. 4A shows a front view of an optical filter 70 used in the position detection apparatus according to the third embodiment. The optical filter 70 is divided into a first region 71A and a second region 71B. The transmittance of the second region 71B is approximately 100%.
[0076]
A light shielding film is formed in most of the first region 71A. An opening is formed at a position corresponding to the mask mark image 41 in the state where the rough alignment shown in FIG. 12 has been completed, a transmission region 72M is provided, and an opening is formed at a position corresponding to the wafer mark images 40A and 40B. A transmissive region 72W is provided. The transmittance of the transmission regions 72M and 72W is approximately 100%, and the transmittance of the region where the light shielding film is formed is approximately 0%.
[0077]
As shown in FIG. 4B, the optical filter 70 is arranged so that the second region 71B intersects the light path 55, and rough alignment is performed. Thereafter, as shown in FIG. 4A, the optical filter 70 is disposed so that the first region 71A intersects the light path 55, and high-precision alignment is performed.
[0078]
When mask marks or wafer marks are arranged on the scribe line of the wafer, no other pattern is formed in the vicinity of these marks. However, when mask marks and wafer marks are arranged in the circuit pattern area, circuit patterns are formed in the vicinity of these marks. When scattered light from these circuit patterns enters the light receiving surface 21a of the image detection device 21, an image of the circuit pattern appears in the vicinity of the image of the mask mark or wafer mark. This makes it difficult to detect an image of a mask mark or wafer mark.
[0079]
In the third embodiment, when high-precision alignment is performed, since the area other than the position where the mask mark and wafer mark images appear is shielded from light, the circuit pattern image does not appear. For this reason, an image of a mask mark or a wafer mark can be easily detected.
[0080]
FIG. 5A shows an example of an image in a state where the second region 71B of the optical filter 70 intersects the light path. A mask mark image appears in the center of the lower half of the screen, and two wafer mark images appear in the upper half. A circuit pattern image appears in a region other than these marks. In FIG. 5A, an image of a circuit pattern is schematically shown, but in reality, the image is out of focus.
[0081]
FIG. 5B shows an example of an image in a state where the first region 71A of the optical filter 70 intersects the light path. Only mask marks and wafer marks appear, and no circuit pattern image appears. For this reason, it is possible to easily detect the image of the mask mark and the wafer mark and perform the alignment with high accuracy.
[0082]
In the third embodiment, the transmittance of the transmission region 72M corresponding to the mask mark image 41 and the transmittance of the transmission region 72W corresponding to the wafer mark images 40A and 40B are both 100%. The transmittance of the transmission region 72M may be lower than the transmittance of the transmission region 72W. Thus, the brightness of the mask mark image 41 can be brought close to the brightness of the wafer mark images 40A and 40B. Moreover, it is preferable that the transmittance of the second region 71B is equal to the transmittance of the transmissive region 72W. For example, it is preferable to set both transmittances to 100%.
[0083]
Next, a position detection apparatus according to a fourth embodiment will be described with reference to FIGS. The basic configuration of the apparatus is the same as that of the position detection apparatus according to the first embodiment shown in FIG. In the fourth embodiment, another optical filter 80 having a different configuration is arranged instead of the optical filter 50 shown in FIG.
[0084]
FIG. 6A is a front view of an optical filter 80 used in the position detection apparatus according to the fourth embodiment. The optical filter 80 is divided into a first region 81A and a second region 81B. The transmittance of the second region 81B is approximately 100%. A light shielding film 82 is formed in a part of the first region 81A. The transmittance of the region where the light shielding film 82 is not formed is almost 100%.
[0085]
The operation of the light shielding film 82 will be described with reference to FIG. The illumination light emitted from the light source 24 propagates along the optical axis 25 and enters the mask 12. A part of the illumination light passes through the mask 12, is reflected by the surface of the wafer 11, and enters the back surface of the mask 12. The light scattered on the back surface of the mask 12 may be reflected by the surface of the wafer 11 and pass through the mask 12 to reach the light receiving surface 21a.
[0086]
Due to the scattered light, a region where the mask mark image 41 shown in FIG. 1B is moved in parallel to the u-axis direction toward the wafer marks 40A and 40B is brightened. The light shielding film 82 is disposed at a position corresponding to this brightened region.
[0087]
As shown in FIG. 6A, when the first region 81A of the optical filter 80 intersects the light path 55, the light shielding film 82 is scattered on the back surface of the mask 12, and the optical system 20 The light incident on is blocked. For this reason, it is possible to prevent the contrast of the mask mark or wafer mark image from being lowered.
[0088]
When coarse alignment is performed, the optical filter 80 may be arranged so that the second region 81B intersects the light path 55 as shown in FIG. 6B. When the rough alignment is completed, the optical filter 80 may be arranged so that the first region 81A intersects the light path 55 as shown in FIG.
[0089]
FIG. 7A shows an example of an image in a state where the second region 81B of the optical filter 80 intersects the light path. A mask mark image appears in the center of the lower half of the screen, and two wafer mark images appear in the upper half. A slightly bright area appears above the mask mark image. Scattered light scattered on the back surface of the mask is incident on this region.
[0090]
FIG. 7B shows an example of an image in a state where the first region 81A of the optical filter 80 intersects the light path. It can be seen that the upper region of the mask mark image is shielded and darkened. For this reason, a decrease in contrast between the mask mark and the wafer mark is prevented.
[0091]
In the fourth embodiment, the transmittance of the region where the light-shielding film 82 is formed is 0%, but it is not necessarily required to be 0%. By making the transmittance of the region where the light shielding film 82 is disposed lower than the transmittance of other regions (particularly, the region corresponding to the position where the image of the mask mark and the image of the wafer mark is formed), the contrast is reduced. The effect which suppresses a fall is acquired.
[0092]
Further, the transmittance of the second region 81B is 100%. Of the first region 81A, it is preferable that the transmittance of the region corresponding to the position where the wafer mark image appears is 100%, which is equal to the transmittance of the second region 81B. As a result, in general, it is possible to prevent the dark wafer mark image from becoming darker than the mask mark image.
[0093]
Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIGS. In the first to fourth embodiments, images of the mask mark and wafer mark to be aligned are observed at the same time to detect misalignment between them. In the fifth embodiment, the mask and the wafer are aligned via the reference mark.
[0094]
FIG. 8A shows a schematic view of an alignment apparatus according to the fifth embodiment. The mask stage 111 is provided with an exposure opening E that transmits an electron beam or an X-ray. A mask M having an exposure pattern is held on the surface including the exposure opening E of the mask stage 111. The mask M has a mask mark MM in the exposure area. The mask stage 111 further holds a wafer alignment sensor WS.
[0095]
The wafer stage 112 includes a coarse movement stage 113 and a fine movement stage 114. A heavy mask alignment sensor MS is arranged on the coarse movement stage 113. On the fine movement stage 114, a wafer W on which an exposure resist layer is formed is disposed, and a small and lightweight reference mask R is disposed. The wafer W has a wafer mark WM, and the reference mask R has a reference mark RM on a light transmissive mark support.
[0096]
The mask M and the wafer W are arranged to face each other with an interval of several tens of μm or less. The mask alignment sensor MS has a function of simultaneously detecting the reference mark RM of the reference mask R and the mask mark MM on the mask M. The wafer alignment sensor WS has a function of detecting the wafer mark WM of the wafer W placed on the wafer stage 12 and detecting the reference mark RM formed on the mark support portion of the reference mask R. The mask alignment sensor MS and the wafer alignment sensor WM have the same configuration as that of any of the position detection apparatuses according to the first to fourth embodiments.
[0097]
8B and 8C show a bottom view and a cross-sectional view of the reference mask R. FIG. For example, a light transmissive membrane 116 (reference mask membrane, mark support portion) formed of a silicon nitride film, a silicon carbide film, or the like is formed on a support portion 115 formed of silicon. An opening 117 is formed in a predetermined region of the reference mask membrane 116 to constitute a reference mark RMa.
[0098]
The dimension x12 of the support part 115 of the reference mask is, for example, 10 mm × 10 mm, and the dimension x11 of the opening of the support part 115 is, for example, 3 mm × 3 mm. By forming the opening 117 in the reference mask membrane 116, the detection light for detecting the mask mark can be transmitted through the reference mask membrane 116, and the opening 117 is optically detected to determine the position of the reference mark RMa. Can be detected.
[0099]
8D and 8E are a bottom view and a cross-sectional view of a reference mask R having another configuration. A reference mask membrane 116 is formed on a support portion 115 made of silicon, and an X-ray absorber pattern (or opaque pattern) 118 is formed thereon. The pattern 118 constitutes a reference mark RMb.
[0100]
The edges of the reference marks RMa and RMb in FIGS. 8C and 8E scatter incident illumination light. By forming an optical image of scattered light, the reference marks RMa and RMb can be detected.
[0101]
The reference mark RM shown in FIG. 8A can be detected from the wafer stage 112 side (downward in FIG. 8A) by the mask alignment sensor MS, and at the mask stage 111 side (FIG. 8A by the wafer alignment sensor WS). ) Can be detected from above). The mask mark MM is detected from below by the mask alignment sensor MS through the light transmissive mark support (mask membrane) of the reference mask R, that is, by observing the detection light transmitted through the mark support. Can do. The wafer mark WM can be detected from above by the wafer alignment sensor WS.
[0102]
Next, a method for aligning the mask M and the wafer W will be described with reference to FIGS.
[0103]
As shown in FIG. 9A, the alignment of the reference mark RM of the reference mask R and the mask mark MM of the mask M is performed by the mask alignment sensor MS. The positions of the mask mark MM and the reference mark RM with respect to the reference point X0 at this time are assumed to be A1.
[0104]
When a circuit pattern is formed in the vicinity of the mask mark MM, the mask alignment sensor MS is affected by scattered light from the circuit pattern by adopting the configuration of the position detection device according to the third embodiment. And alignment can be performed.
[0105]
As shown in FIG. 9B, the wafer stage is moved, and the reference mark RM of the reference mask R is detected by the wafer alignment sensor WS. The position of the reference mark RM (wafer alignment sensor WS) with respect to the reference point X0 at this time is B1.
[0106]
As shown in FIG. 9C, the coarse movement stage 113 is moved, and the wafer mark WM is detected by the wafer alignment sensor WS. The position of the reference mark RM relative to the reference point X0 at this time is C1.
[0107]
When a circuit pattern is formed in the vicinity of the wafer mark WM, the wafer alignment sensor WS is affected by scattered light from the circuit pattern by adopting the configuration of the position detection device according to the third embodiment. And position detection can be performed. In this case, since it is not necessary to detect the mask mark image, an optical filter in which the transmission region 72M corresponding to the mask mark image shown in FIG. .
[0108]
FIG. 9D shows the principle of aligning the wafer W and the mask M based on these results. When the reference mark RM is detected by the wafer alignment sensor WS, the difference in position between the reference mark RM and the mask mark MM is B1-A1. The difference in position between the reference mark RM and the wafer mark WM is C1-B1. Accordingly, the position difference X1 between the wafer mark WM and the mask mark MM is X1 = (B1-A1)-(C1-B1).
[0109]
By moving the wafer W by X1, the alignment between the wafer W and the mask M is completed.
[0110]
Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
[0111]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the optical filter disposed in front of the light receiving surface is movable, both the rough alignment and the high-precision alignment after the rough alignment is completed. Can be carried out under preferable conditions.
[Brief description of the drawings]
1A is a schematic view of a position detection apparatus according to a first embodiment, FIG. 1B is a front view of an optical filter, and FIG. 1D is an image on a light receiving surface; It is a front view.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a stencil type mask.
FIGS. 3A and 3B are schematic views of a position detection apparatus according to a second embodiment, and FIGS. 3B and 3C are front views of an optical filter. FIGS.
FIG. 4 is a front view of an optical filter used in a position detection apparatus according to a third embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing an image appearing on a light receiving surface of a position detecting device according to a third embodiment.
FIG. 6 is a front view of an optical filter used in a position detection apparatus according to a fourth embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing an image appearing on a light receiving surface of a position detecting device according to a fourth embodiment.
FIGS. 8A and 8B are schematic views of a position detection apparatus according to a fifth embodiment, and FIGS. 8B and 8C are a bottom view and a cross-sectional view, respectively, of a reference mask, and FIGS. ) Are a bottom view and a sectional view of another reference mask, respectively.
FIG. 9 is a schematic view of an apparatus for explaining a process of performing alignment using a position detection apparatus according to a fifth embodiment.
FIG. 10 is a schematic view of a conventional position detection device.
11A is a plan view of a wafer mark and a mask mark, FIG. 11B is a cross-sectional view taken along one-dot chain line B2-B2, and FIG. 11C is a cross-sectional view taken along one-dot chain line C2-C2.
FIG. 12 is a diagram showing images of a mask mark and a wafer mark.
FIG. 13 is a graph showing image signals of images of a mask mark and a wafer mark.
14A is a cross-sectional view of a light receiving surface and an optical filter, and FIG. 14B is a front view of the optical filter.
[Explanation of symbols]
10 Wafer / mask holder
11 Wafer
12 Mask
13 Wafer mark
14 Mask mark
15 Wafer holder
16 Mask holder
17 Drive mechanism
20 Optical system
21 Image detection device
21a Photosensitive surface
22 lenses
23 half mirror
24 Light source
25 optical axis
26, 50, 60, 61, 70, 80 Optical filter
30 Control device
40A, 40B Wafer mark image
41 Mask Mark Image
51 Movement mechanism
55 Light Path
72 Transmission area
111 mask stage
112 Wafer stage
113 Coarse stage
114 Fine movement stage
115 Supporting part
116 Reference mask membrane
117 opening
118 X-ray absorber pattern

Claims

A first stage for holding a first member having a first alignment mark formed on the first surface;
A second alignment mark is formed on the second surface, and a second member that transmits a part of the illumination light is held, and the second member is held close to the first surface. A second stage to
An illumination optical system for irradiating the illumination light to the first alignment mark and the second alignment mark;
A first alignment mark of the first member having an optical axis oblique to the first surface of the first member held on the first stage, and held on the first stage; Observation optics having a light receiving surface on which scattered light from the second alignment mark of the second member held on the second stage is incident and the first alignment mark and the second alignment mark form an image. The system,
A first optical filter disposed in front of the light receiving surface and having at least a first region, wherein the first alignment mark is imaged when the first region is positioned in front of the light receiving surface. A first optical filter in which the transmittance of the region corresponding to the position and the transmittance of the region corresponding to the imaging position of the second alignment mark are different;
Either a state in which the first region of the first optical filter is positioned in front of the light receiving surface or a state in which the first region is retracted from the light path of the observation optical system is selected. A position detecting device having a moving mechanism for moving the first optical filter.

The transmittance of the region corresponding to the imaging position of the second alignment mark is lower than the transmittance of the region corresponding to the imaging position of the first alignment mark in the first region of the optical filter. Item 2. The position detection device according to Item 1.

When the first optical filter has a second region in addition to the first region, and the second region is positioned in front of the light receiving surface, the transmittance over the entire area of the light receiving surface. Is constant,
The position detection device according to claim 1, wherein the moving mechanism is capable of moving the first optical filter so that a second region of the first optical filter is positioned in front of the light receiving surface. .

The position detection device according to claim 3, wherein the transmittance of the second region is equal to the transmittance of a region corresponding to the imaging position of the first alignment mark in the first region.

Furthermore, the second optical filter is disposed in front of the light receiving surface and has at least a third region, and when the third region is positioned in front of the light receiving surface, the first alignment mark A second optical filter in which the transmittance of the region corresponding to the imaging position and the transmittance of the region corresponding to the imaging position of the second alignment mark are different;
The moving mechanism has any of a state where the third region of the second optical filter is positioned in front of the light receiving surface and a state where the third region is retracted from the light path of the observation optical system. The position detection device according to claim 1, wherein the second optical filter is moved such that the first optical filter is selected.

A first stage for holding a first member having a first alignment mark formed on the first surface;
A second alignment mark is formed on the second surface, and a second member that transmits a part of the illumination light is held, and the second member is held close to the first surface. A second stage to
An illumination optical system for irradiating the illumination light to the first alignment mark and the second alignment mark;
A first alignment mark of the first member having an optical axis oblique to the first surface of the first member held on the first stage, and held on the first stage; Observation optics having a light receiving surface on which scattered light from the second alignment mark of the second member held on the second stage is incident and the first alignment mark and the second alignment mark form an image. The system,
A third optical filter disposed in front of the light receiving surface and having at least a first region, wherein a light shielding film provided with first and second openings is formed in the first region. The first opening is disposed at a position corresponding to the imaging position of the first alignment mark, and the second opening is disposed at a position corresponding to the imaging position of the second alignment mark. The first and second openings transmit illumination light, and the light shielding film blocks a third optical filter that blocks illumination light ;
Either a state where the first region of the third optical filter is located in front of the light receiving surface or a state where the first region is retracted from the light path of the observation optical system is selected. And a moving mechanism for moving the third optical filter.

The position detection device according to claim 6 , wherein the transmittance of the first opening is equal to the transmittance of the second opening .

The position detection device according to claim 6 , wherein the transmittance of the second opening is lower than the transmittance of the first opening .

When the third optical filter has a second region in addition to the first region, and the second region is positioned in front of the light receiving surface, the transmittance over the entire area of the light receiving surface. Is constant,
The moving mechanism, a second region of said third optical filter according to any one of claims 6-8 capable of moving the third optical filter so as to be positioned in front of the light receiving surface Position detection device.

The position detection device according to claim 9 , wherein the transmittance of the second region is equal to the transmittance of the first opening .

A first stage for holding a first member having a first alignment mark formed on the first surface;
A second alignment mark is formed on the second surface, and a second member that transmits a part of the illumination light is held, and the second member is held close to the first surface. A second stage to
An illumination optical system for irradiating the illumination light to the first alignment mark and the second alignment mark;
A first alignment mark of the first member having an optical axis oblique to the first surface of the first member held on the first stage, and held on the first stage; Observation optics having a light receiving surface on which scattered light from the second alignment mark of the second member held on the second stage is incident and the first alignment mark and the second alignment mark form an image. The system,
Disposed in front of the light receiving surface, and at least a first region possess, fifth optical filter part in the light-shielding film in the first region is arranged,
Either a state in which the first region of the fifth optical filter is positioned in front of the light receiving surface or a state in which the first region is retracted from the light path of the observation optical system is selected. the fifth optical filter have a moving mechanism for moving manner,
When the XYZ orthogonal coordinate system is defined in which the first surface is an XY plane and the normal direction is a Z direction, and the X direction is defined so that the oblique optical axis is included in the ZX plane, the light shielding film is The image forming position of the second alignment mark is arranged at a position for shielding light incident on a region moved in a direction corresponding to the intersection line between the object plane conjugate to the light receiving surface and the ZX plane. position detecting device are.

When the fifth optical filter has a second region in addition to the first region, and the second region is positioned in front of the light receiving surface, the transmittance over the entire area of the light receiving surface. Is constant,
The position detection device according to claim 11 , wherein the moving mechanism can move the fifth optical filter so that a second region of the fifth optical filter is positioned in front of the light receiving surface.

The position detection device according to claim 12 , wherein the transmittance of the second region of the fifth optical filter is equal to the transmittance of the region corresponding to the imaging position of the first alignment mark .