JPH0566109A - 位置検出装置 - Google Patents
位置検出装置Info
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- JPH0566109A JPH0566109A JP4020514A JP2051492A JPH0566109A JP H0566109 A JPH0566109 A JP H0566109A JP 4020514 A JP4020514 A JP 4020514A JP 2051492 A JP2051492 A JP 2051492A JP H0566109 A JPH0566109 A JP H0566109A
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
- G03F9/7073—Alignment marks and their environment
- G03F9/7076—Mark details, e.g. phase grating mark, temporary mark
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
- G03F9/7003—Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
- G03F9/7023—Aligning or positioning in direction perpendicular to substrate surface
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体素子製造装置においてマスクとウエハ
との３次元的な相対位置決め（アライメント）を高精度
に行なうことのできる位置検出装置を得ること。 【構成】 第１物体と第２物体とを対向させて相対的な
位置検出を行なう際、該第１物体面上と該第２物体面上
に各々物理光学素子を形成し、このうち一方の物理光学
素子に投光手段から光を入射させたときに生ずる回折光
を他方の物理光学素子に入射させ、該他方の物理光学素
子により所定面上に生ずる回折パターンの光束を受光手
段により検出する粗検出手段及び該粗検出手段と同一方
向の位置ずれ量を該粗検出手段の投光手段及び受光手段
の一部を共有する微検出手段とを設け、該粗検出手段か
らの信号を利用して該第１物体と第２物体との相対的位
置関係を該微検出手段の検出可能領域に追い込んでから
該微検出手段からの信号を利用して該第１物体と該第２
物体との相対的な位置検出を行なったこと。
との３次元的な相対位置決め（アライメント）を高精度
に行なうことのできる位置検出装置を得ること。 【構成】 第１物体と第２物体とを対向させて相対的な
位置検出を行なう際、該第１物体面上と該第２物体面上
に各々物理光学素子を形成し、このうち一方の物理光学
素子に投光手段から光を入射させたときに生ずる回折光
を他方の物理光学素子に入射させ、該他方の物理光学素
子により所定面上に生ずる回折パターンの光束を受光手
段により検出する粗検出手段及び該粗検出手段と同一方
向の位置ずれ量を該粗検出手段の投光手段及び受光手段
の一部を共有する微検出手段とを設け、該粗検出手段か
らの信号を利用して該第１物体と第２物体との相対的位
置関係を該微検出手段の検出可能領域に追い込んでから
該微検出手段からの信号を利用して該第１物体と該第２
物体との相対的な位置検出を行なったこと。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は位置検出装置に関し、例
えば半導体素子製造用の露光装置において、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特
に３次元的な相対位置決め（アライメント）を行なう場
合に好適な位置検出装置に関するものである。
えば半導体素子製造用の露光装置において、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特
に３次元的な相対位置決め（アライメント）を行なう場
合に好適な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装置の露光装置
においては、マスクとウエハの相対位置合わせは性能向
上を図るため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
高集積化のために、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。
においては、マスクとウエハの相対位置合わせは性能向
上を図るため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
高集積化のために、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】多くの位置検出装置においては、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
ンを設け、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。
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
ンを設け、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。
【０００４】これらの位置合わせ装置の多くは、２つ以
上の位置検出手段を用いている。そして、まず測定可能
な検出範囲が広く精度の比較的低いアライメント手段
（以下、「粗アライメント」と呼ぶ）で位置合わせを行
なった後、検出範囲が比較的狭く精度の高いアライメン
ト手段（以下、「微アライメント」と呼ぶ）以降でさら
に位置合わせを行なう方法が用いられてきた。
上の位置検出手段を用いている。そして、まず測定可能
な検出範囲が広く精度の比較的低いアライメント手段
（以下、「粗アライメント」と呼ぶ）で位置合わせを行
なった後、検出範囲が比較的狭く精度の高いアライメン
ト手段（以下、「微アライメント」と呼ぶ）以降でさら
に位置合わせを行なう方法が用いられてきた。
【０００５】このときのアライメント方法としては、例
えば双方のアライメントパターンのずれ量を画像処理を
行なうことにより検出したり、又は米国特許第4037969
号や特開昭 56-157033号公報で提案されているようにア
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。
えば双方のアライメントパターンのずれ量を画像処理を
行なうことにより検出したり、又は米国特許第4037969
号や特開昭 56-157033号公報で提案されているようにア
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。
【０００６】このうちマスクとウエハとの位置ずれ検出
系（横ずれ検知系）として粗アライメントに画像処理方
式を用いたもの、微アライメントにデュアルパワーグレ
ーティング方式を用いたもの、またマスクとウエハの面
間隔の間隔検知系として粗アライメント及び微アライメ
ントに所謂Ａ2 Ｆ方式を用いたものが挙げられる。これ
らはいずれも、微アライメントの検出範囲に対し十分精
度の粗アライメントをウエハの露光位置とは別の位置で
行った後、露光位置へウエハを移動させてマスクとの微
アライメントを行っている。
系（横ずれ検知系）として粗アライメントに画像処理方
式を用いたもの、微アライメントにデュアルパワーグレ
ーティング方式を用いたもの、またマスクとウエハの面
間隔の間隔検知系として粗アライメント及び微アライメ
ントに所謂Ａ2 Ｆ方式を用いたものが挙げられる。これ
らはいずれも、微アライメントの検出範囲に対し十分精
度の粗アライメントをウエハの露光位置とは別の位置で
行った後、露光位置へウエハを移動させてマスクとの微
アライメントを行っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前記従来例の各アライ
メント方式において、位置合わせ性能を充分発揮させる
には、特に微アライメントにおいて高い検出分解能を得
るようにする必要がある。しかし、単に検出分解能を上
げようとすると測定可能な位置ずれの検出範囲が狭くな
ってくる傾向がある。このことは微アライメントにおい
て高い分解能を得ようとすれば、微アライメントの検出
範囲が狭くなり、この結果粗アライメントの位置合わせ
精度がそのままでは十分でなくなるということになる。
メント方式において、位置合わせ性能を充分発揮させる
には、特に微アライメントにおいて高い検出分解能を得
るようにする必要がある。しかし、単に検出分解能を上
げようとすると測定可能な位置ずれの検出範囲が狭くな
ってくる傾向がある。このことは微アライメントにおい
て高い分解能を得ようとすれば、微アライメントの検出
範囲が狭くなり、この結果粗アライメントの位置合わせ
精度がそのままでは十分でなくなるということになる。
【０００８】この他、従来は粗アライメント系と微アラ
イメント系とが独立した系であった為、双方のアライメ
ント系を適切に較正しなければならず、この結果装置全
体が大型化及び複雑化し、装置のコストも高くなってく
るという問題が生じてくる。
イメント系とが独立した系であった為、双方のアライメ
ント系を適切に較正しなければならず、この結果装置全
体が大型化及び複雑化し、装置のコストも高くなってく
るという問題が生じてくる。
【０００９】本発明は、マスク等の第１物体とウエハ等
の第２物体の相対的な位置検出を行う位置検出装置にお
いて、粗アライメント系と微アライメント系の一部を共
有して構成し、粗アライメントから微アライメントを連
続的に行うことにより高精度な位置合わせを実現する位
置検出装置の提供を目的とする。
の第２物体の相対的な位置検出を行う位置検出装置にお
いて、粗アライメント系と微アライメント系の一部を共
有して構成し、粗アライメントから微アライメントを連
続的に行うことにより高精度な位置合わせを実現する位
置検出装置の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】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
出を行なう際、該第１物体面上と該第２物体面上に各々
物理光学素子を形成し、このうち一方の物理光学素子に
投光手段から光を入射させたときに生ずる回折光を他方
の物理光学素子に入射させ、該他方の物理光学素子によ
り所定面上に生ずる回折パターンの光束を受光手段によ
り検出する粗検出手段及び該粗検出手段と同一方向の位
置ずれ量を該粗検出手段の投光手段及び受光手段の一部
を共有すると共に該粗検出手段とは異なる検出精度又は
／及び位置ずれ検出可能範囲を有する該微検出手段とを
設け、該粗検出手段と該微検出手段とを利用して該第１
物体と該第２物体との相対的な位置検出を行なったこと
を特徴としている。
は、第１物体と第２物体とを対向させて相対的な位置検
出を行なう際、該第１物体面上と該第２物体面上に各々
物理光学素子を形成し、このうち一方の物理光学素子に
投光手段から光を入射させたときに生ずる回折光を他方
の物理光学素子に入射させ、該他方の物理光学素子によ
り所定面上に生ずる回折パターンの光束を受光手段によ
り検出する粗検出手段及び該粗検出手段と同一方向の位
置ずれ量を該粗検出手段の投光手段及び受光手段の一部
を共有すると共に該粗検出手段とは異なる検出精度又は
／及び位置ずれ検出可能範囲を有する該微検出手段とを
設け、該粗検出手段と該微検出手段とを利用して該第１
物体と該第２物体との相対的な位置検出を行なったこと
を特徴としている。
【００１１】この他本発明では、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なう際、該第１物体
面上と該第２物体面上に各々物理光学素子を形成し、こ
のうち一方の物理光学素子に投光手段から光を入射させ
たときに生ずる回折光を他方の物理光学素子に入射さ
せ、該他方の物理光学素子により所定面上に生ずる回折
パターンの光束位置を受光手段により検出する粗検出手
段及び該粗検出手段と同一方向の位置ずれ量を該粗検出
手段の投光手段及び受光手段の一部を共有する微検出手
段とを設け、該粗検出手段からの信号を利用して該第１
物体と第２物体との相対的位置関係を該微検出手段の検
出可能領域に追い込んでから該微検出手段からの信号を
利用して該第１物体と該第２物体との相対的な位置検出
を行なったことを特徴としている。
を対向させて相対的な位置検出を行なう際、該第１物体
面上と該第２物体面上に各々物理光学素子を形成し、こ
のうち一方の物理光学素子に投光手段から光を入射させ
たときに生ずる回折光を他方の物理光学素子に入射さ
せ、該他方の物理光学素子により所定面上に生ずる回折
パターンの光束位置を受光手段により検出する粗検出手
段及び該粗検出手段と同一方向の位置ずれ量を該粗検出
手段の投光手段及び受光手段の一部を共有する微検出手
段とを設け、該粗検出手段からの信号を利用して該第１
物体と第２物体との相対的位置関係を該微検出手段の検
出可能領域に追い込んでから該微検出手段からの信号を
利用して該第１物体と該第２物体との相対的な位置検出
を行なったことを特徴としている。
【００１２】また本発明では前記粗検出手段の投光手段
と前記微検出手段の投光手段は共通のものであること、
前記粗検出手段の受光手段と前記微検出手段の受光手段
の一部は共通の部材より成っていること等を特徴として
いる。
と前記微検出手段の投光手段は共通のものであること、
前記粗検出手段の受光手段と前記微検出手段の受光手段
の一部は共通の部材より成っていること等を特徴として
いる。
【００１３】特に本発明では、粗検出手段としてのアラ
イメント系（以下「粗アライメント系」という。）と微
検出手段としてのアライメント系（以下「微アライメン
ト系」という。）を同一のピックアップヘッドに収納し
ている。そしてアライメントマーク位置の変化に速やか
に対応するためにピックアップヘッド全体をステージ等
の移動手段で移動可能となるようにしている。
イメント系（以下「粗アライメント系」という。）と微
検出手段としてのアライメント系（以下「微アライメン
ト系」という。）を同一のピックアップヘッドに収納し
ている。そしてアライメントマーク位置の変化に速やか
に対応するためにピックアップヘッド全体をステージ等
の移動手段で移動可能となるようにしている。
【００１４】
【実施例】図１，図１１，図１２は本発明を半導体素子
製造用の露光装置に適用したときの実施例１の要部概略
図、図２は図１の位置ずれ検出用の一部分の斜視図、図
１０（Ａ），（Ｂ）は図２のアライメントマークの概略
図、図３（Ａ），（Ｂ）は図１の光路を展開したときの
粗アライメント系と微アライメント系の要部概略図であ
る。図１３は本発明の位置検出のフローチャートであ
る。
製造用の露光装置に適用したときの実施例１の要部概略
図、図２は図１の位置ずれ検出用の一部分の斜視図、図
１０（Ａ），（Ｂ）は図２のアライメントマークの概略
図、図３（Ａ），（Ｂ）は図１の光路を展開したときの
粗アライメント系と微アライメント系の要部概略図であ
る。図１３は本発明の位置検出のフローチャートであ
る。
【００１５】本実施例では第１物体としてのマスクと第
２物体としてのウエハの面内の位置ずれ（横ずれ）検出
方式としてデュアルパワーグレーティングレンズ方式
（ＤＧＬ方式）を用いて行い、面間隔検出方式としてグ
レーティングレンズを用いた所謂Ａ2 Ｆ方式を用いてい
る。そして粗アライメントと微アライメントを同一のピ
ックアップとマスクの位置関係において行なうように構
成している。
２物体としてのウエハの面内の位置ずれ（横ずれ）検出
方式としてデュアルパワーグレーティングレンズ方式
（ＤＧＬ方式）を用いて行い、面間隔検出方式としてグ
レーティングレンズを用いた所謂Ａ2 Ｆ方式を用いてい
る。そして粗アライメントと微アライメントを同一のピ
ックアップとマスクの位置関係において行なうように構
成している。
【００１６】次に各要素について位置ずれ検出を行なう
場合を例にとり説明する。
場合を例にとり説明する。
【００１７】本実施例では光源３１から出射された光
（以下「光束」という。）をコリメーターレンズ３２で
平行光束とし、投射用レンズ３３、ハーフミラー３４を
介し、第１物体１として例えばマスク面Ｍ上のフレネル
ゾーンプレートの一種であるグレーティングレンズ等か
ら成る物理光学素子４１Ｍ，４２Ｍを斜方向から照射し
ている。
（以下「光束」という。）をコリメーターレンズ３２で
平行光束とし、投射用レンズ３３、ハーフミラー３４を
介し、第１物体１として例えばマスク面Ｍ上のフレネル
ゾーンプレートの一種であるグレーティングレンズ等か
ら成る物理光学素子４１Ｍ，４２Ｍを斜方向から照射し
ている。
【００１８】物理光学素子４１Ｍは粗アライメント用、
物理光学素子４２Ｍは微アライメント用のマークであ
る。物理光学素子４１Ｍ，４２Ｍは互いに異なった集光
作用を有しており反射光を第１物体１の法線方向（＋Ｚ
方向）に射出させ、物理光学素子４１Ｍ，４２Ｍから所
定の距離離れた第２物体２としての、例えばウエハ面上
に設けられているグレーティングレンズより成る物理光
学素子４１Ｗ，４２Ｗに入射させている。物理光学素子
４１Ｗ，４２Ｗは各々粗アライメント用と微アライメン
ト用であり発散作用を有しており、光束をアライメント
ヘッド２４方向に射出させ、集光レンズ３６を介しハー
フミラー３７により２つの検出器（センサ）３８，３９
の検出面上に集光している。
物理光学素子４２Ｍは微アライメント用のマークであ
る。物理光学素子４１Ｍ，４２Ｍは互いに異なった集光
作用を有しており反射光を第１物体１の法線方向（＋Ｚ
方向）に射出させ、物理光学素子４１Ｍ，４２Ｍから所
定の距離離れた第２物体２としての、例えばウエハ面上
に設けられているグレーティングレンズより成る物理光
学素子４１Ｗ，４２Ｗに入射させている。物理光学素子
４１Ｗ，４２Ｗは各々粗アライメント用と微アライメン
ト用であり発散作用を有しており、光束をアライメント
ヘッド２４方向に射出させ、集光レンズ３６を介しハー
フミラー３７により２つの検出器（センサ）３８，３９
の検出面上に集光している。
【００１９】検出器３８は粗アライメント用、検出器３
９は微アライメント用である。そして２つの検出器３
８，３９からの出力信号を利用して第１物体（以下マス
クともいう）１と第２物体（以下ウエハともいう）２と
の平面上の位置ずれ量（横ずれ量）を求めている。
９は微アライメント用である。そして２つの検出器３
８，３９からの出力信号を利用して第１物体（以下マス
クともいう）１と第２物体（以下ウエハともいう）２と
の平面上の位置ずれ量（横ずれ量）を求めている。
【００２０】本実施例では位置合わせの為、ウエハ２を
動かす構成になっているが、同様にマスクチャック移動
機構を設けマスク１を動かす構成としても良い。
動かす構成になっているが、同様にマスクチャック移動
機構を設けマスク１を動かす構成としても良い。
【００２１】本実施例ではアライメント光束はグレーテ
ィングのレンズ作用を受けアライメントヘッド２４内の
検出器３８，３９に入射する。実施例１ではパターンの
存在するスクライブライン方向にアライメントする。
ィングのレンズ作用を受けアライメントヘッド２４内の
検出器３８，３９に入射する。実施例１ではパターンの
存在するスクライブライン方向にアライメントする。
【００２２】本実施例ではこのような配置のもとで第１
物体に対し、第２物体がΔσだけ横ずれすると光学系中
のレンズが軸ずれを起こしたときと同様に出射光束の出
射角が変化し、検出器３８，３９面上で集光点の重心ず
れを起こす。出射角が小さなとき、マスク１とウエハ２
とが平行方向にΔσずれており、ウエハ２からマスク１
のグレーティングレンズ４１Ｍ，４２Ｍで回折した光束
の集光点までの距離をｂＷとすると検出器３８，３９面
上での集光点ずれ量Δδは
物体に対し、第２物体がΔσだけ横ずれすると光学系中
のレンズが軸ずれを起こしたときと同様に出射光束の出
射角が変化し、検出器３８，３９面上で集光点の重心ず
れを起こす。出射角が小さなとき、マスク１とウエハ２
とが平行方向にΔσずれており、ウエハ２からマスク１
のグレーティングレンズ４１Ｍ，４２Ｍで回折した光束
の集光点までの距離をｂＷとすると検出器３８，３９面
上での集光点ずれ量Δδは
【００２３】
【数１】 となる。即ち重心ずれ量Δδは（ｂｗ／ａｗ−１）倍に
拡大される。例えば粗アライメント系としてａｗ＝５．
０ｍｍ、ｂｗ＝５０ｍｍとすると重心ずれ量Δδは９
倍、微アライメント系としてａｗ＝０．５ｍｍ、ｂｗ＝
５０ｍｍとすれば重心ずれ量Δδは９９倍に拡大され
る。
拡大される。例えば粗アライメント系としてａｗ＝５．
０ｍｍ、ｂｗ＝５０ｍｍとすると重心ずれ量Δδは９
倍、微アライメント系としてａｗ＝０．５ｍｍ、ｂｗ＝
５０ｍｍとすれば重心ずれ量Δδは９９倍に拡大され
る。
【００２４】尚、このときの重心ずれ量Δδと位置ずれ
量Δσは（１）式より明らかのように比例関係となる。
検出器３８，３９の分解能が１μｍであるとすると位置
ずれ量Δσは粗アライメント系で０．１μｍ、微アライ
メント系で０．０１μｍの位置分解能となる。
量Δσは（１）式より明らかのように比例関係となる。
検出器３８，３９の分解能が１μｍであるとすると位置
ずれ量Δσは粗アライメント系で０．１μｍ、微アライ
メント系で０．０１μｍの位置分解能となる。
【００２５】ここで検出可能範囲（検出レンジ）は粗ア
ライメント系では検出器３８の検出方向のサイズを９９
０μｍとすれば±５５μｍであり、微アライメント系で
は±５μｍである。そこで粗アライメント系によりマス
クとウエハとの相対的位置関係が微アライメント系の検
出レンジ内になるように追い込み、その後微アライメン
ト系によりマスクとウエハとの微アライメントを行って
いる。
ライメント系では検出器３８の検出方向のサイズを９９
０μｍとすれば±５５μｍであり、微アライメント系で
は±５μｍである。そこで粗アライメント系によりマス
クとウエハとの相対的位置関係が微アライメント系の検
出レンジ内になるように追い込み、その後微アライメン
ト系によりマスクとウエハとの微アライメントを行って
いる。
【００２６】次に具体的に位置ずれ量の検出方法を述べ
る。マスク設定時に試し焼きによってマスクとウエハの
位置ずれのないときの重心位置を基準位置として求め、
位置検出時に重心位置が基準位置からｘ方向にどれだけ
ずれているかを検出して前述の比例関係からマスク・ウ
エハの相対ずれ量を求めている。
る。マスク設定時に試し焼きによってマスクとウエハの
位置ずれのないときの重心位置を基準位置として求め、
位置検出時に重心位置が基準位置からｘ方向にどれだけ
ずれているかを検出して前述の比例関係からマスク・ウ
エハの相対ずれ量を求めている。
【００２７】本実施例では調整手段による信号処理を介
して得られる位置ずれ量Δσをもとに第２物体を移動さ
せて第１物体と第２物体の位置決めを高精度に行なって
いる。
して得られる位置ずれ量Δσをもとに第２物体を移動さ
せて第１物体と第２物体の位置決めを高精度に行なって
いる。
【００２８】尚、本実施例において光束の重心は光束断
面内において断面各点のその点からの位置ベクトルにそ
の点の光強度を乗算してものを断面全面で積分したとき
に積分値が０ベクトルになる点をとってもよいし、また
代表点として光強度がピークとなる点の位置をとっても
良い。
面内において断面各点のその点からの位置ベクトルにそ
の点の光強度を乗算してものを断面全面で積分したとき
に積分値が０ベクトルになる点をとってもよいし、また
代表点として光強度がピークとなる点の位置をとっても
良い。
【００２９】光源としてはＨｅ−Ｎｅレーザ、半導体レ
ーザ等のコヒーレンシーの高い光源でもよく、また発光
ダイオード（ＬＥＤ）、あるいはレジストが感光しなけ
ればＸｅ−ランプ、水銀灯等のコヒーレンシーの低い光
源を用いてもよい。
ーザ等のコヒーレンシーの高い光源でもよく、また発光
ダイオード（ＬＥＤ）、あるいはレジストが感光しなけ
ればＸｅ−ランプ、水銀灯等のコヒーレンシーの低い光
源を用いてもよい。
【００３０】次に本実施例においてマスク１とウエハ２
との間隔測定をし、垂直方向の位置合わせについてマス
クレンズＡ2 Ｆ法を例にとり説明する。
との間隔測定をし、垂直方向の位置合わせについてマス
クレンズＡ2 Ｆ法を例にとり説明する。
【００３１】図４（Ａ）はマスクレンズＡ2 Ｆ法を用い
てマスク１とウエハ２との間隔測定を行なう際の要部射
視図、図４（Ｂ），（Ｃ）は同図（Ａ）の間隔測定用の
アライメントマークの説明図である。
てマスク１とウエハ２との間隔測定を行なう際の要部射
視図、図４（Ｂ），（Ｃ）は同図（Ａ）の間隔測定用の
アライメントマークの説明図である。
【００３２】図５（Ａ），（Ｂ）は図４（Ａ）の光路を
展開したときの間隔測定用の粗アライメント系と間隔測
定用の微アライメント系の要部概略図である。
展開したときの間隔測定用の粗アライメント系と間隔測
定用の微アライメント系の要部概略図である。
【００３３】尚、本実施例では横ずれ検知用と同じ受光
素子３８，３９を用いている。４３ｉｎ、４３ｏｕｔは
間隔測定用の粗アライメントパターン（マーク）、４４
ｉｎ、４４ｏｕｔは間隔測定用の微アライメントパター
ン（マーク）である。
素子３８，３９を用いている。４３ｉｎ、４３ｏｕｔは
間隔測定用の粗アライメントパターン（マーク）、４４
ｉｎ、４４ｏｕｔは間隔測定用の微アライメントパター
ン（マーク）である。
【００３４】マスクレンズＡ2 Ｆ法は、マスク面上に入
射用及び出射用のグレーティング又はグレーティングレ
ンズを作成したものを用いた方法で次のようなものであ
る。図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、（マスクであ
る）第１面の第１パターン４３ｉｎ，４４ｉｎに入射し
た光束４７は、例えば１次で回折し（ウエハである）第
２面２の法線と所定の角度をなして第２面２にて正反射
されて第１面１の第２パターン４３ｏｕｔ，４４ｏｕｔ
を通過する。その際、第１面１と第２面２の間隔に応じ
て第２パターン４３ｏｕｔ，４４ｏｕｔ上の光束通過位
置が異なる（間隔ずれｄＧで位置ずれｄＭ）。
射用及び出射用のグレーティング又はグレーティングレ
ンズを作成したものを用いた方法で次のようなものであ
る。図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、（マスクであ
る）第１面の第１パターン４３ｉｎ，４４ｉｎに入射し
た光束４７は、例えば１次で回折し（ウエハである）第
２面２の法線と所定の角度をなして第２面２にて正反射
されて第１面１の第２パターン４３ｏｕｔ，４４ｏｕｔ
を通過する。その際、第１面１と第２面２の間隔に応じ
て第２パターン４３ｏｕｔ，４４ｏｕｔ上の光束通過位
置が異なる（間隔ずれｄＧで位置ずれｄＭ）。
【００３５】第２パターン４３ｏｕｔ，４４ｏｕｔは出
射光束４６を間隔測定用の光点位置検出センサ３８，３
９の方向に導く働きをするが、さらに第２パターン４３
ｏｕｔ，４４ｏｕｔ上の光束入射位置によって出射光束
の曲げ角度を変える所謂レンズと同様の作用を持たせる
（焦点距離ｆＭ）。
射光束４６を間隔測定用の光点位置検出センサ３８，３
９の方向に導く働きをするが、さらに第２パターン４３
ｏｕｔ，４４ｏｕｔ上の光束入射位置によって出射光束
の曲げ角度を変える所謂レンズと同様の作用を持たせる
（焦点距離ｆＭ）。
【００３６】即ち、原理的には図５（Ａ），（Ｂ）のよ
うに検出器３８，３９は出射光束４６をとらえうる。こ
こでは光束の曲げ角度が一様であっても良い。
うに検出器３８，３９は出射光束４６をとらえうる。こ
こでは光束の曲げ角度が一様であっても良い。
【００３７】即ち適当な位置に例えば一次元の光点位置
検出センサをおけば光束の位置変化を検知することがで
きるのでそのままでも本方式は成立するが、図５
（Ａ），（Ｂ）に示すように受光レンズ３６を用いれば
次のような利点を生じる。即ち、物理光学的に発散気味
に出射し光束系が大きくなりがちな場合、受光レンズで
集光してエネルギー密度の高いシャープなスポットをセ
ンサ３８，３９上に作ることができることと、焦点距離
ｆＳの受光レンズ３６の焦点の位置にセンサ３８，３９
を設置すれば光束の角度のみを検知する系となり、受光
レンズとセンサが一体構造でレンズ光軸と垂直方向に位
置ずれしても位置ずれの影響を受けない。ただし、諸々
の事情により焦点位置にセンサを設置できない場合でも
位置ずれの影響が無視できる範囲であれば十分に実用的
であるのでセンサ位置を受光レンズ焦点位置に限定する
必要はない。
検出センサをおけば光束の位置変化を検知することがで
きるのでそのままでも本方式は成立するが、図５
（Ａ），（Ｂ）に示すように受光レンズ３６を用いれば
次のような利点を生じる。即ち、物理光学的に発散気味
に出射し光束系が大きくなりがちな場合、受光レンズで
集光してエネルギー密度の高いシャープなスポットをセ
ンサ３８，３９上に作ることができることと、焦点距離
ｆＳの受光レンズ３６の焦点の位置にセンサ３８，３９
を設置すれば光束の角度のみを検知する系となり、受光
レンズとセンサが一体構造でレンズ光軸と垂直方向に位
置ずれしても位置ずれの影響を受けない。ただし、諸々
の事情により焦点位置にセンサを設置できない場合でも
位置ずれの影響が無視できる範囲であれば十分に実用的
であるのでセンサ位置を受光レンズ焦点位置に限定する
必要はない。
【００３８】また、図５（Ａ），（Ｂ）において単位間
隔量に対するセンサ面スポットの動き量Ｓは、
隔量に対するセンサ面スポットの動き量Ｓは、
【００３９】
【数２】 で与えられる。
【００４０】第１パターン４３ｉｎ，４４ｉｎから出射
した光束と第２面の法線とのなす角をθとすると間隔が
基準となる間隔値より距離ｄG だけ変化した場合のスポ
ットの動き量Ｓは
した光束と第２面の法線とのなす角をθとすると間隔が
基準となる間隔値より距離ｄG だけ変化した場合のスポ
ットの動き量Ｓは
【００４１】
【数３】 となる。
【００４２】ここで、間隔測定用の粗アライメント系に
おける法線となす角θ1 をθ1 ＝１０°、微アライメン
ト系における法線となす角θ2 ＝４０°とし、 ｆＳ／ｆＭ＝２０とすれば、 Ｓ1 ＝７ｄＧ Ｓ2 ＝３３．６ｄＧ となる。
おける法線となす角θ1 をθ1 ＝１０°、微アライメン
ト系における法線となす角θ2 ＝４０°とし、 ｆＳ／ｆＭ＝２０とすれば、 Ｓ1 ＝７ｄＧ Ｓ2 ＝３３．６ｄＧ となる。
【００４３】センサーの検出方向のサイズを９９０μ
ｍ、検出分解能を１μｍとすれば、粗アライメント系は
０．１４μｍの分解能で検出レンジが１４１μｍ、微ア
ライメント系は０．０３μｍの分解能で検出レンジが２
９．５μｍとなる。
ｍ、検出分解能を１μｍとすれば、粗アライメント系は
０．１４μｍの分解能で検出レンジが１４１μｍ、微ア
ライメント系は０．０３μｍの分解能で検出レンジが２
９．５μｍとなる。
【００４４】そこで本実施例では粗アライメント系によ
り、まずマスクとウエハとの相対的位置関係（間隔）が
微アライメント系の検出レンジ内となるように追い込
み、次に微アライメント系を用いてマスクとウエハとの
微アライメントを行っている。
り、まずマスクとウエハとの相対的位置関係（間隔）が
微アライメント系の検出レンジ内となるように追い込
み、次に微アライメント系を用いてマスクとウエハとの
微アライメントを行っている。
【００４５】又、本実施例においてマスクとウエハの間
隔の較正は次のようにして行っている。
隔の較正は次のようにして行っている。
【００４６】予めマスクとウエハとが基準となる間隔に
あるときの間隔値を他の間隔測定手段により測定してお
き、又この間隔におけるセンサー面３８，３９上の光束
重心位置を基準位置として求めておいて、間隔検出時に
はスポットの重心位置の基準位置からのずれをＳとして
求め、これを（２）´式に代入して距離ｄＧを算出し、
これを基準間隔からのずれとして現間隔を測定してい
る。
あるときの間隔値を他の間隔測定手段により測定してお
き、又この間隔におけるセンサー面３８，３９上の光束
重心位置を基準位置として求めておいて、間隔検出時に
はスポットの重心位置の基準位置からのずれをＳとして
求め、これを（２）´式に代入して距離ｄＧを算出し、
これを基準間隔からのずれとして現間隔を測定してい
る。
【００４７】以上述べた原理により、マスクとウエハの
間隔の絶対量が測長できる。従って、例えばマスクがセ
ットされている状態にウエハが供給された場合、セット
したい所望の間隔３０μｍより大きい値１００μｍにウ
エハが入ってきた時に１００μｍのマスク、ウエハギャ
ップの値を高精度に検知し、この測長値にもとづいて所
望のマスクウエハ間隔３０μｍにセットすれば良い。こ
れにより高速なギャップ間隔セッティングが可能とな
る。
間隔の絶対量が測長できる。従って、例えばマスクがセ
ットされている状態にウエハが供給された場合、セット
したい所望の間隔３０μｍより大きい値１００μｍにウ
エハが入ってきた時に１００μｍのマスク、ウエハギャ
ップの値を高精度に検知し、この測長値にもとづいて所
望のマスクウエハ間隔３０μｍにセットすれば良い。こ
れにより高速なギャップ間隔セッティングが可能とな
る。
【００４８】次に本実施例の各要素を図１，図１１，図
１２を用いて詳細に説明する。
１２を用いて詳細に説明する。
【００４９】光源、センサ等を内蔵する筺体であるアラ
イメントピックアップヘッド２４から出射された光ビー
ムは、マスク１及びウエハ２上のマーク設定部２０上の
範囲４５へ照射され、反射あるいは回折された光は再び
アライメントピックアップヘッド２４へ出射される。ア
ライメントピックアップヘッド２４はステージ２１へ取
り付けられアライメント領域に応じて自由に２次元的に
移動できるように構成されておりステージコントロール
部２２により制御される。このとき、ステージ２１はス
ーパーフラットベースプレート２３でガイドされてお
り、ピッチング、ヨーイングは生じないように設計され
ている。ステージコントロール部２２はアライメント及
び間隔制御開始時にステージ２１を駆動させてヘッド２
４をあらかじめ記憶されているマスク及びウエハの評価
用マーク２０の照明及び検出の為の位置へ移動させる。
尚、図１１，図１２はステージ２１とその周辺部を含む
移動機構を模式図で示してある。
イメントピックアップヘッド２４から出射された光ビー
ムは、マスク１及びウエハ２上のマーク設定部２０上の
範囲４５へ照射され、反射あるいは回折された光は再び
アライメントピックアップヘッド２４へ出射される。ア
ライメントピックアップヘッド２４はステージ２１へ取
り付けられアライメント領域に応じて自由に２次元的に
移動できるように構成されておりステージコントロール
部２２により制御される。このとき、ステージ２１はス
ーパーフラットベースプレート２３でガイドされてお
り、ピッチング、ヨーイングは生じないように設計され
ている。ステージコントロール部２２はアライメント及
び間隔制御開始時にステージ２１を駆動させてヘッド２
４をあらかじめ記憶されているマスク及びウエハの評価
用マーク２０の照明及び検出の為の位置へ移動させる。
尚、図１１，図１２はステージ２１とその周辺部を含む
移動機構を模式図で示してある。
【００５０】次に移動機構を詳細に説明する。図１２は
ステージ部及びステージコントローラ部の詳細図であ
る。アライメントピックアップヘッド２４はスーパーフ
ラット面１０を持つ支持体２６上のスーパーフラット面
１０を一定圧でスーパーフラットベースプレート２３に
押しつける為のクランパー部２７に取りつけられ、アラ
イメント装置本体上部にスーパーフラットベース２３を
介し載せられている。クランパー部２７は２次元移動ス
テージ２１上の移動支持部２８と平行板バネ３０を介し
つながっている。ステージ２１は、ベース部２１Ｂ、ｘ
方向スライド部２１Ｘ、ｙ方向スライド部２１Ｙ、ｘ，
ｙ両方向スライドをガイドするガイド部２１Ｇ、ベース
部２１Ｂに設けられスライド部２１Ｘ、２１Ｙをそれぞ
れｘ方向，ｙ方向に駆動する駆動源２１ＭＸ，２１ＭＹ
より成る。駆動源ＭＸ，ＭＹの動作はヘッド２４を各方
向に動かして所定位置にポジショニングするようコント
ローラ２２により制御される。
ステージ部及びステージコントローラ部の詳細図であ
る。アライメントピックアップヘッド２４はスーパーフ
ラット面１０を持つ支持体２６上のスーパーフラット面
１０を一定圧でスーパーフラットベースプレート２３に
押しつける為のクランパー部２７に取りつけられ、アラ
イメント装置本体上部にスーパーフラットベース２３を
介し載せられている。クランパー部２７は２次元移動ス
テージ２１上の移動支持部２８と平行板バネ３０を介し
つながっている。ステージ２１は、ベース部２１Ｂ、ｘ
方向スライド部２１Ｘ、ｙ方向スライド部２１Ｙ、ｘ，
ｙ両方向スライドをガイドするガイド部２１Ｇ、ベース
部２１Ｂに設けられスライド部２１Ｘ、２１Ｙをそれぞ
れｘ方向，ｙ方向に駆動する駆動源２１ＭＸ，２１ＭＹ
より成る。駆動源ＭＸ，ＭＹの動作はヘッド２４を各方
向に動かして所定位置にポジショニングするようコント
ローラ２２により制御される。
【００５１】各ステージの移動量はそれぞれレーザー測
長器２９Ｘ，２９Ｙにより精密に計測され、このデータ
がコントローラ２２に入力され、これに基いてコントロ
ーラ２２がヘッド２４の現在位置を検出し、所定位置に
なる様に駆動源ＭＸ，ＭＹに指令信号を送ることでヘッ
ド２４の位置が精密に制御されている。検出位置移動
後、前述の如く横ずれ及び間隔検出を実行し、この検出
結果に基いてウエハステージ２５を横ずれ及び間隔誤差
補正方向に移動させて、アライメント及び間隔制御を行
ない、必要があれば前記動作を繰り返す。
長器２９Ｘ，２９Ｙにより精密に計測され、このデータ
がコントローラ２２に入力され、これに基いてコントロ
ーラ２２がヘッド２４の現在位置を検出し、所定位置に
なる様に駆動源ＭＸ，ＭＹに指令信号を送ることでヘッ
ド２４の位置が精密に制御されている。検出位置移動
後、前述の如く横ずれ及び間隔検出を実行し、この検出
結果に基いてウエハステージ２５を横ずれ及び間隔誤差
補正方向に移動させて、アライメント及び間隔制御を行
ない、必要があれば前記動作を繰り返す。
【００５２】アライメントピックアップヘッド２４は横
ずれ検知系用の粗アライメント系と微アライメント系、
間隔検知系用の粗アライメント系と微アライメント系、
投光系、受光系等が組み込まれている。
ずれ検知系用の粗アライメント系と微アライメント系、
間隔検知系用の粗アライメント系と微アライメント系、
投光系、受光系等が組み込まれている。
【００５３】そして光源３１、具体的には半導体レーザ
から出射された光ビームはコリメータレンズ３２、投射
用レンズ３３及び投射用ミラー３４を介し、評価用マー
ク設定部２０へ投射される。マークより出射された光ビ
ームは検知用レンズ３６により検知系へ導かれハーフミ
ラー３７により２つの光束に分割される。そして横ずれ
粗アライメント用の受光素子３８と横ずれ微アライメン
ト用の受光素子３９に入射する。尚、面間隔測定の時は
受光素子３８は間隔測定の粗アライメント用として、ま
た受光素子３９は間隔測定の微アライメント用として用
いている。そして各々の受光素子３８，３９に入射した
光束は各々アライメント用の信号となる。
から出射された光ビームはコリメータレンズ３２、投射
用レンズ３３及び投射用ミラー３４を介し、評価用マー
ク設定部２０へ投射される。マークより出射された光ビ
ームは検知用レンズ３６により検知系へ導かれハーフミ
ラー３７により２つの光束に分割される。そして横ずれ
粗アライメント用の受光素子３８と横ずれ微アライメン
ト用の受光素子３９に入射する。尚、面間隔測定の時は
受光素子３８は間隔測定の粗アライメント用として、ま
た受光素子３９は間隔測定の微アライメント用として用
いている。そして各々の受光素子３８，３９に入射した
光束は各々アライメント用の信号となる。
【００５４】尚、アライメントピックアップヘッド２４
の投光、受光窓３５には露光用光源からの光が通らない
ようなフィルタが付けられている。
の投光、受光窓３５には露光用光源からの光が通らない
ようなフィルタが付けられている。
【００５５】図９（Ａ），（Ｂ）は図１のアライメント
ピックアップヘッド２４を上方から見たときの概略図と
横から見たときの要部断面図である。評価用マークとし
ては、マスク上に横ずれ検知系用のマーク４１Ｍ，４２
Ｍと、間隔測定用マーク４３ｉｎ，４４ｉｎ，４３ｏｕ
ｔ，４４ｏｕｔが各々隣接されて設けられている。そし
てウエハ上にはマーク４１Ｍ，４２Ｍに対応する位置に
マーク４１Ｗ，４２Ｗが設けられている。本実施例にお
いては、投射光４７は評価マーク上では平行光になるよ
うに設計されており、投射領域の横ずれ検知用の粗アラ
イメントマーク４１Ｍと微アライメントマーク４２Ｍを
同時に投射している。これにより粗アライメント系と微
アライメント系の投光手段を同一の系より構成し、装置
全体を小型にしている。
ピックアップヘッド２４を上方から見たときの概略図と
横から見たときの要部断面図である。評価用マークとし
ては、マスク上に横ずれ検知系用のマーク４１Ｍ，４２
Ｍと、間隔測定用マーク４３ｉｎ，４４ｉｎ，４３ｏｕ
ｔ，４４ｏｕｔが各々隣接されて設けられている。そし
てウエハ上にはマーク４１Ｍ，４２Ｍに対応する位置に
マーク４１Ｗ，４２Ｗが設けられている。本実施例にお
いては、投射光４７は評価マーク上では平行光になるよ
うに設計されており、投射領域の横ずれ検知用の粗アラ
イメントマーク４１Ｍと微アライメントマーク４２Ｍを
同時に投射している。これにより粗アライメント系と微
アライメント系の投光手段を同一の系より構成し、装置
全体を小型にしている。
【００５６】横ずれ検出系はマスク面１上のアライメン
トマーク４１Ｍ，４２Ｍが集光作用を持ち、その集光点
を検出面と共役な位置へ結像させる作用を持つウエハマ
ーク４１Ｗ，４２Ｗを介し横ずれを検出面上で拡大し、
検出を行なっている。受光レンズ３６はウエハマーク４
１Ｗ，４２Ｗによる結像点を横ずれ検出用受光素子３
８，３９へリレーするリレーレンズ系を構成している。
図３（Ａ），（Ｂ）はこの系をレンズパワー配置で示し
たものである。
トマーク４１Ｍ，４２Ｍが集光作用を持ち、その集光点
を検出面と共役な位置へ結像させる作用を持つウエハマ
ーク４１Ｗ，４２Ｗを介し横ずれを検出面上で拡大し、
検出を行なっている。受光レンズ３６はウエハマーク４
１Ｗ，４２Ｗによる結像点を横ずれ検出用受光素子３
８，３９へリレーするリレーレンズ系を構成している。
図３（Ａ），（Ｂ）はこの系をレンズパワー配置で示し
たものである。
【００５７】一方、間隔測定系は、前述のようなマスク
レンズＡ2 Ｆ法を用いており、平行入射光はマスク面上
の間隔測定入射用の粗アライメントマーク４３ｉｎ、と
微アライメントマーク４４ｉｎを同時に照射する。本実
施例では、粗アライメント系と微アライメント系の投光
手段を同一の系より構成している。
レンズＡ2 Ｆ法を用いており、平行入射光はマスク面上
の間隔測定入射用の粗アライメントマーク４３ｉｎ、と
微アライメントマーク４４ｉｎを同時に照射する。本実
施例では、粗アライメント系と微アライメント系の投光
手段を同一の系より構成している。
【００５８】そして、これらのマークを通り回折され、
光路を曲げられた光束はウエハ面２（正反射面）で正反
射し、マスクとウエハの間隔に対応するマスク面上の間
隔測定出射用の粗アライメントマーク４３ｏｕｔ，４４
ｏｕｔと微アライメントマーク４４ｏｕｔ上の決められ
た領域へ投射され、間隔に対応した角度でマスク面を出
射し、間隔測定用の受光素子上へ導かれ（２）式に従っ
て受光素子３８，３９上を動く。これにより間隔検出系
を構成している。
光路を曲げられた光束はウエハ面２（正反射面）で正反
射し、マスクとウエハの間隔に対応するマスク面上の間
隔測定出射用の粗アライメントマーク４３ｏｕｔ，４４
ｏｕｔと微アライメントマーク４４ｏｕｔ上の決められ
た領域へ投射され、間隔に対応した角度でマスク面を出
射し、間隔測定用の受光素子上へ導かれ（２）式に従っ
て受光素子３８，３９上を動く。これにより間隔検出系
を構成している。
【００５９】図５（Ａ），（Ｂ）はこの系を横ずれ検出
系と同様にレンズパワー配置で示したものである。
系と同様にレンズパワー配置で示したものである。
【００６０】尚、本実施例において、横ずれ検出系と間
隔検出系とを同一のピックアップヘッドで構成してもよ
く、また異なったピックアップで構成しても良い。ま
た、粗アライメント系と微アライメント系の信号処理系
を共通化して構成しても良い。
隔検出系とを同一のピックアップヘッドで構成してもよ
く、また異なったピックアップで構成しても良い。ま
た、粗アライメント系と微アライメント系の信号処理系
を共通化して構成しても良い。
【００６１】図６は本発明の実施例２の要部概略図であ
る。本実施例では、図１の位置検出装置に比べてレンズ
系３６からの光束を粗アライメント系の検出器３８と微
アライメント系の検出器３９に分割する手段としてハー
フミラーの変わりに一領域のみを反射面としたパターン
ミラー５３を用いている点が異なり、この他の構成は図
１の構成と実質的に同じである。
る。本実施例では、図１の位置検出装置に比べてレンズ
系３６からの光束を粗アライメント系の検出器３８と微
アライメント系の検出器３９に分割する手段としてハー
フミラーの変わりに一領域のみを反射面としたパターン
ミラー５３を用いている点が異なり、この他の構成は図
１の構成と実質的に同じである。
【００６２】本実施例では、粗アライメント系と微アラ
イメント系のマーク出射角を若干ずらすことにより両系
の光ビームが空間的に配置を構成し、その面上でパター
ンミラー５３のうち粗アライメント系の光ビームが通過
する領域のみミラー面５２とし他を透過面としている。
イメント系のマーク出射角を若干ずらすことにより両系
の光ビームが空間的に配置を構成し、その面上でパター
ンミラー５３のうち粗アライメント系の光ビームが通過
する領域のみミラー面５２とし他を透過面としている。
【００６３】図７はこのときのパターンミラー５３の表
面概略図である。受光レンズ系への入射角が粗アライメ
ント系と微アライメント系で約４°ずらせ、パターンミ
ラー５３面上で両アライメント系の光ビームが存在する
領域を分離したとき、粗アライメント系の光ビームの実
用範囲での移動領域をそれぞれのダイナミックレンジに
対応し領域５０ａ〜５０ｎ、微アライメント系の光ビー
ムの実用範囲での移動領域を領域５１ａ〜５１ｋとす
る。このとき領域５０ａ〜５０ｎの各領域は図７の点線
の領域５４となる。同図では微アライメント系の光ビー
ムの実用範囲での移動領域５１ａ〜５１ｋを含み粗アラ
イメント系の光ビームの実用範囲での移動領域５０ａ〜
５０ｎを含まない領域５２をミラー面としたものであ
る。
面概略図である。受光レンズ系への入射角が粗アライメ
ント系と微アライメント系で約４°ずらせ、パターンミ
ラー５３面上で両アライメント系の光ビームが存在する
領域を分離したとき、粗アライメント系の光ビームの実
用範囲での移動領域をそれぞれのダイナミックレンジに
対応し領域５０ａ〜５０ｎ、微アライメント系の光ビー
ムの実用範囲での移動領域を領域５１ａ〜５１ｋとす
る。このとき領域５０ａ〜５０ｎの各領域は図７の点線
の領域５４となる。同図では微アライメント系の光ビー
ムの実用範囲での移動領域５１ａ〜５１ｋを含み粗アラ
イメント系の光ビームの実用範囲での移動領域５０ａ〜
５０ｎを含まない領域５２をミラー面としたものであ
る。
【００６４】尚、本実施例のパターンミラーを粗アライ
メント系光ビームが通過する領域５４のみミラー面と
し、粗アライメント系と微アライメント系の光ビームを
分離させた場合も同様の効果を得られる。
メント系光ビームが通過する領域５４のみミラー面と
し、粗アライメント系と微アライメント系の光ビームを
分離させた場合も同様の効果を得られる。
【００６５】この他、本発明の他の実施例として、粗ア
ライメント系と微アライメント系の位置ずれ検出用のセ
ンサに、同一センサの異なる領域を用いる（粗アライメ
ント系と微アライメント系のセンサ長手方向の信号出射
角を変える）こと、粗アライメント系と微アライメント
系を同時ではなく逐次に行ない、同一センサの同一領域
を用いることと、別のセンサを用いることなどが上げら
れる。また検出用のアライメントマークとしては、図８
に示すような同一領域に粗アライメント系と微アライメ
ント系を描いたものも適用可能である。
ライメント系と微アライメント系の位置ずれ検出用のセ
ンサに、同一センサの異なる領域を用いる（粗アライメ
ント系と微アライメント系のセンサ長手方向の信号出射
角を変える）こと、粗アライメント系と微アライメント
系を同時ではなく逐次に行ない、同一センサの同一領域
を用いることと、別のセンサを用いることなどが上げら
れる。また検出用のアライメントマークとしては、図８
に示すような同一領域に粗アライメント系と微アライメ
ント系を描いたものも適用可能である。
【００６６】図１４（Ａ）は本発明の実施例３の位置検
出装置の一部分の要部概略図、図１４（Ｂ），（Ｃ）は
各々図１４（Ａ）の一部分のアライメントマークの説明
図である。本実施例はアライメント系を図１の実施例と
異なる方式で構成した点が異なっている。
出装置の一部分の要部概略図、図１４（Ｂ），（Ｃ）は
各々図１４（Ａ）の一部分のアライメントマークの説明
図である。本実施例はアライメント系を図１の実施例と
異なる方式で構成した点が異なっている。
【００６７】図１４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）においてマ
スク１８面上にはアライメントマークとしてリニアなゾ
ーンプレート１２１（１２１ａ，１２１ｂ）が形成さ
れ、ウエハ１９上にはアライメントマークとして矩形パ
ターン列１２２（１２２ａ，１２２ｂ）がライン状に各
々等ピッチに並べて形成されている。リニアゾーンプレ
ートの光束集光あるいは発散作用（パワー）のある方向
がアライメント検出方向で光源Ｓからの投射ビームＢ1
がミラー１７を介し、このゾーンプレートにアライメン
トマークの中心における法線Ｚを含み、位置ずれ検出方
向と直交する平面内で法線（Ｚ軸）に対しある角度Φで
入射する。
スク１８面上にはアライメントマークとしてリニアなゾ
ーンプレート１２１（１２１ａ，１２１ｂ）が形成さ
れ、ウエハ１９上にはアライメントマークとして矩形パ
ターン列１２２（１２２ａ，１２２ｂ）がライン状に各
々等ピッチに並べて形成されている。リニアゾーンプレ
ートの光束集光あるいは発散作用（パワー）のある方向
がアライメント検出方向で光源Ｓからの投射ビームＢ1
がミラー１７を介し、このゾーンプレートにアライメン
トマークの中心における法線Ｚを含み、位置ずれ検出方
向と直交する平面内で法線（Ｚ軸）に対しある角度Φで
入射する。
【００６８】そしてゾーンプレート１２１（１２１ａ，
１２１ｂ）によりウエハ面１９上に図１４（Ｃ）に示す
ようにアライメント検出方向の幅がアライメントマーク
１２１ａ，１２１ｂに対して異なる線状に集光し、更に
ウエハ上のパターン１２２ａ，１２２ｂよりそれぞれ回
折され、上記面（入射面）内で各々ウエハパターンのピ
ッチで決まる所定角度で信号光Ｂ2 ，Ｂ3 として出射し
てミラー１７を介して検出器Ｄ1 ，Ｄ2 へはいる。
１２１ｂ）によりウエハ面１９上に図１４（Ｃ）に示す
ようにアライメント検出方向の幅がアライメントマーク
１２１ａ，１２１ｂに対して異なる線状に集光し、更に
ウエハ上のパターン１２２ａ，１２２ｂよりそれぞれ回
折され、上記面（入射面）内で各々ウエハパターンのピ
ッチで決まる所定角度で信号光Ｂ2 ，Ｂ3 として出射し
てミラー１７を介して検出器Ｄ1 ，Ｄ2 へはいる。
【００６９】ここでマスク１８とウエハ１９との間隔は
図面では広げて示してあるが、実際は１００μｍ以下で
非常に近接している。マスクとウエハがアライメント方
向にずれていればウエハパターンにより回折される光量
が変化するので、検出器Ｄ1，Ｄ2 で受光される光量も
変化する。
図面では広げて示してあるが、実際は１００μｍ以下で
非常に近接している。マスクとウエハがアライメント方
向にずれていればウエハパターンにより回折される光量
が変化するので、検出器Ｄ1，Ｄ2 で受光される光量も
変化する。
【００７０】図１５（Ａ），（Ｂ）はこのときのマスク
とウエハのアライメント方向の位置ずれ量と検出器Ｄ
1 ，Ｄ2 で検出される光量信号との関係を示す説明図で
ある。図１５（Ａ）はアライメントマーク１２１ａ及び
１２２ａで回折された信号光Ｂ2 の検出器Ｄ1 で得られ
る信号を示している。図１５（Ｂ）はアライメントマー
ク１２１ｂ及び１２２ｂで回折された信号光Ｂ3 の検出
器Ｄ2 で得られる信号を示している。
とウエハのアライメント方向の位置ずれ量と検出器Ｄ
1 ，Ｄ2 で検出される光量信号との関係を示す説明図で
ある。図１５（Ａ）はアライメントマーク１２１ａ及び
１２２ａで回折された信号光Ｂ2 の検出器Ｄ1 で得られ
る信号を示している。図１５（Ｂ）はアライメントマー
ク１２１ｂ及び１２２ｂで回折された信号光Ｂ3 の検出
器Ｄ2 で得られる信号を示している。
【００７１】マスクとウエハとが合致状態のときにウエ
ハ面上のアライメントマークの線状集光部と矩形パター
ン列（１２２ａ）の中心が合うように設定しており、こ
の状態を位置ずれ量が零とすれば検出器Ｄ1 で得られる
信号は最大となる。検出器Ｄ 1 で検出される信号のノイ
ズによる幅をΔＳａとすれば、その幅に対応する位置ず
れ誤差は図に示すようにΔＰａで表わされる。
ハ面上のアライメントマークの線状集光部と矩形パター
ン列（１２２ａ）の中心が合うように設定しており、こ
の状態を位置ずれ量が零とすれば検出器Ｄ1 で得られる
信号は最大となる。検出器Ｄ 1 で検出される信号のノイ
ズによる幅をΔＳａとすれば、その幅に対応する位置ず
れ誤差は図に示すようにΔＰａで表わされる。
【００７２】又、信号検出レンジ（範囲−Ｐａ〜Ｐａ）
はウエハ面上の線状集光部の幅と矩形パターン列の大き
さで決まる。
はウエハ面上の線状集光部の幅と矩形パターン列の大き
さで決まる。
【００７３】線状集光部の幅及び矩形パターン列の大き
さを小さくすれば検出器Ｄ1 で得られる信号のように位
置ずれ誤差ΔＰａは小さくなり、高精度なアライメント
が可能となるが検出レンジは狭くなる。
さを小さくすれば検出器Ｄ1 で得られる信号のように位
置ずれ誤差ΔＰａは小さくなり、高精度なアライメント
が可能となるが検出レンジは狭くなる。
【００７４】逆に図１５（Ｂ）に示すようにアライメン
トマーク１２１ｂ及び１２２ｂで回折された信号光Ｂ3
を検出器Ｄ2 で検出する際に該検出器Ｄ2 で得られる信
号のように線状集光部の幅及び矩形パターン列の大きさ
を大きくすれば位置ずれ誤差ΔＰｂは大きくなるが検出
レンジは広がる。
トマーク１２１ｂ及び１２２ｂで回折された信号光Ｂ3
を検出器Ｄ2 で検出する際に該検出器Ｄ2 で得られる信
号のように線状集光部の幅及び矩形パターン列の大きさ
を大きくすれば位置ずれ誤差ΔＰｂは大きくなるが検出
レンジは広がる。
【００７５】以上のように本実施例では検出精度及び検
出レンジの異なる２系統の粗アライメント系と微アライ
メント系とを組合せることにより高精度で検出レンジの
広いアライメント系を構成している。
出レンジの異なる２系統の粗アライメント系と微アライ
メント系とを組合せることにより高精度で検出レンジの
広いアライメント系を構成している。
【００７６】本実施例では次のようなシーケンスにより
位置検出を行っている。
位置検出を行っている。
【００７７】まず粗アライメント系（検出器Ｄ2 を含む
検出系）の位置検出を基に、検出器Ｄ2 からの信号が最
大となるようにウエハ１９を移動させる。検出器Ｄ2 で
得られる信号からは最大の位置ずれ誤差がΔＰｂである
が、このときの位置ずれ誤差ΔＰｂは微アライメント系
（検出器Ｄ1 を含む検出系）の検出レンジ内にある。こ
の為、次に検出器Ｄ1 で得られる信号を基に信号が最大
になるようにウエハ１９を移動させる。これにより位置
ずれが零の位置への位置合わせを行っている。
検出系）の位置検出を基に、検出器Ｄ2 からの信号が最
大となるようにウエハ１９を移動させる。検出器Ｄ2 で
得られる信号からは最大の位置ずれ誤差がΔＰｂである
が、このときの位置ずれ誤差ΔＰｂは微アライメント系
（検出器Ｄ1 を含む検出系）の検出レンジ内にある。こ
の為、次に検出器Ｄ1 で得られる信号を基に信号が最大
になるようにウエハ１９を移動させる。これにより位置
ずれが零の位置への位置合わせを行っている。
【００７８】
【発明の効果】本発明によればマスクとウエハの相対的
な位置合わせを行なう際、粗アライメント系と微アライ
メント系を一部の部材を共有して設けることにより、広
い検出レンジにわたり、微アライメントの分解能でマス
クとウエハの位置合わせを高精度で行なうことが可能と
なり、また、粗アライメント系と微アライメント系に同
一のピックアップヘッドを使用することにより装置を大
型化せず、またセッティング誤差を増加させない位置検
出装置を達成することができる。
な位置合わせを行なう際、粗アライメント系と微アライ
メント系を一部の部材を共有して設けることにより、広
い検出レンジにわたり、微アライメントの分解能でマス
クとウエハの位置合わせを高精度で行なうことが可能と
なり、また、粗アライメント系と微アライメント系に同
一のピックアップヘッドを使用することにより装置を大
型化せず、またセッティング誤差を増加させない位置検
出装置を達成することができる。
【図１】 本発明の実施例１の概略図
【図２】 図１の位置ずれ検出の一部分の斜視図
【図３】 図１の位置ずれ検出用の粗アライメント系
と微アライメント系の光路を展開したときの説明図
と微アライメント系の光路を展開したときの説明図
【図４】 本発明の実施例１の面間隔検出用のアライ
メントマークの説明図
メントマークの説明図
【図５】 本発明の実施例１の面間隔検出用の粗アラ
イメント系と微アライメント系の光路を展開したときの
説明図
イメント系と微アライメント系の光路を展開したときの
説明図
【図６】 本発明の実施例２の要部射視図
【図７】 図６の一部分の説明図
【図８】 本発明に係るアライメントマークの他の一
実施例の概略図
実施例の概略図
【図９】 図１の一部分の説明図
【図１０】 図２のアライメントマークの説明図
【図１１】 本発明の半導体素子製造用の露光装置の
外観図
外観図
【図１２】 本発明の半導体素子製造用の露光装置の
外観図
外観図
【図１３】 本発明の位置検出のフローチャート図
【図１４】 本発明の実施例３の要部概略図
【図１５】 図１４の検出器から得られる信号の説明
図
図
１ 第１物体 ２ 第２物体 ２４ アライメントヘッド ３１ 光源 ３２ コリメータレンズ ３３ 投射用レンズ ３７ ハーフミラー ３８，３９ 検出器 ４１Ｍ，４１Ｗ 位置ずれ検出用の粗アライメントマ
ーク ４２Ｍ，４２Ｗ 位置ずれ検出用の微アライメントマ
ーク ４３ｉｎ，４３ｏｕｔ 間隔検出用の粗アライメン
トマーク ４４ｉｎ，４４ｏｕｔ 間隔検出用の微アライメン
トマーク ５３ パターンミラー
ーク ４２Ｍ，４２Ｗ 位置ずれ検出用の微アライメントマ
ーク ４３ｉｎ，４３ｏｕｔ 間隔検出用の粗アライメン
トマーク ４４ｉｎ，４４ｏｕｔ 間隔検出用の微アライメン
トマーク ５３ パターンミラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/027
Claims (9)
- 【請求項１】 第１物体と第２物体とを対向させて相対
的な位置検出を行なう際、該第１物体面上と該第２物体
面上に各々物理光学素子を形成し、このうち一方の物理
光学素子に投光手段から光を入射させたときに生ずる回
折光を他方の物理光学素子に入射させ、該他方の物理光
学素子により所定面上に生ずる回折パターンの光束を受
光手段により検出する粗検出手段及び該粗検出手段と同
一方向の位置ずれ量を該粗検出手段の投光手段及び受光
手段の一部を共有すると共に該粗検出手段とは異なる検
出精度又は／及び位置ずれ検出可能範囲を有する微検出
手段とを設け、該粗検出手段と該微検出手段とを利用し
て該第１物体と該第２物体との相対的な位置検出を行な
ったことを特徴とする位置検出装置。 - 【請求項２】 前記粗検出手段の投光手段と前記微検出
手段の投光手段は共通のものであることを特徴とする請
求項１記載の位置検出装置。 - 【請求項３】 前記粗検出手段の受光手段と前記微検出
手段の受光手段の一部は共通の部材より成っていること
を特徴とする請求項１記載の位置検出装置。 - 【請求項４】 前記投光手段と前記受光手段は移動可能
なピックアップヘッド内に収納されていることを特徴と
する請求項１記載の位置検出装置。 - 【請求項５】 第１物体と第２物体とを対向させて相対
的な位置検出を行なう際、該第１物体面上と該第２物体
面上に各々物理光学素子を形成し、このうち一方の物理
光学素子に投光手段から光を入射させたときに生ずる回
折光を他方の物理光学素子に入射させ、該他方の物理光
学素子により所定面上に生ずる回折パターンの光束を受
光手段により検出する粗検出手段及び該粗検出手段と同
一方向の位置ずれ量を該粗検出手段の投光手段及び受光
手段の一部を共有する微検出手段とを設け、該粗検出手
段からの信号を利用して該第１物体と第２物体との相対
的位置関係を該微検出手段の検出可能領域に追い込んで
から該微検出手段からの信号を利用して該第１物体と該
第２物体との相対的な位置検出を行なったことを特徴と
する位置検出装置。 - 【請求項６】 前記粗検出手段の投光手段と前記微検出
手段の投光手段は共通のものであることを特徴とする請
求項５記載の位置検出装置。 - 【請求項７】 前記粗検出手段の受光手段と前記微検出
手段の受光手段の一部は共通の部材より成っていること
を特徴とする請求項５記載の位置検出装置。 - 【請求項８】 前記投光手段と前記受光手段は移動可能
なピックアップヘッド内に収納されていることを特徴と
する請求項５記載の位置検出装置。 - 【請求項９】 前記粗検出手段は前記微検出手段に比べ
て位置ずれ検出精度は低いが位置ずれ検出レンジが広い
ことを特徴とする請求項１又は５の位置検出装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4020514A JP3008633B2 (ja) | 1991-01-11 | 1992-01-09 | 位置検出装置 |
| DE69229647T DE69229647T2 (de) | 1991-01-11 | 1992-01-10 | Ausrichtverfahren |
| EP92300213A EP0494789B1 (en) | 1991-01-11 | 1992-01-10 | Alignment method |
| US07/819,052 US5377009A (en) | 1991-01-11 | 1992-01-10 | Alignment method |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-13715 | 1991-01-11 | ||
| JP1371591 | 1991-01-11 | ||
| JP4020514A JP3008633B2 (ja) | 1991-01-11 | 1992-01-09 | 位置検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0566109A true JPH0566109A (ja) | 1993-03-19 |
| JP3008633B2 JP3008633B2 (ja) | 2000-02-14 |
Family
ID=26349537
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4020514A Expired - Fee Related JP3008633B2 (ja) | 1991-01-11 | 1992-01-09 | 位置検出装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5377009A (ja) |
| EP (1) | EP0494789B1 (ja) |
| JP (1) | JP3008633B2 (ja) |
| DE (1) | DE69229647T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006516065A (ja) * | 2002-08-01 | 2006-06-15 | モレキュラー・インプリンツ・インコーポレーテッド | インプリント・リソグラフィの散乱計測アラインメント |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5625453A (en) * | 1993-10-26 | 1997-04-29 | Canon Kabushiki Kaisha | System and method for detecting the relative positional deviation between diffraction gratings and for measuring the width of a line constituting a diffraction grating |
| KR0157279B1 (ko) * | 1994-03-15 | 1999-05-01 | 모리시타 요이찌 | 노광방법 |
| 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 |
| JPH08167559A (ja) * | 1994-12-15 | 1996-06-25 | Nikon Corp | アライメント方法及び装置 |
| JP3292022B2 (ja) * | 1996-01-17 | 2002-06-17 | 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 |
| 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 |
| 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 |
| US6281655B1 (en) * | 1999-12-23 | 2001-08-28 | Nikon Corporation | High performance stage assembly |
| JP2001253114A (ja) * | 2000-03-13 | 2001-09-18 | Fuji Photo Film Co Ltd | 画像露光記録装置における光量調整方法および装置 |
| US6552790B1 (en) | 2001-02-20 | 2003-04-22 | Advanced Micro Devices, Inc. | System and method for facilitating wafer alignment by mitigating effects of reticle rotation on overlay |
| KR100471018B1 (ko) | 2000-11-28 | 2005-03-08 | 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤 | 두 개의 대상물 간의 갭 조절장치 및 조절방법 |
| JP3958134B2 (ja) * | 2002-07-12 | 2007-08-15 | キヤノン株式会社 | 測定装置 |
| JP2009099873A (ja) * | 2007-10-18 | 2009-05-07 | Canon Inc | 露光装置およびデバイス製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4405238A (en) * | 1981-05-20 | 1983-09-20 | Ibm Corporation | Alignment method and apparatus for x-ray or optical lithography |
| US4606643A (en) * | 1983-06-20 | 1986-08-19 | The Perkin-Elmer Corporation | Fine alignment system |
| JPS60216548A (ja) * | 1985-02-20 | 1985-10-30 | Hitachi Ltd | 露光用板状物 |
| US4815854A (en) * | 1987-01-19 | 1989-03-28 | Nec Corporation | Method of alignment between mask and semiconductor wafer |
| JPS63221616A (ja) * | 1987-03-11 | 1988-09-14 | Toshiba Corp | マスク・ウエハの位置合わせ方法 |
| JPH01285803A (ja) * | 1988-05-13 | 1989-11-16 | Fujitsu Ltd | フレネル・ゾーン・プレートおよびそれを用いる位置合せ方法 |
| DE68925142T2 (de) * | 1988-02-16 | 1996-06-13 | Canon K.K., Tokio/Tokyo | Vorrichtung zum Nachweis der örtlichen Beziehung zwischen zwei Objekten |
| JP2626076B2 (ja) * | 1988-09-09 | 1997-07-02 | キヤノン株式会社 | 位置検出装置 |
-
1992
- 1992-01-09 JP JP4020514A patent/JP3008633B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1992-01-10 US US07/819,052 patent/US5377009A/en not_active Expired - Fee Related
- 1992-01-10 DE DE69229647T patent/DE69229647T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-01-10 EP EP92300213A patent/EP0494789B1/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006516065A (ja) * | 2002-08-01 | 2006-06-15 | モレキュラー・インプリンツ・インコーポレーテッド | インプリント・リソグラフィの散乱計測アラインメント |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69229647T2 (de) | 1999-12-16 |
| DE69229647D1 (de) | 1999-09-02 |
| US5377009A (en) | 1994-12-27 |
| EP0494789B1 (en) | 1999-07-28 |
| JP3008633B2 (ja) | 2000-02-14 |
| EP0494789A2 (en) | 1992-07-15 |
| EP0494789A3 (en) | 1992-11-19 |
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| JP2692965B2 (ja) | 位置検出装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |