JPH03155114A - 縮小投影露光装置の位置合わせ方法 - Google Patents

縮小投影露光装置の位置合わせ方法

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JPH03155114A
JPH03155114A JP1294565A JP29456589A JPH03155114A JP H03155114 A JPH03155114 A JP H03155114A JP 1294565 A JP1294565 A JP 1294565A JP 29456589 A JP29456589 A JP 29456589A JP H03155114 A JPH03155114 A JP H03155114A
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JP
Japan
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positioning
laser beam
alignment
alignment mark
scattered light
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JP1294565A
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English (en)
Inventor
Keisuke Tanimoto
啓介 谷本
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Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は半導体装置の製造などに用いられる縮小投影露
光装置の位置合わせ方法に関する。
[従来の技術] 半導体装置の製造などに用いられる一般的な縮小投影露
光装置の位置合わせ方法では、ウェーハの露光面に沿っ
た2つの異なる方向に伸びる十字形、L字形等の位置合
わせマークを露光面上の所定位置にシリコン段差等によ
り設け、該ウェーハをX−Yステージに載せる。ここで
、まず位置合わせマークを含むウェーハ上の所定部分で
レーザ光を露光面に沿ったX方向に直線走査し、1ノー
ザ光の走査線と交わる位置合わせマークによるレーザ光
の散乱光または回折光を検出して位置合わせマークのX
方向についての位置を求め、請求められた位置合わせマ
ークの位置を基準にして縮小投影露光装置に対するウェ
ーハのX方向についての位置合わせをX−Yステージを
X方向に移動することにより行う。次に、Y方向につい
ても同様に、位置合わせマークを含むウェーハ上の所定
部分でレーザ光を露光面に沿ったY方向に直線走査し、
レーザ光の走査線と交わる位置合わせマークによるレー
ザ光の散乱光または回折光を検出して位置合わせマーク
のY方向についての位置を求め、請求められた位置合わ
せマークの位置を基準にして縮小投影露光装置に対する
ウェーハのY方向についての位置合わせをX−Yステー
ジをY方向に移動することにより行う。
また、上述した方法の他に、次に説明する方法も行われ
ている。即ち、上述した方法において、レーザ光をX方
向に走査させる代わりにウェーハをX方向に直線的に振
動させ、静止したレーザ光の位置合わせマークによる散
乱光または回折光を検出して位置合わせマークのX方向
について位置を求めてウェーハのX方向についての位置
合わせを行う。またY方向についても同様に、レーザ光
をY方向に走査させる代わりにウェーハをY方向に直線
的に振動させ、静止したレーザ光の位置合わせマークに
よる散乱光または回折光を検出して位置合わせマークの
Y方向について位置を求めてウェーハのY方向について
の位置合わせを行う。
[発明が解決しようとする課題] 縮小投影露光装置においては一般に位置合わせの精度を
高めることが望まれている。
しかしながら、上述した従来の縮小投影露光装置の位置
合わせ方法では、まずX方向及びY方向についての位置
合わせが別々に行われるため、方の方向についての位置
合わせを行っている間に既に完了している他方の位置合
わせにずれが生じて位置合わせの精度が低下してしまう
更に上述した従来の縮小投影露光装置の位置合わせ方法
では、X方向及びY方向についての位置合わせが別々に
行われるため、夫々のX方向及びY方向についての位置
合わせにおいて、レーザ光が斜めに入射した場合には、
レーザ光が垂直に入射した場合と比べて検出される散乱
光または回折光の位置はレーザ光の傾斜に応じてずれ、
このため検出された散乱光または回折光により求められ
る位置合わせマークのX方向及びY方向についての位置
が散乱光または回折光のずれに応じてそのまま夫々ずれ
る結果となり、位置合わせの精度が低下してしまう。
本発明の目的は、縮小投影露光装置において披露光体の
位置合わせの精度を高め得る縮小投影露光装置の位置合
わせ方法を提供することである。
[課題を解決するための手段] 本発明によれば前記目的は、被露光体の露光される面の
所定部分に前記露光される面に沿って少なくとも2つの
異なる方向に伸びる段差部分を含む位置合わせマークを
配置し、前記所定部分においてレーザ光のスポットが円
軌道を描くように該C−ザ光を走査し、前記走査された
レーザ光の前記位置合わせマークによる散乱光を検出し
、該検出された散乱光により前記露光される面に沿った
X−Y座標上での前記位置合わせマークの中心位置を求
め、請求められた位置合わせマークの中心位置が前記X
−Y座標上において前記円軌道の中心位置と重なるよう
に前記被露光体を縮小投影露光装置に対してX方向及び
Y方向に同時に移動させることにより前記縮小投影露光
装置に対する前記被露光体の位置合わせを行うことを特
徴とする縮小投影露光装置の位置合わせ方法によって達
成される。
[作用〕 本発明の縮小投影露光装置の位置合わせ方法においては
、被露光体の露光される面の所定部分に露光される面に
沿って少なくとも2つの異なる方向に伸びる段差部分を
含む位置合わせマークを配置する。位置合わせマークの
配置された所定部分においてレーザ光のスポットが円軌
道を描くようにレーザ光を走査する。ここで、走査され
たレーザ光は位置合わせマークの段差部分を横切って走
査される際に段差部分により散乱されて散乱光が発生す
る。この散乱光を検出して、検出された散乱光により露
光される面に沿ったX−Y座標上での位置合わせマーク
の中心位置を求める。X−Y座標上において、求められ
た位置合わせマークの中心位置がレーザ光のスポットの
円軌道の中心位置と重なるように被露光体を縮小投影露
光装置に対してX方向及びX方向に同時に移動させるこ
とにより縮小投影露光装置に対する被露光体の位置合わ
せを行う。
従って、本発明の縮小投影露光装置の位置合わせ方法に
よれば、X方向及びX方向についての位置合わせが同時
に行なわれるが故に、一方の方向についての位置合わせ
を行っている間に既に完了している他方の位置合わせに
ずれが生じることはなく、位置合わせの精度を高め得る
。更に、レーザ光のスポットが円軌道を描くようにレー
ザ光の走査が行われるが故に、レーザ光が斜めに入射し
た場合にはレーザ光が垂直に入射した場合と比べて、少
なくとも2つの方向に伸びる段差部分の夫々により散乱
して検出された散乱光の夫々の位置はレーザ光の傾斜に
応じてずれるが、検出された散乱光の夫々のずれは、レ
ーザ光のスポットの円軌道に沿ったずれであるので該円
軌道の中心位置として求められる位置合わせマークの中
心位置は、レーザ光が垂直に入射した場合に求められる
位置合わせマークの中心位置と同じ位置にくることにな
り、即ち位置合わせの精度を高め得る。
次に示す本発明の実施例から、本発明のこのような作用
がより明らかにされ、更に本発明の他の作用が明らかに
されよう。
[実施例] 本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本発明の一実施例である縮小投影露光装置の位置合わせ
方法に用いられる縮小投影露光装置1が概略構成図によ
り第1図に示されており、縮小投影露光装置1の回転子
24が拡大斜視図により第2図に示されており、縮小投
影露光装置1に適用されるウェーハの位置合わせマーク
52が拡大斜視図により第3図に示されている。
第1図において、縮小投影露光装置1のX−Yステージ
11上には被露光体としてのウェーハ50が載せられて
いる。ウェーハ50をX−Yステージ11に載せる際に
はまずウェーハ50のオリエンテーションフラットによ
り大まかな位置合わせがなされる。ウェーハ50の露光
される面である上面51には、適当なフォトレジスト等
の感光材料が塗布されており、上面5Iの主な部分は半
導体素子を形成するためのものである。上面51の半導
体素子を形成する部分の脇には、上面51に沿って少な
くとも2つの異なる方向としてX方向及びX方向に伸び
ており十字形を成す段差部分を含む位置合わせマーク5
2が設けられている。該段差部分はシリコン段差、酸化
膜段差、または金属段差から構成されている。
段差部分の形状としては、十字形の他に、L字形または
M字形でも良い。
縮小投影露光装置1を用いた縮小投影露光では、まず水
銀ランプ2により発せられた光を集光ミラー3、ミラー
4、レンズ5及びインチグレータロにより集光する。集
光された光は、ミラー7及びレンズ8を介してレチクル
9に入射され、レクチル9を透過した光が縮小レンズ1
0を介してウェーハ50上に結像し、ウェーハ50が露
光される。2方向移動装置18によるX方向及びX方向
へのX−Yステージ11の移動と露光とが繰り返されて
ウェーハ50に多数の同型の半導体素子が形成されるこ
とになる。尚、レチクル9に複数の半導体素子のパター
ンを形成しておき、−回の露光により複数の半導体素子
を同時に形成しても良い。
このような縮小投影露光を行うためには上述の露光作業
に先立ってレチクル9とウェーハ50とを正確に位置合
わせする必要がある。本実施例における該位置合わせに
おいては、まずX−Yステージ11に対するレチクル9
の位置を決め、X−Yステージ11に対する縮小投影露
光装置1のアラインメント光学系20の位置を読み取り
、これらのレチクル9及びアラインメント光学系20の
位置を基準にして露光の度毎に位置合わせマーク52と
アラインメント光学系20とを位置合わせすることによ
りレチクル9とウェーハ50とを迅速且つ正確に順次位
置合わせする。
まず、X−Yステージ11に対するレチクル9の位置決
めを行うために、レチクル9に透光性マーク17を設け
、X−Yステージ11にステージターゲット12を設け
る。ビデオモニタ15により、ステージターゲット12
をマーク17を通して且つミラー16を介して監視する
。このように監視しながら、図示しないレチクル移動手
段によりレチクル9を動かしてマーク17とステージタ
ーゲット12とを合わせる。以上のようにして、レチク
ル9の位置決めがなされ、レチクル9は該位置に固定さ
れる。
次に、X−Yステージ11に対するアラインメント光学
系20の位置を読み取るために、2方向移動装置18に
よりX−Yステージ11を移動させてステージターゲッ
ト12をアラインメント光学系2Gの下に移動させる。
ここで、アラインメント光学系20のレーザ光10Gを
走査してステージターゲット12による散乱光をCCD
エリアセンサ28により検出してこの散乱光が最大にな
るときのX−Y座標をレーザ光10Gのスポット位置座
標として読取る。
以上のように得られたレチクル9及びアラインメント光
学系20の位置を基準にして、以下に詳細に説明するよ
うに、位置合わせマーク52とアラインメント光学系2
Gとの位置合わせを行う。
アラインメント光学系20においては、位置合わせ用の
レーザ光源21により発せられたレーザ光をコンデンサ
レンズ22により広げレンズ23を介して平行光とし、
回転子24に入射する。回転子24は第2図に拡大斜視
図により示したように円盤状本体3Lから構成されてお
り図示しない駆動機構により回転中心軸32の回りを回
転する。回転中心軸32の脇に円盤状本体31を回転中
心軸32方向に貫通する穴33が開いている。従って、
回転する穴33を介して回転子24を通過しミラー25
に反射されて位置合わせマーク52の設けられたウェー
ハ50の部分においてレーザ光10Gのスポットは円軌
道を描くようになる。
第3図に拡大斜視図により示したように、位置合わせマ
ーク52上で円軌道41を描くように走査されるレーザ
光100は、十字状に4方向に伸びる位置合わせマーク
52を構成する4つの段差部分53.54.55及び5
6の夫々を横切って走査される。従って、前述のオリエ
ンテーク3ンフラツトによる大まかな位置合わせによる
誤差等により位置合わせマーク52が存在し得る任意の
範囲内に位置する位置合わせマーク52に対してレーザ
光100のスポットの円軌道41が4つの段差部分53
.54.55及び56の夫々を横切る程度に該円軌道4
!の大きさが例えば直径50μmから10[1μm程度
の大きさになるように回転子24等は構成されている。
このように走査されたレーザ光10Gは4つの段差部分
53.54.55及び56の夫々を横切って走査される
際に散乱されて散乱光が発生する。この散乱光の一部を
レンズ26により集めてミラー27で反射した後、CC
Dエリアセンサ28により検出する。ここで検出される
散乱光の様子を第4図及び第5図を用いて説明する。
第4図に、位置合わせマーク52及び位置合わせマーク
52上を走査されるレーザ光100のスポットの円軌道
40及び41を平面図により示す。同図において、円軌
道40は理想的な位置合わせを完了した状態におけるレ
ーザ光100のスポットの円軌道を表しており、円軌道
40の中心点が位置合わせマーク52の中心点0と一致
している。この状態においては、円軌道40上で4つの
段差部分53.54.55及び56を横切る点であるA
、B、C及びDにおいて散乱光が発生する。他方、同図
において、円軌道41は位置合わせを−行っている状態
におけるレーザ光100のスポットの円軌道を表してお
り、円軌道41の中心点01が位置合わせマーク52の
中心点Oからずれている。この状態においては、円軌道
41上で4つの段差部分53.54.55及び56を横
切る点であるA1、B1、C1及びDlにおいて散乱光
が発生する。
第5図(a)は、第4図において円軌道40上をレーザ
光100のスポットが走査された場合における円軌道4
0に沿った任意の走査の始点Sからの走査距離rに対す
る検出される散乱光の強度Pを示している。第5図(b
)は、第4図において円軌道41上をレーザ光のスポッ
トが走査された場合における円軌道41に沿った任意の
走査の始点Sからの走査距離rに対する検出される散乱
光の強度Pを示している。
第5図(3)では、軌道40上で4つの点A、B。
C及びDにおいて発生する散乱光のピークは、同図にお
いて走査距離rについて等間隔に並んでいる。ここで、
前述したように円軌道41の大きさが例えば直径50μ
mから100μm程度である場合には4つの散乱光のピ
ークの間隔は、50Xπμmから100 Xπμm程度
となる。尚、点A、B、C及びDに対応する夫々の散乱
光のピークは、より厳密に言えば4つの段差部分53.
54.55及び56の夫々について円軌道40の横切る
段差の幅に応じた間隔を持つ2つの近接したピークから
なっている。これは段差部分においては両側の側縁部に
おいて夫々散乱光が発生するためである。
第5図(b)では、軌道41上で4つの点A0、B1、
C1及びDlにおいて発生する散乱光のピークは、同図
において走査距離rについて等間隔にならんでおらず、
点A、 、B、 、C,及びDlに対応する夫々の散乱
光のピークは、第5図(りの場合と比べて夫々△a1△
b1△C及び△dずれている。従って、△a1△b1△
C及び△dから中心点01と中心点0とのX方向のずれ
△X及びY方向のずれ△Yは計算により容易に求められ
る。
このようにして求められた△X及び△Yの相乗平均(△
X+△y)I/2を最小とするように2方向移動装置1
8によりX−Yステージ11をX方向及びY方向につい
て同時に移動する。このようなレザ光+00の照射、散
乱光の検出、X−Yステージ11の移動は必要に応じて
繰り返され、最終的には第5図(a)に示されたような
A、B、C及びDにおいて発生する散乱光のピークが走
査距離rについてほぼ等間隔に並べられた状態になるこ
とになる。
以上のようにして、位置合わせマーク52と縮小投影露
光装置1のアラインメント光学系20との位置合わせを
達成することができ、即ちレチクル9とウェーハ50と
の位置合わせを達成したことになる。
このようにレチクル9とウェーハ50との位置合わせの
完了後、ウェーハ50の縮小投影露光を一回行うことが
できるが、位置合わせマーク52をウェーハ50の上面
51の半導体素子を形成する部分の脇及び/又は間に複
数個設け、夫々の位置合わせマーク52に対して以上の
位置合わせ方法を繰り返すことにより、一つのウェーハ
50に対して2方向移動装置18によるX方向及びY方
向へのX−Yステージ11の移動及び位置合わせ並びに
露光を順次繰り返して行うことが生産性を向上させるた
めに好ましい。
このように本実施例によれば位置合わせマーク52でレ
ーザ光10Gのスポットが円軌道41を描くようにレー
ザ光10Gを走査し、位置合わせマーク52からの散乱
光を検出することにより求められた位置合わせマーク5
2の中心位置を円軌道41の中心位置と重なるようにX
−Yステージ11をX方向及びY方向に同時に移動させ
ることによりアラインメント光学系20に対する位置合
わせマーク52の位置合わせを行うので、X方向につい
ての位置合わせを行っている間にY方向の位置合わせに
ずれが生じることはなく、位置合わせの精度を高め得る
ここで、第6図、第7図、第8図及び第9図を用いてレ
ーザ光が位置合わせマーク52を構成する4つの段差部
分53.54.55及び56に入射される際にX−Y平
面に対して垂直ではな(斜めに入射した場合について説
明する。
第6図(a)には、上述の実施例に係る4つの段差部分
53.54.55及び56の夫々、並びに従来の位置合
わせマークにおける段差部分に用いられるのと同様なウ
ェーハ63に設けられた位置合わせマークを構成する一
つの段差部分62の断面図が示されている。同図は、レ
ーザ光60がウェーハ63に垂直に入射された場合を示
している。第6図(b)には、段差部分62による散乱
光の強度Pが同図でX方向に沿った走査距離Xを横軸に
とって示されている。
散乱光の強度Pは段差部分62の縁64及び65におい
て最も強くなり、これら縁64及び65に2つのピクを
持つ散乱光が発生する。従ってこの場合には、第6図(
b)に示したように段差部分62による散乱光は段差部
分62の中心に対して左右対象な2つのピークを持つ散
乱光の強度Pの信号として検出されることになる。この
ため、段差部分62の中心線61と検出された信号の加
重平均中心位置65とは−致し、即ち検出された散乱光
の中心のX座標は段差部分62の中心に正確に対応した
ものとなる。
第7図には、第6図と同様に断面図及び散乱光の強度P
が図式的に示されているが、これはレ−ザ光60がウェ
ーハ63に斜めに入射された場合を示す。この場合、縁
64及び65に2つのピークを持つ散乱光が発生するが
、レーザ光の傾けられた側にある縁64による散乱光の
強度は反対側にある縁65による散乱光の強度Pよりも
強くなる。従ってこの場合には、第7図(b)に示した
ように段差部分62による散乱光は段差部分62の中心
に対して左右対象でない2つのピークを持つ散乱光の強
度Pの信号として検出されることになる。このため、段
差部分62の中心線61と検出された信号の加重平均中
心位置65とは△X、だけずれてしまう。
従って第8図に平面図で示したように、X方向又はY方
向で別々に位置合わせマークを構成する段差部分81に
対して走査線80に沿って直線走査させる従来の方法を
用いた場合、この段差部分81をX方向用の段差部分と
すると、散乱光により求められる段差部分81は、レー
ザ光60がウェーハ63に斜めに入射された場合には、
同図に破線で示した見掛けの段差部分+81のようにX
方向に段差部分81が真の位置からずれる。このため、
位置合わせマークのX方向中心位置Ox8は、第7図(
b)に示した△X1の分だけ真の位置合わせマークのX
方向中心位置O工からずれてしまう。同様にして位置合
わせマークのY方向中心位置も、Y方向に沿って真の位
置合わせマークのY方向中心位置からずれてしまう。こ
の結果、従来のようにX方向又はY方向で別々に位置合
わせを行う場合には、レーザ光が斜めに入射されると、
検出される位置合わせマークの中心位置が真の位置合わ
せマークの中心位置からずれるという欠点がある。
これに対し、第9図に示したように前述の実施例による
レーザ光100のスポットを円軌道上で走査させる方法
を用いた場合、散乱光により検出される4つ部分53.
54.55及び56からなる位置合わせマーク52は、
レーザ光60がウェーハ63に斜めに入射された場合に
は、同図に破線で示した見掛けの4つ部分153. t
54.155及び156のように4つ部分5354.5
5及び56が真の位置から夫々ずれる。しかしながら、
これらのずれは夫々レーザ光100のスポットの円軌道
41に沿ったずれであるので円軌道41の中心点として
求められる位置合わせマーク52の中心点01は、真の
位置合わせマーク52の中心点Oと一致することになる
このように本実施例によれば、レーザ光が斜めに入射し
た場合にも、求められた位置合わせマークの中心位置は
、レーザ光が垂直に入射した場合に求められる位置合わ
せマークの中心位置と同じとなるという利点がある。従
って、本実施例においては、レーザ光のウェーハへの入
射を垂直にしても良く又は斜めにしても良く、縮小投影
露光装置1の設計自由度等を増すことができる。
[発明の効果コ 本発明の縮小投影露光装置の位置合わせ方法においては
、位置合わせマークの配置された被露光体の露光される
面の所定部分においてレーザ光のスポットが円軌道を描
くようにレーザ光を走査し、位置合わせマークからの散
乱光を検出することにより求められたX−Y座標上にお
ける位置合わせマークの中心位置がレーザ光のスポット
の円軌道の中心位置と重なるように被露光体を縮小投影
露光装置に対してX方向及びY方向に同時に移動させる
ことにより縮小投影露光装置に対する被露光体の位置合
わせを行う。このため、一方の方向についての位置合わ
せを行っている間に既に完了している他方の位置合わせ
にずれが生じることはなく、位置合わせの精度を高め得
る。更に、レーザ光のスポットが円軌道を描くようにレ
ーザ光の走査が行われるが故に、レーザ光が斜めに入射
した場合にも、求められた位置合わせマークの中心位置
は、レーザ光が垂直に入射した場合に求められる位置合
わせマークの中心位置と同じとなり、即ち位置合わせの
精度を高め得る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に用いられる縮小投影露光装
置を示す概略構成図、第2図は第1図の縮小投影露光装
置の回転子の拡大斜視図、第3図は本発明の一実施例に
用いられるウェーハの位置合わせマークの拡大斜視図、
第4図は本発明の一実施例において位置合わせマーク上
を走査されるレーザ光のスポットの軌道を示す平面図、
第5図は本発明の一実施例において位置合わせマークか
らの散乱光を縮小投影露光装置のセンサにより検出した
際の信号を示す図、第6図は従来技術においてX−Y平
面に垂直にレーザ光が入射した場合の散乱光の分布及び
位置合わせマークの断面図をX軸を揃えて示した図、第
7図は従来技術においてX−Y平面に斜めにレーザ光が
入射した場合の散乱光の分布及び位置合わせマークの断
面図をX軸を揃えて示した図、第8図は従来技術におい
てX−Y平面に斜めにレーザ光が入射された場合に求め
られる位置合わせマークのずれを示した平面図、第9図
は本発明の一実施例においてX−Y平面に斜めにレーザ
光が入射された場合に求められる位置合わせマークのず
れを示した平面図である。 1・・・・・・縮小投影露光装置、2・・・・・・水銀
ランプ、3・・・・・・集光ミラー、4.7.25.2
7・・・・・・反射ミラ、5.23.26・・・・・・
レンズ、6・・・・・・インテグレータ、8.22・・
・・・・コンデンサレンズ、9・・・・・・レチクル、
10・・・・・・縮小レンズ、1F・・・・・・X−Y
ステージ、12・・・・・・ステージターゲット、18
・・・・・・2方向移動装置、20・・・・・・アライ
ンメント光学系、21・・・・・・レーザ光源、24・
・・・・・回転子、28・・・・・・CCDエリアセン
サ、50、63、・・・・・・ウェーハ、51・・・・
・・上面、52.62、・・・・・・位置合わせマーク
、40141.80、・・・・・・レーザ光のスポット
の軌道、60.70.100・・・・・・入射レーザ光
。 土1負へ (504)シャープ法式会社

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  被露光体の露光される面の所定部分に前記露光される
    面に沿って少なくとも2つの異なる方向に伸びる段差部
    分を含む位置合わせマークを配置し、前記所定部分にお
    いてレーザ光のスポットが円軌道を描くように該レーザ
    光を走査し、前記走査されたレーザ光の前記位置合わせ
    マークによる散乱光を検出し、該検出された散乱光によ
    り前記露光される面に沿ったX−Y座標上での前記位置
    合わせマークの中心位置を求め、該求められた位置合わ
    せマークの中心位置が前記X−Y座標上において前記円
    軌道の中心位置と重なるように前記被露光体を縮小投影
    露光装置に対してX方向及びY方向に同時に移動させる
    ことにより前記縮小投影露光装置に対する前記被露光体
    の位置合わせを行うことを特徴とする縮小投影露光装置
    の位置合わせ方法。
JP1294565A 1989-11-13 1989-11-13 縮小投影露光装置の位置合わせ方法 Pending JPH03155114A (ja)

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