JP3048895B2 - Position detection method applied to proximity exposure - Google Patents
Position detection method applied to proximity exposureInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、アライメント時の位置
検出方法に関し、特に、近接露光のスループット向上に
適した位置検出方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a position detecting method at the time of alignment, and more particularly to a position detecting method suitable for improving the throughput of proximity exposure.
【０００２】[0002]
【従来の技術】レンズ系と画像処理系とを組み合わせた
アライメント装置において、アライメント時のウエハと
マスクの位置合わせ方法として、垂直検出法と斜方検出
法が知られている。垂直検出法は、アライメントマーク
をマスク面に垂直な方向から観測する方法であり、斜方
検出法は、斜めから観測する方法である。2. Description of the Related Art In an alignment apparatus combining a lens system and an image processing system, a vertical detection method and an oblique detection method are known as alignment methods of a wafer and a mask during alignment. The vertical detection method is a method of observing the alignment mark from a direction perpendicular to the mask surface, and the oblique detection method is a method of observing the alignment mark obliquely.
【０００３】垂直検出法で用いられる合焦方法として、
色収差二重焦点法が知られている。色収差二重焦点法
は、マスクに形成されたマスクマークとウエハに形成さ
れたアライメントマークとを異なる波長の光で観測し、
色収差を利用して同一平面に結像させる方法である。色
収差二重焦点法は、原理的にレンズの光学的な分解能を
高く設定できるため、絶対的な位置検出精度を高めるこ
とができる。As a focusing method used in the vertical detection method,
The chromatic double focus method is known. The chromatic aberration bifocal method observes a mask mark formed on a mask and an alignment mark formed on a wafer with light of different wavelengths,
This is a method of forming an image on the same plane using chromatic aberration. In the chromatic aberration double focus method, since the optical resolution of the lens can be set high in principle, the absolute position detection accuracy can be increased.
【０００４】一方、アライメントマークを垂直方向から
観測するために、観測のための光学系が露光領域に入り
込む。このままで露光すると、光学系が露光光を遮るこ
とになるため、露光時には光学系を露光領域から退避さ
せる必要がある。退避させるための移動時間が必要にな
るため、スループットが低下する。また、露光時にアラ
イメントマークを観測できないため位置検出ができなく
なる。これは、露光中のアライメント精度低下の原因に
なる。On the other hand, in order to observe the alignment mark in the vertical direction, an optical system for observation enters the exposure area. If the exposure is performed as it is, the optical system blocks the exposure light. Therefore, it is necessary to retract the optical system from the exposure area during the exposure. Since a moving time for evacuation is required, the throughput is reduced. Further, since the alignment mark cannot be observed at the time of exposure, the position cannot be detected. This causes a reduction in alignment accuracy during exposure.
【０００５】斜方検出法は、光軸がマスク面に対して斜
めになるように光学系を配置するため、露光光を遮らな
いように配置することができる。このため、露光中に光
学系を退避させる必要がなく、露光中でもアライメント
マークを観測することができる。従って、スループット
を低下させることなく、かつ露光中の位置ずれを防止す
ることができる。In the oblique detection method, since the optical system is arranged so that the optical axis is oblique to the mask surface, it can be arranged so as not to block the exposure light. Therefore, it is not necessary to retract the optical system during exposure, and the alignment mark can be observed even during exposure. Therefore, it is possible to prevent the displacement during the exposure without lowering the throughput.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】斜方検出法は、アライ
メントマークとマスクマークを斜方から観測して結像さ
せるため、像歪により位置検出の絶対精度が低下する。
これまで報告されている斜方検出方法では、観測光軸と
照明光軸とが分かれて対向する位置に配置されているた
め、両光軸の位置関係がずれやすい。両光軸の位置関係
がわずかにずれると像が変化し、正確な位置検出を行う
ことが困難になる。In the oblique detection method, since the alignment mark and the mask mark are observed obliquely to form an image, the absolute accuracy of position detection is reduced due to image distortion.
In the oblique detection method reported so far, the observation optical axis and the illumination optical axis are separated and arranged at opposing positions, so that the positional relationship between the two optical axes is easily shifted. If the positional relationship between the two optical axes is slightly shifted, the image changes, and it becomes difficult to perform accurate position detection.
【０００７】本発明の目的は、スループットを落とすこ
となく高精度なアライメントを行うことができる位置検
出方法を提供することである。An object of the present invention is to provide a position detecting method capable of performing high-accuracy alignment without lowering the throughput.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、入射光を散乱させるエッジを有する位置合わせ用ウ
エハマークが形成された露光面を有するウエハと、入射
光を散乱させるエッジを有する位置合わせ用のマスクマ
ークが形成された露光マスクとを、前記露光面が前記露
光マスクに対向するように間隙を挟んで配置する工程
と、前記ウエハマーク及びマスクマークに照明光を照射
し、ウエハマーク及びマスクマークのエッジからの散乱
光による像を、前記露光面に対して斜めの観測光軸を有
する光学系を用いて受光面上に同時に結像させ、結像し
た像を観測して、前記ウエハと露光マスクとの相対位置
を検出する工程とを含む位置検出方法が提供される。According to one aspect of the present invention, a wafer having an exposure surface on which an alignment wafer mark having an edge for scattering incident light is formed, and a position having an edge for scattering incident light are provided. Disposing an exposure mask on which a mask mark for alignment is formed with a gap therebetween so that the exposure surface faces the exposure mask; and irradiating the wafer mark and the mask mark with illumination light, And, the image by the scattered light from the edge of the mask mark, simultaneously imaged on the light receiving surface using an optical system having an observation optical axis oblique to the exposure surface, observing the formed image, Detecting a relative position between the wafer and the exposure mask.
【０００９】本発明の他の観点によると、前記相対位置
を検出する工程において、前記照明光は、前記ウエハマ
ーク及びマスクマークからの正反射光が前記光学系に入
射しない方向から照射される位置検出方法が提供され
る。According to another aspect of the present invention, in the step of detecting the relative position, the illuminating light is irradiated from a direction in which specularly reflected light from the wafer mark and the mask mark does not enter the optical system. A detection method is provided.
【００１０】本発明の他の観点によると、前記照明光の
光軸と前記観測光軸とが共通である位置検出方法が提供
される。本発明の他の観点によると、前記相対位置を検
出する工程が、前記光学系の合焦点位置にあるウエハマ
ークのエッジからの散乱光の像と、合焦点位置にあるマ
スクマークのエッジからの散乱光の像とを、前記光学系
の光軸を含む入射面へ垂直投影した２つの像の間の距離
を測定する工程と、前記距離を測定する工程で測定され
た距離を基に、前記露光面と前記露光マスクとの間の間
隔を求める工程とを含む位置検出方法が提供される。According to another aspect of the present invention, there is provided a position detecting method in which the optical axis of the illumination light and the observation optical axis are common. According to another aspect of the present invention, the step of detecting the relative position includes: an image of scattered light from an edge of a wafer mark at a focal point of the optical system; The image of the scattered light, the step of measuring the distance between two images perpendicularly projected on the incident surface including the optical axis of the optical system, based on the distance measured in the step of measuring the distance, Determining a distance between an exposure surface and the exposure mask.
【００１１】[0011]
【作用】一般に、照明光軸と観測光軸とを同軸とし、光
軸を露光面に対して斜めに配置すると、通常ウエハマー
ク及びマスクマークからの正反射光が観測光軸の方向に
戻ってこないため、これらマークの像を観測することが
できない。ここで、正反射とは、平行光束を入射させた
とき反射光も平行光束となり、入射角と反射角が等しく
なるような反射をいう。ウエハマーク及びマスクマーク
に入射光を散乱させるエッジを設けておくと、散乱光の
うち観測光学系の対物レンズの開口内にある光束によっ
て像ができるため、このエッジ散乱光を観測することが
できる。Generally, when the illumination optical axis and the observation optical axis are coaxial and the optical axis is arranged obliquely with respect to the exposure surface, the regular reflection light from the wafer mark and the mask mark usually returns in the direction of the observation optical axis. Therefore, the images of these marks cannot be observed. Here, the regular reflection refers to a reflection such that when a parallel light beam is incident, the reflected light also becomes a parallel light beam, and the incident angle and the reflection angle become equal. If an edge for scattering incident light is provided on the wafer mark and the mask mark, an image can be formed by a light flux in the aperture of the objective lens of the observation optical system out of the scattered light, so that the edge scattered light can be observed. .
【００１２】また、ウエハマーク及びマスクマークから
の正反射光が観測光学系に入射せず、エッジからの散乱
光のみが入射するような方向から照明光を照射しても、
エッジ散乱光を観測することができる。Further, even if the illumination light is irradiated from a direction in which the specularly reflected light from the wafer mark and the mask mark does not enter the observation optical system and only the scattered light from the edge enters.
Edge scattered light can be observed.
【００１３】観測光学系の受光面に結像するのは、合焦
点位置にあるウエハマーク及びマスクマークのエッジか
らの散乱光のみである。合焦点位置にあるウエハマーク
及びマスクマークのエッジからの散乱光の像を入射面に
垂直投影した２つの像の間の距離は、ウエハマーク及び
マスクマーク上の合焦点位置にあるエッジを入射面に垂
直投影した点の間の距離に対応する。ウエハマーク及び
マスクマーク上の合焦点位置にあるエッジを入射面に垂
直投影した点の間の距離から、露光面とマスク面との間
隔を求めることができる。The image formed on the light receiving surface of the observation optical system is only the scattered light from the edges of the wafer mark and the mask mark at the focal point. The distance between the two images obtained by vertically projecting the images of the scattered light from the edges of the wafer mark and the mask mark at the in-focus position onto the incident surface is determined by dividing the edge at the in-focus position on the wafer mark and the mask mark by the incident surface. Corresponds to the distance between the points projected vertically to. The distance between the exposure surface and the mask surface can be determined from the distance between the points at which the edges at the focal points on the wafer mark and the mask mark are vertically projected onto the incident surface.
【００１４】[0014]
【実施例】まず、図１を参照して本発明の実施例で観測
するエッジ散乱光について説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, an edge scattered light observed in an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【００１５】図１は、ウエハ表面に形成された位置合わ
せ用のウエハマークの斜視図を示す。ウエハ表面１に長
方形の平面形状を有する凸部２が形成されている。この
長方形の各辺に平行な方向をｘ軸及びｙ軸とする座標系
を考える。ｙ軸に垂直な入射面を有する照明光をウエハ
表面１に斜入射したとき、凸部２の上面等の鏡面領域に
入射した光３は正反射し、エッジ部分に入射した光４は
散乱する。なお、本明細書中で、正反射とは、平行光束
を入射させたとき反射光も平行光束となり、入射角と反
射角が等しくなるような反射をいう。FIG. 1 is a perspective view of an alignment wafer mark formed on the wafer surface. A projection 2 having a rectangular planar shape is formed on a wafer surface 1. Consider a coordinate system in which directions parallel to each side of the rectangle are x-axis and y-axis. When illumination light having an incident surface perpendicular to the y-axis is obliquely incident on the wafer surface 1, light 3 incident on a mirror region such as the upper surface of the convex portion 2 is specularly reflected, and light 4 incident on an edge portion is scattered. . In this specification, specular reflection refers to reflection in which, when a parallel light beam is incident, the reflected light also becomes a parallel light beam, and the incident angle and the reflection angle become equal.
【００１６】入射光軸と同軸の光軸を有する対物レンズ
５を含む光学系でウエハ表面１を観測する場合を考え
る。凸部２の上面等で正反射した光は対物レンズ５に入
射しないため、ウエハマークからの正反射光による像を
結ぶことはできない。これに対し、エッジからの散乱光
は四方八方に放射されるため、その一部が対物レンズ５
に入射する。従って、照明光の入射方向と同じ方向から
散乱光を観測することができる。本発明の実施例は、エ
ッジからの散乱光を観測することにより、ウエハの位置
検出を行うものである。Consider a case where the wafer surface 1 is observed with an optical system including an objective lens 5 having an optical axis coaxial with the incident optical axis. Since the light regularly reflected on the upper surface of the convex portion 2 does not enter the objective lens 5, an image cannot be formed by the regular reflection light from the wafer mark. On the other hand, since the scattered light from the edge is emitted in all directions, a part of the scattered light is
Incident on. Therefore, the scattered light can be observed from the same direction as the incident direction of the illumination light. In the embodiment of the present invention, the position of the wafer is detected by observing the scattered light from the edge.
【００１７】図２（Ａ）は、本発明の実施例による位置
検出装置の概略断面図を示す。位置検出装置はウエハ／
マスク保持部１０、光学系２０、及び制御装置３０を含
んで構成されている。FIG. 2A is a schematic sectional view of a position detecting device according to an embodiment of the present invention. The position detector is a wafer /
It includes a mask holding unit 10, an optical system 20, and a control device 30.
【００１８】ウエハ／マスク保持部１０は、ウエハ保持
台１５、マスク保持台１６、及び駆動機構１７から構成
されている。位置合わせ時には、ウエハ保持台１５の上
面にウエハ１１を保持し、マスク保持台１６の下面にマ
スク１２を保持する。ウエハ１１とマスク１２とは、ウ
エハ１１の露光面とマスク１２との間に一定の間隙が形
成されるように配置される。ウエハ１１の露光面には、
位置合わせ用のウエハマーク１３が形成され、マスク１
４の下面（マスク面）には位置合わせ用のマスクマーク
１４が形成されている。The wafer / mask holder 10 comprises a wafer holder 15, a mask holder 16, and a driving mechanism 17. At the time of alignment, the wafer 11 is held on the upper surface of the wafer holder 15 and the mask 12 is held on the lower surface of the mask holder 16. The wafer 11 and the mask 12 are arranged so that a certain gap is formed between the exposure surface of the wafer 11 and the mask 12. On the exposure surface of the wafer 11,
A wafer mark 13 for alignment is formed, and the mask 1
A mask mark 14 for alignment is formed on the lower surface (mask surface) of 4.
【００１９】ウエハマーク１３及びマスクマーク１４に
は、入射光を散乱させるエッジが形成されている。これ
らのマークに光が入射すると、エッジに当たった入射光
は散乱し、その他の領域に当たった入射光は正反射す
る。The wafer mark 13 and the mask mark 14 have edges formed to scatter incident light. When light enters these marks, the incident light that strikes the edges is scattered, and the incident light that strikes other areas is specularly reflected.
【００２０】駆動機構１７は、ウエハ保持台１５及びマ
スク保持台１６を相対的に移動することができる。図の
横方向にｘ軸、紙面に垂直な方向にｙ軸、露光面の法線
方向にｚ軸をとると、ウエハ１１とマスク１２は相対的
に、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向、及びｚ軸の回りの回転方
向（θz 方向）に移動可能である。なお、ｘ軸及びｙ軸
の回りの回転方向（θx 、θy 方向）にも回転可能であ
る。The driving mechanism 17 can relatively move the wafer holder 15 and the mask holder 16. When the x-axis is taken in the horizontal direction of the drawing, the y-axis is taken in a direction perpendicular to the paper surface, and the z-axis is taken in the normal direction of the exposure surface, the wafer 11 and the mask 12 are relatively in the x, y, z, and it is movable about a rotating direction of the z-axis (theta z-direction). It is also possible to rotate in rotation directions (θ x and θ y directions) around the x axis and the y axis.
【００２１】光学系２０は、像検出装置２１、レンズ２
２、ハーフミラー２３、及び光源２４を含んで構成され
ている。光学系２０は、その光軸２５が露光面に対して
斜めになるように配置されている。光源２４から放射さ
れた照明光はハーフミラー２３で反射して光軸２５に沿
った光束とされ、レンズ２２を通して露光面に斜入射さ
れる。光源２４はレンズ２２の像側の焦点に配置されて
おり、光源２４から放射された照明光はレンズ２２でコ
リメートされて平行光束になる。なお、光源２４は、照
射光の強度を調整することができる。The optical system 20 includes an image detecting device 21 and a lens 2
2, a half mirror 23, and a light source 24. The optical system 20 is arranged so that its optical axis 25 is oblique to the exposure surface. Illumination light emitted from the light source 24 is reflected by the half mirror 23 to form a light flux along the optical axis 25, and is obliquely incident on the exposure surface through the lens 22. The light source 24 is disposed at the focal point on the image side of the lens 22, and the illumination light emitted from the light source 24 is collimated by the lens 22 into a parallel light beam. In addition, the light source 24 can adjust the intensity of irradiation light.
【００２２】ウエハマーク１３及びマスクマーク１４の
エッジで散乱された散乱光のうちレンズ２２に入射する
光は、レンズ２２で収束されて像検出装置２１の受光面
に結像する。このように、光学系２０による照明は同軸
落射テレセン照明とされている。Of the scattered light scattered at the edges of the wafer mark 13 and the mask mark 14, the light incident on the lens 22 is converged by the lens 22 and forms an image on the light receiving surface of the image detecting device 21. Thus, the illumination by the optical system 20 is coaxial epi-telecentric illumination.
【００２３】像検出装置２１は、受光面に結像したウエ
ハマーク及びマスクマークの像を光電変換し画像信号に
変換する。画像信号は制御装置３０に入力される。制御
装置３０は、像検出装置２１から入力された画像信号を
処理して、ウエハマーク１３とマスクマーク１４の相対
位置を検出する。さらに、ウエハマーク１３とマスクマ
ーク１４が所定の相対位置関係になるように、駆動機構
１７に対して制御信号を送出する。駆動機構１７は、こ
の制御信号に基づいて、ウエハ保持台１５もしくはマス
ク保持台１６を移動させる。The image detecting device 21 photoelectrically converts the image of the wafer mark and the mask mark formed on the light receiving surface into an image signal. The image signal is input to the control device 30. The control device 30 processes the image signal input from the image detection device 21 to detect a relative position between the wafer mark 13 and the mask mark 14. Further, a control signal is sent to the driving mechanism 17 so that the wafer mark 13 and the mask mark 14 have a predetermined relative positional relationship. The drive mechanism 17 moves the wafer holder 15 or the mask holder 16 based on the control signal.
【００２４】図２（Ｂ）は、ウエハマーク１３及びマス
クマーク１４の相対位置関係を示す平面図である。四辺
がｘ軸もしくはｙ軸に平行に配置された長方形パターン
をｘ軸方向に３個配列して、１個のマークが構成されて
いる。なお、後述するように３個以上の長方形パターン
を配列してもよい。ウエハマーク１３は一対で形成され
ており、マスクマーク１４が一対のウエハマーク１３の
間に配置されている。FIG. 2B is a plan view showing a relative positional relationship between the wafer mark 13 and the mask mark 14. One mark is formed by arranging three rectangular patterns having four sides parallel to the x-axis or the y-axis in the x-axis direction. Note that three or more rectangular patterns may be arranged as described later. The wafer mark 13 is formed as a pair, and the mask mark 14 is arranged between the pair of wafer marks 13.
【００２５】図２（Ａ）のウエハマーク１３及びマスク
マーク１４は、図２（Ｂ）の一点鎖線Ａ１−Ａ１におけ
る断面を示している。ウエハマーク１３及びマスクマー
ク１４に入射した照明光は、図２（Ｂ）の各長方形パタ
ーンの光軸に向かって突き出したエッジで散乱される。
エッジ以外の領域に照射された光は正反射し、レンズ２
２には入射しない。従って、像検出装置２１でエッジか
らの散乱光のみを検出することができる。The wafer mark 13 and the mask mark 14 in FIG. 2A show a cross section taken along a chain line A1-A1 in FIG. 2B. Illumination light incident on the wafer mark 13 and the mask mark 14 is scattered at the edge protruding toward the optical axis of each rectangular pattern in FIG.
The light applied to the area other than the edge is specularly reflected, and the lens 2
No light is incident on 2. Therefore, only the scattered light from the edge can be detected by the image detection device 21.
【００２６】次に、エッジ散乱光による像の性質につい
て説明する。インコヒーレントな単色光による像の光強
度分布Ｉは、Next, the nature of an image due to edge scattered light will be described. The light intensity distribution I of an image by incoherent monochromatic light is
【００２７】[0027]
【数１】 (Equation 1)
【００２８】と表される。ここで、Ｏ（ｘ，ｙ）は観測
物体表面からの反射光の強度分布、ＰＳＦ（ｘ，ｙ）は
レンズの点像強度分布（point spread function ）、積
分は観測物体の表面全域における積分を表す。## EQU1 ## Here, O (x, y) is the intensity distribution of the reflected light from the surface of the observation object, PSF (x, y) is the point spread function (point spread function) of the lens, and the integral is the integral over the entire surface of the observation object. Represent.
【００２９】図２（Ｂ）の各長方形パターンの１つのエ
ッジに着目すると、光を反射する微小な点がｙ軸に平行
に配列したものと考えることができる。この微小な１点
からの反射光強度分布をディラックのデルタ関数δと仮
定する。実際に、微小な１点からの散乱光の強度分布は
デルタ関数に近似することができるであろう。レンズの
アイソプラナティズムが成立する範囲で、エッジがｙ軸
方向に延びているとすると、Ｏ（ｘ，ｙ）＝δ（ｘ）と
おくことができる。Focusing on one edge of each rectangular pattern in FIG. 2B, it can be considered that minute points reflecting light are arranged in parallel to the y-axis. It is assumed that the reflected light intensity distribution from this minute point is a Dirac delta function δ. In fact, the intensity distribution of the scattered light from a minute point could be approximated by a delta function. Assuming that the edge extends in the y-axis direction within a range in which the lens isoplanatism is established, O (x, y) = δ (x).
【００３０】式（１）は、Equation (1) is
【００３１】[0031]
【数２】 (Equation 2)
【００３２】と変形できる。このＩ（ｘ）はレンズの線
像強度分布（line spred function ）であり、It can be modified as follows. This I (x) is a line image intensity distribution (line spred function) of the lens,
【００３３】[0033]
【数３】 Ｉ（ｘ）＝ＬＳＦ（ｘ） …（３） と書くことができる。ここで、ＬＳＦ（ｘ）はレンズの
線像強度分布を表す。I (x) = LSF (x) (3) Here, LSF (x) represents the linear image intensity distribution of the lens.
【００３４】照明光が連続スペクトルを有する場合に
は、When the illumination light has a continuous spectrum,
【００３５】[0035]
【数４】 (Equation 4)
【００３６】と表される。ここで、λは光の波長、ＬＳ
Ｆλは波長λの線像強度分布、Δｘλは波長λの光に対
するレンズの色収差による線像の横ずれ量、積分は全波
長領域における積分を表す。## EQU2 ## Where λ is the wavelength of light, LS
Fλ is the line image intensity distribution of the wavelength λ, Δxλ is the lateral shift amount of the line image due to the chromatic aberration of the lens with respect to the light of the wavelength λ, and the integral is the integral over the entire wavelength region.
【００３７】式（４）から、エッジからの散乱光を観測
することはレンズの線像強度分布を観測していることと
等価になることがわかる。図２（Ｃ）の左図は、図２
（Ａ）の像検出装置２１の受光面に結像した像の形状を
示す。観測光軸を含む入射面と受光面との交線方向をｘ
軸、受光面内のｘ軸に直交する方向をｙ軸とすると、１
つのエッジによる像はｙ軸に平行な直線状形状になる。
従って、各マークの像は、ｙ軸に平行な直線状の像がｘ
軸方向に３個配列した形状になる。From equation (4), it can be seen that observing the scattered light from the edge is equivalent to observing the linear image intensity distribution of the lens. The left figure in FIG.
3A illustrates a shape of an image formed on a light receiving surface of the image detection device 21. FIG. Let x be the direction of the line of intersection between the incident surface including the observation optical axis and the light receiving surface.
Assuming that the direction orthogonal to the x-axis in the light-receiving surface is the y-axis, 1
The image by the two edges has a linear shape parallel to the y-axis.
Therefore, the image of each mark is a linear image parallel to the y-axis, x
The shape becomes three arranged in the axial direction.
【００３８】ウエハマーク１３のエッジ散乱光による一
対の像１３Ａの間に、マスクマーク１４のエッジ散乱光
による像１４Ａが形成されている。また、観測光軸が露
光面に対して斜めであるため、マスクマークの像１４Ａ
とウエハマークの像１３Ａとは、ｘ軸方向に関して異な
る位置に検出される。An image 14A formed by the edge scattered light of the mask mark 14 is formed between a pair of images 13A formed by the edge scattered light of the wafer mark 13. Also, since the observation optical axis is oblique to the exposure surface, the image 14A of the mask mark
And the wafer mark image 13A are detected at different positions in the x-axis direction.
【００３９】図２（Ｃ）の右図は、ウエハマークの像１
３Ａ及びマスクマークの像１４Ａのｙ軸方向の光強度分
布を示す。一方のウエハマークの像１３Ａとマスクマー
クの像１４Ａとのｙ軸方向の距離をｙ１、他方のウエハ
マークの像１３Ａとマスクマークの像１４Ａとのｙ軸方
向の距離をｙ２とする。ｙ１とｙ２を測定することによ
り、図２（Ｂ）におけるウエハマーク１３とマスクマー
ク１４のｙ軸方向の相対位置関係を知ることができる。FIG. 2C shows the image 1 of the wafer mark.
3A and 3B show light intensity distributions of a mask mark image 14A in the y-axis direction. The distance in the y-axis direction between the image 13A of one wafer mark and the image 14A of the mask mark is y1, and the distance in the y-axis direction between the image 13A of the other wafer mark and the image 14A of the mask mark is y2. By measuring y1 and y2, the relative positional relationship between the wafer mark 13 and the mask mark 14 in FIG. 2B in the y-axis direction can be known.
【００４０】例えば、マスクマークがｙ軸方向に関して
一対のウエハマークの中央にくるように位置決めしたい
場合には、ｙ１とｙ２とが等しくなるように、ウエハも
しくはマスクのうち一方を他方に対して相対的に移動さ
せればよい。このようにして、図２（Ｂ）におけるｙ軸
方向に関して位置合わせすることができる。図２
（Ａ）、（Ｂ）に示すような位置合わせ用のマークと光
学系とを３組配置することにより、ｘ軸、ｙ軸及びθz
方向に関して位置合わせすることができる。For example, when it is desired to position the mask mark such that the mask mark is located at the center of the pair of wafer marks in the y-axis direction, one of the wafer and the mask is positioned relative to the other such that y1 and y2 are equal. It is only necessary to move it. Thus, alignment can be performed in the y-axis direction in FIG. FIG.
By arranging three sets of alignment marks and an optical system as shown in FIGS. 3A and 3B, the x-axis, the y-axis, and θ z
It can be aligned with respect to direction.
【００４１】次に、露光面とマスク面との間隔を測定す
る方法について説明する。像検出装置２１の受光面に結
像している物点は、光学系２０の物空間において光軸に
垂直な平面上にある。以下、この平面を「被結像面」と
よぶ。Next, a method for measuring the distance between the exposure surface and the mask surface will be described. The object point formed on the light receiving surface of the image detection device 21 is on a plane perpendicular to the optical axis in the object space of the optical system 20. Hereinafter, this plane is referred to as an “imaging plane”.
【００４２】ウエハマーク及びマスクマークの各エッジ
のうち、被結像面上にあるエッジからの散乱光は受光面
上に合焦するが、被結像面上にないエッジからの散乱光
は合焦せず被結像面から遠ざかるに従ってピントがぼけ
る。従って、各マークのエッジのうち被結像面に最も近
い位置にあるエッジからの散乱光の像が最も鮮明にな
り、そのエッジからｘ軸方向に離れるに従って像がぼけ
る。Of the respective edges of the wafer mark and the mask mark, scattered light from the edge on the image plane is focused on the light receiving surface, but scattered light from the edge not on the image plane is focused. The focus defocuses as it moves away from the image plane without being scorched. Therefore, the image of the scattered light from the edge closest to the image plane among the edges of each mark becomes the sharpest, and the image becomes blurred as the distance from the edge in the x-axis direction increases.
【００４３】図２（Ｃ）において、距離ｘ1 は、ウエハ
マークの像１３Ａとマスクマークの像１４Ａのそれぞれ
最もピントが合っている点のｘ軸方向の距離を表す。す
なわち、距離ｘ1 は、ウエハマークの合焦点とマスクマ
ークの合焦点とを入射面へ垂直投影した点の距離にほぼ
等しい。In FIG. 2C, the distance x 1 represents the distance in the x-axis direction between the most in-focus points of the wafer mark image 13A and the mask mark image 14A. That is, the distance x 1 is substantially equal to the distance between the point at which the focal point of the wafer mark and the focal point of the mask mark are vertically projected on the incident surface.
【００４４】図２（Ｄ）は、ウエハ面１１及びマスク面
１２の被結像面近傍の入射面における断面図を示す。点
Ｑ2 はウエハ面１１と被結像面との交線上の点、点Ｑ1
はマスク面１２と被結像面との交線上の点である。線分
Ｑ1 Ｑ2 の長さが図２（Ｃ）における距離ｘ1 に対応す
る。FIG. 2D is a sectional view of the wafer surface 11 and the mask surface 12 on the incident surface in the vicinity of the imaging surface. The point Q 2 is a point on the line of intersection between the wafer surface 11 and the imaging surface, the point Q 1
Is a point on the line of intersection between the mask surface 12 and the image-receiving surface. The length of the line segment Q 1 Q 2 corresponds to the distance x 1 in FIG.
【００４５】線分Ｑ1 Ｑ2 の長さをＬ（Ｑ1 Ｑ2 ）で表
すと、露光面１１とマスク面１２との間隔δは、When the length of the line segment Q 1 Q 2 is represented by L (Q 1 Q 2 ), the distance δ between the exposure surface 11 and the mask surface 12 is
【００４６】[0046]
【数５】 δ＝Ｌ（Ｑ1 Ｑ2 ）×ｓｉｎ（α） …（５） と表される。ここで、αはウエハ面１１の法線方向と光
軸２５とのなす角である。従って、図２（Ｃ）における
距離ｘ1 を測定して線分Ｑ1 Ｑ2 の長さを求めることに
より、間隔δを知ることができる。間隔δをより正確に
知るためには、距離ｘ1 を正確に測定することが好まし
い。このためには、レンズの焦点深度が浅いほうがよ
い。Δ = L (Q 1 Q 2 ) × sin (α) (5) Here, α is the angle between the normal direction of the wafer surface 11 and the optical axis 25. Therefore, by determining the length of the line segment Q 1 Q 2 by measuring the distance x 1 in FIG. 2 (C), the can know the interval [delta]. In order to know the interval δ more accurately, it is preferable to accurately measure the distance x 1 . For this purpose, it is better that the focal depth of the lens is shallow.
【００４７】制御装置３０に、予め距離ｘ1 の目標値を
記憶させておき、測定された距離ｘ 1 が目標値に近づく
ように駆動機構１７を制御することにより、ウエハ面１
１とマスク面１２との間隔を所望の間隔に設定すること
ができる。The control device 30 stores the distance x in advance.1Target value
Memorized and measured distance x 1Approaches the target value
By controlling the driving mechanism 17 as described above, the wafer surface 1 is controlled.
Set the distance between 1 and mask surface 12 to a desired distance
Can be.
【００４８】次に、ウエハマーク及びマスクマークから
の散乱光を観察した実験結果について説明する。図３
（Ａ）は、観察対象のウエハマーク及びマスクマークの
平面図を示す。図の横方向に長い長方形のパターンが縦
方向に４μｍピッチで配列している。実際には、重ね合
わせ精度評価用のバーニアのパターンを用いた。Next, a description will be given of experimental results obtained by observing scattered light from a wafer mark and a mask mark. FIG.
(A) is a plan view of a wafer mark and a mask mark to be observed. In the figure, rectangular patterns that are long in the horizontal direction are arranged at a pitch of 4 μm in the vertical direction. In practice, a vernier pattern for evaluating overlay accuracy was used.
【００４９】図３（Ａ）に示す形状のウエハマークがレ
ジスト、ポリシリコン、若しくはアルミニウムで形成さ
れたウエハ、及び図３（Ａ）に示す形状のマスクマーク
が形成されたマスクについて観察を行った。図３（Ｂ）
〜（Ｅ）は、それぞれ各ウエハもしくはマスクの図２
（Ａ）の一点鎖線Ｂ２−Ｂ２における断面の一部を示
す。Observations were made on a wafer in which the wafer mark having the shape shown in FIG. 3A was formed of resist, polysilicon, or aluminum, and on a mask in which the mask mark having the shape shown in FIG. 3A was formed. . FIG. 3 (B)
2E to 2E show each wafer or mask.
(A) shows a part of a cross section taken along dashed-dotted line B2-B2.
【００５０】図３（Ｂ）は、レジストでウエハマークを
形成したウエハを示す。シリコン基板４０の表面上にレ
ジストパターン４１が形成されている。レジストパター
ン４１の厚さは１．８μｍである。FIG. 3B shows a wafer on which a wafer mark is formed with a resist. A resist pattern 41 is formed on the surface of the silicon substrate 40. The thickness of the resist pattern 41 is 1.8 μm.
【００５１】図３（Ｃ）は、ポリシリコンでウエハマー
クを形成したウエハを示す。シリコン基板５０の表面上
にＳｉＯ2 膜５１が形成され、ＳｉＯ2 膜５１の表面上
にポリシリコンでウエハマーク５２が形成されている。
ＳｉＯ2 膜５１の表面及びウエハマーク５２を覆うよう
にレジスト膜５３が塗布されている。ＳｉＯ2 膜５１の
厚さは１０２．６ｎｍ、ウエハマーク５２の厚さは１９
８．６ｎｍ、レジスト膜５３の厚さは１．８μｍであ
る。この基板をＭＯＳＦＥＴの製造工程途中の基板と考
えると、ＳｉＯ2 膜５１はゲート絶縁膜に対応し、ポリ
シリコンのウエハマーク５２はゲート電極に対応する。FIG. 3C shows a wafer on which a wafer mark is formed with polysilicon. An SiO 2 film 51 is formed on the surface of a silicon substrate 50, and a wafer mark 52 is formed of polysilicon on the surface of the SiO 2 film 51.
A resist film 53 is applied so as to cover the surface of the SiO 2 film 51 and the wafer mark 52. The thickness of the SiO 2 film 51 is 102.6 nm, and the thickness of the wafer mark 52 is 19
8.6 nm, and the thickness of the resist film 53 is 1.8 μm. If this substrate is considered as a substrate in the course of the MOSFET manufacturing process, the SiO 2 film 51 corresponds to the gate insulating film, and the polysilicon wafer mark 52 corresponds to the gate electrode.
【００５２】図３（Ｄ）は、アルミニウムでウエハマー
クを形成したウエハを示す。シリコン基板６０の表面上
にＳｉＯ2 膜６１が形成され、ＳｉＯ2 膜６１の上にア
ルミニウムでウエハマーク６２が形成されている。Ｓｉ
Ｏ2 膜６１の表面及びウエハマーク６２を覆うようにレ
ジスト膜６３が塗布されている。ウエハマーク６２の厚
さは５２３ｎｍ、レジスト膜６３の厚さは１．８μｍで
ある。なお、ウエハマーク６２の表面には反射防止用の
シリコン膜が形成されている。FIG. 3D shows a wafer on which a wafer mark is formed with aluminum. An SiO 2 film 61 is formed on the surface of a silicon substrate 60, and a wafer mark 62 made of aluminum is formed on the SiO 2 film 61. Si
A resist film 63 is applied so as to cover the surface of the O 2 film 61 and the wafer mark 62. The thickness of the wafer mark 62 is 523 nm, and the thickness of the resist film 63 is 1.8 μm. Note that a silicon film for preventing reflection is formed on the surface of the wafer mark 62.
【００５３】図３（Ｅ）は、マスクマークが形成された
マスクを示す。ＳｉＮからなるＸ線透過膜７０の下面に
タンタルからなるマスクマーク７１が形成されている。
Ｘ線透過膜７０の厚さは２μｍ、マスクマーク７１の厚
さは０．７５μｍである。FIG. 3E shows a mask on which a mask mark is formed. A mask mark 71 made of tantalum is formed on the lower surface of the X-ray transmission film 70 made of SiN.
The thickness of the X-ray transmission film 70 is 2 μm, and the thickness of the mask mark 71 is 0.75 μm.
【００５４】図３（Ｂ）〜（Ｅ）に示すサンプルを、図
３（Ａ）において露光面（紙面）の法線方向から図の下
方に３０°傾けた方向から金属顕微鏡で観察した。な
お、図３（Ｂ）〜（Ｄ）に示すウエハマークを観察する
ときには、Ｘ線露光用マスクのＸ線透過膜を通して観察
した。使用した金属顕微鏡の対物レンズの開口数ＮＡは
０．４、結像倍率は１００倍であり、照明光はハロゲン
ランプからの白色光、照明方法は同軸落射テレセン照明
である。The samples shown in FIGS. 3B to 3E were observed with a metal microscope from a direction inclined 30 ° downward from the normal direction of the exposure surface (paper surface) in FIG. 3A. When observing the wafer marks shown in FIGS. 3B to 3D, the observation was made through the X-ray transmitting film of the X-ray exposure mask. The numerical aperture NA of the objective lens of the metal microscope used was 0.4, the imaging magnification was 100 times, the illumination light was white light from a halogen lamp, and the illumination method was coaxial epi-telecentric illumination.
【００５５】図３（Ｆ）は、ポリシリコンでウエハマー
クを形成したウエハ（図３（Ｃ））を観察した顕微鏡写
真をスケッチした図である。像の上から約１／３あたり
の部分において、２本のエッジ散乱光の像が鮮明に現れ
ている。その上下にあるエッジからの散乱光の像は、ピ
ントが合っていないためぼけている。このように、ピン
トが合っている領域においては鮮明な像を検出すること
ができた。マスクとウエハ間での光干渉は見られなかっ
た。図３（Ｂ）、図３（Ｄ）、及び図３（Ｅ）のウエハ
もしくはマスクについても、図３（Ｃ）のウエハと同様
に鮮明な像を検出することができた。FIG. 3 (F) is a sketched micrograph of the wafer (FIG. 3 (C)) on which a wafer mark is formed with polysilicon. About two-thirds of the image from the top, two edge scattered light images clearly appear. The images of the scattered light from the upper and lower edges are blurred because they are out of focus. Thus, a clear image could be detected in the focused area. No optical interference was observed between the mask and the wafer. 3B, FIG. 3D, and FIG. 3E, a clear image could be detected similarly to the wafer of FIG. 3C.
【００５６】図３（Ｇ）は、光学倍率１００倍、電気倍
率９．３倍のテレビカメラで観察したときの画像を示
す。水平走査方向が、図３（Ａ）の横方向になるように
した。走査線の間隔は１５μｍである。すなわち、偶数
フィールドのみの走査線の間隔は３０μｍになる。図３
（Ｇ）に示すように、図の中央の３本の像が鮮明に現れ
ており、その上下の像はぼけている。他のサンプルにつ
いても、図３（Ｃ）のウエハと同様に鮮明な像を検出す
ることができた。FIG. 3G shows an image observed by a television camera having an optical magnification of 100 times and an electric magnification of 9.3 times. The horizontal scanning direction was set to be the horizontal direction in FIG. The interval between the scanning lines is 15 μm. That is, the interval between the scanning lines of only the even-numbered fields is 30 μm. FIG.
As shown in (G), three images in the center of the figure clearly appear, and the upper and lower images are blurred. For other samples, clear images could be detected as in the case of the wafer in FIG.
【００５７】図４は、図３（Ｇ）の上から３本目の鮮明
な像の信号波形を示す。図４（Ａ）〜図４（Ｆ）は、そ
れぞれ偶数フィールドの１２０番目〜１２５番目の走査
線の信号波形を示す。横軸は水平走査方向を表し、縦軸
は光強度を表す。横軸の中央が図３（Ｇ）の像の横方向
のほぼ中央に対応している。FIG. 4 shows the signal waveform of the third clear image from the top in FIG. 3 (G). 4A to 4F show signal waveforms of the 120th to 125th scanning lines of the even field, respectively. The horizontal axis represents the horizontal scanning direction, and the vertical axis represents the light intensity. The center of the horizontal axis corresponds to substantially the center in the horizontal direction of the image in FIG.
【００５８】図４（Ｂ）〜図４（Ｅ）に示すように、１
２１番目〜１２４番目の４本の走査線において、中央に
矩形状のピークが現れている。このピークがエッジ散乱
光による像に対応している。なお、中央のピークの両側
にあるマイナスのピークは、ビデオ信号の水平同期信号
である。As shown in FIGS. 4B to 4E, 1
In the 21st to 124th four scanning lines, a rectangular peak appears at the center. This peak corresponds to the image due to the edge scattered light. The negative peaks on both sides of the central peak are horizontal synchronizing signals of the video signal.
【００５９】図３（Ｇ）の上から４番目及び５番目の像
についても、３番目の像に対応する信号波形と同様の波
形を得ることができた。４番目の像については５本、５
番目の像については４本の走査線においてピークが検出
された。すなわち、図３（Ｇ）の鮮明に現れた３つの像
に対して、合計１３本の走査線においてピークが検出さ
れた。For the fourth and fifth images from the top in FIG. 3 (G), the same waveform as the signal waveform corresponding to the third image could be obtained. 5 for the fourth image, 5
For the second image, peaks were detected in four scan lines. That is, peaks were detected on a total of 13 scanning lines for the three clearly appearing images in FIG.
【００６０】奇数フィールドの走査線も考慮すると、合
計２６本の走査線においてピークが検出される。走査線
の間隔が１５μｍであり、光学倍率が１００倍であるた
め、ピークが現れた走査線の信号波形を検出することは
観測物体面上で２６〔本〕×１５〔μｍ／本〕÷１００
＝３．９〔μｍ〕の幅を有する範囲のマークを検出して
いることと等価になる。この範囲の大きさは、従来の色
収差２重焦点方式を用いた位置検出で検出できる範囲と
同等の大きさである。なお、検出可能範囲を拡大するた
めには、図３（Ａ）における長方形状パターンの配列ピ
ッチを狭くすればよい。Considering the scanning lines of the odd field, peaks are detected in a total of 26 scanning lines. Since the interval between the scanning lines is 15 μm and the optical magnification is 100 times, the detection of the signal waveform of the scanning line at which the peak appears is 26 [lines] × 15 [μm / lines] ÷ 100 on the observation object surface.
= 3.9 [μm] is equivalent to detecting a mark in a range having a width of 3.9 μm. The size of this range is equivalent to the range that can be detected by position detection using the conventional chromatic aberration dual focus method. In order to expand the detectable range, the arrangement pitch of the rectangular patterns in FIG.
【００６１】鮮明なピークを有する信号波形が得られれ
ば、特開平２−９１５０２号公開公報の３ページ左下欄
１１行目〜７ページ左上欄３行目に開示されている相似
性パターンマッチング方法を用いて、位置検出を行うこ
とができる。If a signal waveform having a sharp peak can be obtained, the similarity pattern matching method disclosed on page 3, lower left column, line 11 to page 7, upper left column, line 3 of JP-A-2-91502 can be used. Can be used to perform position detection.
【００６２】本発明の実施例によると、ウエハマーク及
びマスクマークを斜方から観測することにより、エッジ
の長手方向に関して位置合わせを行うことができる。光
学系を露光範囲内に配置する必要がないため、位置合わ
せ後にウエハを露光する場合、露光中も常時位置検出が
可能である。また、照明光軸と観察光軸を同軸にしてい
るため、軸ずれがなく常に安定した像を得ることができ
る。According to the embodiment of the present invention, by observing the wafer mark and the mask mark from an oblique direction, the alignment can be performed in the longitudinal direction of the edge. Since it is not necessary to dispose the optical system within the exposure range, when exposing the wafer after the alignment, the position can always be detected even during the exposure. In addition, since the illumination optical axis and the observation optical axis are coaxial, a stable image can be obtained without any axial deviation.
【００６３】また、テレセン照明としているため、焦点
深度の範囲内でエッジが移動したときのエッジ散乱光の
像の変化を抑制することができる。照明光のうち正反射
光は観測光学系に入射せず、散乱光のみが入射するた
め、照明光の強度を調整することにより、像のＳ／Ｎ比
を調整することができる。エッジ散乱光は、露光面上に
塗布されたレジスト膜中等で干渉しないため、干渉の影
響を受けず安定して位置検出を行うことができる。ま
た、インコヒーレントな照明光を使用するため、ウエハ
面とマスク面とのギャップでの光干渉もない。なお、コ
ヒーレント光を用いてもエッジ散乱光の観測は可能であ
る。Further, since the telecentric illumination is used, a change in the image of the edge scattered light when the edge moves within the range of the depth of focus can be suppressed. The regular reflection light of the illumination light does not enter the observation optical system, and only the scattered light enters. Therefore, the S / N ratio of the image can be adjusted by adjusting the intensity of the illumination light. Since the edge scattered light does not interfere in the resist film applied on the exposure surface or the like, the position can be stably detected without being affected by the interference. In addition, since incoherent illumination light is used, there is no light interference at the gap between the wafer surface and the mask surface. In addition, even if coherent light is used, edge scattered light can be observed.
【００６４】図３及び図４に示す観察実験では、観察光
軸と露光面の法線とのなす角度を３０度としたが、１５
度〜４５度の範囲で変化させた場合にもエッジ散乱光に
よる鮮明な像を検出することができた。In the observation experiments shown in FIGS. 3 and 4, the angle between the observation optical axis and the normal to the exposed surface was set to 30 degrees.
Even when the angle was changed in the range of degrees to 45 degrees, a clear image due to edge scattered light could be detected.
【００６５】上記実施例では、照明光軸と観測光軸とが
同軸である場合を説明したが、照明光軸と観測光軸との
位置関係を必ずしも同軸にする必要はない。前述のよう
に照明光の正反射光が観測光学系に入射しないような位
置関係であればよい。例えば、照明光軸と観測光軸とを
露光面に垂直投影した２つの線像の相互になす角度が９
０度よりも小さくなるような位置関係としてもよい。In the above embodiment, the case where the illumination optical axis and the observation optical axis are coaxial has been described, but the positional relationship between the illumination optical axis and the observation optical axis does not necessarily have to be coaxial. As described above, any positional relationship may be used as long as specular reflection light of the illumination light does not enter the observation optical system. For example, the angle between two line images perpendicularly projecting the illumination optical axis and the observation optical axis onto the exposure surface is 9
The positional relationship may be smaller than 0 degrees.
【００６６】図５（Ａ）は、照明光軸と観測光軸とを露
光面に垂直投影した２つの線像の相互になす角度が９０
度よりも小さくなるような位置関係とした場合の位置合
わせ用のマーク、照明光学系、及び観測光学系の位置関
係を示す概略平面図である。露光領域ＥＡ内にｘ軸方向
の位置合わせ用マークＭx 、ｙ軸方向の位置合わせ用マ
ークＭy1及びＭy2が配置されている。なお、図５（Ａ）
ではウエハマークとマスクマークとをまとめて１つのマ
ークとして表している。FIG. 5A shows that the angle between two line images perpendicularly projecting the illumination optical axis and the observation optical axis onto the exposure surface is 90 degrees.
FIG. 4 is a schematic plan view showing a positional relationship between a positioning mark, an illumination optical system, and an observation optical system when the positional relationship is smaller than the degree. Exposure area EA in the x-axis direction of the positioning marks M x, y-axis direction positioning marks M y1 and M y2 are arranged. Note that FIG.
In FIG. 2, the wafer mark and the mask mark are collectively represented as one mark.
【００６７】３つのマークＭx 、Ｍy1及びＭy2により、
ｘ軸方向、ｙ軸方向、及びｘｙ面内の回転方向（θz 方
向）の位置合わせを行うことができる。マークＭx に
は、照明光学系Ｌx から照明光が照射され、マークＭx
からのエッジ散乱光が観測光学系Ｄx により観測され
る。照明光学系Ｌx の光軸と観測光学系Ｄx の光軸とを
露光面へ垂直投影した２つの線像の相互になす角度αx
が９０度よりも小さいため、観測光学系Ｄx と照明光学
系Ｌx とを共に露光エリアＥＡに対して一方の側に配置
することができる。[0067] three marks M x, by M y1 and M y2,
x-axis direction, it is possible to perform the y-axis direction, and the alignment of the rotational direction (theta z-direction) in the xy plane. The mark M x is irradiated with illumination light from the illumination optical system L x , and the mark M x
Edge scattered light is observed by the observation optical system D x from. Angle alpha x constituting the optical axis of the illumination optical system L x and the optical axis of the observation optical system D x mutually two line images were vertically projected to the exposure surface
There can be arranged on one side smaller than 90 degrees, the the observation optical system D x an illumination optical system L x together with respect to the exposure area EA.
【００６８】マークＭy1、Ｍy2用のそれぞれの照明光学
系Ｌy1、Ｌy2及び観測光学系Ｄy1、Ｄy2も、同様に露光
エリアＥＡの一方の側に配置することができる。なお、
照明光軸と観測光軸とを露光面へ垂直投影した像が重な
り、両光軸とＺ軸とのなす角のみが異なるようにしても
よい。[0068] mark M y1, M each of an illumination optical system for y2 L y1, L y2 and observation optical system D y1, D y2 can also be arranged on one side of the same exposure area EA. In addition,
Images obtained by vertically projecting the illumination optical axis and the observation optical axis onto the exposure surface may overlap each other, and only the angle between both optical axes and the Z axis may be different.
【００６９】図５（Ｂ）は、露光面に対して斜方から照
明光を照射して、マークからの正反射光を観測して位置
合わせを行う従来方法の場合の位置合わせ用のマーク、
照明光学系、及び観測光学系の位置関係を示す概略平面
図である。図５（Ａ）の場合と同様に露光エリアＥＡ内
に位置合わせ用のマークＭx 、Ｍy1及びＭy2が配置され
ている。FIG. 5B shows an alignment mark in the case of the conventional method in which the exposure surface is irradiated with illumination light from an oblique direction, and specular reflection light from the mark is observed to perform alignment.
FIG. 2 is a schematic plan view illustrating a positional relationship between an illumination optical system and an observation optical system. Figure 5 mark M x if and for alignment in the same manner as the exposure area EA of (A), M y1 and M y2 are arranged.
【００７０】マークからの正反射光を観測するために
は、照明光軸と観測光軸とを露光面の法線に関して対称
の位置に配置する必要がある。例えば、マークＭx に図
の上方にある照明光学系Ｌx から照明光が照射され、図
の下方に配置された検出光学系Ｄx で正反射光を観測す
る。このため、照明光学系と観測光学系とを露光エリア
を挟んで相互に対向する位置に配置する必要がある。ま
た、照明光軸と観測光軸との相対位置のずれを防止する
ために、照明光学系Ｌx と検出光学系Ｄx とを１つの固
定部材Ｆx に取り付けることが好ましい。In order to observe the specularly reflected light from the mark, it is necessary to arrange the illumination optical axis and the observation optical axis symmetrically with respect to the normal to the exposure surface. For example, the illumination light is irradiated from the illumination optical system L x which is above the figure mark M x, observing the specular reflection light by the detection optical system D x which is arranged at the bottom of FIG. Therefore, it is necessary to arrange the illumination optical system and the observation optical system at positions facing each other with the exposure area interposed therebetween. Further, in order to prevent the displacement of the relative positions of the illumination optical axis and the observation optical axis, it is preferable to mount the illumination optical system L x and a detection optical system D x into one fixed member F x.
【００７１】マークＭy1、Ｍy2用のそれぞれの照明光学
系Ｌy1、Ｌy2及び検出光学系Ｄy1、Ｄy2も、同様に露光
エリアを挟んで相互に対向する位置に配置する必要があ
る。また、照明光学系Ｌy1と検出光学系Ｄy1を固定部材
Ｆy1に取り付け、照明光学系Ｌy2と検出光学系Ｄy2を固
定部材Ｆy2に取り付けることが好ましい。このため、露
光エリアＥＡの周囲の光学系の配置が複雑になり、装置
も大型化する。[0071] mark M y1, each of the illumination optical system for M y2 L y1, L y2 and detection optics D y1, D y2 also has to be disposed to face each other across the same exposure area . The mounting detection optical system D y1 and the illumination optical system L y1 to the fixing member F y1, preferred to attach the detection optical system D y2 and the illumination optical system L y2 to the fixing member F y2. For this reason, the arrangement of the optical system around the exposure area EA is complicated, and the size of the apparatus is also increased.
【００７２】これに対し、図５（Ａ）に示す位置合わせ
装置の場合は、前述のように照明光学系と観測光学系と
を露光エリアＥＡに対して一方の側に配置することがで
きるため、光学系の配置が単純になる。このため、装置
を小型化することができ、かつ光軸調整も容易になる。On the other hand, in the case of the positioning device shown in FIG. 5A, the illumination optical system and the observation optical system can be arranged on one side with respect to the exposure area EA as described above. The arrangement of the optical system is simplified. Therefore, the size of the apparatus can be reduced, and the optical axis can be easily adjusted.
【００７３】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。The present invention has been described in connection with the preferred embodiments.
The present invention is not limited to these. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
【００７４】[0074]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
斜方からウエハマーク及びマスクマークを観察して、高
精度に位置検出することができる。位置合わせを行った
後にウエハを露光する場合、露光範囲に光学系を配置す
る必要がないため、露光期間中も常時位置検出を行うこ
とができる。このため、高精度な露光が可能になる。As described above, according to the present invention,
By observing the wafer mark and the mask mark from an oblique direction, the position can be detected with high accuracy. When exposing the wafer after the alignment, it is not necessary to dispose an optical system in the exposure range, so that the position can be always detected even during the exposure period. Therefore, high-precision exposure can be performed.
【図１】ウエハマークからの反射及びエッジ散乱の様子
を説明するための、ウエハマークの斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a wafer mark for describing a state of reflection and edge scattering from the wafer mark.
【図２】図２（Ａ）は、本発明の実施例で使用する位置
検出装置の概略断面図、図２（Ｂ）は、ウエハマーク及
びマスクマークの平面図、図２（Ｃ）は、ウエハマーク
及びマスクマークからのエッジ散乱光による像及び像面
内の光強度分布を示す図、図２（Ｄ）は、ウエハ面及び
マスク面の被結像面近傍の断面図である。FIG. 2A is a schematic sectional view of a position detecting device used in an embodiment of the present invention, FIG. 2B is a plan view of a wafer mark and a mask mark, and FIG. FIG. 2D is a diagram showing an image due to edge scattered light from the wafer mark and the mask mark and a light intensity distribution in the image plane, and FIG. 2D is a cross-sectional view of the wafer plane and the mask plane in the vicinity of the imaging plane.
【図３】図３（Ａ）は、ウエハマークもしくはマスクマ
ークの平面図、図３（Ｂ）〜図３（Ｄ）は、ウエハマー
クが形成されたウエハの断面図、図３（Ｅ）は、マスク
マークが形成されたマスクの断面図、図３（Ｆ）は、図
３（Ａ）に示すウエハマークからのエッジ散乱光を金属
顕微鏡写真をスケッチした図、図３（Ｇ）は、図３
（Ａ）に示すウエハマークからのエッジ散乱光をテレビ
カメラで観測した画像をスケッチした図である。FIG. 3A is a plan view of a wafer mark or a mask mark, FIGS. 3B to 3D are cross-sectional views of a wafer on which a wafer mark is formed, and FIG. 3F is a cross-sectional view of a mask on which a mask mark is formed. FIG. 3F is a view in which an edge scattered light from the wafer mark shown in FIG. 3
FIG. 3 is a diagram in which an image obtained by observing edge scattered light from a wafer mark shown in FIG.
【図４】図３（Ｇ）のテレビカメラによる写真の各走査
線ごとの信号波形を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing signal waveforms for each scanning line of a photograph taken by the television camera in FIG. 3 (G).
【図５】光学系の配置を示すための、光学系及び露光エ
リアの平面図である。FIG. 5 is a plan view of an optical system and an exposure area for illustrating an arrangement of the optical system.
１ ウエハ表面 ２ 凸部 ３、４ 照明光 ５ 対物レンズ １０ ウエハ／マスク保持部 １１ ウエハ １２ マスク １３ ウエハマーク １４ マスクマーク １５ ウエハ保持台 １６ マスク保持台 １７ 駆動機構 ２０ 光学系 ２１ 像検出装置 ２２ レンズ ２３ ハーフミラー ２４ 光源 ２５ 光軸 ３０ 制御装置 ４０、５０、６０ シリコン基板 ４１、５２、６１ ウエハマーク ５１ ＳｉＯ2 膜 ５３、６２ レジスト膜 ７０ Ｘ線透過膜 ７１ マスクマークDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wafer surface 2 Convex part 3, 4 Illumination light 5 Objective lens 10 Wafer / mask holder 11 Wafer 12 Mask 13 Wafer mark 14 Mask mark 15 Wafer holder 16 Mask holder 17 Drive mechanism 20 Optical system 21 Image detector 22 Lens Reference Signs List 23 Half mirror 24 Light source 25 Optical axis 30 Controller 40, 50, 60 Silicon substrate 41, 52, 61 Wafer mark 51 SiO 2 film 53, 62 Resist film 70 X-ray transmission film 71 Mask mark
Claims (7)
合わせ用ウエハマークが形成された露光面を有するウエ
ハと、入射光を散乱させるエッジを有する位置合わせ用
のマスクマークが形成された露光マスクとを、前記露光
面が前記露光マスクに対向するように間隙を挟んで配置
する工程と、 前記ウエハマーク及びマスクマークに照明光を照射し、
ウエハマーク及びマスクマークのエッジからの散乱光に
よる像を、前記露光面に対して斜めの観測光軸を有する
光学系を用いて受光面上に同時に結像させ、結像した像
を観測して、前記ウエハと露光マスクとの相対位置を検
出する工程とを含む位置検出方法。1. A wafer having an exposure surface on which an alignment wafer mark having an edge for scattering incident light is formed, and an exposure mask having an alignment mask mark having an edge for scattering incident light formed thereon. Is disposed with a gap so that the exposure surface faces the exposure mask, and irradiating the wafer mark and the mask mark with illumination light,
The image by the scattered light from the edge of the wafer mark and the mask mark is simultaneously formed on the light receiving surface using an optical system having an observation optical axis oblique to the exposure surface, and the formed image is observed. Detecting the relative position between the wafer and the exposure mask.
スクマークからの正反射光が前記光学系に入射しない方
向から照射される請求項１に記載の位置検出方法。2. The position detection method according to claim 1, wherein the illumination light is applied from a direction in which specular reflection light from the wafer mark and the mask mark does not enter the optical system.
前記照明光の光軸を前記露光面へ垂直投影した線像と、
前記観測光軸を前記露光面へ垂直投影した線像とのなす
角度が９０度よりも小さい請求項２に記載の位置検出方
法。3. In the step of detecting the relative position,
A line image of the optical axis of the illumination light vertically projected onto the exposure surface,
3. The position detecting method according to claim 2, wherein an angle between the observation optical axis and a line image perpendicularly projected on the exposure surface is smaller than 90 degrees.
が共通である請求項３に記載の位置検出方法。4. The position detecting method according to claim 3, wherein an optical axis of the illumination light and an optical axis of the observation light are common.
る請求項４に記載の位置検出方法。5. The position detecting method according to claim 4, wherein the illumination light is collimated light.
前記ウエハと露光マスクとの前記エッジの長手方向に関
する相対位置を検出する請求項１〜５のいずれかに記載
の位置検出方法。6. In the step of detecting the relative position,
The position detecting method according to claim 1, wherein a relative position between the wafer and the exposure mask in a longitudinal direction of the edge is detected.
らの散乱光の像と、合焦点位置にあるマスクマークのエ
ッジからの散乱光の像とを、前記光学系の光軸を含む入
射面へ垂直投影した２つの像の間の距離を測定する工程
と、 前記距離を測定する工程で測定された距離を基に、前記
露光面と前記露光マスクとの間の間隔を求める工程とを
含む請求項１〜６のいずれかに記載の位置検出方法。7. The step of detecting the relative position includes: an image of scattered light from an edge of a wafer mark at a focal point of the optical system; and an image of scattered light from an edge of a mask mark at a focal point of the optical system. A step of measuring the distance between two images perpendicularly projected on the incident surface including the optical axis of the optical system, and the exposure surface and the light based on the distance measured in the step of measuring the distance. 7. The method according to claim 1, further comprising: determining an interval between the exposure mask and the exposure mask.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US6460612B1 (en) | 2002-02-12 | 2002-10-08 | Motorola, Inc. | Heat transfer device with a self adjusting wick and method of manufacturing same |
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