JPH0427683B2 - - Google Patents
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- JPH0427683B2 JPH0427683B2 JP58005184A JP518483A JPH0427683B2 JP H0427683 B2 JPH0427683 B2 JP H0427683B2 JP 58005184 A JP58005184 A JP 58005184A JP 518483 A JP518483 A JP 518483A JP H0427683 B2 JPH0427683 B2 JP H0427683B2
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
- G03F9/7003—Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
- G03F9/7023—Aligning or positioning in direction perpendicular to substrate surface
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P95/00—Generic processes or apparatus for manufacture or treatments not covered by the other groups of this subclass
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、マスクのパターンをウエハ上に露光
する際、マスクとウエハとの位置合わせを行なう
ための位置合わせ装置に関し、特にプロキシミテ
イー露光装置に於ける位置合わせ装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an alignment device for aligning a mask and a wafer when exposing a mask pattern onto a wafer, and particularly to an alignment device in a proximity exposure device. Regarding.
従来のプロキシミテイー露光に於ける位置合わ
せ方式として、特開昭53−111280公報に示される
ように、レーザービームを開口数の小さな対物レ
ンズで絞ることにより、マスクとウエハの双方に
焦点の合つたスポツトを形成し、そのスポツトを
走査して、マスクとウエハ上のアライメントマー
クからの散乱光を検出する方式が知られている。
ところがこの方式のようにマスクとウエハの双方
に焦点を合わせる為にレーザビームを開口数の小
さな対物レンズで絞ると必然的にレーザースポツ
トが大きくなり、高い分解能が得られず高精度な
位置合わせを行うことが難しくなる。 As shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 111280/1983, the conventional positioning method for proximity exposure focuses on both the mask and the wafer by narrowing down the laser beam with an objective lens with a small numerical aperture. A method is known in which a spot is formed and the spot is scanned to detect scattered light from alignment marks on a mask and a wafer.
However, if the laser beam is narrowed down using an objective lens with a small numerical aperture to focus on both the mask and the wafer as in this method, the laser spot will inevitably become large, making it difficult to obtain high resolution and highly accurate positioning. becomes difficult to do.
そこで特公昭56−1777号公報に示されているよ
うに二重焦点レンズを用いてレーザービームを大
きな開口数の対物レンズで絞り、マスクとウエハ
を別々に焦点合わせするという方法も考えられ
る。しかしながら単に二重焦点レンズを用いたの
ではマスク上のマークとウエハ上のマークとがレ
ーザビームの光束等と干渉してしまい、十分な精
度での位置合わせができないという欠点が避けら
れない。 Therefore, as shown in Japanese Patent Publication No. 56-1777, a method can be considered in which a bifocal lens is used to focus the laser beam with an objective lens with a large numerical aperture, and the mask and wafer are focused separately. However, if a bifocal lens is simply used, the mark on the mask and the mark on the wafer will interfere with the light beam of the laser beam, and the disadvantage is that positioning cannot be performed with sufficient precision.
また、高精度で位置合わせを行う為には、上記
の方式では走査機構に高精度が要求され、例えば
振幅100μmで走査し0.01μmの位置精度を得るに
は、走査機構に0.01/100=0.01%の精度が要求さ
れることになり、従来の捜査機構では高精度な位
置合わせには不十分であつた。 In addition, in order to perform positioning with high precision, the above method requires high precision in the scanning mechanism. For example, in order to scan with an amplitude of 100 μm and obtain a position accuracy of 0.01 μm, the scanning mechanism must be 0.01/100 = 0.01 % accuracy was required, and conventional investigation mechanisms were insufficient for highly accurate positioning.
本発明は、マスクとウエハのように対面した2
つの平板の位置合わせを高精度で可能とする位置
合わせ装置を提供することを目的とする。 The present invention consists of two parts facing each other like a mask and a wafer.
An object of the present invention is to provide an alignment device that enables alignment of two flat plates with high precision.
すなわち本発明の位置合わせ装置では、少なく
とも一方の平板が光透過性であると共に、位置合
わせ用の第1マークを有する第1平板と、位置合
わせ用の第2マークを有する第2平板とを対面さ
せて、両平板の相対的な位置を合わせる装置にお
いて、所定間隙で対面した第1平面上及び第2平
面上に各々結像すると共に、それら結像位置が前
記第1、第2平面の広がり方向に所定距離離れた
第1光束と第2光束とを射出する光束射出手段
と;第1平板と第2平板を対面させて、前記第
1,第2光束を光透過性の平板側から入射させた
とき、両平板上の各光束の結像状態に基づいて、
第1、第2平板が各々前記第1、第2平面と一致
するように制御する第1制御手段と;前記第1光
束が第1マークを照射し、前記第2光束が第2マ
ークを照射するように、第1平板と第2平板とを
前記第1、第2平面の広がり方向に相対的に変位
させるための第2制御手段とを備えてなるもので
ある。ひとつの態様において前記光束射出手段
は、前記第1、第2光束の波長において焦点深度
が前記第1平面と第2平面との所定間隙よりも小
さい対物レンズを有し、該対物レンズを介して前
記第1、第2光束を射出するようになされてい
る。 That is, in the alignment device of the present invention, at least one flat plate is optically transparent, and the first flat plate having the first mark for alignment and the second flat plate having the second mark for alignment are placed facing each other. In a device for adjusting the relative positions of both flat plates, images are formed on the first plane and the second plane facing each other with a predetermined gap, and the image formation positions are located on the spread of the first and second planes. a luminous flux emitting means for emitting a first luminous flux and a second luminous flux separated by a predetermined distance in a direction; a first flat plate and a second flat plate facing each other, and the first and second luminous fluxes are incident from a light-transmissive flat plate side; Based on the image formation state of each light beam on both flat plates,
a first control means for controlling the first and second flat plates to coincide with the first and second planes, respectively; the first light flux irradiates a first mark, and the second light flux irradiates a second mark; The apparatus further includes a second control means for relatively displacing the first flat plate and the second flat plate in the direction in which the first and second planes extend. In one embodiment, the light beam emitting means has an objective lens having a depth of focus smaller than a predetermined gap between the first plane and the second plane at the wavelengths of the first and second light beams, and the light beam is emitted through the objective lens. The first and second light beams are emitted.
また前記光束射出手段は、前記第1,第2光束
を得るために、コヒーレント光束を偏光により2
光束に分離する偏光分離光学系と分離された2光
束の光路長を前記第1、第2平面の所定間隙に対
応して異ならせる光路長補正光学系とを備えてい
る。 Further, the light beam emitting means polarizes the coherent light beam to obtain the first and second light beams.
It is provided with a polarization separation optical system that separates the light beam into a light beam, and an optical path length correction optical system that makes the optical path length of the two separated light beams different in accordance with a predetermined gap between the first and second planes.
前記第1制御手段は、第1、第2平板の各々に
照射された第1、第2光束の反射光を偏光によつ
て分離し、分離された各光束を個別に受光して、
第1、第2平板上に結像された第1、第2光束の
スポツト像の大きさを検出する一次元イメージセ
ンサーを含んでおり、一方前記第2制御手段は、
第1、第2平板の第1、第2マークからの光情報
を偏光によつて分離し、分離された光情報を個別
に受光して各マークを検出する光電検出器を含ん
でいる。 The first control means separates the reflected light of the first and second light beams irradiated onto each of the first and second flat plates by polarization, and individually receives each separated light beam,
The second control means includes a one-dimensional image sensor that detects the size of spot images of the first and second beams formed on the first and second flat plates, and the second control means includes:
It includes a photoelectric detector that separates optical information from the first and second marks on the first and second flat plates by polarization, receives the separated optical information individually, and detects each mark.
本発明を実施側面図と共に詳述すれば以下の通
りである。 The present invention will be described in detail below along with side views of implementation.
第1図乃至第5図は本発明の実施例による位置
合わせ装置のアライメント光学系を示す光路図で
ある。 1 to 5 are optical path diagrams showing an alignment optical system of a positioning apparatus according to an embodiment of the present invention.
第1図において、レーザ光源1から射出したレ
ーザ光はビームエクスパンダ2、偏光板3 及び
1/4波長板4、を介して平行光束となり、円筒レ
ンズ5に入射する。このとき偏光板3と1/4波長
板4によつてレーザ光は円偏光となる。円筒レン
ズ5によつて、断面が細長い帯状光束に変換され
た光束は、振動ミラー6に達する。尚、円筒レン
ズ5の焦点位置は振動ミラー6の中心と一致して
いる。円筒レンズ5を射出したレーザ光束は振動
ミラー6の反射面上では紙面内に収束された帯状
スポツト光となる。すなわち、円筒レンズ5は第
1図の紙面内ではパワーをもたず、紙面と垂直な
方向にパワーを有する。振動ミラー6で反射され
た光束は第1図中、紙面と垂直な方向に広がり、
振動ミラー6の中心に焦点が一致するレンズ7を
通り、光束を紙面内でシフトする平行平板ガラス
HGを通つてビームスプリツタ8に達する。尚、
振動ミラー6は第1図の紙面と垂直に振動回転の
回転軸Cを有し、レンズ7に達する光束を紙面
内で上下に微小振動させる。また第2図は第1図
中のAA矢視部分の光路図であり、振動ミラー6
は全体が反射面ではなく、帯状スポツト光の断面
形状に合わせた細長い反射部6aと、透明部6b
とから構成されている。このように反射部6aを
細長くしたのは、レーザ光源1に戻り光が逆入射
(バツクトーク)しないようにするためである。
このバツクトーク防止は偏光板3と1/4波長板4
によつても行なわれる。 In FIG. 1, a laser beam emitted from a laser light source 1 passes through a beam expander 2, a polarizing plate 3, and a quarter-wave plate 4 to become a parallel beam of light, and enters a cylindrical lens 5. At this time, the laser beam becomes circularly polarized light by the polarizing plate 3 and the quarter wavelength plate 4. The cylindrical lens 5 converts the light beam into a band-shaped light beam with an elongated cross section, and the light beam reaches the vibrating mirror 6 . Note that the focal position of the cylindrical lens 5 coincides with the center of the vibrating mirror 6. The laser beam emitted from the cylindrical lens 5 becomes a band-shaped spot light converged within the plane of the paper on the reflecting surface of the vibrating mirror 6. That is, the cylindrical lens 5 has no power in the plane of the paper of FIG. 1, but has power in a direction perpendicular to the plane of the paper. The light beam reflected by the vibrating mirror 6 spreads in the direction perpendicular to the plane of the paper in FIG.
Parallel flat glass that passes through a lens 7 whose focus coincides with the center of the vibrating mirror 6, and shifts the light flux within the plane of the paper.
It reaches the beam splitter 8 through HG. still,
The vibrating mirror 6 has a rotational axis C of vibration rotation perpendicular to the plane of the paper of FIG. 1, and causes the light beam reaching the lens 7 to minutely vibrate up and down within the plane of the paper. In addition, Figure 2 is an optical path diagram in the direction of arrow AA in Figure 1, and shows the oscillating mirror 6.
is not a reflective surface as a whole, but has an elongated reflective part 6a that matches the cross-sectional shape of the band-shaped spot light, and a transparent part 6b.
It is composed of. The reason why the reflecting portion 6a is made elongated in this way is to prevent the returning light from entering the laser light source 1 (backtalk).
This backtalk prevention is done by polarizing plate 3 and 1/4 wavelength plate 4.
It is also carried out by
ここで、円筒レンズ5、振動ミラー6、及びレ
ンズ7によつて形成される各光束について詳述す
ると、第8図のようになる。第8図において円筒
レンズ5を射出した光束は、振動ミラー6の反射
面上で細長い帯状のスポツト光SPに収束される。
その後、スポツト光SPは一定の角度で広がり、
レンズ7に入射するときには、同図中、斜線部の
ようにスポツト光SPの長手方向と直交する方向
に延びた光束SP′となる。従つて、光束SP′が矢
印aのように微小振動するためには、スポツト光
SPの長手方向と直交する振動ミラー6の回転軸
Cを中心としてスポツト光SPを往復回転させ
ればよい。 Here, each light beam formed by the cylindrical lens 5, the vibrating mirror 6, and the lens 7 will be described in detail as shown in FIG. In FIG. 8, the light beam exiting the cylindrical lens 5 is converged on the reflecting surface of the vibrating mirror 6 into an elongated strip-shaped spot light SP.
After that, the spot light SP spreads at a certain angle,
When the light is incident on the lens 7, it becomes a light beam SP' extending in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the spot light SP, as shown by the shaded area in the figure. Therefore, in order for the luminous flux SP' to vibrate minutely as shown by arrow a, the spot light
The spot light SP may be rotated back and forth around the rotation axis C of the vibrating mirror 6, which is orthogonal to the longitudinal direction of the SP.
さて、第1図の説明に戻つて、ビームスプリツ
タ8に入射した帯状光束は2つに分割されて、一
方の光束はウエハ照射用の光束BWとして1/2波
長板9を通りミラー10で反射されて、光路長補
正プリズム11を通つてビームスプリツタ12に
達する。またビームスプリツタ8で分割された他
方の光は、マスク照射用の光束BMとして、1/2
波長板13と、光束のシフトを行なうために傾斜
可能な平行平板ガラス14(以下、ハービングガ
ラス14とする)とを通り、ミーラ15で反射さ
れてビームスプリツタ12に達する。尚、本実施
例では、ビームスプリツタ8,12として、光電
信号のS/Nを向上させるために、光束を偏光に
よつて分離する偏光ハーフプリズムを用いるもの
とする。そして、この分離のために1/2波長板9,
13の後に、偏光方向が直交した偏光板9,1
3′を設ける。 Now, returning to the explanation of FIG. 1, the band-shaped light beam incident on the beam splitter 8 is split into two, and one of the light beams passes through the 1/2 wavelength plate 9 as the light beam BW for irradiating the wafer and is then sent to the mirror 10. It is reflected and reaches the beam splitter 12 through the optical path length correction prism 11. The other light split by the beam splitter 8 is used as the light flux BM for mask irradiation, which is 1/2
The light passes through a wavelength plate 13 and a parallel plate glass 14 (hereinafter referred to as harving glass 14) that can be tilted to shift the light beam, is reflected by a mirror 15, and reaches the beam splitter 12. In this embodiment, polarizing half prisms are used as the beam splitters 8 and 12 to separate the luminous flux by polarization in order to improve the S/N of the photoelectric signal. For this separation, a 1/2 wavelength plate 9,
After 13, polarizing plates 9 and 1 whose polarization directions are perpendicular to each other
3' is provided.
さて、ビームスプリツタ12に入射した光束
BWとBMは再び1つの光束に合成され、合成さ
れた光束はレンズ16、ハーフミラー17を介し
てミラー18に達する。ミラー18はハーフミラ
ー17からの光束を紙面の下方へ反射するように
45°傾いて設けられている。また、ミラー15は、
ビームスプリツタ12で合成された光束BMの光
束中心が後述するウエハ上のアライメントマーク
とマスク上のアライメントマークとの所定のずれ
量に対応して、光束BWの光束中心に対して偏芯
するように設定されている。 Now, the light flux incident on the beam splitter 12
BW and BM are combined again into one light beam, and the combined light beam reaches mirror 18 via lens 16 and half mirror 17. The mirror 18 reflects the light beam from the half mirror 17 downward from the plane of the paper.
It is installed at a 45° angle. Moreover, the mirror 15 is
The center of the light beam BM combined by the beam splitter 12 is eccentric with respect to the center of the light beam BW in accordance with a predetermined amount of deviation between the alignment mark on the wafer and the alignment mark on the mask, which will be described later. is set to .
さて、第3図はミラー18をB方向から見た
図、第4図はミラー18をC方向から見た図であ
り、対物レンズ19は合成された光束BM、BW
を各々マスク20のパターン面とウエハ21の表
面とに収束させ、各面上に細長い帯状のスポツト
光を結像する。マスク20とウエハ21との間隙
(いわゆるブロキシミテイ・ギヤツプ)をgとす
ると、対物レンズ19の焦点深度が、このギヤツ
プgよりも十分小さくなるように、その開口数が
大きく定められている。また、ギヤツプgは露光
装置によつて最適に定められる固有値である。そ
こで光束BM、BWが各々ギヤツプgだけ対物レ
ンズ19の光軸方向に離れた位置で、帯状スポツ
ト光結像されるように、光路長補正プリズム11
の2つの台形プリズム11a,11bを光軸に対
して垂直方向(第1図中、紙面内の上下方向)に
相対移動させて調整する。尚プリズム11a,1
1bを通る光束は円筒レンズ5の作用で、紙面内
ていは収束光となり、紙面と垂直な方向では平行
光束となる。また、レンズ7とレンズ16はアフ
オーカル系を構成するが、レンズ7の焦点位置に
は振動ミラー6の中心が一致し、レンズ16の焦
点位置には対物レンズ19の瞳19aが一致する
ように定められている。このため、光路長補正プ
リズム11の有無にかかわらず、振動ミラー6と
対物レンズ19の瞳19aとは光学的に共役とな
り、テレセントリツクな照射光学系が形成され
る。 Now, FIG. 3 is a diagram of the mirror 18 seen from the B direction, and FIG. 4 is a diagram of the mirror 18 seen from the C direction.
are respectively focused on the patterned surface of the mask 20 and the surface of the wafer 21, and an elongated band-shaped spot light is imaged on each surface. Assuming that the gap between the mask 20 and the wafer 21 (so-called broximity gap) is g, the numerical aperture of the objective lens 19 is set to be large so that the depth of focus of the objective lens 19 is sufficiently smaller than this gap g. Furthermore, the gap g is an eigenvalue optimally determined by the exposure apparatus. Therefore, the optical path length correction prism 11 is arranged so that the beams BM and BW are each formed into a band-shaped spot light image at a position separated by a gap g in the optical axis direction of the objective lens 19.
Adjustments are made by relatively moving the two trapezoidal prisms 11a and 11b in a direction perpendicular to the optical axis (vertical direction in the plane of the paper in FIG. 1). Furthermore, the prism 11a, 1
Due to the effect of the cylindrical lens 5, the light beam passing through 1b becomes convergent light within the plane of the paper, and becomes a parallel light flux in the direction perpendicular to the plane of the paper. Further, the lens 7 and the lens 16 constitute an afocal system, and the center of the vibrating mirror 6 is set to coincide with the focal position of the lens 7, and the pupil 19a of the objective lens 19 is set to coincide with the focal position of the lens 16. It is being Therefore, regardless of the presence or absence of the optical path length correction prism 11, the vibrating mirror 6 and the pupil 19a of the objective lens 19 are optically conjugate, forming a telecentric irradiation optical system.
このような構成された光束射出手段によつてマ
スク20、ウエハ21上に結像された帯状のスポ
ツト光が、各々マスク20上のアライメントマー
クとウエハ21上のアライメントマークとを照射
すると、各マークからは光情報として0次光を含
む回析光が生じる。また、マスク20とウエハ2
1上でマークのない平坦面であつても、反射光が
生じる。この光情報は対物レンズ19に逆入射
し、ミラー18、ハーフミラー17及びミラー2
2で反射されて、レンズ23に達する。レンズ2
3を通つた光情報の一部は、ハーフミラー24を
透過してレンズ25に達する。尚、レンズ23の
焦点位置は対物レンズ19の瞳19aと一致する
ように定められている。そしてレンズ2連とレン
ズ25とによつてアフオーカル系が形成され、そ
の平行な光路中にハーフミラー24が配置され
る。 When the band-shaped spot light imaged on the mask 20 and the wafer 21 by the light beam emitting means configured as described above irradiates the alignment mark on the mask 20 and the alignment mark on the wafer 21, each mark Diffraction light including zero-order light is generated as optical information. In addition, the mask 20 and the wafer 2
Even if there is no mark on the flat surface, reflected light will occur. This optical information is reversely incident on the objective lens 19, mirror 18, half mirror 17 and mirror 2.
2 and reaches the lens 23. lens 2
A part of the optical information that has passed through the lens 3 passes through the half mirror 24 and reaches the lens 25 . Note that the focal position of the lens 23 is determined to coincide with the pupil 19a of the objective lens 19. An afocal system is formed by the two sets of lenses and the lens 25, and a half mirror 24 is placed in the parallel optical path.
なお、レンズ23に達する逆入射光束は第1図
の紙面内ではほぼ平行であり、紙面と垂直な方向
では収束光となる。従つて、レンズ23と25の
光路光は紙面と垂直な方向では平行光束となつて
いる。ハーフミラー24で反射された光情報は、
ハーフプリズム8,12と同様の偏光ハーフプリ
ズム26に入射する。偏光ハーフプリズム26は
マクス20からの0次光DMoとウエハ21から
の0次光DWoと偏光によつて2つに分離して、
各々CCD等の一次元イメージセンサー27と2
8の受光面に導びく。一次元イメージサンセー2
7,28は、マスク20上のスポツト光とウエハ
21上のスポツト光の大きさを検出するための光
電変換器である。第1制御手段はこの一次元イメ
ージセンサー27,28によつて、対物レンズ1
9の焦点位置に対するマスク20とウエハ21と
の位置ずれを検出し、マスク20とウエハ21と
を対物レンズ19の光軸方向(以下、Z方向とす
る)に相対的に移動させることによつて、スポツ
ト光をマスク20とウエハ21上に正確に合焦さ
せる。これはさらにギヤツプgの自動設定にも利
用することができる。 Note that the reversely incident light flux reaching the lens 23 is substantially parallel in the plane of the paper of FIG. 1, and becomes convergent light in the direction perpendicular to the plane of the paper. Therefore, the optical path lights of the lenses 23 and 25 are parallel light beams in the direction perpendicular to the plane of the drawing. The optical information reflected by the half mirror 24 is
The light enters a polarizing half prism 26 similar to the half prisms 8 and 12. The polarizing half prism 26 separates the zero-order light DMo from the Max 20 and the zero-order light DWo from the wafer 21 into two by polarization.
One-dimensional image sensors 27 and 2 such as CCD, respectively
8 to the light receiving surface. One-dimensional image sanse 2
7 and 28 are photoelectric converters for detecting the magnitude of the spot light on the mask 20 and the spot light on the wafer 21. The first control means uses the one-dimensional image sensors 27 and 28 to control the objective lens 1.
By detecting the positional deviation between the mask 20 and the wafer 21 with respect to the focal position of the lens 9, and moving the mask 20 and the wafer 21 relatively in the optical axis direction of the objective lens 19 (hereinafter referred to as the Z direction). , to accurately focus the spot light onto the mask 20 and wafer 21. This can also be used to automatically set the gap g.
さて、レンズ25を通つたマスク20とウエハ
21とからの光情報はミラー29で反射されて、
0次光DMo,DWoをカツトし、他の次数の回折
光を透過する空間フイルター30に達する。空間
フイルター30を通つた1次以上の回折光は集光
レンズ31によつて集光されて、偏光ハーフプリ
ズム32に入射する。偏光ハーフプリズム32は
その回折光をマスク20からの回折光DMとウエ
ハ21からの回折光DWとに偏光により分離し
て、各々光源検出器33と34に導びく。 Now, the optical information from the mask 20 and the wafer 21 that has passed through the lens 25 is reflected by the mirror 29.
The light reaches a spatial filter 30 which cuts out the zero-order lights DMo and DWo and transmits the diffracted lights of other orders. The first-order or higher-order diffraction light that has passed through the spatial filter 30 is condensed by a condenser lens 31 and enters a polarizing half prism 32 . The polarizing half prism 32 separates the diffracted light into diffracted light DM from the mask 20 and diffracted light DW from the wafer 21 by polarization, and guides them to light source detectors 33 and 34, respectively.
第5図は空間フイルター30、集光レンズ31
及び光電検出器34の配置と、0次元DWoと回
折光DWとの関係を示す図である。ここで空間フ
イルター30はレンズ25の焦点位置に配置され
る。このため対物レンズ19の瞳19aと空間フ
イルター30とは共役になり、空間フイルター3
0上には対物レンズ19の瞳像が結像する。尚、
空間フイルター30としては、スポツト光の形状
に合わせて0次元カツトのための細長い遮光部を
設けた透明板でよい。第1図の光学系の場合、ビ
ームスプリツタ8に入射したレーザ光束のうち、
偏光方向のP成分はビーユスプリツタ8を透過
し、S成分は反射する。もし、1/2波長板9,1
3がないと、光束BMはS成分となり、ミラー1
5で反射された後、ビームスプリツタ12で反射
されずに透過してしまう。一方、光束BWはP成
分となり、ミラー10で反射された後、ビームス
プリツタ12で透過せずに反射してしまう。そこ
で1/2波長板9,13を入れて光束BM,BWの
偏光方向をそれぞれ90°回転させ、第1図のよう
にビームスプリツタ12から図中左側に光束
BM,BWを合成して射出するようにしてある。 Figure 5 shows a spatial filter 30 and a condensing lens 31.
FIG. 4 is a diagram showing the arrangement of the photoelectric detector 34 and the relationship between the zero-dimensional DWo and the diffracted light DW. Here, the spatial filter 30 is placed at the focal point of the lens 25. Therefore, the pupil 19a of the objective lens 19 and the spatial filter 30 become conjugate, and the spatial filter 3
A pupil image of the objective lens 19 is formed on 0. still,
The spatial filter 30 may be a transparent plate provided with an elongated light shielding part for zero-dimensional cutting according to the shape of the spot light. In the case of the optical system shown in FIG. 1, of the laser beam incident on the beam splitter 8,
The P component in the polarization direction is transmitted through the beam splitter 8, and the S component is reflected. If 1/2 wavelength plate 9,1
3, the luminous flux BM becomes an S component, and mirror 1
After being reflected by the beam splitter 5, the beam is transmitted through the beam splitter 12 without being reflected. On the other hand, the light flux BW becomes a P component, and after being reflected by the mirror 10, it is reflected by the beam splitter 12 without being transmitted. Therefore, the 1/2 wavelength plates 9 and 13 are inserted to rotate the polarization directions of the beams BM and BW by 90 degrees, and the beams are directed from the beam splitter 12 to the left side of the figure as shown in Figure 1.
BM and BW are combined and ejected.
尚、ビームスプリツタ12から図中下方に光束
BM,BWを合成して射出する場合には、上記1/
2波長板9,13は不要となる。 Note that the beam from the beam splitter 12 is directed downward in the figure.
When BM and BW are combined and injected, the above 1/
The two-wavelength plates 9 and 13 are no longer necessary.
次に、対物レンズ19によつて結像されたスポ
ツト光とマスク20、ウエハ21の各マークとの
関係について、第6図、第7図に基づき説明す
る。第6図aは第4図の拡大図であり、第6図b
は第3図の拡大図である。第7図は対物レンズ1
9の視野19b内でのスポツト光と各マークの配
置を示す。 Next, the relationship between the spot light imaged by the objective lens 19 and each mark on the mask 20 and wafer 21 will be explained based on FIGS. 6 and 7. Figure 6a is an enlarged view of Figure 4, and Figure 6b
is an enlarged view of FIG. Figure 7 shows objective lens 1.
9 shows the spot light and the arrangement of each mark within the field of view 19b of No. 9.
さて、光束BWはその中心が対物レンズ19の
光軸と一致するように対物レンズ19に入射す
る。光束BWによる帯状のスポツト光WSは、マ
スク20の透明部分を通つてウエハ21上に形成
された幅5μm、長さ100μm程度の回折格子状パタ
ーンのマーク21aに結像される。一方、光束
BMによる帯状のスポツト光MSは、対物レンズ
19の光軸から水平方向に距離dだけ偏芯した位
置に結像し、マスク20に形成された幅5μm、長
さ100μm程度の格子状パターンのマーク20aに
結像される。また、スポツト光WSとMSは互い
に平行となるように定められ、その長手方向はマ
ーク20a,21aの格子の配列方向とも一致し
ている。さらにスポツト光WS,MSの幅はマー
ク20a,21aの幅とほぼ等しく定められてい
る。そして、スポツト光WS,MSは、その長手
方向と直交する方向に同時に振動する。尚、本実
施例では、この振動の振幅は、マーク20a,2
1aの幅と略等しく定められている。従つて本実
施例ではマーク20a,21aからの回折光
DM、DWは第6図bのように、スポツト光MS,
WSの長手方向に広がるような角度で対物レンズ
19に逆入射する。尚、スポツト光MS,WSの
幅に対する長さhを大きくすることによつて、マ
ーク20aとマーク21aの位置検出精度が向上
する。これは長さhが大きいと、回折光が多く生
じることになり、検出信号のS/Nが向上するか
らである。また、マスク20にはマーク20aの
平行に同様のマーク20bが形成されている。こ
のマーク20aと20bの間隔は、対物レンズ1
9の開口数とギヤツプgとによつて決まる光束
BWの光路を遮へいしないように定められてい
る。またマーク20bは実際には光電的なマーク
検出に寄与しない。しかしながら、マーク20a
と20bとの間隔が2dとなるようにマーク20
bを設けておけば、目視で位置合わせする際極め
て都合がよい。 Now, the light beam BW enters the objective lens 19 such that its center coincides with the optical axis of the objective lens 19. The band-shaped spot light WS generated by the light beam BW passes through the transparent portion of the mask 20 and is focused on a diffraction grating pattern mark 21a formed on the wafer 21 with a width of about 5 μm and a length of about 100 μm. On the other hand, the luminous flux
The band-shaped spot light MS produced by the BM is imaged at a position offset by a distance d in the horizontal direction from the optical axis of the objective lens 19, and is focused on a grid-like pattern mark of approximately 5 μm in width and 100 μm in length formed on the mask 20. The image is formed on 20a. Further, the spot lights WS and MS are set to be parallel to each other, and their longitudinal direction also coincides with the direction in which the gratings of the marks 20a and 21a are arranged. Furthermore, the widths of the spot lights WS and MS are determined to be approximately equal to the widths of the marks 20a and 21a. The spot lights WS and MS vibrate simultaneously in a direction perpendicular to their longitudinal direction. Note that in this embodiment, the amplitude of this vibration is
It is determined to be approximately equal to the width of 1a. Therefore, in this embodiment, the diffracted light from the marks 20a and 21a
DM and DW are spot light MS, as shown in Figure 6b.
The light enters the objective lens 19 at an angle such that the light spreads in the longitudinal direction of the WS. Incidentally, by increasing the length h relative to the width of the spot lights MS and WS, the accuracy of position detection of the marks 20a and 21a is improved. This is because if the length h is large, a large amount of diffracted light will be generated, and the S/N of the detection signal will be improved. Furthermore, a similar mark 20b is formed on the mask 20 in parallel to the mark 20a. The distance between the marks 20a and 20b is determined by the distance between the marks 20a and 20b.
The luminous flux determined by the numerical aperture of 9 and the gap g
It is designed not to block the BW optical path. Furthermore, the mark 20b does not actually contribute to photoelectric mark detection. However, mark 20a
mark 20 so that the distance between and 20b is 2d.
If b is provided, it is extremely convenient for visual alignment.
また、第1図、第2図において、対物レンズ1
9に逆入射した0次の光束DMo,DWo及び回折
光DM,DWのうち、光束DMo,DWoはミラー
18,ハーフミラー17,ビームスプリツタ1
2,8を通つて振動ミラー6に達し、レーザ光源
1にバツクトークとなつて入射してしまう。そこ
で第9図に示すように、光束DMo,DWoが振動
ミラー6の透明部6bを通るように、レーザ光源
1からの帯状光束BM,BWと光束DMo,DWo
との光路をわずかにずらせる。このために本実施
例では第1,3,4図に示したミラー18を45°
からわずかに傾ける。具体的には、第3図に示し
たミラー18の位置を紙面内でわずかに回転させ
るようにする。このようにすると、第7図のスポ
ツト光MS,WSが共に視野19b内で若干長手
方向にシフトする。しかしながらこのシフトはス
ポツト光MS,WSの間隙dを変えるものではな
いので、マーク20a,21aの検出において何
ら誤差要因とはならず、精度を低下させることは
ない。 In addition, in FIGS. 1 and 2, the objective lens 1
Among the 0th-order light beams DMo, DWo and diffracted light beams DM, DW that are incident on the mirror 18, the half mirror 17, and the beam splitter 1, the light beams DMo and DWo are
2 and 8, and reaches the vibrating mirror 6, and enters the laser light source 1 as backtalk. Therefore, as shown in FIG. 9, the band-shaped beams BM, BW and the beams DMo, DWo from the laser light source 1 are arranged so that the beams DMo, DWo pass through the transparent part 6b of the vibrating mirror 6.
slightly shifts the optical path. For this purpose, in this embodiment, the mirror 18 shown in FIGS. 1, 3, and 4 is
tilt slightly from Specifically, the position of the mirror 18 shown in FIG. 3 is slightly rotated within the plane of the paper. In this way, both the spot lights MS and WS in FIG. 7 are shifted slightly in the longitudinal direction within the field of view 19b. However, since this shift does not change the gap d between the spot lights MS and WS, it does not cause any error in detecting the marks 20a and 21a, and does not reduce the accuracy.
次に、本発明の実施例によるアライメント光学
系を備えたマスクとウエハの位置合わせ装置につ
いて、第10図を参照して説明する。第10図は
位置合わせ装置の構成を一部ブロツク図の形式で
示した模式図である。第10図において、ベース
50上にはウエハ21を2次元移動するためのス
テージ51が配置され、ステージ51は2次元駆
動手段52(以下、ACT52とする)によつて
ベース50上をxy平面(図中x方向と、これと
垂直な方向(紙面表裏方向)によつてできる面)
に沿つて移動可能とされている。このステージ5
1の座標位置はレーザ干渉計53によつて検出さ
れている。またステージ51上にはウエハ21を
載置するとともに、ウエハ21をステージ51に
対して微小回転させたり、傾けたり、あるいは
xy平面と垂直なz軸方向に上下動させたりする
ためのウエハホルダ54が設けられている。これ
はウエハホルダ54の各運動はステージ51に設
けられた駆動部55によつて行なわれる。またウ
エハホルダ54上にはアライメント光学系の校正
やマスク20とウエハ21のギヤツプgを検定す
るために、マーク20a,21aと同様の回折格
子状の基準マーク56(以下FM56とする)が
設けられている。 Next, a mask and wafer alignment apparatus equipped with an alignment optical system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a schematic diagram partially showing the configuration of the alignment device in the form of a block diagram. In FIG. 10, a stage 51 for two-dimensionally moving the wafer 21 is disposed on a base 50, and the stage 51 moves on the base 50 in an xy plane ( (A surface formed by the x direction in the figure and the direction perpendicular to this (front and back direction of the paper))
It is said that it is possible to move along the This stage 5
The coordinate position of 1 is detected by a laser interferometer 53. In addition, the wafer 21 is placed on the stage 51, and the wafer 21 is slightly rotated, tilted, or tilted relative to the stage 51.
A wafer holder 54 is provided to move the wafer up and down in the z-axis direction perpendicular to the xy plane. Each movement of the wafer holder 54 is performed by a driving section 55 provided on the stage 51. Further, a diffraction grating-shaped reference mark 56 (hereinafter referred to as FM 56) similar to the marks 20a and 21a is provided on the wafer holder 54 in order to calibrate the alignment optical system and verify the gap g between the mask 20 and the wafer 21. There is.
一方、ベース50から延びたコラム57の先端
にはマスク20の位置を調整するための駆動部5
8が設けられている。この駆動部58はマスク5
0を保持するマスクホルダ59を回転させたり、
z方向に上下動させたり、あるいは、傾かせたり
するように作動する。またマスク20の上方には
前述の対物レンズ19が位置するように、アライ
メント光学系60が配置される。アライメイト光
学系60はマスク20の上方に出し入れできるよ
うに駆動部61によつて矢印のように移動する。
また駆動部61はその出し入れの量も検出する。
尚、アライメント光学系60は第1〜4図全体の
構成を含むものとするが、出し入れのために対物
レンズ19,ミラー18,ハーフミラー17,レ
ンズ16,ミラー22,及びレンズ23のみを一
体として移動させるようにしてもよい。検出装置
62は、アライメント光学系60の内、すなわち
第1図の構成で一次元イメージセンサー27,2
8,光電検出器33,34の各光電信号を入力と
して受けとつて、マークの検出や焦点検出を行な
う。すなわち、一次元イメージセンサー27,2
8の出力信号に基づいてマスクやウエハ上のスポ
ツト像の大きさを検出するほか、光束BM,BW
のマスクやウエハ上の結像状態、すなわち位置ず
れを検出する。また検出装置62は第1図に示し
た平行平板ガラスHGの傾きも制御する。また
ACT52,レーザ干渉計53,駆動部55,5
8,61及び検出装置62は全体を統括制御する
マイクロ・コンピユータ等の制御手段63によつ
て制御される。本実施例ではこれら検出装置62
と制御装置63の各機能で第1と第2の制御手段
の役目を果たすようにしてある。 On the other hand, a drive unit 5 for adjusting the position of the mask 20 is provided at the tip of the column 57 extending from the base 50.
8 is provided. This drive unit 58 is the mask 5
Rotating the mask holder 59 holding 0,
It operates by moving it up and down in the z direction or tilting it. Further, an alignment optical system 60 is arranged above the mask 20 so that the objective lens 19 described above is located. The alignment optical system 60 is moved in the direction of the arrow by the drive unit 61 so that it can be taken in and out above the mask 20.
The drive unit 61 also detects the amount of insertion and removal.
It is assumed that the alignment optical system 60 includes the entire configuration of FIGS. 1 to 4, but only the objective lens 19, mirror 18, half mirror 17, lens 16, mirror 22, and lens 23 are moved as one unit for insertion and removal. You can do it like this. The detection device 62 includes one-dimensional image sensors 27 and 2 in the alignment optical system 60, that is, in the configuration shown in FIG.
8. Receives each photoelectric signal from the photoelectric detectors 33 and 34 as input to perform mark detection and focus detection. That is, the one-dimensional image sensor 27,2
In addition to detecting the size of the spot image on the mask or wafer based on the output signal of
Detects the state of image formation on the mask or wafer, that is, the positional shift. The detection device 62 also controls the inclination of the parallel flat glass HG shown in FIG. Also
ACT52, laser interferometer 53, drive unit 55, 5
8, 61 and the detection device 62 are controlled by a control means 63 such as a microcomputer that controls the whole. In this embodiment, these detection devices 62
and the respective functions of the control device 63 to serve as first and second control means.
尚、第10図にはアライメント光学系が1つし
か表わされていないが、実際には第11図のよう
に3つのアライメント光学系60x,60y,6
0θがマスク20のまわりに配置される。第11
図で丸印で示されたアライメント光学系60x,
60y,60θは各々対物レンズ19の視野を表
わすものとし、各対物レンズ19は矢印のように
マスク20上に出し入れされる。またこの場合、
マスク20としては図中斜線部のようにストリー
トラインSLで区切られた4つの回路パターン領
域CP(以下チツプCPとする)が形成されたもの、
いわゆるマルチ・ダイのものが使用できる。そし
て、ストリートラインSL上のマスク20の周辺
部には、第7図で示したマーク20a,20bが
アライメント光学系60x,60y,60θの位
置に対応して3ケ所に設けられている。また、マ
スク20上のマーク20a,20bはマスク20
の中心から放射方向に延びるように定められてい
る。そして、3ケ所のマーク20a,20bは同
時に観察され、アライメント光学系60xはマス
ク20とウエハ21のx方向の位置を検出し、ア
ライメント光学系60yは同様にy方向の位置を
検出し、アライメント光学系60θは60yと共
にマスク20及びウエハ21の回転を検出する。 Although only one alignment optical system is shown in FIG. 10, there are actually three alignment optical systems 60x, 60y, 6 as shown in FIG.
0θ is placed around the mask 20. 11th
Alignment optical system 60x, indicated by a circle in the figure,
60y and 60θ each represent the field of view of the objective lens 19, and each objective lens 19 is moved in and out of the mask 20 as shown by the arrow. Also in this case,
The mask 20 has four circuit pattern areas CP (hereinafter referred to as chips CP) separated by street lines SL as shown in the shaded area in the figure.
A so-called multi-die type can be used. Marks 20a and 20b shown in FIG. 7 are provided at three locations around the mask 20 on the street line SL, corresponding to the positions of the alignment optical systems 60x, 60y, and 60θ. Further, the marks 20a and 20b on the mask 20 are
It is set to extend radially from the center of the The marks 20a and 20b at three locations are observed simultaneously, the alignment optical system 60x detects the position of the mask 20 and the wafer 21 in the x direction, and the alignment optical system 60y similarly detects the position in the y direction. The system 60θ detects the rotation of the mask 20 and the wafer 21 together with the system 60y.
尚、3つのアライメント光学系60x,60
y,60θは各々第1図で示した一次元イメージ
センサ27,28を備えており、マスク20上の
3ケ所でマスク20とウエハ21とのギヤツプg
も検出する。 In addition, three alignment optical systems 60x, 60
y and 60θ are each equipped with the one-dimensional image sensors 27 and 28 shown in FIG.
Also detected.
また第10図のFM56としては、第12図の
ようにxy方向のアライメントのために、各々xy
方向に延びた2つの格子状パターンを設けたもの
が使われる。さらに、FM56としては、レーザ
光の2つのスポツト光MS,WSの各結像位置に
対応するように第13図a,bのようなものとし
てもよい。この場合、2つの平行な格子状パター
ンは間隔dだけ離れており、かつギヤツプgに相
当する分だけ段差となるように配置されている。
このようなFM56を用いると、アライメント光
学系の校正やアライメント動作が極めて簡単にで
きるという利点がある。 In addition, as shown in Fig. 10, FM56 is used for alignment in the x and y directions as shown in Fig. 12.
A structure with two grid-like patterns extending in the direction is used. Further, the FM 56 may be of the type shown in FIGS. 13a and 13b so as to correspond to the imaging positions of the two laser beam spots MS and WS. In this case, the two parallel lattice patterns are spaced apart by a distance d and are arranged so as to be stepped by an amount corresponding to the gap g.
The use of such FM56 has the advantage that calibration of the alignment optical system and alignment operation can be performed extremely easily.
さて、第10図において、検出装置62に組み
込まれた検出回路の一例を第14図により説明す
る。 Now, in FIG. 10, an example of the detection circuit incorporated in the detection device 62 will be explained with reference to FIG. 14.
第14図はマスク20のマーク20aを検出す
る回路のブロツク図である。尚、ウエハ21のマ
ーク21aの検出もほぼ同じ構成の回路で行なわ
れるので説明を省略する。 FIG. 14 is a block diagram of a circuit for detecting the mark 20a on the mask 20. Incidentally, the detection of the mark 21a on the wafer 21 is also performed by a circuit having almost the same configuration, so the explanation thereof will be omitted.
第14図において、マーク20aからの回折光
DMを受光する光電検出器33の出力信号はプリ
アンプ100に入力され、DMの光量に応じた電
圧信号として出力される。プリアンプ100の出
力信号は位相検波回路(PSD)101に入力さ
れる一方、コンパレータ103にも入力されて基
準電圧102と比較される。PSD101の出力
信号はローパスフイルタ(LPF)104に入力
され、LPF104からマーク20aとスポツト
光MSとの位置ずれに対応した直流レベル信号と
して出力される。 In FIG. 14, the diffracted light from the mark 20a
The output signal of the photoelectric detector 33 that receives DM is input to the preamplifier 100, and output as a voltage signal corresponding to the amount of DM light. The output signal of the preamplifier 100 is input to a phase detection circuit (PSD) 101, and is also input to a comparator 103 where it is compared with a reference voltage 102. The output signal of the PSD 101 is input to a low pass filter (LPF) 104, and output from the LPF 104 as a DC level signal corresponding to the positional deviation between the mark 20a and the spot light MS.
発振器(OSC)105は同一周波数の矩形波
信号S1と正弦波信号S2とを出力し、矩形波信号S1
はPSD101に基準信号として入力されてプリ
アンプ101の出力信号との位相差の検出に用い
られ、正弦波信号S2はパワーアンプ106で電力
増幅されて第1図の振動ミラー6の駆動信号に用
いられる。前記PSD101は一般的には乗算器
などで構成することができ、その出力信号にはリ
ツプル(高周波成分)が含まれるためLPF10
4で直流レベル信号のみとり出すようにするのは
前述の通りである。 The oscillator (OSC) 105 outputs a rectangular wave signal S1 and a sine wave signal S2 of the same frequency, and outputs a rectangular wave signal S1 and a sine wave signal S2.
is input to the PSD 101 as a reference signal and used to detect the phase difference with the output signal of the preamplifier 101, and the sine wave signal S2 is power amplified by the power amplifier 106 and used as a drive signal for the vibrating mirror 6 in FIG. It will be done. The PSD 101 can generally be configured with a multiplier, etc., and since its output signal includes ripples (high frequency components), the LPF 10
As described above, only the DC level signal is extracted in step 4.
コンパレータ103はプリアンプ101の出力
信号と基準電圧102とを比較してスポツト光
MSとマーク20aが概ね重なつたかどうかを判
定するものであり、この結果をもつて粗位置合わ
せに利用可能である。即ち第15図aに示すよう
に、振動ミラー6の振動を止めておき、マーク2
0aをスポツト光MSで走査すると第15図bに
示すようにスポツト光MSがマーク20aと一致
したときに最大の回折光が発生してプリアンプ1
00の出力信号の時間的変化にピークが現れる。
これを基準電圧102と比較することによりコン
パレータ103は第15図cに示す様なパルス信
号を出力する。 A comparator 103 compares the output signal of the preamplifier 101 with a reference voltage 102 and outputs the spot light.
This is to determine whether or not the MS and the mark 20a roughly overlap, and this result can be used for rough positioning. That is, as shown in FIG. 15a, the vibration of the vibrating mirror 6 is stopped and the mark 2 is
0a is scanned by the spot light MS, the maximum diffracted light is generated when the spot light MS coincides with the mark 20a, as shown in FIG.
A peak appears in the temporal change of the output signal of 00.
By comparing this with the reference voltage 102, the comparator 103 outputs a pulse signal as shown in FIG. 15c.
このパルス信号は「H」レベルである間はスポ
ツト光MSとマーク20aとが概ね重なつている
ことを示しており、これによりラフな位置合わせ
が達成可能である。尚、プリアンプ100の出力
信号をローパスフイルタを介してコンパレータ1
03に入力するようにすれば、振動ミラー6を振
動させたままでも同様のラフな位置合わせが果さ
れよう。 While this pulse signal is at the "H" level, it indicates that the spot light MS and the mark 20a are approximately overlapped, so that rough positioning can be achieved. Note that the output signal of the preamplifier 100 is passed through a low-pass filter to the comparator 1.
03, similar rough positioning will be achieved even if the vibrating mirror 6 is kept vibrating.
次に高精度の位置合わせを行なうためには、振
動ミラー6を振動させたままスポツト光MSをマ
ーク20aに対して走査する。このとき振動ミラ
ー6によつてスポツト光MSはマーク面において
微小振動するが、その振幅はほぼマーク20aの
幅に定められている。この場合のマーク20aと
スポツト光MSの様子および得られる信号波形を
第16図aおよびbに示す。すなわち第16図a
のようにスポツト光MSが微小振動しながらマー
ク20aを走査すると、LPF104の出力信号
は第16図bのようにSカーブ信号となる。つま
りスポツト光MSの中心とマーク20aの中心が
完全に一致したときにはプリアンプ100の出力
信号とOSC105の矩形波信号との位相差が零
となる。尚、厳密にはこのときのプリアンプ10
0の出力信号の周波数成分はOSC105の発振
周波数に対しては零となり、OSC105の発振
周波数の倍の周波数成分だけとなる。さらにこの
場合、マーク20aの中心Oに対して両側で位相
が反転した波形が得られ、従つてマーク20aの
中心とスポツト光MSの中心が完全に一致した状
態ではLPF104の出力は零となり、ずれてい
るときはその方向に応じてLPF104の出力に
正または負の信号が現われ、この零点合わせを行
なうことで極めて正確な位置合わせが達成され
る。 Next, in order to perform highly accurate alignment, the spot light MS is scanned with respect to the mark 20a while the vibrating mirror 6 is kept vibrating. At this time, the spot light MS is slightly vibrated on the mark surface by the vibrating mirror 6, but the amplitude is set approximately to the width of the mark 20a. The appearance of the mark 20a and the spot light MS in this case and the resulting signal waveform are shown in FIGS. 16a and 16b. That is, Figure 16a
When the spot light MS scans the mark 20a while vibrating minutely, the output signal of the LPF 104 becomes an S-curve signal as shown in FIG. 16b. That is, when the center of the spot light MS and the center of the mark 20a completely coincide, the phase difference between the output signal of the preamplifier 100 and the rectangular wave signal of the OSC 105 becomes zero. In addition, strictly speaking, preamplifier 10 at this time
The frequency component of the output signal of 0 is zero with respect to the oscillation frequency of the OSC 105, and only the frequency component is twice the oscillation frequency of the OSC 105. Furthermore, in this case, a waveform whose phase is inverted on both sides with respect to the center O of the mark 20a is obtained. Therefore, when the center of the mark 20a and the center of the spot light MS are completely aligned, the output of the LPF 104 becomes zero, and the shift When the zero point is aligned, a positive or negative signal appears at the output of the LPF 104 depending on the direction, and extremely accurate positioning is achieved by performing this zero point alignment.
尚、ウエハ21上のマーク21aもスポツト光
WSによる光電検出器34の出力を全く同様の検
出回路で信号処理することで検出される。 Note that the mark 21a on the wafer 21 is also illuminated by a spot light.
It is detected by signal processing the output of the photoelectric detector 34 by the WS using a completely similar detection circuit.
次に本実施例による装置の全体的な動作を実際
の位置合わせ手順に従つて説明する。 Next, the overall operation of the apparatus according to this embodiment will be explained according to an actual positioning procedure.
まず、前述の如くウエハ20のマーク20aと
マスク21のマーク21aはスポツト光MS,
WSによつて位置合わせされるため、間隔dが正
確に決定されていないと位置合わせ誤差が生じ
る。この誤差を除くため高精度の調整によつて間
隔dを決定することもできるが、長期的安定性の
点では問題がある。従つて本実施例ではまず第1
に以下の方式によつて2つのスポツト光MS,
WSの間隔決定を行なう。 First, as mentioned above, the mark 20a on the wafer 20 and the mark 21a on the mask 21 are illuminated by the spot light MS,
Since alignment is performed by WS, alignment errors will occur if the distance d is not accurately determined. In order to eliminate this error, the interval d can be determined by highly accurate adjustment, but this poses a problem in terms of long-term stability. Therefore, in this embodiment, the first
In the following method, two spot light MS,
Determine the WS interval.
第17図はこの間隔決定の説明に必要な部分を
第10図から抜き出して示した模式図で、同一符
号は同一部分を示す。 FIG. 17 is a schematic diagram showing parts necessary for explaining this interval determination extracted from FIG. 10, and the same reference numerals indicate the same parts.
はじめにステージ51を移動して第12図に示
した基準マーク(FM)56とウエハアライメン
ト用光束BWによるスポツト光WSとの位置合わ
せを行なう。このときスポツト光WSの焦点位置
とFM56の高さとが一致するように一次元イメ
ージセンサ28によつてフオーカス合わせを行な
う。またFM56との位置合わせは、光束BWの
中心とFM56の中心とが一致するように第14
図の回路を用いてステージ51を移動させて行な
う。このようにしてFM56の回折格子状パター
ンとスポツト光WSとが一致したら、次にプロキ
シミテイーのギヤツプgに相当する量だけウエハ
ホルダ54の上方に移動し、さらにマーク20a
と21aの所定の間隔dに等しい量だけステージ
51をマスクアライメント用の光束BM側に移動
する。この移動はレーザ干渉計53の測定値を読
み取りながら行ない、従つて1/100μmオーダーの
制御が可能である。 First, the stage 51 is moved to align the fiducial mark (FM) 56 shown in FIG. 12 with the spot light WS produced by the wafer alignment light beam BW. At this time, focus adjustment is performed using the one-dimensional image sensor 28 so that the focal position of the spot light WS matches the height of the FM 56. Also, the alignment with FM56 is done at the 14th point so that the center of the luminous flux BW and the center of FM56 match.
This is done by moving the stage 51 using the circuit shown in the figure. When the diffraction grating pattern of the FM 56 and the spot light WS match in this way, the spot light WS is moved above the wafer holder 54 by an amount corresponding to the proximity gap g, and further the mark 20a
The stage 51 is moved toward the mask alignment light beam BM side by an amount equal to the predetermined interval d between and 21a. This movement is performed while reading the measurement value of the laser interferometer 53, and therefore control on the order of 1/100 μm is possible.
次にFM56の格子状パターンの中心にマスク
アライメント用の光束BMによるスポツト光MS
の中心が一致するように光束BMを移動する。光
束BMの移動は、第14図のLPF104のSカー
ブ信号の零点合わせをとりながら、第1図のハー
ピングガラス14の回転で行なう。 Next, a spot light MS is applied to the center of the grid pattern of FM56 using a light flux BM for mask alignment.
Move the luminous flux BM so that the centers of BM coincide. The movement of the light beam BM is performed by rotating the harping glass 14 shown in FIG. 1 while zeroing the S-curve signal of the LPF 104 shown in FIG. 14.
このような手順によつて2つのスポツト光MS
とWSとの間隔は、マスク20のマーク20aと
ウエハ21のマーク21aとの間隔dに正確に等
しく決定され、以後のマスク20とウエハ21と
の位置合わせはこの2つのスポツト光MSとWS
を基準として行なわれる。 By such a procedure, two spot optical MS
The distance between MS and WS is determined to be exactly equal to the distance d between the mark 20a on the mask 20 and the mark 21a on the wafer 21.
This is done on the basis of
尚、以上の手順に際してFM56として第13
図のものを用いるとステージ51の移動等の必要
がなくなり、その分だけ間隔dの設定が短時間に
済む。 In addition, during the above procedure, the 13th
If the one shown in the figure is used, there is no need to move the stage 51, and the setting of the interval d can be done in a shorter time accordingly.
また前述の手順に際してFM56を用いて第1
1図に示したアライメント光学系60yと60θ
の平行出しも行なう。すなわちアライメント光学
系60yのスポツト光の長手方向とアライメント
光学系60θのスポツト光の長手方向とを結ぶ線
分が、ステージ51のx方向と一致するように調
整する。 Also, during the above procedure, the first
Alignment optical system 60y and 60θ shown in Figure 1
Parallelization is also performed. That is, adjustment is made so that the line segment connecting the longitudinal direction of the spot light of the alignment optical system 60y and the longitudinal direction of the spot light of the alignment optical system 60θ coincides with the x direction of the stage 51.
具体的には、アライメント光学系60yの光束
BWによるスポツト光WSがFM56と一致する
ようにステージ56を位置決めしたのち、ステー
ジ56をx方向に移動させて、FM56がアライ
メント光学系60θの直下にくるようにする。そ
して、アライメント光学系60θの光束BWによ
るスポツト光WSがFM56と一致するように、
アライメント光学系60θ中の対物レンズ19の
視野19b内でスポツト光WSとMSをy方向
(微小信号の方向)に変位させる。この変位は、
第1図で示したハーピングガラスHGを回転させ
て行なう。 Specifically, the light flux of the alignment optical system 60y
After positioning the stage 56 so that the spot light WS generated by the BW coincides with the FM 56, the stage 56 is moved in the x direction so that the FM 56 is located directly below the alignment optical system 60θ. Then, so that the spot light WS by the light flux BW of the alignment optical system 60θ matches FM56,
The spot lights WS and MS are displaced in the y direction (direction of minute signals) within the field of view 19b of the objective lens 19 in the alignment optical system 60θ. This displacement is
This is done by rotating the harping glass HG shown in Figure 1.
以上のようにして、アライメント光学系60y
の検出中心(スポツト光の微小振動中心)と、ア
ライメント光学系60θの検出中心とを結ぶ線分
を、ステージ51のx方向の移動軌跡と一致(又
は平行)させる。 As described above, the alignment optical system 60y
A line segment connecting the detection center (center of microvibration of the spot light) and the detection center of the alignment optical system 60θ is made to match (or be parallel to) the movement locus of the stage 51 in the x direction.
さて、以上のように2つのスポツト光MS,
WSの中心が間隔d,ギヤツプgに設定される
と、第10図のようにウエハホルダ54上にウエ
ハ21が載置され、マスクホルダ59にはマスク
20が支持される。尚、マスク20は一度ウエハ
ホルダ54上に載置された後、ウエハホルダ54
を上方へ(又はマスクホルダ59を下方へ)移動
させることによつてマスクホルダ59に受け渡さ
れる。 Now, as mentioned above, the two spot optical MSs,
When the centers of WS are set at distance d and gap g, the wafer 21 is placed on the wafer holder 54 and the mask 20 is supported on the mask holder 59, as shown in FIG. Note that, after the mask 20 is once placed on the wafer holder 54, it is removed from the wafer holder 54.
is transferred to the mask holder 59 by moving the mask upward (or moving the mask holder 59 downward).
次に、第10,11図のようにアライメント光
学系60(60x,60y,60θ)がマスク2
0の上方にくり出される。このくり出される位置
は、マスク20上の3ケ所のマーク位置に対応し
ている。 Next, as shown in FIGS. 10 and 11, the alignment optical system 60 (60x, 60y, 60θ)
Extruded above 0. The positions to be drawn out correspond to the three mark positions on the mask 20.
こうして、各アライメント光学系60でマスク
20の3つのマーク20aを光束BMのスポツト
光MSにより検出して、スポツト光MSの微小振
動の中心が、マーク20aの中心と一致するよう
にマスクホルダ59を駆動部58によつて動か
す。このとき、アライメント光学系60の3カ所
の位置で、同時に焦点検出を行ない、その3ケ所
のマーク20aが共にスポツト光MSと合焦する
ように、マスク20の傾きも調整する。 In this way, each alignment optical system 60 detects the three marks 20a on the mask 20 by the spot light MS of the light beam BM, and the mask holder 59 is moved so that the center of minute vibration of the spot light MS coincides with the center of the mark 20a. It is moved by a drive section 58. At this time, focus detection is performed simultaneously at three positions of the alignment optical system 60, and the inclination of the mask 20 is also adjusted so that the marks 20a at the three positions are all focused on the spot light MS.
このようにマスク20を各アライメント光学系
60からの光束BMに対して位置決めし、以後マ
スクホルダ59はその位置に固定される。 In this way, the mask 20 is positioned with respect to the light flux BM from each alignment optical system 60, and the mask holder 59 is thereafter fixed at that position.
一方、ウエハ21にはマスク20のチツプCP
に対応したパターン領域がマトリツクス状に形成
されており、またストリート線上にはアライメン
ト用のマーク21aが形成されているものとす
る。 On the other hand, the chip CP of the mask 20 is placed on the wafer 21.
It is assumed that pattern areas corresponding to the above are formed in a matrix shape, and alignment marks 21a are formed on the street lines.
また、ウエハ21は通常平坦な切欠き部、すな
わちフラツトを有し、ウエハホルダ54に載置さ
れる時、ウエハ21はこのフラツトを用いてウエ
ハホルダ54上の所定位置に位置決めされる。こ
のため、ウエハ21内のパターン領域の配列が予
めわかつていれば、FM56からウエハ21内の
各パターン領域までの距離や方向は概ね求めるこ
とができる。それには、各アライメント光学系6
0の光束BWのスポツト光WSがFM56と一致
したとき、レーザ干渉計53によつてステージ5
1の座標値を計測して記憶しておけばよい。 Further, the wafer 21 usually has a flat notch, that is, a flat, and when placed on the wafer holder 54, the wafer 21 is positioned at a predetermined position on the wafer holder 54 using this flat. Therefore, if the arrangement of pattern areas within the wafer 21 is known in advance, the distance and direction from the FM 56 to each pattern area within the wafer 21 can be roughly determined. For this purpose, each alignment optical system 6
When the spot light WS of the luminous flux BW of 0 coincides with the FM56, the stage 5 is detected by the laser interferometer 53.
It is sufficient to measure and store the coordinate value of 1.
そこで、そのFM56の座標値に応じてステー
ジ51を移動させて、マスク20のチツプCPの
直下にウエハ21のパターン領域が位置するよう
にする。これによりチツプCPとパターン領域と
は数十μm程度の誤差で位置合わせされる。 Therefore, the stage 51 is moved according to the coordinate values of the FM 56 so that the pattern area of the wafer 21 is located directly below the chip CP of the mask 20. As a result, the chip CP and the pattern area are aligned with an error of about several tens of μm.
そして、3つのアライメント光学形60x,6
0y,60θによつてウエハ21上の3つのマー
ク21aの検出を開始する。 And three alignment optical shapes 60x, 6
0y, 60θ, detection of the three marks 21a on the wafer 21 is started.
次に、第14図に示した処理回路で、ウエハ2
1上のスポツト光WSの振動中心とマーク21a
の中心とが一致するようにステージ51をxy平
面内で移動する。これによつて、ウエハ21上の
3ケ所のマーク21aとマスク20上の3ケ所の
マーク20aとが各々間隔dで位置合わせされ、
マスク20上のチツプCPとウエハ21上のパタ
ーン領域とが精密に重ね合わされる。 Next, the processing circuit shown in FIG.
Vibration center of spot light WS on 1 and mark 21a
The stage 51 is moved within the xy plane so that the center of As a result, the three marks 21a on the wafer 21 and the three marks 20a on the mask 20 are aligned with each other at intervals d,
The chip CP on the mask 20 and the pattern area on the wafer 21 are precisely overlapped.
こうして、マスク20とウエハ21が位置合わ
せされると、アライメント光学系60が退避し、
マスク20の上方から露光用の照明光やx線等を
照射して、マスク20のパターンをウエハ21上
の感光層に転写する。ウエハ21の一部の領域に
転写が行なわれると、ステージ51は一定距離だ
け移動する。そして再びアライメント光学系60
がマスク20の上方の所定位置までくり出され
る。このくり出し位置は、光束BMのスポツト光
MSの振動中心がマスク20のマーク20aと一
致するように定められている。ところが、アライ
メント光学系60のくり出しは機械的に行なわれ
るため、機械的な位置ずれが生じてしまう。そこ
でアライメント光学系60を所定位置までくり出
した後、スポツト光MSの振動中心とマスク20
のマーク20aとが正確に一致するように、第1
図に示したハーピングガラスHGを回転させる。
その後、前述のようにウエハ21上のマーク21
aとスポツト光WSの振動中心とが一致するよう
にステージ51を移動して位置合わせを行なう。
このようにして順次露光してはステージ51を一
定距離動かすことを繰り返す、いわゆるステツ
プ・アンド・リピートによつて、ウエハ21上の
全領域にマスク20のパターンが転写される。 When the mask 20 and wafer 21 are aligned in this way, the alignment optical system 60 is retracted,
Exposure illumination light, x-rays, etc. are irradiated from above the mask 20 to transfer the pattern of the mask 20 onto the photosensitive layer on the wafer 21. When the transfer is performed on a part of the wafer 21, the stage 51 moves a certain distance. And again the alignment optical system 60
is extended to a predetermined position above the mask 20. This position is the spot light of the luminous flux BM.
The center of vibration of the MS is determined to coincide with the mark 20a of the mask 20. However, since the alignment optical system 60 is mechanically extended, mechanical positional deviation occurs. Therefore, after pulling out the alignment optical system 60 to a predetermined position, the vibration center of the spot light MS and the mask 20 are aligned.
the first mark 20a so that the mark 20a of the
Rotate the harping glass HG shown in the figure.
After that, as described above, the mark 21 on the wafer 21 is
The stage 51 is moved and aligned so that a and the center of vibration of the spot light WS coincide with each other.
In this way, the pattern of the mask 20 is transferred to the entire area on the wafer 21 by repeating sequential exposure and moving the stage 51 a certain distance, ie, so-called step-and-repeat.
以上のように本実施例ではアライメント用のマ
ークとして回折格子状のパターンを使い、このマ
ークを帯状の細長いスポツト光で微小振動走査し
て、マークからの回折光を検出しているので、振
動中心とマークの中心とを正確に一致させること
ができる。しかも、スポツト光の振動振幅をマー
ク幅とほぼ等しくしたので、振動ミラー6の振動
も小さくてすみ、極めて高精度なアライメントが
達成される。また、マスク20とウエハ21は、
ギヤツプgよりも焦点深度の浅い対物レンズ19
から射出する間隔dだけ離れた2つの光束BM,
BWによつてマーク検出が行なわれるから、マス
ク20からの回折光とウエハ21からの回折光と
が互いに干渉することなく極めて高精度の位置決
めができる。さらに、光束BM,BWはレーザ光
を偏光によつて2つに分離され、回折光DM,
DWも偏光によつて2つに分離されたものである
から、アライメント動作中、ウエハ21を照射す
る光束BW中にマスク20のマーク20a位置し
たとしても、ウエハ21からの回折光DWの強さ
が低下するのみで、位置合わせ精度を低下させる
ことはない。 As described above, in this embodiment, a diffraction grating pattern is used as the alignment mark, and this mark is scanned with minute vibrations using a strip-shaped, elongated spot light to detect the diffracted light from the mark. and the center of the mark can be precisely aligned. Moreover, since the vibration amplitude of the spot light is made almost equal to the mark width, the vibration of the vibrating mirror 6 can also be reduced, and extremely high precision alignment can be achieved. Moreover, the mask 20 and the wafer 21 are
Objective lens 19 with a shallower depth of focus than the gap g
Two luminous fluxes BM, separated by a distance d, emitted from
Since mark detection is performed by BW, extremely high precision positioning can be achieved without the diffracted light from the mask 20 and the diffracted light from the wafer 21 interfering with each other. Furthermore, the beams BM and BW are separated into two by polarization, and the diffracted beams DM and
Since DW is also separated into two by polarization, even if the mark 20a of the mask 20 is located in the beam BW that irradiates the wafer 21 during alignment operation, the intensity of the diffracted light DW from the wafer 21 However, the alignment accuracy is not reduced.
尚、上記実施例ではマスク20とウエハ21と
の位置合わせを、小領域の露光毎に行なつている
がこれに限られるものではない。例えばアライメ
ント光学系60y,60θの平行出しを行なつて
マスク20の位置を決めた後、ウエハ21上でx
方向に離れた2ケ所(例えばウエハ21の周辺付
近)にあるマーク21aをアライメント光学系6
0yで相互に検出するようにステージ51をx方
向に移動させて、ウエハ21の回転を検出しても
よい。そしてその回転量だけ、ウエハホルダ54
又はマスクホルダ59を相対的に回転させて、マ
スク20とウエハ21の相対位置を合わせ込むよ
うにした後、順次露光してもよい。いわゆるグロ
ーバル・アライメントのみで露光してもよい。ま
たウエハホルダ54又はマスクホルダ59を回転
させたとしても、その回転誤差は機械的な精度以
上には向上しない。そこでアライメント光学系6
0yでウエハ21上でx方向に離れた2ケ所のマ
ーク21aを交互に検出するとき、一方のマーク
21aを60yの検出中心に合わせたときのステ
ージ51のy方向の位置y1と、他方のマーク21
aを60yの検出中心に合わせたときのステージ
51の位置y2とから、σ=y1−y2/x(ただし、
xは2つのマーク21aのx方向の間隔)を計算
する。これによつてウエハ21上の2つのマーク
21aを結ぶ線分とステージ51のx方向の移動
軌跡との微小な傾き角σが検出できる。そこで、
ステージ51を露光するために歩進させる際、そ
の傾き角σに応じてステージ51をxy座標軸に
対して斜めに送るようにすれば、傾き角σ、すな
わちウエハローテーシヨンを補正したステツプ・
アンド・リピート露光ができ、高精度で高速度の
アライメントが達成される。また、第1図中のハ
ーピングガラスHGは3つのアライメント光学系
60x,60y,60θの全ての設けなくとも、
少なくともアライメント光学系60θに設けてお
けばよく、まつたく同様の効果が得られる。 In the above embodiment, the mask 20 and the wafer 21 are aligned each time a small area is exposed, but the invention is not limited to this. For example, after aligning the alignment optical systems 60y and 60θ to determine the position of the mask 20,
The alignment optical system 6 aligns marks 21a at two locations separated in the direction (for example, near the periphery of the wafer 21).
The rotation of the wafer 21 may be detected by moving the stage 51 in the x direction so as to detect each other at 0y. Then, the wafer holder 54 rotates by the amount of rotation.
Alternatively, exposure may be carried out sequentially after the mask holder 59 is rotated relatively to align the relative positions of the mask 20 and the wafer 21. Exposure may be performed using only so-called global alignment. Further, even if the wafer holder 54 or the mask holder 59 is rotated, the rotational error will not improve beyond the mechanical accuracy. Therefore, alignment optical system 6
When detecting two marks 21a separated in the x direction on the wafer 21 alternately at 0y, the position y1 of the stage 51 in the y direction when one mark 21a is aligned with the detection center at 60y, and the position of the other mark 21a in the y direction. mark 21
From the position y 2 of the stage 51 when a is aligned with the detection center of 60y, σ=y 1 −y 2 /x (where x is the distance between the two marks 21a in the x direction) is calculated. Thereby, a minute inclination angle σ between the line segment connecting the two marks 21a on the wafer 21 and the movement locus of the stage 51 in the x direction can be detected. Therefore,
When stepping the stage 51 for exposure, if the stage 51 is moved diagonally with respect to the xy coordinate axes according to the inclination angle σ, it is possible to correct the inclination angle σ, that is, the wafer rotation.
And-repeat exposure is possible, achieving high-accuracy and high-speed alignment. Furthermore, the harping glass HG in Fig. 1 does not require all three alignment optical systems 60x, 60y, and 60θ.
It is sufficient to provide at least the alignment optical system 60θ, and the same effect can be obtained.
次に本発明の第2の実施例について第18図に
基づいて説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described based on FIG. 18.
第18図は第14図の回路を変形したものであ
り、第14図と同様の作用、効果を有するブロツ
クには同一の番号をつけてある。ただし、第18
図の回路はウエハ21からの回折光DWを検出す
るのに適した実施例である。 FIG. 18 is a modification of the circuit shown in FIG. 14, and blocks having the same functions and effects as those in FIG. 14 are given the same numbers. However, the 18th
The circuit shown in the figure is an embodiment suitable for detecting the diffracted light DW from the wafer 21.
さて、第18図の回路で第14図と異なる点
は、プリアンプ100の出力信号がローパスフイ
ルタ(LPF)200に入力された後、コンパレ
ータ103に印加される点である。コンパレータ
201にはLPF104の出力信号を入力して、
PSD101からのSカーブ信号の零クロス点を
検出する。アンドゲート202はコンパレータ1
03とコンパレータ201の出力信号を入力し
て、ウエハ21上のマーク21aの中心とスポツ
ト光WSの振動中心とが一致したときに検出パル
ス信号を出力する。カウンタ204は第10図の
制御手段63中に設けられ、レーザ干渉計53か
ら得られる干渉縞を計数するとともに、アンドゲ
ート202からの検出パルス信号の立上りでの計
数値をラツチして出力する。 Now, the difference between the circuit of FIG. 18 and that of FIG. 14 is that the output signal of the preamplifier 100 is input to a low pass filter (LPF) 200 and then applied to a comparator 103. The output signal of the LPF 104 is input to the comparator 201,
The zero cross point of the S curve signal from the PSD 101 is detected. AND gate 202 is comparator 1
03 and the output signal of the comparator 201, and when the center of the mark 21a on the wafer 21 and the vibration center of the spot light WS match, a detection pulse signal is output. A counter 204 is provided in the control means 63 of FIG. 10, and counts the interference fringes obtained from the laser interferometer 53, and latches and outputs the count value at the rising edge of the detection pulse signal from the AND gate 202.
さて、このような構成で微小振動するスポツト
光WSに対してステージ51を振動させ、第19
図aのように、マーク21aを矢印のように走査
すると、LPE104は第19図bのようにSカ
ーブ信号を出力する。一方、LPF200は第1
9図cのようなピーク信号を出力し、コンパレー
タ103の出力信号は基準レベル102と比較さ
れて、第19図dのようなパルス信号となる。ま
たコンパレータ201は第19図eのようにSカ
ーブ信号の正極性のみハイ・レベルとなるパルス
信号を出力する。従つてアンド・ゲート202は
第19図fのようなパルス信号を出力し、その立
上りはSカーブ信号の零クロス点あるいは、
LPF200のピーク信号の最大点に一致してい
る。このように、アンド・ゲート202の検出パ
ルス信号の立上りでカウンタ204の計数値をラ
ツチすると、スポツト光WSの振動中心とマーク
21aの中心とが一致したときのステージ51の
位置、すなわちマーク21aの位置が求められ
る。その後、ラツチした計数値にするようにステ
ージ51を戻せば、正確なアライメントが達成さ
れる。この第2の実施例によればスポツト光WS
に対してマーク21aを一度通過させるだけで、
後はレーザ干渉計53の計測値によつて位置合わ
せができるから、高速のアライメントが可能とな
る。さらに、PSD101のSカーブ信号の零ク
ロス点のパルス信号と、回折光DWの光強度に対
応したパルス信号とのアンドによつて、マーク2
1aの中心の位置を検出しているため、ステージ
51を走査するとき、ことさら等速度に移動させ
なくても正確な位置検出ができる。 Now, with this configuration, the stage 51 is vibrated with respect to the spot light WS that vibrates minutely, and the 19th
When the mark 21a is scanned in the direction of the arrow as shown in FIG. 19(a), the LPE 104 outputs an S curve signal as shown in FIG. 19(b). On the other hand, LPF200 is the first
A peak signal as shown in FIG. 9c is output, and the output signal of the comparator 103 is compared with the reference level 102 to become a pulse signal as shown in FIG. 19d. Further, the comparator 201 outputs a pulse signal which becomes high level only when the S curve signal is positive, as shown in FIG. 19e. Therefore, the AND gate 202 outputs a pulse signal as shown in FIG.
This coincides with the maximum point of the peak signal of LPF200. In this way, when the count value of the counter 204 is latched at the rising edge of the detection pulse signal of the AND gate 202, the position of the stage 51 when the vibration center of the spot light WS and the center of the mark 21a coincide, that is, the position of the mark 21a is determined. location is required. Thereafter, by returning the stage 51 to the latched count value, accurate alignment is achieved. According to this second embodiment, the spot light WS
Just by passing mark 21a once,
After that, alignment can be performed using the measured values of the laser interferometer 53, so high-speed alignment is possible. Furthermore, by ANDing the pulse signal at the zero cross point of the S curve signal of the PSD 101 and the pulse signal corresponding to the light intensity of the diffracted light DW,
Since the position of the center of the stage 1a is detected, when scanning the stage 51, accurate position detection can be performed even if the stage 51 is not moved at a constant speed.
もちろん、この第2の実施例はウエハ21上の
マーク21aの検出のみに有効なのではなく、
FM56を用いた2つのスポツト光MS,WSの調
整の際にも極めて有効である。 Of course, this second embodiment is not only effective for detecting the mark 21a on the wafer 21;
It is also extremely effective when adjusting two spot light MS and WS using FM56.
尚、本発明の各実施例では、第7図のように2
つのスポツト光MS,WSが対物レンズの視野1
9b内で平行に並ぶように位置させた場合を述べ
ている。しかしなから、マスク20とウエハ21
との一方向の位置決めのためには2つのスポツト
光MS,WSは単に長手方向が一致しさえすれば
よいから、例えば第20図aのように、2つのス
ポツト光MS,WSの中心が一直線上になるよう
にしてもよく、また第20図bのように一直線上
の位置から左右(長手方向と直交する方向)にず
らしてもよい。もちろん、アライメント用の各マ
ークは、このスポツト光MS,WSの位置に合わ
せて、マスク20上やウエハ21上に設けておけ
ばよい。 In each embodiment of the present invention, as shown in FIG.
The two spot lights MS and WS are the field of view of the objective lens.
The case where they are arranged in parallel within 9b is described. However, the mask 20 and the wafer 21
In order to position the two spot lights MS and WS in one direction, it is only necessary that the longitudinal directions of the two spot lights MS and WS coincide, so for example, as shown in FIG. They may be placed on a line, or they may be shifted left and right (in a direction perpendicular to the longitudinal direction) from a position on a line, as shown in FIG. 20b. Of course, alignment marks may be provided on the mask 20 or the wafer 21 in accordance with the positions of the spot lights MS and WS.
また各実施例において2つの光束BMとBWは
マスクやウエハ上に垂直に照射させているが、こ
れも必ずしもそうする必要はなく、2つの光束の
結像位置がマスクとウエハのギヤツプgだけ間隙
方向に離れ、この方向と垂直なマスクやウエハの
面方向に所定間隔dだけ離れていれば、2つの光
束の入射角は0°である必要はない。さらにスポツ
ト光の形状も帯状に限らず円形であつてもよいこ
とは述べるまでもない。 Furthermore, in each embodiment, the two light beams BM and BW are irradiated perpendicularly onto the mask or wafer, but it is not necessary to do so, and the imaging position of the two light beams is spaced by the gap g between the mask and the wafer. The angle of incidence of the two light beams does not need to be 0° as long as they are separated by a predetermined distance d in the direction of the mask or wafer surface that is perpendicular to this direction. Furthermore, it goes without saying that the shape of the spot light is not limited to a band-like shape, but may also be circular.
以上のように本考案によれば、2つの対面する
平板の各々に、ギヤツプg,間隔dとなるように
スポツト光を結像させ、両平板からの光情報に基
づいて、2つの平板の相対位置(間隙方向と、そ
の方向と垂直なアライメント方向)を制御するの
で、両平板からの光情報は互いに干渉し合うこと
がなく、極めて高精度な位置合わせができる。ま
た、2つのスポツト光を各平板に独立に結像させ
るので、スポツトサイズも極めて小さなものとな
り、アライメントが高精度になるとともに、2つ
の平板を高速に位置合わせできる利点を有する。 As described above, according to the present invention, spot light is imaged on each of two facing flat plates with a gap g and a distance d, and based on the optical information from both flat plates, the relative relationship between the two flat plates is determined. Since the position (the direction of the gap and the alignment direction perpendicular to that direction) is controlled, the optical information from both flat plates does not interfere with each other, allowing extremely highly accurate positioning. Furthermore, since the two spot lights are imaged independently on each flat plate, the spot size becomes extremely small, and the alignment has the advantage of high precision and the ability to align the two flat plates at high speed.
第1図は本発明の実施例に係る位置合わせ装置
のアライメント光学系を示す光路図、第2図、第
3図、第4図、および第5図はそれぞれ第1図中
の要部の部分光路図、第6図aは第4図を拡大し
て示した光路図、第6図bは第3図を拡大して示
した光路図、第7図は対物レンズの視野内でのス
ポツト光とマークの位置関係を示す説明図、第8
図は振動ミラー部分での光束の様子を示す模式説
明図、第9図はレーザー光源へのバツクトーク防
止のための振動ミラーの工夫を示す模式説明図、
第10図は本発明の装置構成の一例を一部ブロツ
ク図の形式で示す模式図、第11図はアライメン
ト光学系のマスク、ウエハに対する配置例を示す
模式平面図、第12図は基準マークの一例を示す
拡大平面図、第13図a,bは基準マークの別の
例を示す拡大平面図および正面図、第14図は検
出回路の一例を示すブロツク図、第15図aは振
動ミラーを振動させないで位置合わせする際のマ
ークとスポツト光との様子を示す模式図、第15
図b,cは前図の場合の検出信号を示す波形図、
第16図aは振動ミラーを振動させて位置合わせ
する際のマークとスポツト光との様子を示す模式
図、第16図bは前図の場合の検出信号を示す波
形図、第17図は2つのスポツト光の間隔決定の
説明のために第10図から一部を抜き出して示し
た模式図、第18図は別の実施例に係る検出回路
のブロツク図、第19図aは前図の例による場合
の位置合わせにおけるマークとスポツト光との様
子を示す模式図、第19図b,c,d,e,fは
前図の場合の検出信号を示す波形図、第20図
a,bは対物レンズ視野内での2つのスポツト光
の配列のそれぞれ別の例を示す説明図である。
1……レーザー光源、6……振動ミラー、8,
12……ビームスプリツタ、11……光路長補正
プリズム、19……対物レンズ、20……マス
ク、21……ウエハ、20a,21a……マー
ク、27,28……一次元イメージセンサ、30
……空間フイルター、33,34……光電検出
器、51……ステージ、52,53……ステージ
駆動部、54……ウエハホルダ、55……ウエハ
駆動部、58……マスク駆動部、59……マスク
ホルダ、60,60x,60y,60θ……アラ
イメント光学系、62……検出装置、63……制
御装置、100……プリアンプ、101……位置
検波器、103,201……コンパレータ、10
4,200……ローパスフイルタ、105……発
振器、106……パワーアンプ、202……アン
ドゲート、204……カウンタ。
FIG. 1 is an optical path diagram showing an alignment optical system of a positioning apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2, 3, 4, and 5 are main parts of FIG. 1, respectively. Optical path diagram, Figure 6a is an enlarged optical path diagram of Figure 4, Figure 6b is an enlarged optical path diagram of Figure 3, and Figure 7 is a spot light within the field of view of the objective lens. Explanatory diagram showing the positional relationship between and marks, No. 8
The figure is a schematic explanatory diagram showing the state of the light flux at the vibrating mirror part, and FIG. 9 is a schematic explanatory diagram showing the contrivance of the vibrating mirror to prevent backtalk to the laser light source.
FIG. 10 is a schematic diagram partially showing an example of the configuration of the apparatus of the present invention in the form of a block diagram, FIG. 11 is a schematic plan view showing an example of the arrangement of the alignment optical system with respect to the mask and wafer, and FIG. 12 is a schematic diagram of the reference mark. FIG. 13a and b are enlarged plan views and front views showing another example of the reference mark, FIG. 14 is a block diagram showing an example of the detection circuit, and FIG. 15a is a vibrating mirror. Schematic diagram showing the state of marks and spot light when aligning without vibration, No. 15
Figures b and c are waveform diagrams showing the detection signal in the case of the previous figure,
Fig. 16a is a schematic diagram showing the state of the mark and spot light when aligning by vibrating the vibrating mirror, Fig. 16b is a waveform diagram showing the detection signal in the case of the previous figure, and Fig. 17 is a 2 FIG. 18 is a block diagram of a detection circuit according to another embodiment, and FIG. 19a is an example of the previous figure. Fig. 19 b, c, d, e, and f are waveform diagrams showing the detection signals in the case of the previous figure, and Fig. 20 a, b are schematic diagrams showing the state of the mark and spot light during alignment. FIG. 7 is an explanatory diagram showing different examples of the arrangement of two spot lights within the field of view of the objective lens. 1... Laser light source, 6... Vibrating mirror, 8,
12... Beam splitter, 11... Optical path length correction prism, 19... Objective lens, 20... Mask, 21... Wafer, 20a, 21a... Mark, 27, 28... One-dimensional image sensor, 30
... Spatial filter, 33, 34... Photoelectric detector, 51... Stage, 52, 53... Stage drive unit, 54... Wafer holder, 55... Wafer drive unit, 58... Mask drive unit, 59... Mask holder, 60, 60x, 60y, 60θ... Alignment optical system, 62... Detection device, 63... Control device, 100... Preamplifier, 101... Position detector, 103, 201... Comparator, 10
4,200...low pass filter, 105...oscillator, 106...power amplifier, 202...and gate, 204...counter.
Claims (1)
に、位置合わせ用の第1マークを有する第1平板
と、位置合わせ用の第2マークを有する第2平板
とを対面させて、両平板の相対的な位置を合わせ
る装置において、所定間隙で対面した第1平面上
及び第2平面上に各々結像すると共に、それら結
像位置が前記第1,第2平面の広がり方向に所定
距離離れた第1光束と第2光束とを射出する光束
射出手段と;第1平板と第2平板を対面させて、
前記第1、第2光束を光透過性の平板側から入射
させたとき、両平板上の各光束の結像状態に基づ
いて、第1、第2平板が各々前記第1、第2平面
と略一致するように制御する第1制御手段と;前
記第1光束が第1マークを照射し、前記第2光束
が第2マークを照射するように、第1平板と第2
平板とを前記第1、第2平面の広がり方向に相対
的に変位させるための第2制御手段とを備えたこ
とを特徴とする位置合わせ装置。 2 前記光束射出手段は、前記第1、第2光束の
波長において焦点深度が前記第1平面と第2平面
との所定間隙よりも小さい対物レンズを有し、該
対物レンズを介して、前記第1、第2光束を射出
するようにしてなることを特徴とする特許請求の
範囲第1項に記載の位置合わせ装置。 3 前記光束射出手段は、前記第1、第2光束を
得るために、コヒーレント光束を偏光により2光
束に分離する偏光分離光学系と;分離された2光
束の光路長を前記第1、第2平面の所定間隙に対
応して異ならせる光路長補正光学系とを備えるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第2項に記載の位
置合わせ装置。 4 前記第1制御手段は、第1、第2平板の各々
に照射された第1、第2光束の反射光を偏光によ
つて分離し、分離された各光束を個別に受光し
て、第1、第2平板上に結像された第1、第2光
束のスポツト像の大きさを検出する一次元イメー
ジセンサーを含むことを特徴とする特許請求の範
囲第3項に記載の位置合わせ装置。 5 前記第2制御手段は、第1、第2平板の第
1、第2マークからの光情報を偏光によつて分離
し、分離された光情報を個別に受光して各マーク
を検出する光電検出器を含むことを特徴とする特
許請求の範囲第3項に記載の位置合わせ装置。[Claims] 1. At least one flat plate is optically transparent, and a first flat plate having a first mark for alignment and a second flat plate having a second mark for alignment are faced to each other. , in a device for adjusting the relative positions of both flat plates, images are formed on a first plane and a second plane facing each other with a predetermined gap, and the image formation positions are in the direction in which the first and second planes extend. a luminous flux emitting means for emitting a first luminous flux and a second luminous flux separated by a predetermined distance; a first flat plate and a second flat plate facing each other;
When the first and second light beams are incident from the light-transmissive flat plate side, the first and second flat plates are aligned with the first and second planes, respectively, based on the image formation state of each light beam on both flat plates. a first control means for controlling the first flat plate and the second flat plate so that the first light beam irradiates the first mark and the second light beam irradiates the second mark;
and second control means for relatively displacing the flat plate in the direction in which the first and second planes extend. 2. The light beam emitting means has an objective lens having a depth of focus smaller than a predetermined gap between the first plane and the second plane at the wavelengths of the first and second light beams, and the light beam is emitted through the objective lens. 1. The positioning device according to claim 1, wherein the positioning device is configured to emit the second light beam. 3. The light beam emitting means includes a polarization separation optical system that separates the coherent light beam into two light beams by polarization in order to obtain the first and second light beams; 3. The positioning apparatus according to claim 2, further comprising an optical path length correction optical system that changes the optical path length according to a predetermined gap between the planes. 4 The first control means separates the reflected light of the first and second light beams irradiated onto each of the first and second flat plates by polarization, individually receives each separated light beam, and controls the first and second light beams. 1. The positioning device according to claim 3, comprising a one-dimensional image sensor that detects the size of the spot image of the first and second light beams formed on the second flat plate. . 5 The second control means includes a photoelectric device that separates optical information from the first and second marks on the first and second flat plates by polarization, receives the separated optical information individually, and detects each mark. 4. The alignment device according to claim 3, further comprising a detector.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58005184A JPS59132126A (en) | 1983-01-18 | 1983-01-18 | Positioning device |
| US06/570,189 US4636626A (en) | 1983-01-14 | 1984-01-12 | Apparatus for aligning mask and wafer used in semiconductor circuit element fabrication |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58005184A JPS59132126A (en) | 1983-01-18 | 1983-01-18 | Positioning device |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1234596A Division JPH02191314A (en) | 1989-09-12 | 1989-09-12 | Pattern detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59132126A JPS59132126A (en) | 1984-07-30 |
| JPH0427683B2 true JPH0427683B2 (en) | 1992-05-12 |
Family
ID=11604142
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58005184A Granted JPS59132126A (en) | 1983-01-14 | 1983-01-18 | Positioning device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59132126A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6262519A (en) * | 1985-09-13 | 1987-03-19 | Canon Inc | Position detector |
-
1983
- 1983-01-18 JP JP58005184A patent/JPS59132126A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59132126A (en) | 1984-07-30 |
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