JP2890943B2 - 位置検出方法及びそれを用いた位置検出装置 - Google Patents
位置検出方法及びそれを用いた位置検出装置Info
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は位置検出方法及びそれを
用いた位置検出装置に関し、例えば半導体素子製造用の
プロキシミティタイプの露光装置や所謂ステッパー等に
おいて、マスクやレチクル(以下「マスク」という。)
等の第1物体面上に形成されている微細な電子回路パタ
ーンをウエハ等の第2物体面上に露光転写する際にマス
クとウエハとの相対的な位置決め(アライメント)を行
う場合に好適な位置検出方法及びそれを用いた位置検出
装置に関するものである。
用いた位置検出装置に関し、例えば半導体素子製造用の
プロキシミティタイプの露光装置や所謂ステッパー等に
おいて、マスクやレチクル(以下「マスク」という。)
等の第1物体面上に形成されている微細な電子回路パタ
ーンをウエハ等の第2物体面上に露光転写する際にマス
クとウエハとの相対的な位置決め(アライメント)を行
う場合に好適な位置検出方法及びそれを用いた位置検出
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より半導体素子製造用の露光装置に
おいては、マスクとウエハの相対的な位置合わせは性能
向上を図る為の重要な一要素となっている。特に最近の
露光装置における位置合わせにおいては、半導体素子の
高集積化の為に、例えばサブミクロン以下の位置合わせ
精度を有するものが要求されている。
おいては、マスクとウエハの相対的な位置合わせは性能
向上を図る為の重要な一要素となっている。特に最近の
露光装置における位置合わせにおいては、半導体素子の
高集積化の為に、例えばサブミクロン以下の位置合わせ
精度を有するものが要求されている。
【0003】多くの位置合わせ装置においては、マスク
及びウエハ面上に位置合わせ用の所謂アライメントパタ
ーン(「アライメントマーク」ともいう。)を所謂スク
ライブライン上に設け、それらより得られる位置情報を
利用して、双方のアライメントを行っている。このとき
のアライメント方法としては、例えば米国特許第403
7969号や特開昭56−157033号公報ではアラ
イメントパターンとしてゾーンプレートを用い、該ゾー
ンプレートに光束を照射し、このときゾーンプレートか
ら射出した光束の所定面上における集光点位置を検出す
ること等により行っている。
及びウエハ面上に位置合わせ用の所謂アライメントパタ
ーン(「アライメントマーク」ともいう。)を所謂スク
ライブライン上に設け、それらより得られる位置情報を
利用して、双方のアライメントを行っている。このとき
のアライメント方法としては、例えば米国特許第403
7969号や特開昭56−157033号公報ではアラ
イメントパターンとしてゾーンプレートを用い、該ゾー
ンプレートに光束を照射し、このときゾーンプレートか
ら射出した光束の所定面上における集光点位置を検出す
ること等により行っている。
【0004】又、米国特許第4311389号ではマス
ク面上にその回折光が所謂シリンドリカルレンズと同様
の光学作用を持つようなアライメントパターンを設け、
ウエハ面上にはその回折光を更にマスクとウエハが合致
したときに所定次数の回折光の光量が最大となるような
点列状のアライメントパターンを設け、双方のアライメ
ントパターンを介した光束を検出することによってマス
クとウエハとの相対的位置関係の検出を行っている。
ク面上にその回折光が所謂シリンドリカルレンズと同様
の光学作用を持つようなアライメントパターンを設け、
ウエハ面上にはその回折光を更にマスクとウエハが合致
したときに所定次数の回折光の光量が最大となるような
点列状のアライメントパターンを設け、双方のアライメ
ントパターンを介した光束を検出することによってマス
クとウエハとの相対的位置関係の検出を行っている。
【0005】この他、本出願人は先に特願昭63−22
6003号においてマスクとしての第1物体とウエハと
しての第2物体との相対的な位置ずれ検出を行う際、第
1物体及び第2物体面上に各々2組のレンズ作用を有す
るアライメントマークとしての物理光学素子を設け、該
物理光学素子にレーザを含む投光手段から光束を照射
し、該物理光学素子で逐次回折された回折光をセンサー
(検出手段)に導光している。そしてセンサー面上での
2つの光スポットの相対間隔値を求めることにより第1
物体と第2物体の相対的位置ずれ量を検出している。
6003号においてマスクとしての第1物体とウエハと
しての第2物体との相対的な位置ずれ検出を行う際、第
1物体及び第2物体面上に各々2組のレンズ作用を有す
るアライメントマークとしての物理光学素子を設け、該
物理光学素子にレーザを含む投光手段から光束を照射
し、該物理光学素子で逐次回折された回折光をセンサー
(検出手段)に導光している。そしてセンサー面上での
2つの光スポットの相対間隔値を求めることにより第1
物体と第2物体の相対的位置ずれ量を検出している。
【0006】このとき投光手段は位置検出をすべく物体
面上に設けた2組の物理光学素子で逐次回折された光を
受光する検出手段と共に1つの筺体(アライメントヘッ
ド)内に収納されている。
面上に設けた2組の物理光学素子で逐次回折された光を
受光する検出手段と共に1つの筺体(アライメントヘッ
ド)内に収納されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】通常アライメントマー
クを設けるマスク及びウエハ面上のスクライブラインの
幅は50μm〜100μm程度である。このスクライブ
ライン幅は投影倍率が5倍のステッパーではレチクル面
上で250μm〜500μm、X線の等倍密着露光(プ
ロキシミティ)装置で50μm〜100μmであり、こ
の幅のエリアにアライメントマークがおさまるように設
けられる。このようにアライメントパターンはスクライ
ブライン幅以内に設定されている。
クを設けるマスク及びウエハ面上のスクライブラインの
幅は50μm〜100μm程度である。このスクライブ
ライン幅は投影倍率が5倍のステッパーではレチクル面
上で250μm〜500μm、X線の等倍密着露光(プ
ロキシミティ)装置で50μm〜100μmであり、こ
の幅のエリアにアライメントマークがおさまるように設
けられる。このようにアライメントパターンはスクライ
ブライン幅以内に設定されている。
【0008】このような小さいエリア内に設けたアライ
メントパターンにアライメントヘッド(投光手段)から
の光束(光ビーム)を効率良く照射するにはアライメン
トパターンのサイズに対応した大きさに光束径を絞る必
要がある。更に光束の照射方法もアライメントパターン
に対して正確な位置に照射する必要がある。
メントパターンにアライメントヘッド(投光手段)から
の光束(光ビーム)を効率良く照射するにはアライメン
トパターンのサイズに対応した大きさに光束径を絞る必
要がある。更に光束の照射方法もアライメントパターン
に対して正確な位置に照射する必要がある。
【0009】一般にアライメントパターンに光束を不正
確に照射すると、それだけセンサで検出される光量(信
号光)が低下してくる。アライメントパターンのサイズ
に対して十分大きな光束径であるならばアライメントパ
ターンに略一様な光量分布で照射することができる。
確に照射すると、それだけセンサで検出される光量(信
号光)が低下してくる。アライメントパターンのサイズ
に対して十分大きな光束径であるならばアライメントパ
ターンに略一様な光量分布で照射することができる。
【0010】しかしながら光束を効率良く照射し、かつ
アライメントパターンのエリア以外の回路パターンエリ
アに光束を照射すると回路パターンから不要な散乱光が
ノイズとなってくるので、これを防止する為にはアライ
メントパターンのサイズに対応した、略等しいサイズの
光束で照射する必要がある。
アライメントパターンのエリア以外の回路パターンエリ
アに光束を照射すると回路パターンから不要な散乱光が
ノイズとなってくるので、これを防止する為にはアライ
メントパターンのサイズに対応した、略等しいサイズの
光束で照射する必要がある。
【0011】一般にこのように光束径を絞ると光束の光
量分布はマスク(レチクル)面上のアライメントパター
ン面上で一様でなくなってくる。
量分布はマスク(レチクル)面上のアライメントパター
ン面上で一様でなくなってくる。
【0012】更にアライメントパターンへの光束の照射
位置が大幅にずれてくるとマスクとウエハのずれがある
程度存在する場合のアライメントパターンより得られる
回折光のスポット位置(即ちマスクとウエハのずれ情
報)がアライメントパターンへの光束の照射位置がずれ
ていない場合に比べて異なってくる。即ちアライメント
パターンに照射する光束の照射位置がずれてくるとアラ
イメント検出に誤差が生じてくる。
位置が大幅にずれてくるとマスクとウエハのずれがある
程度存在する場合のアライメントパターンより得られる
回折光のスポット位置(即ちマスクとウエハのずれ情
報)がアライメントパターンへの光束の照射位置がずれ
ていない場合に比べて異なってくる。即ちアライメント
パターンに照射する光束の照射位置がずれてくるとアラ
イメント検出に誤差が生じてくる。
【0013】従って、光ビーム(投光手段)とアライメ
ントマーク(第1物体又は第2物体)の位置決め精度を
向上させ、最適な光ビーム径とすることでアライメント
の高精度化が可能となる。しかしながら光ビームのアラ
イメントマーク面上への入射位置決め精度を機械系のみ
で向上させようとすると系の複雑化及び大型化を伴ない
長期間の安定性を図るのが難しいという問題点が生じて
くる。
ントマーク(第1物体又は第2物体)の位置決め精度を
向上させ、最適な光ビーム径とすることでアライメント
の高精度化が可能となる。しかしながら光ビームのアラ
イメントマーク面上への入射位置決め精度を機械系のみ
で向上させようとすると系の複雑化及び大型化を伴ない
長期間の安定性を図るのが難しいという問題点が生じて
くる。
【0014】本発明は第1物体又は第2物体に設けたア
ライメントマークである物理光学素子に対する投光手段
からの光ビームの入射位置決めを簡便な方法で高精度に
行なうことにより、機械精度及び組立て精度等の緩和を
図り、その後の第1物体と第2物体の相対的位置検出を
高精度に行うことができる位置検出方法及びそれを用い
た位置検出装置の提供を目的とする。
ライメントマークである物理光学素子に対する投光手段
からの光ビームの入射位置決めを簡便な方法で高精度に
行なうことにより、機械精度及び組立て精度等の緩和を
図り、その後の第1物体と第2物体の相対的位置検出を
高精度に行うことができる位置検出方法及びそれを用い
た位置検出装置の提供を目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明の位置検出方法
は、所定の強度分布を持つ光束をマスクの位置合わせパ
ターンに照射し、該位置合わせパターンから出射し且つ
ウエハーを経由した信号光を用いて前記マスクとウエハ
ー間の位置ずれを検出する方法において、前記信号光と
同じ信号光を用いて前記光束の前記マスク上への入射位
置を予め決めた位置からのずれも検出し、前記マスクに
対して前記光束を位置合わせすることにより前記入射位
置のずれを補正し、前記位置合わせされた光束により前
記マスクとウエハー間の位置ずれを検出することを特徴
としている。
は、所定の強度分布を持つ光束をマスクの位置合わせパ
ターンに照射し、該位置合わせパターンから出射し且つ
ウエハーを経由した信号光を用いて前記マスクとウエハ
ー間の位置ずれを検出する方法において、前記信号光と
同じ信号光を用いて前記光束の前記マスク上への入射位
置を予め決めた位置からのずれも検出し、前記マスクに
対して前記光束を位置合わせすることにより前記入射位
置のずれを補正し、前記位置合わせされた光束により前
記マスクとウエハー間の位置ずれを検出することを特徴
としている。
【0016】又本発明の位置検出装置は、第1物体と第
2物体とを対向させて相対的な位置検出を行う際、該第
1物体と第2物体の少なくとも一方の物体面上に第1,
第2の2組の1対の物理光学素子を位置検出方向とそれ
と直交方向に各々形成し、投光手段からの光束のうち該
第1の1対の物理光学素子と他方の物体面で光学作用を
受けた1対の光束Aを所定面上に導光し、該所定面上で
の該1対の光束Aの光量分布を検出すると共に該第2の
1対の物理光学素子と他方の物体面で光学作用を受けた
1対の光束Bを所定面上に導光し、該所定面上での該1
対の光束Bの光量分布を検出することにより、該投光手
段と該一方の物体との位置設定を行うようにしたことを
特徴としている。
2物体とを対向させて相対的な位置検出を行う際、該第
1物体と第2物体の少なくとも一方の物体面上に第1,
第2の2組の1対の物理光学素子を位置検出方向とそれ
と直交方向に各々形成し、投光手段からの光束のうち該
第1の1対の物理光学素子と他方の物体面で光学作用を
受けた1対の光束Aを所定面上に導光し、該所定面上で
の該1対の光束Aの光量分布を検出すると共に該第2の
1対の物理光学素子と他方の物体面で光学作用を受けた
1対の光束Bを所定面上に導光し、該所定面上での該1
対の光束Bの光量分布を検出することにより、該投光手
段と該一方の物体との位置設定を行うようにしたことを
特徴としている。
【0017】このとき前記第1,第2の2組の1対の物
理光学素子は前記第1物体と第2物体の相対的な位置検
出用のマークであることを特徴としている。
理光学素子は前記第1物体と第2物体の相対的な位置検
出用のマークであることを特徴としている。
【0018】この他の本発明の位置検出装置は、第1物
体と第2物体とを対向させて相対的な位置検出を行う
際、該第1物体面上と該第2物体面上に各々1対の物理
光学素子を少なくとも一方の物体面上には位置検出方向
とそれと直交方向に2組形成し、投光手段からの光束を
該第1物体面上と第2物体面上の1対の物理光学素子を
介し、このとき生ずる1対の回折光を所定面上に導光
し、該所定面上の回折光の光束位置を検出手段で検出す
ることにより、該第1物体と第2物体との相対的な位置
検出を行なう際、該投光手段からの光束のうち該一方の
物体面上に形成した第1の1対の物理光学素子と他方の
物体面で光学作用を受け、該検出手段の第1検出面に入
射する1対の回折光の光強度分布を検出すると共に第2
の1対の物理光学素子と他方の物体面で光学作用を受
け、該検出手段の第2検出面に入射する1対の回折光の
光強度分布を検出することにより、該投光手段と該第1
物体又は該第2物体との位置設定を行うようにしたこと
を特徴としている。
体と第2物体とを対向させて相対的な位置検出を行う
際、該第1物体面上と該第2物体面上に各々1対の物理
光学素子を少なくとも一方の物体面上には位置検出方向
とそれと直交方向に2組形成し、投光手段からの光束を
該第1物体面上と第2物体面上の1対の物理光学素子を
介し、このとき生ずる1対の回折光を所定面上に導光
し、該所定面上の回折光の光束位置を検出手段で検出す
ることにより、該第1物体と第2物体との相対的な位置
検出を行なう際、該投光手段からの光束のうち該一方の
物体面上に形成した第1の1対の物理光学素子と他方の
物体面で光学作用を受け、該検出手段の第1検出面に入
射する1対の回折光の光強度分布を検出すると共に第2
の1対の物理光学素子と他方の物体面で光学作用を受
け、該検出手段の第2検出面に入射する1対の回折光の
光強度分布を検出することにより、該投光手段と該第1
物体又は該第2物体との位置設定を行うようにしたこと
を特徴としている。
【0019】特に本発明ではアライメントマークとして
の1対の物理光学素子を互いに近接配置し、入射光束が
回折されたときの光量損失が略等しくなるように、例え
ば対称に配置している。そして1対の物理光学素子から
生じる1対の回折光の光量分布を検出し、このときの光
量分布を比較し、各々の光量分布が互いに所定の関係と
なるように投光手段からの光束を物理光学素子、即ち第
1物体又は第2物体に対しアライメントし、この光束が
予め決めた位置に正確に入射するようにしたことを特徴
としている。本発明の露光装置は前述の位置検出装置を
用いて、第1物体と第2物体との相対的な位置合わせを
行い第1物体面上のパターンを第2物体面上に露光転写
していることを特徴としている。
の1対の物理光学素子を互いに近接配置し、入射光束が
回折されたときの光量損失が略等しくなるように、例え
ば対称に配置している。そして1対の物理光学素子から
生じる1対の回折光の光量分布を検出し、このときの光
量分布を比較し、各々の光量分布が互いに所定の関係と
なるように投光手段からの光束を物理光学素子、即ち第
1物体又は第2物体に対しアライメントし、この光束が
予め決めた位置に正確に入射するようにしたことを特徴
としている。本発明の露光装置は前述の位置検出装置を
用いて、第1物体と第2物体との相対的な位置合わせを
行い第1物体面上のパターンを第2物体面上に露光転写
していることを特徴としている。
【0020】
【実施例】図1は本発明の実施例1の要部斜視図、図
2,図3は図1の一部分の拡大説明図、図4,図5は本
発明に係る位置ずれ検出と面間隔検出の原理説明図であ
る。尚、図1はプロキシミティ方式により等倍焼付を行
うX線露光装置や光ステッパーのような縮小投影露光装
置等に適用した場合を示している。
2,図3は図1の一部分の拡大説明図、図4,図5は本
発明に係る位置ずれ検出と面間隔検出の原理説明図であ
る。尚、図1はプロキシミティ方式により等倍焼付を行
うX線露光装置や光ステッパーのような縮小投影露光装
置等に適用した場合を示している。
【0021】図中、1は光源であり、光ステッパーのと
きは半導体レーザ、He−Neレーザ、Arレーザ等の
コヒーレント光束を放射する光源、又は発光ダイオード
等の非コヒーレント光束を放射する光源又はスーパール
ミネッセントダイオード(SLD)等の中間的特性を有
する光源より成っている。2はコリメーターレンズであ
り、光源1からの光束を平行光束としてレンズ系5に入
射させている。レンズ系5は入射光束を所望のビーム径
にした後、ミラー6で反射させて耐Xray窓7(露光
用光源としてXray源を用いたときに配される。)を
通過させて第1物体としてのマスク18面上の位置ずれ
検出用のAAアライメントマーク(以下「AAマーク」
という。)20M、又は面間隔検出用のAFアライメン
トマーク(以下「AFマーク」という。)21Mに入射
させている。光源1、コリメーターレンズ2、レンズ系
5等は投光手段を構成している。
きは半導体レーザ、He−Neレーザ、Arレーザ等の
コヒーレント光束を放射する光源、又は発光ダイオード
等の非コヒーレント光束を放射する光源又はスーパール
ミネッセントダイオード(SLD)等の中間的特性を有
する光源より成っている。2はコリメーターレンズであ
り、光源1からの光束を平行光束としてレンズ系5に入
射させている。レンズ系5は入射光束を所望のビーム径
にした後、ミラー6で反射させて耐Xray窓7(露光
用光源としてXray源を用いたときに配される。)を
通過させて第1物体としてのマスク18面上の位置ずれ
検出用のAAアライメントマーク(以下「AAマーク」
という。)20M、又は面間隔検出用のAFアライメン
トマーク(以下「AFマーク」という。)21Mに入射
させている。光源1、コリメーターレンズ2、レンズ系
5等は投光手段を構成している。
【0022】AAマーク20MとAFマーク21Mはマ
スク18の周辺部のスクライブライン上の4カ所に設け
られている。19は第2物体としてのウエハであり、マ
スク18と近接(間隔10μm〜100μm)配置され
ており、その面上にはマスク18と位置合わせすべきA
Aマーク20Wがスクライブライン上に設けられてい
る。AAマーク20M,20WとAFマーク21Mは1
次元又は2次元のゾーンプレート等の物理光学素子より
成っている。
スク18の周辺部のスクライブライン上の4カ所に設け
られている。19は第2物体としてのウエハであり、マ
スク18と近接(間隔10μm〜100μm)配置され
ており、その面上にはマスク18と位置合わせすべきA
Aマーク20Wがスクライブライン上に設けられてい
る。AAマーク20M,20WとAFマーク21Mは1
次元又は2次元のゾーンプレート等の物理光学素子より
成っている。
【0023】10は受光レンズであり、マスク18面上
のAAマーク20M及びAFマーク21Mを通過してき
た所定次数の回折光16を受光手段11面上に集光して
いる。受光手段11は位置ずれ検出用の第1検出面とし
てのAAラインセンサー12と面間隔検出用の第2検出
面としてのAFラインセンサー13の2つのラインセン
サーを同一基板上に設けて構成されている。14はアラ
イメントヘッドであり、駆動手段(不図示)によって駆
動可能となるように構成されている。
のAAマーク20M及びAFマーク21Mを通過してき
た所定次数の回折光16を受光手段11面上に集光して
いる。受光手段11は位置ずれ検出用の第1検出面とし
てのAAラインセンサー12と面間隔検出用の第2検出
面としてのAFラインセンサー13の2つのラインセン
サーを同一基板上に設けて構成されている。14はアラ
イメントヘッドであり、駆動手段(不図示)によって駆
動可能となるように構成されている。
【0024】図2はマスク18とウエハ19面上に設け
たAAマーク20M,20WとAFマーク21Mの説明
図である。
たAAマーク20M,20WとAFマーク21Mの説明
図である。
【0025】図3はマスク18とウエハ19面上の各マ
ークを介した光束の光路を示している。図2に示すよう
に第1の1対の物理光学素子としてのAAマーク20M
は2つのAAマーク20M1,20M2より成り、1対
の物理光学素子としてのAAマーク20Wは2つのAA
マーク20W1,20W2より成り、第2の1対の物理
光学素子としてのAFマーク21Mは入射用の2つのA
Fマーク21M1,21M3と射出用の2つのAFマー
ク21M2,21M4より成っている。尚、AFマーク
21Mにおける第2の1対の物理光学素子とはAFマー
ク21M1と21M2又はAFマーク21M3と21M
4のことをいう。
ークを介した光束の光路を示している。図2に示すよう
に第1の1対の物理光学素子としてのAAマーク20M
は2つのAAマーク20M1,20M2より成り、1対
の物理光学素子としてのAAマーク20Wは2つのAA
マーク20W1,20W2より成り、第2の1対の物理
光学素子としてのAFマーク21Mは入射用の2つのA
Fマーク21M1,21M3と射出用の2つのAFマー
ク21M2,21M4より成っている。尚、AFマーク
21Mにおける第2の1対の物理光学素子とはAFマー
ク21M1と21M2又はAFマーク21M3と21M
4のことをいう。
【0026】尚、ウエハ19面上にはAFマークは設け
られておらず、ウエハ19面上で0次反射(正反射)し
た光を用いている。
られておらず、ウエハ19面上で0次反射(正反射)し
た光を用いている。
【0027】図3に示すようにAAマーク20M1と2
0W1とが対応しており、又AAマーク20M2と20
W2とが対応しており、各々のAAマーク20M1,2
0M2に入射した2つの光束15の各マークによる2つ
の回折光(以下「AA回折光」という。)26−1,2
6−2は位置ずれに対応してAAラインセンサー12面
上を移動するように設定されている。
0W1とが対応しており、又AAマーク20M2と20
W2とが対応しており、各々のAAマーク20M1,2
0M2に入射した2つの光束15の各マークによる2つ
の回折光(以下「AA回折光」という。)26−1,2
6−2は位置ずれに対応してAAラインセンサー12面
上を移動するように設定されている。
【0028】又、AFマーク21M1と21M3に入射
した光束15のウエハ19面で反射しAFマーク21M
2,21M4より射出した2つの回折光(以下「AF回
折光」という。)27−1,27−2は面間隔に対応し
てAFラインセンサー13面上を移動するように設定さ
れている。
した光束15のウエハ19面で反射しAFマーク21M
2,21M4より射出した2つの回折光(以下「AF回
折光」という。)27−1,27−2は面間隔に対応し
てAFラインセンサー13面上を移動するように設定さ
れている。
【0029】尚、図3において各入射光15は光源1か
ら放射された共通の1つのビームの中の光線を用いてい
る。
ら放射された共通の1つのビームの中の光線を用いてい
る。
【0030】本発明の位置検出装置はマスクとウエハと
のアライメントを投光手段、即ちアライメントヘッド1
4とマスク18との相対的位置関係を検出し、双方の位
置関係を駆動手段で調整した後に行うことを特長とする
ものであるが、その前に本発明に係る位置ずれ検出方法
と面間隔検出方法の原理について説明する。
のアライメントを投光手段、即ちアライメントヘッド1
4とマスク18との相対的位置関係を検出し、双方の位
置関係を駆動手段で調整した後に行うことを特長とする
ものであるが、その前に本発明に係る位置ずれ検出方法
と面間隔検出方法の原理について説明する。
【0031】まず本発明においてマスク18とウエハ1
9との相対的な面内の位置検出方法について第4図を用
いて説明する。
9との相対的な面内の位置検出方法について第4図を用
いて説明する。
【0032】図4は図3において位置検出方向(アライ
メント方向)に垂直で、かつマスク18とウエハ19の
面法線に垂直な方向から見たときの状態を光路を展開し
て示している。
メント方向)に垂直で、かつマスク18とウエハ19の
面法線に垂直な方向から見たときの状態を光路を展開し
て示している。
【0033】同図において図1〜図3で示した要素と同
一要素には同符番を付している。又、ウエハ19面上の
AAマークでは入射光束は反射回折されるが同図では等
価な透過回折した状態で示している。
一要素には同符番を付している。又、ウエハ19面上の
AAマークでは入射光束は反射回折されるが同図では等
価な透過回折した状態で示している。
【0034】20M1はマスク18に、20W1はウエ
ハ19に設けたAAマークであり、単一マークを形成し
ており、第1信号を得る為のものである。20M2はマ
スク18に、20W2はウエハ19に設けたAAマーク
であり、単一マークを形成しており、第2信号を得る為
のものである。26−1,26−2は第1,第2信号用
のAA回折光、32は1次ピント面であり、受光レンズ
10に関して受光手段11と共役関係にある。
ハ19に設けたAAマークであり、単一マークを形成し
ており、第1信号を得る為のものである。20M2はマ
スク18に、20W2はウエハ19に設けたAAマーク
であり、単一マークを形成しており、第2信号を得る為
のものである。26−1,26−2は第1,第2信号用
のAA回折光、32は1次ピント面であり、受光レンズ
10に関して受光手段11と共役関係にある。
【0035】今、ウエハ19から1次ピント面32まで
の距離をL、マスク18とウエハ19との間隔をg、A
Aマーク20M1と20M2の焦点距離を各々fa1,f
a2、マスク18とウエハ19の相対位置ずれ量をΔσと
し、このときのAA回折光26−1,26−2の光束重
心の合致状態からの変位量を各々S1 ,S2 とする。
の距離をL、マスク18とウエハ19との間隔をg、A
Aマーク20M1と20M2の焦点距離を各々fa1,f
a2、マスク18とウエハ19の相対位置ずれ量をΔσと
し、このときのAA回折光26−1,26−2の光束重
心の合致状態からの変位量を各々S1 ,S2 とする。
【0036】尚、マスク18に入射する光束15は便宜
上平面波とし、符号は図中に示す通りとする。AA回折
光26−1,26−2の光束重心の変位量S1 及びS2
はAAマーク20M1,20M2の焦点F1 ,F2 とA
Aマーク20W1,20W2の光軸中心を結ぶ直線と1
次ピント面32との交点として幾何学的に求められる。
従ってマスク18とウエハ19の相対位置ずれに対して
各AA回折光26−1,26−2の光束重心の変位量S
1 ,S2 が互いに逆方向となるようにするにはAAマー
ク20W1,20W2の光学的な結像倍率の符号を互い
に逆とすることで達成することができる。
上平面波とし、符号は図中に示す通りとする。AA回折
光26−1,26−2の光束重心の変位量S1 及びS2
はAAマーク20M1,20M2の焦点F1 ,F2 とA
Aマーク20W1,20W2の光軸中心を結ぶ直線と1
次ピント面32との交点として幾何学的に求められる。
従ってマスク18とウエハ19の相対位置ずれに対して
各AA回折光26−1,26−2の光束重心の変位量S
1 ,S2 が互いに逆方向となるようにするにはAAマー
ク20W1,20W2の光学的な結像倍率の符号を互い
に逆とすることで達成することができる。
【0037】又、定量的には
【0038】
【数1】 と表わせ、ずれ倍率はβ1 =S1 /Δσ、β2 =S2 /
Δσと定義できる。従って、ずれ倍率を逆符合とするに
は
Δσと定義できる。従って、ずれ倍率を逆符合とするに
は
【0039】
【数2】 を満たせば良い。この内、実用的に適切な構成条件の1
つとして L》|fa1| fa1/fa2 <0 |fa1|>g |fa2|>g の条件がある。即ち、AAマーク20M1,20M2、
焦点距離fa1,fa2に対して1次ピント面32までの距
離Lを大きく、且つマスク18とウエハ19の間隔gを
小さくし、更にAAマークの一方を凸レンズ、他方を凹
レンズとする構成である。
つとして L》|fa1| fa1/fa2 <0 |fa1|>g |fa2|>g の条件がある。即ち、AAマーク20M1,20M2、
焦点距離fa1,fa2に対して1次ピント面32までの距
離Lを大きく、且つマスク18とウエハ19の間隔gを
小さくし、更にAAマークの一方を凸レンズ、他方を凹
レンズとする構成である。
【0040】図4の上側にはAAマーク20M1の正の
パワーで入射光束を集光光束とし、その集光点F1 に至
る前にAAマーク20W1に光束を照射し、これをAA
マーク20W1の負のパワーにより更に1次ピント面3
2に結像させているAAマーク20W1の焦点距離fb1
はレンズの式
パワーで入射光束を集光光束とし、その集光点F1 に至
る前にAAマーク20W1に光束を照射し、これをAA
マーク20W1の負のパワーにより更に1次ピント面3
2に結像させているAAマーク20W1の焦点距離fb1
はレンズの式
【0041】
【数3】 を満たすように定められる。同様に図4の下側において
はAAマーク20M2の負のパワーにより入射光束を入
射側の点であるF2 より発散する光束に変え、これをA
Aマーク20W2に照射し、AAマーク20W2の正の
パワーにより1次ピント面32に結像させている。この
ときのAAマーク20W2の焦点距離fb2は
はAAマーク20M2の負のパワーにより入射光束を入
射側の点であるF2 より発散する光束に変え、これをA
Aマーク20W2に照射し、AAマーク20W2の正の
パワーにより1次ピント面32に結像させている。この
ときのAAマーク20W2の焦点距離fb2は
【0042】
【数4】 を満たすように定められる。以上の構成条件でAAマー
ク20M1の集光像に対するAAマーク20W1の結像
倍率は図より明らかに正の倍率である。ウエハ19のず
れ量Δσと1次ピント面32の光点変位量S1 の方向は
逆となり、先に定義したずれ倍率β1 は負となる。同様
にAAマーク20M2の点像(虚像)に対するAAマー
ク20W2の結像倍率は負であり、ウエハ19のずれ量
Δσと1次ピント面32上の光点変位量S2 の方向は同
方向で、ずれ倍率β2 は正となる。
ク20M1の集光像に対するAAマーク20W1の結像
倍率は図より明らかに正の倍率である。ウエハ19のず
れ量Δσと1次ピント面32の光点変位量S1 の方向は
逆となり、先に定義したずれ倍率β1 は負となる。同様
にAAマーク20M2の点像(虚像)に対するAAマー
ク20W2の結像倍率は負であり、ウエハ19のずれ量
Δσと1次ピント面32上の光点変位量S2 の方向は同
方向で、ずれ倍率β2 は正となる。
【0043】従ってマスク18とウエハ19の相対位置
ずれ量Δσに対してAAマーク20M1,20W1の系
とAAマーク20M2,20W2の系のAA回折光26
−1.26−2のずれ量S1 ,S2 は互いに逆方向とな
る。即ちAAマーク20M1,20W1のパターンの回
折によって形成される1次ピント面32上のスポット3
0とAAマーク20M2,20W2のパターンの回折に
よって形成される1次ピント面32上のスポット31と
の距離がマスク18とウエハ19の位置ずれ量に応じて
変わり、この2つのスポット30,31の距離を受光レ
ンズ10により受光手段11のAAラインセンサー12
面上に投影している。そしてAAラインセンサー12で
2つのスポット30,31のスポット間隔を検出するこ
とによりマスク18とウエハ19の相対的な位置ずれを
検出している。
ずれ量Δσに対してAAマーク20M1,20W1の系
とAAマーク20M2,20W2の系のAA回折光26
−1.26−2のずれ量S1 ,S2 は互いに逆方向とな
る。即ちAAマーク20M1,20W1のパターンの回
折によって形成される1次ピント面32上のスポット3
0とAAマーク20M2,20W2のパターンの回折に
よって形成される1次ピント面32上のスポット31と
の距離がマスク18とウエハ19の位置ずれ量に応じて
変わり、この2つのスポット30,31の距離を受光レ
ンズ10により受光手段11のAAラインセンサー12
面上に投影している。そしてAAラインセンサー12で
2つのスポット30,31のスポット間隔を検出するこ
とによりマスク18とウエハ19の相対的な位置ずれを
検出している。
【0044】図6はこのときのセンサー12面上に形成
される2つのスポット30,31の模式図である。
される2つのスポット30,31の模式図である。
【0045】本実施例ではウエハ19がマスク18に対
して傾斜(Tilt)していても2つのスポット30,
31は1次ピント面32上を共に同一方向に同一量移動
する為、スポット間隔は不変であり、この結果位置検出
誤差は発生しないという特長を有している。
して傾斜(Tilt)していても2つのスポット30,
31は1次ピント面32上を共に同一方向に同一量移動
する為、スポット間隔は不変であり、この結果位置検出
誤差は発生しないという特長を有している。
【0046】以上が本発明に係る位置検出手段の構成で
ある。
ある。
【0047】次に本発明においてマスク18とウエハ1
9との面間隔検出方法について図5を用いて説明する。
9との面間隔検出方法について図5を用いて説明する。
【0048】同図において図1〜図3で示した要素と同
一要素には同符番を付している。
一要素には同符番を付している。
【0049】本実施例では入射光15をマスク18面上
の2つのAFマーク21M1(21M3)に入射させて
いる。AFマーク21M1(21M3)に入射した光は
該マークで回折されて例えば1次回折光はマスク18と
間隔g1 (g2 )離れたウエハ19面上で正反射し、マ
スク18面上のAFマーク21M2(21M4)に入射
する。AFマーク21M2(21M4)は回折光がレン
ズと同じ集束作用を持つようなパターンから成ってい
る。そしてウエハ19で反射した光がAFマーク21M
2(21M4)へ入射する際、その入射位置(グレーテ
ィングエリアの瞳位置)に応じて出射回折光の出射角が
変わるような光学作用を有している。
の2つのAFマーク21M1(21M3)に入射させて
いる。AFマーク21M1(21M3)に入射した光は
該マークで回折されて例えば1次回折光はマスク18と
間隔g1 (g2 )離れたウエハ19面上で正反射し、マ
スク18面上のAFマーク21M2(21M4)に入射
する。AFマーク21M2(21M4)は回折光がレン
ズと同じ集束作用を持つようなパターンから成ってい
る。そしてウエハ19で反射した光がAFマーク21M
2(21M4)へ入射する際、その入射位置(グレーテ
ィングエリアの瞳位置)に応じて出射回折光の出射角が
変わるような光学作用を有している。
【0050】例えばマスク18とウエハ19との面間隔
がg2 のときAFマークで回折されたAF回折光は実線
で示す光路を進み受光レンズ10を通ってAFラインセ
ンサー13面上に2つのスポット51,52を形成す
る。又面間隔がg1 のとき同様にAFマークで回折され
たAF回折光は点線で示す光路を進みAFラインセンサ
ー13面上に2つのスポット53,54を形成する。
がg2 のときAFマークで回折されたAF回折光は実線
で示す光路を進み受光レンズ10を通ってAFラインセ
ンサー13面上に2つのスポット51,52を形成す
る。又面間隔がg1 のとき同様にAFマークで回折され
たAF回折光は点線で示す光路を進みAFラインセンサ
ー13面上に2つのスポット53,54を形成する。
【0051】図6はこのときのセンサー13面上に形成
される2つのスポット51,52の模式図である。
される2つのスポット51,52の模式図である。
【0052】このようにマスク18とウエハ19の面間
隔に応じてAFラインセンサー13面上に生じる2つの
スポットの間隔が変わるので、このときの2つのスポッ
トの間隔を測定することによりマスク18とウエハ19
との面間隔を検出している。
隔に応じてAFラインセンサー13面上に生じる2つの
スポットの間隔が変わるので、このときの2つのスポッ
トの間隔を測定することによりマスク18とウエハ19
との面間隔を検出している。
【0053】次に本実施例の特長である投光手段(アラ
イメントヘッド14)と第1物体であるマスク18との
相対的な位置検出を行う方法について説明する。
イメントヘッド14)と第1物体であるマスク18との
相対的な位置検出を行う方法について説明する。
【0054】まず投光手段からの光束を位置検出方向
(アライメント方向、AA方向、y方向ともいう。)に
ついて所定の範囲の位置に正確に投光する方法について
説明する。
(アライメント方向、AA方向、y方向ともいう。)に
ついて所定の範囲の位置に正確に投光する方法について
説明する。
【0055】このときは位置検出用のAAマーク20
M,20Wを介した光束(回折光)26−1,26−2
を用いて行う。本実施例ではマスク18面上の1対のA
Aマーク20M1,20M2のy方向に関する中点、こ
こではAFマーク21Mの中央部にアライメントヘッド
14からの光束のy方向についての光束中心が位置した
ときにラインセンサー12面上に生ずる2つの光束26
−1,26−2の光量分布(例えば分布形状又は光量積
分値)が互いに略等しくなるように1対のAAマーク2
0M1,20M2、そして1対のAAマーク20W1,
20W2の開口面積等が設定されている。
M,20Wを介した光束(回折光)26−1,26−2
を用いて行う。本実施例ではマスク18面上の1対のA
Aマーク20M1,20M2のy方向に関する中点、こ
こではAFマーク21Mの中央部にアライメントヘッド
14からの光束のy方向についての光束中心が位置した
ときにラインセンサー12面上に生ずる2つの光束26
−1,26−2の光量分布(例えば分布形状又は光量積
分値)が互いに略等しくなるように1対のAAマーク2
0M1,20M2、そして1対のAAマーク20W1,
20W2の開口面積等が設定されている。
【0056】本実施例では図6に示すように投光手段か
らの光束のうちマスク18面上のAAマーク20M1と
ウエハ19面上のAAマーク20W1とを介した光束2
6−1とマスク18面上のAAマーク20M2とウエハ
19面上のAAマーク20W2を介した光束26−2と
によるラインセンサー12面上における光量分布の積分
値が互いに等しくなるようにアライメントヘッド14を
駆動しその位置を調整し、そこからの光束15のマスク
18上での入射位置を調整している。
らの光束のうちマスク18面上のAAマーク20M1と
ウエハ19面上のAAマーク20W1とを介した光束2
6−1とマスク18面上のAAマーク20M2とウエハ
19面上のAAマーク20W2を介した光束26−2と
によるラインセンサー12面上における光量分布の積分
値が互いに等しくなるようにアライメントヘッド14を
駆動しその位置を調整し、そこからの光束15のマスク
18上での入射位置を調整している。
【0057】このようにラインセンサー12面上におけ
る2つの光束26−1,26−2の光量分布の積分値が
互いに等しくなるようにして、これにより投光手段の即
ち光束15のAA方向の位置決めを行っている。実際に
は、AAマーク20M1と20M2の開口面積が等しく
そしてAAマーク20W1と20W2の開口面積が等し
くなるようにしても、左右のAAマークの設計上の差か
ら開口によって光量がケラレ、2つの光束26−1,2
6−2の光量に差を生じたりする場合がある。
る2つの光束26−1,26−2の光量分布の積分値が
互いに等しくなるようにして、これにより投光手段の即
ち光束15のAA方向の位置決めを行っている。実際に
は、AAマーク20M1と20M2の開口面積が等しく
そしてAAマーク20W1と20W2の開口面積が等し
くなるようにしても、左右のAAマークの設計上の差か
ら開口によって光量がケラレ、2つの光束26−1,2
6−2の光量に差を生じたりする場合がある。
【0058】しかしながらこの場合設計上、予めわかっ
ている量についてはその分を考慮し、例えば次のように
光量バランスを考えれば良い。
ている量についてはその分を考慮し、例えば次のように
光量バランスを考えれば良い。
【0059】本実施例の場合、図4から明らかのように
マスク18面上に同じ開口面積のAAマーク20M1,
20M2を配置している。このときウエハ19面上にも
マスクのAAマークと同じ大きさのAAマーク20W
1,20W2を設置したとするとAAマーク20M1は
焦点距離fa1>0の凸レンズ作用をもつので回折光は全
てAAマーク20W1に入射する。
マスク18面上に同じ開口面積のAAマーク20M1,
20M2を配置している。このときウエハ19面上にも
マスクのAAマークと同じ大きさのAAマーク20W
1,20W2を設置したとするとAAマーク20M1は
焦点距離fa1>0の凸レンズ作用をもつので回折光は全
てAAマーク20W1に入射する。
【0060】一方、AAマーク20M2は焦点距離fa2
<0の凹レンズ作用をもつので回折光は広がりながらA
Aマーク20W2に入射する。この為マークサイズより
広がった分の光量はケラレることになる。
<0の凹レンズ作用をもつので回折光は広がりながらA
Aマーク20W2に入射する。この為マークサイズより
広がった分の光量はケラレることになる。
【0061】このときのケラレ量はAAマーク20M2
に平面波が入射したと仮定したときAAマーク20M
2,20W2のマークサイズLM2,LW2、AAマーク2
0M2のパワー、AAマーク20M2とAAマーク20
W2の面間隔(ギャップ間隔)gで決まり、この量を定
量的に算出してやって光束26−1,26−2の光量分
布を比較するときに加味してやれば良い。
に平面波が入射したと仮定したときAAマーク20M
2,20W2のマークサイズLM2,LW2、AAマーク2
0M2のパワー、AAマーク20M2とAAマーク20
W2の面間隔(ギャップ間隔)gで決まり、この量を定
量的に算出してやって光束26−1,26−2の光量分
布を比較するときに加味してやれば良い。
【0062】今、各AAマークのレンズ作用は図4の面
内のみにあるとすれば(紙面と垂直方向にはない、シリ
ドリカルレンズの作用)AAマーク20W2の有効な光
束はAAマーク20M2へ入射した光束に比較し、光量
が
内のみにあるとすれば(紙面と垂直方向にはない、シリ
ドリカルレンズの作用)AAマーク20W2の有効な光
束はAAマーク20M2へ入射した光束に比較し、光量
が
【0063】
【数5】 倍となる。
【0064】そこでAAマーク20M1,20W1によ
る回折光束による光量をk倍してやれば良い。
る回折光束による光量をk倍してやれば良い。
【0065】このようにラインセンサー12面上の2つ
の光束26−1,26−2の積分光量のバランスをとる
ことによって投光手段のAA方向の投光光束15の位置
決めを行なえる。
の光束26−1,26−2の積分光量のバランスをとる
ことによって投光手段のAA方向の投光光束15の位置
決めを行なえる。
【0066】尚、積分光量のバランスをとる代りに、2
つの光束26−1,26−2の光量分布の分布形状が相
似(ある場合には同じ)又は対称になるよう光束15の
位置決めを行なうように系を構成しても良い。
つの光束26−1,26−2の光量分布の分布形状が相
似(ある場合には同じ)又は対称になるよう光束15の
位置決めを行なうように系を構成しても良い。
【0067】次に投光手段からの光束をAA方向と直交
方向(x方向)について所定の範囲に正確に投光する方
法について説明する。このときは面間隔検出用の光束2
7−1,27−2を用いて行う。即ちAFマーク21M
1〜21M4を用いて行う。
方向(x方向)について所定の範囲に正確に投光する方
法について説明する。このときは面間隔検出用の光束2
7−1,27−2を用いて行う。即ちAFマーク21M
1〜21M4を用いて行う。
【0068】本実施例ではマスク18面上のAFマーク
21M1と21M2の組と,21M3と21M4の組の
境界線近傍にアライメントヘッド14からの光束15の
x方向についての光束中心が入射したときラインセンサ
ー13面上に生ずる2つの光束27−1,27−2の光
量分布(例えば分布形状、光量積分値)が等しくなるよ
うに1対のAFマーク21M1,21M2と1対のAF
マーク21M3,21M4の開口面積が設定されてい
る。
21M1と21M2の組と,21M3と21M4の組の
境界線近傍にアライメントヘッド14からの光束15の
x方向についての光束中心が入射したときラインセンサ
ー13面上に生ずる2つの光束27−1,27−2の光
量分布(例えば分布形状、光量積分値)が等しくなるよ
うに1対のAFマーク21M1,21M2と1対のAF
マーク21M3,21M4の開口面積が設定されてい
る。
【0069】即ち、図6に示すように投光手段からの光
束のうち1対のAFマーク21M1,21M2を介して
ラインセンサー13に入射する光束27−1と1対のA
Fマーク21M3,21M4を介してラインセンサー1
3に入射する光束27−2の光量分布が略対称とするよ
うにし、これによりアライメントヘッド14からの光束
15ののx方向における入射位置を調整している。
束のうち1対のAFマーク21M1,21M2を介して
ラインセンサー13に入射する光束27−1と1対のA
Fマーク21M3,21M4を介してラインセンサー1
3に入射する光束27−2の光量分布が略対称とするよ
うにし、これによりアライメントヘッド14からの光束
15ののx方向における入射位置を調整している。
【0070】尚、本実施例では同じ開口面積を有した2
つのマーク(AAマーク、AFマーク)を用いてライン
センサー面上の光量分布を比べているが、光束が2つの
マークの中間(AAマークであればAAマーク20M1
と20M2の中間位置、AFマークであればAFマーク
21M1と21M3との中間)領域に入射したとき2つ
の光束(光束26−1と光束26−2又は光束27−1
と光束27−2)の光量分布に所定の関係が得られるよ
うに設定すればマークの開口面積や開口形状等は異なっ
ていても良い。
つのマーク(AAマーク、AFマーク)を用いてライン
センサー面上の光量分布を比べているが、光束が2つの
マークの中間(AAマークであればAAマーク20M1
と20M2の中間位置、AFマークであればAFマーク
21M1と21M3との中間)領域に入射したとき2つ
の光束(光束26−1と光束26−2又は光束27−1
と光束27−2)の光量分布に所定の関係が得られるよ
うに設定すればマークの開口面積や開口形状等は異なっ
ていても良い。
【0071】ここではアライメントヘッド14からの光
束15はAA方向(y方向)に関してとAA方向と直交
方向(x方向)に関してとで強度分布が対称な光束を設
定していたが、予め強度分布がわかっていれば強度分布
が非対称な光束であっても良い。
束15はAA方向(y方向)に関してとAA方向と直交
方向(x方向)に関してとで強度分布が対称な光束を設
定していたが、予め強度分布がわかっていれば強度分布
が非対称な光束であっても良い。
【0072】又、光束15がマスク18上の予め決めた
位置に正しく当てられたとき、2つの光束の光量分布の
ピーク出力が同じになるか、又は2つの光束の光量分布
の半値幅が同じになるように設定し、2つの光束の光量
分布のピーク値や半値幅を互いに比較するようにしても
良い。
位置に正しく当てられたとき、2つの光束の光量分布の
ピーク出力が同じになるか、又は2つの光束の光量分布
の半値幅が同じになるように設定し、2つの光束の光量
分布のピーク値や半値幅を互いに比較するようにしても
良い。
【0073】次に本実施例において受光手段11面上に
生ずる4つのスポット(30,31,51,52)を用
いて効率的かつ高精度な位置合わせ(アライメント)及
び面間隔(ギャップ)計測を行う手順について説明す
る。
生ずる4つのスポット(30,31,51,52)を用
いて効率的かつ高精度な位置合わせ(アライメント)及
び面間隔(ギャップ)計測を行う手順について説明す
る。
【0074】まずアライメントヘッド14からの光束1
5を粗い精度でマスク18に対しアライメントし、マス
ク18面上のAAマーク20及びAFマーク20M、2
1Mに光束15を投光する。
5を粗い精度でマスク18に対しアライメントし、マス
ク18面上のAAマーク20及びAFマーク20M、2
1Mに光束15を投光する。
【0075】次にAFマーク21M1〜21M4によっ
てラインセンサー13上に形成される2つの光パターン
に応じた信号を、センサー13からコントローラーに入
力し、コントローラーで粗い面間隔計測を行い、この計
測に基づいて不図示のウエハステージを駆動することに
よりアライメント計測が可能な程度面間隔の調整を行
う。
てラインセンサー13上に形成される2つの光パターン
に応じた信号を、センサー13からコントローラーに入
力し、コントローラーで粗い面間隔計測を行い、この計
測に基づいて不図示のウエハステージを駆動することに
よりアライメント計測が可能な程度面間隔の調整を行
う。
【0076】次にAAマーク20M1,20M2,20
W1,20W2によってラインセンサー12上に形成さ
れる2つの光パターンに応じた信号を、センサー12か
らコントローラーに入力し、コントローラーで粗い精度
でアライメント計測を行い受光手段11面上で4つの信
号が検出できる位置にウエハステージ(不図示)を移動
する。そしてラインセンサー12,13面上の4つの光
束26−1と26−2の組、27−1と27−2の組の
各組の光束間の積分光量を比較しながら各光束の積分光
量が等しくなるように投光光束15のマスク18面上へ
の入射位置決めを行う。
W1,20W2によってラインセンサー12上に形成さ
れる2つの光パターンに応じた信号を、センサー12か
らコントローラーに入力し、コントローラーで粗い精度
でアライメント計測を行い受光手段11面上で4つの信
号が検出できる位置にウエハステージ(不図示)を移動
する。そしてラインセンサー12,13面上の4つの光
束26−1と26−2の組、27−1と27−2の組の
各組の光束間の積分光量を比較しながら各光束の積分光
量が等しくなるように投光光束15のマスク18面上へ
の入射位置決めを行う。
【0077】この時点でアライメント計測及び面間隔計
測における投射光束のずれによる誤差成分が最小限とな
り、次のステップでアライメントヘッド14による高精
度なアライメント計測及び面間隔計測を行ない、マスク
18とウエハ19のギャップ調整とアライメントが正確
に行なわれる。
測における投射光束のずれによる誤差成分が最小限とな
り、次のステップでアライメントヘッド14による高精
度なアライメント計測及び面間隔計測を行ない、マスク
18とウエハ19のギャップ調整とアライメントが正確
に行なわれる。
【0078】次に本発明の他の実施例として投光手段
(アライメントヘッド16)と第1物体(マスク18)
との相対位置検出をAFマークのみで行う方法について
説明する。
(アライメントヘッド16)と第1物体(マスク18)
との相対位置検出をAFマークのみで行う方法について
説明する。
【0079】具体的には駆動装置によりアライメントヘ
ッド16(光束15)をアライメント方向に走査し、ラ
インセンサー13面上に形成される2つの光束27−1
a,27−2aの光量積分値の和がピークを示す点y1
(光束15の入射位置)を求める。
ッド16(光束15)をアライメント方向に走査し、ラ
インセンサー13面上に形成される2つの光束27−1
a,27−2aの光量積分値の和がピークを示す点y1
(光束15の入射位置)を求める。
【0080】次にアライメントヘッド16からの光束1
5の入射位置を、アライメント方向であるy方向は点y
1 に固定し、今度はアライメントヘッド16をx方向に
走査をして、ラインセンサー13面上に形成される2つ
の光束27−1a,27−2aの光量の和がピークを示
す点x1 を求める。以上の一連の動作をxn −xn-1,
yn −yn-1 (n=2,3,4,・・・)が十分小さく
なるまで繰り返し、先々の値が予め決めた許容値に達す
る時の求めた座標(xn ,yn )が光束15の位置決め
された座標となる。
5の入射位置を、アライメント方向であるy方向は点y
1 に固定し、今度はアライメントヘッド16をx方向に
走査をして、ラインセンサー13面上に形成される2つ
の光束27−1a,27−2aの光量の和がピークを示
す点x1 を求める。以上の一連の動作をxn −xn-1,
yn −yn-1 (n=2,3,4,・・・)が十分小さく
なるまで繰り返し、先々の値が予め決めた許容値に達す
る時の求めた座標(xn ,yn )が光束15の位置決め
された座標となる。
【0081】次に本発明における別の実施例としてはア
ライメントヘッド14とマスク18との位置決めを、A
A方向とそれと直交方向に形成したAAマークとしての
第1,第2の1対の物理光学素子を用いても行うことが
できる。このときの第2の1対の物理光学素子の一例を
図7に、又そのときの光束の光路を図8に示す。
ライメントヘッド14とマスク18との位置決めを、A
A方向とそれと直交方向に形成したAAマークとしての
第1,第2の1対の物理光学素子を用いても行うことが
できる。このときの第2の1対の物理光学素子の一例を
図7に、又そのときの光束の光路を図8に示す。
【0082】図7において71Mはマスク18面上に設
けた1対の物理光学素子であり、光学的パワーをもつ2
つのAAマーク71M1,71M2より成り、71Wは
ウエハ19面上に設けた1対の物理光学素子であり、光
学的パワーをもつAAマーク71W1,71W2より成
っている。
けた1対の物理光学素子であり、光学的パワーをもつ2
つのAAマーク71M1,71M2より成り、71Wは
ウエハ19面上に設けた1対の物理光学素子であり、光
学的パワーをもつAAマーク71W1,71W2より成
っている。
【0083】次に図7に示すAAマーク71M,71W
と図2に示したのと同じAAマーク20M1,20M
2,20W1,20W2とを用いて投光光束15の入射
位置決めを行う手順について説明する。
と図2に示したのと同じAAマーク20M1,20M
2,20W1,20W2とを用いて投光光束15の入射
位置決めを行う手順について説明する。
【0084】まず第1の例として図7に示したAAマー
ク71Mを図2で示したAFマーク21Mの領域に入れ
換え、AAマーク71Wを図2のウエハ面上のAAマー
ク20W1とAAマーク21W2との間の領域に配置し
図8に示したような場合について説明する。
ク71Mを図2で示したAFマーク21Mの領域に入れ
換え、AAマーク71Wを図2のウエハ面上のAAマー
ク20W1とAAマーク21W2との間の領域に配置し
図8に示したような場合について説明する。
【0085】マーク20M1,20W1及び20M2,
20W2の仕様を変えないとするとこれらからの光束は
センサー12上に到達し、スポット30,31を形成す
る。
20W2の仕様を変えないとするとこれらからの光束は
センサー12上に到達し、スポット30,31を形成す
る。
【0086】センサー上で2光束が重ならない様にマー
ク71M1,71W1及びマーク71M2,71W2か
らの2光束はセンサー13上に到達しスポット51,5
2を形成する様に設計し、光束15のアライメント方向
の位置ずれはスポット30,31の光量分布を比較し、
アライメント方向と直交する方向の位置ずれはスポット
51,52の光量分布を比較することによって求められ
る。その具体的な手順は実施例1と同じである。
ク71M1,71W1及びマーク71M2,71W2か
らの2光束はセンサー13上に到達しスポット51,5
2を形成する様に設計し、光束15のアライメント方向
の位置ずれはスポット30,31の光量分布を比較し、
アライメント方向と直交する方向の位置ずれはスポット
51,52の光量分布を比較することによって求められ
る。その具体的な手順は実施例1と同じである。
【0087】第2の例としてAAマーク20M,20W
とAAマーク71M,71Wとが離れている場合につい
て説明する。
とAAマーク71M,71Wとが離れている場合につい
て説明する。
【0088】この場合はAAマーク20M,20Wで実
施例1で示したのと同様にしてAA方向の投光光束15
の位置決めを行う。その後アライメントヘッド14でA
Aマーク71M,71Wの位置まで投光光束15を移動
させ、AAマーク71Mと71Wとを用いてAA方向と
直交方向の投光光束15の位置決めを行う。このように
すればアライメントヘッド14からの投光光束15のマ
スク18への入射位置を適切に設定することができる。
施例1で示したのと同様にしてAA方向の投光光束15
の位置決めを行う。その後アライメントヘッド14でA
Aマーク71M,71Wの位置まで投光光束15を移動
させ、AAマーク71Mと71Wとを用いてAA方向と
直交方向の投光光束15の位置決めを行う。このように
すればアライメントヘッド14からの投光光束15のマ
スク18への入射位置を適切に設定することができる。
【0089】又、本発明は他のアライメント方式にも適
用可能である。例えば特開昭62−261003号公報
に於いてはマスク、ウエハーの回折格子に正確に入射ビ
ームが当てられていない場合、光学系のシリンドリカル
レンズ等によって発生した波面収差によって、マスクか
らの一対の回折光が形成するビート信号に位置決め誤差
が発生する。従って、この方式に於いて位置決め方向に
関して正確に入射ビームの位置決めを行うためには、マ
スクマークからの一対の回折光により得られるビート信
号の振幅をモニターし、この振幅が最大となるマスク上
のある場所に入射ビームを位置決めするといい。
用可能である。例えば特開昭62−261003号公報
に於いてはマスク、ウエハーの回折格子に正確に入射ビ
ームが当てられていない場合、光学系のシリンドリカル
レンズ等によって発生した波面収差によって、マスクか
らの一対の回折光が形成するビート信号に位置決め誤差
が発生する。従って、この方式に於いて位置決め方向に
関して正確に入射ビームの位置決めを行うためには、マ
スクマークからの一対の回折光により得られるビート信
号の振幅をモニターし、この振幅が最大となるマスク上
のある場所に入射ビームを位置決めするといい。
【0090】
【発明の効果】以上のように各実施例によれば第1物体
と第2物体との相対的な位置検出を行う際に用いるアラ
イメントマークを利用して、アライメントヘッドからの
光束と第1物体とのアライメントをすることにより、第
1物体上のパターン配置の複雑化を防止しつつアライメ
ントヘッドからの光束をアライメントマークの所定領域
に精度良く入射させることができ、この結果第1物体と
第2物体との相対的位置検出を高精度に行うことができ
る。
と第2物体との相対的な位置検出を行う際に用いるアラ
イメントマークを利用して、アライメントヘッドからの
光束と第1物体とのアライメントをすることにより、第
1物体上のパターン配置の複雑化を防止しつつアライメ
ントヘッドからの光束をアライメントマークの所定領域
に精度良く入射させることができ、この結果第1物体と
第2物体との相対的位置検出を高精度に行うことができ
る。
【図1】 本発明の実施例1の要部概略図
【図2】 図1の一部分の拡大説明図
【図3】 図1の一部分の拡大説明図
【図4】 本発明に係る位置検出装置の位置ずれ検出と
面間隔検出の原理説明図
面間隔検出の原理説明図
【図5】 本発明に係る位置検出装置の位置ずれ検出と
面間隔検出の原理説明図
面間隔検出の原理説明図
【図6】 図1の受光手段11面上のラインセンサーと
入射光束の光量分布を示す説明図
入射光束の光量分布を示す説明図
【図7】 本発明に係るアライメントマークと該アライ
メントマークの配置状態を示す概略図
メントマークの配置状態を示す概略図
【図8】 本発明に係るアライメントマークと該アライ
メントマークの配置状態を示す概略図
メントマークの配置状態を示す概略図
1 光源 2 コリメーターレンズ 5 レンズ系 101 投光手段 6 ミラー 10 受光レンズ 11 受光手段 12 ラインセンサー(第1検出面) 13 ラインセンサー(第2検出面) 14 アライメントヘッド 15 入射光束 18 マスク 19 ウエハ 20M,20W,21M,71M,71W 各々物理
光学素子
光学素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−296603(JP,A) 特開 平2−167416(JP,A) 特開 平2−167405(JP,A) 特開 平2−69926(JP,A) 特開 昭63−122120(JP,A) 特開 平2−74808(JP,A) 特開 昭56−157033(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/027
Claims (6)
- 【請求項1】 所定の強度分布を持つ光束をマスクの位
置合わせパターンに照射し、該位置合わせパターンから
出射し且つウエハーを経由した信号光を用いて前記マス
クとウエハー間の位置ずれを検出する方法において、前
記信号光と同じ信号光を用いて前記光束の前記マスク上
への入射位置を予め決めた位置からのずれも検出し、前
記マスクに対して前記光束を位置合わせすることにより
前記入射位置のずれを補正し、前記位置合わせされた光
束により前記マスクとウエハー間の位置ずれを検出する
ことを特徴とする位置検出方法。 - 【請求項2】 第1物体と第2物体とを対向させて相対
的な位置検出を行う際、該第1物体と第2物体の少なく
とも一方の物体面上に第1,第2の2組の1対の物理光
学素子を位置検出方向とそれと直交方向に各々形成し、
投光手段からの光束のうち該第1の1対の物理光学素子
と他方の物体面で光学作用を受けた1対の光束Aを所定
面上に導光し、該所定面上での該1対の光束Aの光量分
布を検出すると共に該第2の1対の物理光学素子と他方
の物体面で光学作用を受けた1対の光束Bを所定面上に
導光し、該所定面上での該1対の光束Bの光量分布を検
出することにより、該投光手段と該一方の物体との位置
設定を行うようにしたことを特徴とする位置検出装置。 - 【請求項3】 前記第1,第2の2組の1対の物理光学
素子は前記第1物体と第2物体の相対的な位置検出用の
マークであることを特徴とする請求項2記載の位置検出
装置。 - 【請求項4】 第1物体と第2物体とを対向させて相対
的な位置検出を行う際、該第1物体面上と該第2物体面
上に各々1対の物理光学素子を少なくとも一方の物体面
上には位置検出方向とそれと直交方向に2組形成し、投
光手段からの光束を該第1物体面上と第2物体面上の1
対の物理光学素子を介し、このとき生ずる1対の回折光
を所定面上に導光し、該所定面上の回折光の光束位置を
検出手段で検出することにより、該第1物体と第2物体
との相対的な位置検出を行なう際、該投光手段からの光
束のうち該一方の物体面上に形成した第1の1対の物理
光学素子と他方の物体面で光学作用を受け、該検出手段
の第1検出面に入射する1対の回折光の光強度分布を検
出すると共に第2の1対の物理光学素子と他方の物体面
で光学作用を受け、該検出手段の第2検出面に入射する
1対の回折光の光強度分布を検出することにより、該投
光手段と該第1物体又は該第2物体との位置設定を行う
ようにしたことを特徴とする位置検出装置。 - 【請求項5】 前記第1の1対の物理光学素子は前記第
1物体と第2物体との相対的な位置検出を行うものであ
り、前記第2の1対の物理光学素子は前記第1物体と第
2物体との相対的な面間隔検出を行うものであることを
特徴とする請求項4記載の位置検出装置。 - 【請求項6】 請求項2,3,4又は5の位置検出装置
を用いて、第1物体と第2物体との相対的な位置合わせ
を行い第1物体面上のパターンを第2物体面上に露光転
写していることを特徴とする露光装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2-339905 | 1990-11-30 | ||
JP33990590 | 1990-11-30 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05243118A JPH05243118A (ja) | 1993-09-21 |
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ID=18331897
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3340209A Expired - Fee Related JP2890943B2 (ja) | 1990-11-30 | 1991-11-29 | 位置検出方法及びそれを用いた位置検出装置 |
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EP (1) | EP0488798B1 (ja) |
JP (1) | JP2890943B2 (ja) |
DE (1) | DE69129732T2 (ja) |
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JP3368017B2 (ja) * | 1993-10-29 | 2003-01-20 | キヤノン株式会社 | 位置検出装置及びそれを用いた半導体素子の製造方法 |
JPH0886612A (ja) * | 1994-09-19 | 1996-04-02 | Canon Inc | 光ヘテロダイン干渉を利用した位置ずれ検出装置 |
US5777744A (en) * | 1995-05-16 | 1998-07-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Exposure state detecting system and exposure apparatus using the same |
JP3517504B2 (ja) * | 1995-12-15 | 2004-04-12 | キヤノン株式会社 | 位置検出装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 |
US5969820A (en) * | 1996-06-13 | 1999-10-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Surface position detecting system and exposure apparatus using the same |
TW380288B (en) * | 1996-06-25 | 2000-01-21 | Seiko Epson Corp | Conductive pattern transfer printing method on film carrier and the mask and film carrier using the same |
JPH1022213A (ja) * | 1996-06-28 | 1998-01-23 | Canon Inc | 位置検出装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 |
US6013355A (en) * | 1996-12-30 | 2000-01-11 | International Business Machines Corp. | Testing laminates with x-ray moire interferometry |
JP4136067B2 (ja) * | 1997-05-02 | 2008-08-20 | キヤノン株式会社 | 検出装置及びそれを用いた露光装置 |
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JPH11142121A (ja) | 1997-11-11 | 1999-05-28 | Nikon Corp | レチクルの歪み計測方法および歪み計測装置 |
JPH11241908A (ja) | 1997-12-03 | 1999-09-07 | Canon Inc | 位置検出装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 |
US6240158B1 (en) * | 1998-02-17 | 2001-05-29 | Nikon Corporation | X-ray projection exposure apparatus with a position detection optical system |
JP3863339B2 (ja) * | 2000-03-28 | 2006-12-27 | 株式会社東芝 | 光軸ずれ測定方法 |
JP2005159213A (ja) * | 2003-11-28 | 2005-06-16 | Canon Inc | シアリング干渉を利用した測定方法及び装置、それを利用した露光方法及び装置、並びに、デバイス製造方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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FR2436967A1 (fr) * | 1978-09-19 | 1980-04-18 | Thomson Csf | Procede d'alignement optique de motifs dans deux plans rapproches et dispositif d'alignement mettant en oeuvre un tel procede |
US4326805A (en) * | 1980-04-11 | 1982-04-27 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Method and apparatus for aligning mask and wafer members |
US4801808A (en) * | 1984-07-27 | 1989-01-31 | Canon Kabushiki Kaisha | Alignment and exposure apparatus having an objective lens system capable of observing a mark on an exposure optical holding member to permit alignment of a mask relative to the exposure optical system |
JPH0749926B2 (ja) * | 1986-05-07 | 1995-05-31 | 日本電信電話株式会社 | 位置合わせ方法および位置合わせ装置 |
DE68925142T2 (de) * | 1988-02-16 | 1996-06-13 | Canon K.K., Tokio/Tokyo | Vorrichtung zum Nachweis der örtlichen Beziehung zwischen zwei Objekten |
JP2676933B2 (ja) * | 1988-09-05 | 1997-11-17 | キヤノン株式会社 | 位置検出装置 |
DE68928460T2 (de) * | 1988-09-06 | 1998-04-02 | Canon K.K., Tokio/Tokyo | Maskenkassetten-Ladevorrichtung |
DE69013790T2 (de) * | 1989-08-04 | 1995-05-04 | Canon K.K., Tokio/Tokyo | Verfahren und Vorrichtung zur Positionsbestimmung. |
US5200800A (en) * | 1990-05-01 | 1993-04-06 | Canon Kabushiki Kaisha | Position detecting method and apparatus |
-
1991
- 1991-11-29 JP JP3340209A patent/JP2890943B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1991-11-29 EP EP91311134A patent/EP0488798B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-11-29 DE DE69129732T patent/DE69129732T2/de not_active Expired - Fee Related
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EP0488798A3 (en) | 1992-12-02 |
US5396335A (en) | 1995-03-07 |
DE69129732D1 (de) | 1998-08-13 |
JPH05243118A (ja) | 1993-09-21 |
EP0488798A2 (en) | 1992-06-03 |
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