JPS6135520A - Method for determining position of objective lens system of alignment apparatus - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To accurately and quickly carry out alignment by making coarse alignment to the reference position with a photointerrupter, then scanning a particular reference mark with a photo scanning means and measuring the distance between the scanning start point and mark and the crossing position of the reference mark and scanning light. CONSTITUTION:An objective lens system is driven in the direction where the photo interrupters 83, 83', 84 are provided and the objective lens system is set to the reference position when the objective lens system shields the light for the photo interrupters 83, 83', 84. The mask reference marks 80, 80' are scanned with laser beam and the distance between the scanning start point and the mask reference marks 71-74 and the interval between the mask reference marks 71- 74 are measured from the detected signal. The relative positioning can be done for the mask reference marks and objective lens alignment can be completed by controlling the position of objective lens system based on such measured values.

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の分野］ 本発明は、２つの物体を位置合せするための装置におけ
る位置合せ用対物レンズ系のＭ準位置決定方法に関する
。この方法は、特にマスクあるいはレチクルの半導体集
積回路パターンをウェハ上に焼付けるに先立ってマスク
とウェハをアライメントするために適する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a method for determining the M-subposition of an alignment objective lens system in a device for aligning two objects. This method is particularly suitable for aligning a mask and a wafer prior to printing a semiconductor integrated circuit pattern on the mask or reticle onto the wafer.

［発明の青用］ 単導体製造工程には、幾つかのパターンをウェハ上に順
次転写し半導体集積回路を形成する工ｑが含まれている
。その場合、既に前工程のパターンが転写されたウェハ
上に更に別のパターンを正確に位置合せするために、パ
ターンを具えたマスクどウェハを高精度でアライメント
する（以下マスク・ウェハ・アライメントと称す）必要
がある。[Blue version of the invention] The single conductor manufacturing process includes a step of sequentially transferring several patterns onto a wafer to form a semiconductor integrated circuit. In that case, in order to accurately align another pattern onto the wafer on which the previous pattern has already been transferred, the mask and wafer with the pattern are aligned with high precision (hereinafter referred to as mask-wafer alignment). )There is a need.

そしてこのアライメントは、マスクとウェハ上にそれぞ
れＪ１込まれたアライメントマークを光電検知し、検知
した信号により自動的に達成されるのが普通である。This alignment is usually achieved automatically by photoelectrically detecting the alignment marks J1 formed on the mask and the wafer, respectively, and using the detected signals.

一方、最近はマスクを収納するマスクキャリア中のマス
クを自動的にマスクセット位置に装置するマスクチェン
ジ機４Ｒを備えた装置が知られている。この機構にはマ
スクを焼付はステージの所定の位置に正確にセットする
ための予備位置合Ｖ（以下マスクアライメントと称す）
機能が要求される。詳細は後述するが、このマスクアラ
イメントについても先のマスク・ウェハ・アライメント
と同様の方法で実現することが可能である。On the other hand, recently, an apparatus equipped with a mask change machine 4R that automatically places a mask in a mask carrier in a mask set position has been known. This mechanism has a preliminary positioning V (hereinafter referred to as mask alignment) to accurately set the mask at a predetermined position on the stage.
functionality is required. Although details will be described later, this mask alignment can also be achieved in the same manner as the mask-wafer alignment described above.

ところで、上記マスク・ウェハ・アライメントまたはマ
スクアライメントを行なうためには、位置合せを行なう
物体の各々のアライメントマークを同時に観察し得る光
学系が必要であるが、アライメン１へマークの形成され
る位置はユーザーにより異なることが考えられるし、ア
ライメントマーク以外のものを上記光学系で観察したい
場合もある。また、マスク・ウェハ・アライメン１へと
マスクアライメントを同時に実現させる意味においても
、上記観察光学系の対物レンズ系になるべく広範囲を駆
動可能とする機能を持たせて観察光学系の視野を拡げて
やる必要がある。しかし、対物レンズ系を広範囲に渡っ
て駆動させることとなれば、高精度の位置再現性が保証
されなければならない。By the way, in order to perform the above-mentioned mask-wafer alignment or mask alignment, an optical system that can simultaneously observe each alignment mark on the object to be aligned is required. This may vary depending on the user, and there may be cases where the user wants to observe something other than the alignment mark using the optical system. In addition, in order to simultaneously realize mask alignment in Mask Wafer Alignment 1, the field of view of the observation optical system is expanded by providing the objective lens system of the observation optical system with a function that allows it to drive over a wide range as much as possible. There is a need. However, if the objective lens system is to be driven over a wide range, highly accurate position repeatability must be guaranteed.

［発明の目的］ 本発明の目的は、位置合゛ｌ！装置において、対物レン
ズ系の基準位置を高精度に決定する方法を提供すること
にある。[Object of the Invention] The object of the present invention is to improve the positional alignment. An object of the present invention is to provide a method for determining a reference position of an objective lens system with high precision in an apparatus.

［実施例の説明］ 以下、図面に従って本発明の実施例を３（明する。[Explanation of Examples] Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be explained according to the drawings.

第１図は、本発明の方法が適用される投影露光装置の外
観を示す。同図において、１は集積回路パターンを具え
たマスクで、他にマスクアライメントマークやマスク・
ウェハ・アライメントマークを具えるものとする。２は
マスクステージで、マスク１を保持してマスク１を平面
内（ＸＹ方向）及び回転方向（θ方向）に移動さゼる。FIG. 1 shows the appearance of a projection exposure apparatus to which the method of the present invention is applied. In the figure, 1 is a mask with an integrated circuit pattern, and the mask 1 also includes mask alignment marks, mask marks, etc.
Shall be equipped with wafer alignment marks. Reference numeral 2 denotes a mask stage that holds the mask 1 and moves the mask 1 in the plane (XY direction) and in the rotational direction (θ direction).

３は縮小投影レンズ、４は感光層を具えるウェハで、マ
スク・ウェハ・アライメントマークとテレビ・つエバア
ライメントマークを具えるものとする。５はウェハステ
ージである。ウェハステージ５はウェハ４を保持してそ
れを平面内及び回転方向に移動させるものであり、また
ウェハ焼付位置（投影好尚）とテレビ・ウェハアライメ
ント位置間を移動する。６はテレビ・ウェハアライメン
ト用検知装置の対物レンズ、７はＩｉａ　血管又は固体
ｌｆｆ１像素子、８は映像ｌ！５！察用のテレビ受象器
である。９は双眼ユニットで、投影レンズ３を介してウ
ェハ４の表面を観察するために役立つ。１０は、光源１
０ａを発したマスク照明光を収束させるための照明光学
系並びにマスク・ウェハ・アライメント用の検知装置を
収容する上部ユニットである。3 is a reduction projection lens, 4 is a wafer provided with a photosensitive layer, and is provided with a mask/wafer alignment mark and a television/evaporation alignment mark. 5 is a wafer stage. The wafer stage 5 holds the wafer 4 and moves it in a plane and in a rotational direction, and also moves between a wafer printing position (preferably a projection position) and a television/wafer alignment position. 6 is an objective lens of a detection device for television/wafer alignment, 7 is an Iia blood vessel or solid lff1 image element, and 8 is an image l! 5! It is a television receiver for observation. A binocular unit 9 is useful for observing the surface of the wafer 4 through the projection lens 3. 10 is light source 1
This is an upper unit that houses an illumination optical system for converging the mask illumination light emitted by the 0a and a detection device for mask-wafer alignment.

ウェハステージ５は、図示しないウェハ搬送手段にＪ二
り搬送されたウェハを所定の位置で保持し、先ず、アラ
イメント用対物レンズ６の祝野内にウェハ上のテレビ・
ウェハアライメントマークが入る位置まで移動する。こ
の時の位置精度は低域的なアライメント結反によるもの
であり、対物レンズ６の視野はおよそ直径１ｍｍ〜２ｍ
ｍ程度である。The wafer stage 5 holds the wafer transported by a wafer transport means (not shown) at a predetermined position, and first places a television on the wafer within the field of the alignment objective lens 6.
Move to the position where the wafer alignment mark is placed. The positional accuracy at this time is due to low-range alignment distortion, and the field of view of the objective lens 6 is approximately 1 mm to 2 m in diameter.
It is about m.

この祝野内のアライメントマークはＩＣ象管７で検知さ
れ、テレビ・ウェハアライメント用の光学系内設けられ
たテレビ・ウェハアライメント用基準マークを基準とし
て、そこからのアライメントマークの座標位置が検出さ
れる。一方、投影光学系のオートアライメント用検知位
置と前述のテレビ・ウェハアライメント用基準マークの
位置は予め設定されているので、この２点の位置とテレ
ビ・ウェハアライメントマークの座標位置からオートア
ライメント位置へのウェハ・ステージ５の送り込み缶が
決められる。This alignment mark within the field is detected by the IC quadrant 7, and the coordinate position of the alignment mark from there is detected with reference to a reference mark for TV/wafer alignment provided in the optical system for TV/wafer alignment. . On the other hand, since the detection position for auto alignment of the projection optical system and the position of the reference mark for TV/wafer alignment described above are set in advance, the auto alignment position can be determined from the coordinate position of these two points and the TV/wafer alignment mark. The infeed can of wafer stage 5 is determined.

テレビ・ウェハアライメントの位置検出精度は±５／ｌ
ｒｎ以下であり、テレビ・ウェハアライメント佐官から
マスク・ウェハ・アライメント位置までのウェハステー
ジの移動で発生する誤差を考慮に入れても、±１０μｍ
程度である。従ってアライメントは約±１０μｍの範囲
で行えばよく、これは従来のアライメントの視野範囲の
１／　１００以下の範囲であり、アライメントが従来よ
り高速で行なえることになる。Position detection accuracy for TV/wafer alignment is ±5/l
rn or less, and even taking into account the error caused by the movement of the wafer stage from the TV/wafer alignment officer to the mask/wafer alignment position, the error is ±10 μm.
That's about it. Therefore, alignment can be performed within a range of approximately ±10 μm, which is less than 1/100 of the field of view of conventional alignment, and alignment can be performed faster than conventional alignment.

第２図はマスクアライメント及びマスク・ウェハ・アラ
イメントを達成り−る実施例を示している。FIG. 2 shows an embodiment for achieving mask alignment and mask-wafer alignment.

図中、マスク１、縮小投影レンズ３、ウェハ４、ウェハ
ステージ５は第１図と同一である。１９影レンズ３は便
宜上（桑式的にｌｆ＋’ｉいＣいる。１１と１１′　は
マスク基準マークで、レンズ鏡筒あるいは装置の一部と
いった不動の箇所に刻まれている。In the figure, a mask 1, a reduction projection lens 3, a wafer 4, and a wafer stage 5 are the same as in FIG. 19 The shadow lens 3 is indicated by lf+'i C for convenience (in the Mulberry style).11 and 11' are mask reference marks, which are carved in an immovable location such as a lens barrel or a part of the device.

他方、マスク１上の２０．２０’で示した位置には第３
図で付番７５．７６で示す如き、走査＄１６０に対しθ
＝４５°傾いて配設された線もしくはスリット状のマス
ク・ウェハ・アライメントマークが設けられている。又
、ウェハ４上の２１．２１’で示した位置には第３回付
番７１．７２．７３．７４で示す如き走査線６０に対し
てθ＝−４５°傾いて配設された線もしくはスリット状
のマスク・ウェハ・アライメントマークが設けられてい
る。そして通常は左右両観察系の信号によって位置合せ
が行われる。On the other hand, the third
θ for a scan of $160, as shown by number 75.76 in the figure.
A mask/wafer alignment mark in the form of a line or slit is provided at an angle of =45°. Also, at the position indicated by 21.21' on the wafer 4, there is a line or A slit-shaped mask/wafer alignment mark is provided. Normally, alignment is performed using signals from both the left and right observation systems.

なお、マスク１上のアライメントマークとウェハ４上の
アライメントマークは、等倍投影系以外の系を介在させ
た時には投影もしくは逆投影しても両方のアライメント
ークークの寸法関係が狂わない様にアライメントマーク
の寸法を変えておくものどじ、ここではマスクのアライ
メントマークの寸法でウェハのアライメントマークの寸
法を除算すると縮小倍率になる様に設定する。Note that the alignment mark on the mask 1 and the alignment mark on the wafer 4 are aligned so that the dimensional relationship between both alignments will not be disturbed even if projection or back projection is used when a system other than the same-magnification projection system is used. In addition to changing the mark dimensions, here we set the size so that the reduction ratio is obtained by dividing the dimension of the wafer alignment mark by the dimension of the mask alignment mark.

第２図へ戻って、２２はレーザ光源、２３は音響光学素
子等の光偏向器である。光偏向器２３は外部からの切換
信号に応じて光の射出方向を上方、水平、下方に切換え
る。２４と２５はそれぞれ収斂性のシリンドリカルレン
ズでその母線が直交する様に配置され、レーザービーム
の断面形状を線状に変換する１大能を持つ。２６と２７
は台形プリズムで、光偏向器２３で上方と下方に偏向さ
れた光を逆方向へ屈折させる機能を持つ。２８は回転軸
２９を中心として回転する回転多面鏡（ポリゴンミラー
）である。Returning to FIG. 2, 22 is a laser light source, and 23 is an optical deflector such as an acousto-optic device. The optical deflector 23 switches the light emission direction upward, horizontally, and downward in response to a switching signal from the outside. 24 and 25 are convergent cylindrical lenses arranged so that their generating lines are perpendicular to each other, and have the function of converting the cross-sectional shape of the laser beam into a linear one. 26 and 27
is a trapezoidal prism, which has a function of refracting the light deflected upward and downward by the optical deflector 23 in the opposite direction. 28 is a rotating polygon mirror that rotates around a rotation axis 29.

レーザ光源２２から射出したレーザ光線３０は光偏向器
２３の状態により、シリンドリカルレンズ２４とプリズ
ム２Ｇを経由するスリット状光線３０ａ１シリンドリカ
ルレンズ２５とプリズム２７を経由するスリット状光線
３０ｂ、或は直進するスポット状光線３０ｃのいずれか
の光路をどろが、どの場合にも回転多面鏡２８上の面の
一点３１へ収束する。３２．３３゜３４は中間Ｉランプ
、３５は光路分割ミラー、３Ｇは目視観察系（３７，３
８）を形成するハーフ・ミラー、３７はレンズ、３８は
接眼レンズでウェハ而のｌｆｆ＋を結像する。３９は目
？Ｊｉ！ＷＡ察系用照明系（４０，４１）を形成するハ
ーフ・ミラー、４０はコンデンサ・レンズ、４１はラン
プである。４２は光電検出系（４３，４４，４５゜４６
）を形成するハーフミラ−で、４３はミラー、４４はレ
ンズ、４５は空間フィルタであり、４Ｇはコンデンサ°
・レンズ、４１は光検出器である。４Ｂ、　４９．５０
゜５１は全反射ミラー、５２はプリズム、５３はｆ−θ
対物レンズである。５４はマスク１上に設けられたマス
クアライメント用のアライメントパターンの位置である
。５８は図面内方向のレーザ光走査を図面に垂直方向の
走査に変更するためのプリズムブロックである。Depending on the state of the optical deflector 23, the laser beam 30 emitted from the laser light source 22 is divided into a slit-shaped beam 30a that passes through the cylindrical lens 24 and the prism 2G, a slit-shaped beam 30b that passes through the cylindrical lens 25 and the prism 27, or a spot that goes straight. In any case, one of the optical paths of the shaped ray 30c converges to a point 31 on the surface of the rotating polygon mirror 28. 32.33° 34 is the intermediate I lamp, 35 is the optical path splitting mirror, 3G is the visual observation system (37, 3
8), a lens 37 and an eyepiece 38 form an image of lff+ on the wafer. Is 39 an eye? Ji! A half mirror forms a WA inspection illumination system (40, 41), 40 is a condenser lens, and 41 is a lamp. 42 is a photoelectric detection system (43, 44, 45°46
), 43 is a mirror, 44 is a lens, 45 is a spatial filter, and 4G is a condenser.
- Lens 41 is a photodetector. 4B, 49.50
゜51 is a total reflection mirror, 52 is a prism, 53 is f-θ
It is an objective lens. 54 is the position of an alignment pattern provided on the mask 1 for mask alignment. Reference numeral 58 denotes a prism block for changing the laser beam scanning in the direction within the drawing to the scanning in the direction perpendicular to the drawing.

第２図かられかる柱に信号検出系は全く対称な左右の系
から成っており、オペレータ側を紙面の手前側どすると
、ダッシュで示した系は右、ダッシュなしの系は左の信
号検出系と呼ぶことにする。As shown in Figure 2, the signal detection system consists of completely symmetrical left and right systems.If the operator side is placed on the front side of the paper, the system shown with a dash is on the right, and the system without a dash is on the left. Let's call it a system.

中間レンズ３２．３３．３４は回転多面鏡２８からの＋
ｉれ原点を対物レンズ５３の絞り位置５５の中の瞳５６
に形成する。従ってレーザービームは回転多面＃Ｊ２２
８の回転によりマスク及びウェハ上を図面に垂直に走査
する。Intermediate lenses 32, 33, 34 are + from the rotating polygon mirror 28.
The origin of the image is set at the pupil 56 in the aperture position 55 of the objective lens 53.
to form. Therefore, the laser beam is rotating polygon #J22
8 to scan the mask and wafer perpendicular to the drawing.

また対物レンズ系において、対物レンズ５３、絞り５５
、ミラー５１及びプリズム５２はＸＹ方向に図示しない
移動手段により移動可能であり、マスク１及びウェハ４
の観察及び測定位置は任意に変えることかできる。例え
ば、Ｘ方向の移動はミラー５１が図中矢印Ａで示した方
向に移動すると対物レンズ５３及び絞り５５も同時に六
方向に移動すると共に光路長を常に一定に保つためプリ
ズム５２ち六方向にミラー５１の移動口の１／′２の伍
移動りる。In addition, in the objective lens system, an objective lens 53, an aperture 55
, the mirror 51 and the prism 52 are movable in the XY directions by a moving means (not shown), and the mask 1 and the wafer 4
The observation and measurement positions can be changed arbitrarily. For example, when the mirror 51 moves in the direction shown by arrow A in the X direction, the objective lens 53 and the aperture 55 simultaneously move in six directions, and in order to keep the optical path length constant, the prism 52 moves in the six directions. It moves 1/'2 of the moving port of 51.

一方、Ｙ方向の移動は観察・位Ｕ検出用の光学系全１木
がＹ方向（紙面に垂直な方向）に移動する。On the other hand, when moving in the Y direction, the entire optical system for observation and position U detection moves in the Y direction (direction perpendicular to the plane of the paper).

第３図を参照して、第２図のシリンドリカルレンズ２１
を経由する光路３０ａの走査ビーム６１は走査軸６０に
対し角度θ＝　４５’をなし、はぼマーク７１゜７２、
７５と平行をなす。この状態で走査した時に光検出器４
７．４７’　には第３図（Ｂ）に示すようなＳ７１．　
Ｓ７５．８７２の信号が得られる。Ｓ７１．　Ｓ７５゜
３７２は位置合せマーク７１．７５．７２にそれぞれ対
応した信号である。また、走査面上に微小なゴミがあっ
てもスポット状ビームの場合とは異なり、平均化され出
力として実用上検知されない。With reference to FIG. 3, the cylindrical lens 21 of FIG.
The scanning beam 61 of the optical path 30a passing through makes an angle θ=45' with respect to the scanning axis 60, and the dot mark 71°72,
It is parallel to 75. When scanning in this state, the photodetector 4
7.47' has S71. as shown in FIG. 3(B).
A signal of S75.872 is obtained. S71. S75°372 are signals corresponding to the alignment marks 71, 75, and 72, respectively. Further, even if there is minute dust on the scanning surface, unlike the case of a spot beam, it is averaged and is not practically detected as an output.

一方、第２図のシリンドリカルレンズ２５を通過する光
路３０ｂの走査ど−ム６２は走査ｌ１１１１６０に対し
てθ＝　−４５’傾斜し、マーク７３．７４．７６と平
行しているので検出信号は第３図（ｂ）の３７３，８７
６゜３７４となる。従って検出信号３７１．８７５．３
７２゜３７３、３７６、８７４の間隔を計測すればマス
クとウェハのずれｍが検出でき、両者が整合した場合に
は検出信号の間隔が等しくなる。On the other hand, the scanning dome 62 of the optical path 30b passing through the cylindrical lens 25 in FIG. 373, 87 in Figure 3 (b)
It becomes 6°374. Therefore, the detection signal 371.875.3
By measuring the intervals of 72 degrees 373, 376, and 874, the deviation m between the mask and the wafer can be detected, and when they match, the intervals of the detection signals become equal.

なお、本出願人は特開昭５３−９０８７２号あるいは特
開昭５３−９１７５４＠　等でオートアライメントにつ
いて提案している。The present applicant has proposed auto-alignment in JP-A-53-90872 or JP-A-53-91754@.

以上、第２図と第３図を用いてマスク１上のアライメン
トマーク２０とウェハ面上のアライメントマーク２１の
整合印らマスク・ウェハ・アライメントについて説明を
行ったが、マスクアライメントについては、上述した光
学系及び同一形状のアライメントマークで、マスク１上
のアライメントマーク５４と、レンズ鏡筒３に図示しな
い手段により支持けられたマスク基準マーク１１を位置
合せすることによってマスクアライメントを実現できる
。The mask-wafer alignment, which is the alignment mark between the alignment mark 20 on the mask 1 and the alignment mark 21 on the wafer surface, has been explained using FIGS. 2 and 3 above. Mask alignment can be achieved by aligning the alignment mark 54 on the mask 1 with the mask reference mark 11 supported by means not shown in the lens barrel 3 using an optical system and an alignment mark of the same shape.

この場合、前）ホした様に対物レンズ５３、瞳５５、ミ
ラー５１及びプリズム５２等からなる対物レンズ系は第
２図中、へ方向にマスク基準マーク１１の位置まで移動
する必要がある。In this case, the objective lens system consisting of the objective lens 53, pupil 55, mirror 51, prism 52, etc. needs to be moved to the position of the mask reference mark 11 in the direction shown in FIG.

本発明は、上述した光学系の対物レンズ系即ち対物レン
ズ５３、絞り５５、ミラー５１及びプリズム５２を移動
する際の高精度位置再現性を保証するためにその基準位
置を正確に決定できるようにしたものである。The present invention is designed to accurately determine the reference position of the objective lens system of the optical system, that is, the objective lens 53, the aperture 55, the mirror 51, and the prism 52, in order to guarantee high precision position repeatability when moving them. This is what I did.

以下、上記の基準位置決定、即ち対物レンズ系を基準位
置へ移動した際のずれｍの検出、ざらには対物レンズ系
の基準位置への設定を゛対物アライメント″と称し、詳
しく説明して行く。In the following, the above reference position determination, that is, detection of the deviation m when the objective lens system is moved to the reference position, and roughly speaking, setting the objective lens system to the reference position, will be referred to as "objective alignment" and will be explained in detail. .

まず従来例を、第４図を用いて説明する。第４図は装置
前面に対して奥側をＹ座標正の方向に、装置右側をＸ庄
標正の方向に取り、上方から観察した図である。第４図
に８０．８０’　として示されたものが第２図の１ｉ、
　ｉｉ’に相当するマスク基準マークである。また、第
４図の８１．８１’が碧２図の５４、５４’　に相当す
るマスク上に設けられたマスクアライメント用のアライ
メントマークである。First, a conventional example will be explained using FIG. 4. FIG. 4 is a diagram viewed from above, with the back side of the front side of the device taken in the positive direction of the Y coordinate, and the right side of the device taken in the direction of the positive X coordinate. What is shown as 80.80' in Fig. 4 is 1i in Fig. 2,
This is a mask reference mark corresponding to ii'. Further, 81 and 81' in FIG. 4 are alignment marks for mask alignment provided on the mask corresponding to 54 and 54' in Ao 2.

第４図においては、左側のＸ方向に関して駆動する対物
レンズ系をその視野を代表として８２、また、右側につ
いて８２′　として示してある。前述したように、実際
にはＸ方向に関しては左右独立で第４図にＢ、　ｒ３’
で示した矢印の方向に、また、Ｙ方向についてはこの光
学系全体が第４図Ｃで示した矢印の方向に駆動Ｊ゛るの
で３つの駆動系各々に対して基準位置が決定されるが、
その方法に関　゛して同様であるので、今は左Ｘ方向の
駆動系に対してのみ言及していくこととする。In FIG. 4, the objective lens system driven in the X direction on the left side is shown as 82, representing its field of view, and the objective lens system on the right side is shown as 82'. As mentioned above, in reality, the left and right sides are independent in the X direction, and B and r3' are shown in Figure 4.
Since the entire optical system is driven in the direction of the arrow shown in , and in the Y direction, the reference position is determined for each of the three drive systems. ,
Since the method is the same, we will now only refer to the drive system in the left X direction.

装置には予め適当な位置８３．８３’　、　８／ｌに左
Ｘ方向、右Ｘ方向及びＹ方向各々の位置決め用のフォー
トインタラブタ８３．８３’　、　８４が固定されてい
る。Fort interrupters 83.83' and 84 for positioning in the left X direction, right X direction and Y direction are fixed in advance to the device at appropriate positions 83.83' and 8/l.

装置立上げ（起動）時及びリセット時には左対物レンズ
系８２は適当なアクチュエータによってフォトインタラ
プタ８３の方向へ移動して行くようシーケンスが組まれ
ている。そこで左対物レンズ系の動きに付随するよう設
置された板状の物体がフォトインタラプタ８３を遮光し
たときに前述のアクチュエータが停止するよう制御され
ておれば、その停止した位置を基準位置として決定する
ことが可能である。しかし、フォトインクラブタの応答
特性によって、対物レンズ系の位置再現性は最大５０μ
ｍ近くもばらつくことがある。装置を立上げる度に、ま
た、リセットする度に、対物レンズ系の位置が、最大５
０μｍもばらついてしまうことは、以下のマスクアライ
メントやマスク・ウェハ・アライメント処理が不可能で
あったりまたは可能であっても正確に実行されないこと
を意味する。A sequence is set so that the left objective lens system 82 is moved in the direction of the photointerrupter 83 by an appropriate actuator at the time of starting up and resetting the apparatus. Therefore, if the aforementioned actuator is controlled to stop when a plate-shaped object installed to accompany the movement of the left objective lens system blocks light from the photointerrupter 83, the stopped position is determined as the reference position. Is possible. However, the position repeatability of the objective lens system is limited to a maximum of 50 μ due to the response characteristics of the photo ink club.
It may vary by nearly m. Each time the device is started up or reset, the position of the objective lens system changes up to 5 times.
A variation of even 0 μm means that the following mask alignment or mask-wafer alignment process is impossible, or even if possible, cannot be performed accurately.

本発明は、以上の問題を解消し、アライメント光学系の
対物レンズ系基準位置を高精度に再現する方法を捉供す
るものである。The present invention solves the above problems and provides a method for reproducing the objective lens system reference position of the alignment optical system with high precision.

本発明の特徴は、光走査手段を具えた対物レンズ、系を
フォトインタラプタにより基準位置に相位（Ｇ合せりる
とどもに、ある適″５な基準位置に設置された特定のマ
ークを該対物レンズ系自身の光走査手段により走査し、
走査開始点からマークまでの距離と、基準マークと走査
光との交差位置を計測することによって、正確且つ高速
に行なえる点にある。A feature of the present invention is that when an objective lens and a system equipped with a light scanning means are phase-aligned (G aligned) with a reference position by a photointerrupter, a specific mark placed at a certain appropriate reference position is placed on the objective. Scanned by the lens system's own optical scanning means,
By measuring the distance from the scanning start point to the mark and the intersection position of the reference mark and the scanning light, it is possible to perform the scanning accurately and at high speed.

以下、本発明により装置を立上げる時点から対物レンズ
系の位置決めが正確に行なえる所までを第４図を用いて
具体的に説明して行く。Hereinafter, with reference to FIG. 4, a detailed explanation will be given of the process from the time when the apparatus is started up to the point where the objective lens system can be accurately positioned according to the present invention.

始めに、レンズ１１間あるいは装置の一部といった不動
の箇所に基準となるマークを設置！ｌ−る。なお、本実
施例にＪ３いては、前）ボしたマスク・アライメントに
使用するマスク基準マーク（第４図の８１、８１’　）
をこの対物アライメントにも使用しているが、この対物
アライメント用の基準マークは一部　異なる位置に設置
してもよく、また、異なる形状゛のものであっても何ら
問題はない。First, set a reference mark between the lenses 11 or a part of the device that will not move! l-ru. In addition, in J3 in this embodiment, the mask reference marks (81, 81' in Fig. 4) used for mask alignment that are blurred (previously) are
is also used for this objective alignment, but there is no problem even if some of the reference marks for this objective alignment are placed in different positions or have different shapes.

先ず、前述した従来例と同様にして、左右対物レンズ系
８２．８２’の塁ｉｓ；位置を決定する。この場合、Ｘ
方向に関しては左右対物レンズ系８２．８２’共各々８
３．８３’の位置を基準に、またＹ方向に関してはフォ
トインタラプタ８４の位置を基準にして停止するよう制
御されるが、もちろんこの時点では対物レンズの位置は
±５０μｍ程の精度でしか決められていない。First, the positions of the left and right objective lens systems 82, 82' are determined in the same manner as in the conventional example described above. In this case,
Regarding the direction, both the left and right objective lens systems 82 and 82' are 8
It is controlled to stop based on the position of 3.83' and the position of the photointerrupter 84 in the Y direction, but of course the position of the objective lens can only be determined with an accuracy of about ±50 μm at this point. Not yet.

次に、第２図に図示されないマスクチェンジ１構から、
マスクステージにマスクが不図示の手段で搬送され保持
されるが、この時の位置決めは低酸的に行われるので精
度は低く、数１００μｍ程度の誤差が生じる。Next, from one mask change not shown in Fig. 2,
The mask is conveyed and held on the mask stage by means not shown, but since positioning at this time is performed in a low acid manner, the accuracy is low and an error of about several 100 μm occurs.

従って、対物レンズの視野を狭めた場合には祝好尚即ら
レーザ光の走査範囲内にマスクアライメントマークが位
置するとは限らない。しかし、フォトインタラプタ８３
．８３’　、　８４の位置から、マスク基準マーク８０
．８０’　の位置までの距離は充分無視し得る取り付は
誤差のみの精度で絶対的に決まるものであり、もし、マ
スク基準マーク８０．８０’を観察するために、対物レ
ンズ系をマスク基準マーり位置に移動したｊＪ会、第４
図に示づ′ように前述し／ｊ従来例による対物レンズ系
の位置決め′Ｖ１ｒｒｆ；。Therefore, when the field of view of the objective lens is narrowed, the mask alignment mark is not always located within the scanning range of the laser beam. However, photo interrupter 83
．． From the positions 83' and 84, the mask reference mark 80
．． The distance to the 80' position can be ignored.The installation is absolutely determined by the accuracy of the error only.If the objective lens system is set to the mask reference mark 80. The JJ-kai moved to the fourth location.
As shown in the figure, the positioning of the objective lens system according to the conventional example is performed as described above.

であってもレーザ走査範囲の広さの関係から、マスク基
準マーク８０．８０’　は充分視野８２．８２’　内に
捕捉し得る。Even so, the mask reference mark 80.80' can be sufficiently captured within the field of view 82.82' due to the width of the laser scanning range.

そこで、今、マスク基準マーク８０．８０’を先に第２
図を用いて説明した方法によってレーザ走査し、走査開
始点からのマスク基準マークまでの距離とマスク１．１
６マーク１１〜７４各々の間隔を検出信号より訓測する
。その１ｌａｔＱ値を基に以下に示す方法に従って対物
レンズ系の位置を制御すれば、マスク基準マークに対し
て相対的に位置決めされることになり、対物アライメン
トが完了する。So, now, first set the mask reference mark 80.80' and then set the second mark.
Laser scanning is performed using the method explained using the figure, and the distance from the scanning start point to the mask reference mark and the mask 1.1 are measured.
The distance between each of the six marks 11 to 74 is measured from the detection signal. If the position of the objective lens system is controlled according to the method described below based on the 1latQ value, the objective lens system will be positioned relative to the mask reference mark, and objective alignment will be completed.

しかし、第４図にも示したように、マスク上のマスタア
ライメントマーク８１．８１’　も対物−レンズの視野
８２．８２’　に捕捉される場合があるので、そのよう
な場合は、レーザ走査によって検出した信号がマスク基
準マーク８０．８０’　に対応するものであるか、マス
クアライメントマーク８Ｌ　８１’　に対応するもので
あるか、判別がつかなくなる。However, as shown in FIG. 4, the master alignment mark 81.81' on the mask may also be captured in the field of view 82.82' of the objective-lens, so in such a case, the laser scanning It becomes impossible to determine whether the detected signal corresponds to the mask reference mark 80, 80' or the mask alignment mark 8L 81'.

上記問題点を解決１゛るために次の２つの方法が考えら
れる。In order to solve the above problem, the following two methods can be considered.

（１）　　マスクステージを駆動することによってマス
クアライメントマーク８１．８１’　を対物レンズの視
野に捕捉されない領域に完全に逃がし、マスク基準マー
クに対応する出力信号のみを検出できるようにする。(1) By driving the mask stage, the mask alignment marks 81, 81' are completely escaped to a region that is not captured in the field of view of the objective lens, so that only the output signal corresponding to the mask reference mark can be detected.

（２）　　特願昭５７−２０００６２号に提案した方法
つまりマスクアライメントマークを対物レンズを模索す
ることによって正確に位置検知しマスクアライメントを
実行することによって、マスクアライメントマークに対
応する出力信号とマスク基準マークに対応する出力信号
の位置関係を明らかにする。(2) The method proposed in Japanese Patent Application No. 57-200062, in which the position of the mask alignment mark is accurately detected by searching the objective lens and performing mask alignment, allows the output signal corresponding to the mask alignment mark and the mask reference to be detected. Clarify the positional relationship of output signals corresponding to marks.

以下対物アライメントを説明して行く上では上記２つの
方法どちらを採用しても木質的には何ら変わりはない。In the following explanation of objective alignment, there is no difference in terms of the structure no matter which of the above two methods is adopted.

よってここでは、簡単のために（２）の方法を採用した
場合について説明を進めて行くことにする。Therefore, here, for the sake of simplicity, we will proceed with the explanation of the case where method (2) is adopted.

第５図（Ａ）は、マスクアライメントを完了し、対物レ
ンズ系もマスク基準マークに対して正確に位置決めされ
た状態を示す。簡単のために左側のみを示した。以下図
を追って説明して行く。FIG. 5(A) shows a state in which mask alignment has been completed and the objective lens system has also been accurately positioned with respect to the mask reference mark. Only the left side is shown for simplicity. This will be explained with reference to the diagram below.

走査長しの走査ビーム６０が走査開始点Ｓから、マスク
基準マーク７１．７２．７３．７４、マスクアライメン
トマーク７５．７６を走査する。この状態で得られる出
力信号を第５図（Ｂンに示してあるが、見ても明らかな
通り、マスク基準マークに対応した出力信号Ｓｉ’１．
　Ｓ７２．　Ｓ７３．３７４ばかりでなく、マスクアラ
イメントマークに対応した出力信号Ｓ７５，８７６も得
られる。前述したようにマスクアライメン１−が実行さ
れた後なのでその出力位置は、各々、３７１と３７２の
間及びＳ７３ど３７４の間であると分かつており、６本
の出力信号のうち２番目の信号と５番目の信号を無視す
ればマスク基準マークに対応した出力信号のみを取り扱
うことができる。A scanning beam 60 having a scanning length scans mask reference marks 71, 72, 73, 74 and mask alignment marks 75, 76 from a scanning starting point S. The output signals obtained in this state are shown in FIG. 5 (B), and as can be seen, the output signals Si'1.
S72. Not only S73 and 374 but also output signals S75 and 876 corresponding to the mask alignment marks are obtained. As mentioned above, after mask alignment 1- has been executed, the output positions are found to be between 371 and 372 and between S73 and 374, respectively, and the second signal among the six output signals is If the fifth signal is ignored, only the output signal corresponding to the mask reference mark can be handled.

今、レーデ走査することによって各々の出力信号に対し
て走査開始点Ｓからの長さを知ることができる。第５図
（Ａ）のａはＳからＳ７１までの距離どＳから３７２ま
での距離の平均値であり、ｂはＳからＳ７３までの距離
とＳから３７４までの距離の平均値からａの１直を差し
引いた値である。よって見かけ上、ａばＳからマスクア
ライメントマーク７５に対する出力信号Ｓ７５までの距
ｆｉｌｌ、またｂはＳから７スクアライメントマーク７
Ｇに対する出力信号３７６までの距離からａの値を差し
引いた（１１１に相当する。よって、走査ビーム６０が
マスクアライメントマーク７５ど交差する点をＭ、マス
クアライメントマーク７Ｇと交差する点をＮとすればａ
　＝　Ｓ　ＩＶＩ、ｂ＝ＭＮである。Ａは、マスク基準
マークの中心Ｏからマスクアライメントマーク７５．７
６の頂点Ｐまでの距阿【で、それはマスク基準マークと
マスクアライメントマークの形状と大きさによって決ま
る定数である。ところで対物レンズ系がマスク基準マー
クに対して正確に位置決めされた状態というのは、左対
物レンズ系の中心位置を走査ビーム６０の中心Ｏ′とす
れば、Ｏ′がマスク基準マークの中心０とちょうど一致
した状態である。Now, by performing radar scanning, the length from the scanning starting point S can be found for each output signal. In FIG. 5(A), a is the average value of the distance from S to S71 and the distance from S to 372, and b is the average value of the distance from S to S73 and the distance from S to 374. This is the value after subtracting the direct charge. Therefore, apparently, a is the distance fill from S to the output signal S75 for the mask alignment mark 75, and b is the distance from S to the 7 square alignment mark 7.
The value of a is subtracted from the distance to the output signal 376 for G (corresponds to 111. Therefore, let the point where the scanning beam 60 intersects the mask alignment mark 75 be M, and the point where it intersects the mask alignment mark 7G be N. baa
= S IVI, b = MN. A is the mask alignment mark 75.7 from the center O of the mask reference mark.
The distance to the vertex P of 6 is a constant determined by the shape and size of the mask reference mark and the mask alignment mark. By the way, the state in which the objective lens system is accurately positioned with respect to the mask reference mark means that if the center position of the left objective lens system is the center O' of the scanning beam 60, O' is the center 0 of the mask reference mark. It's just a match.

よってこの状態においては以下の二式を満足することに
なる。Therefore, in this state, the following two equations are satisfied.

ａ＋ｂ／２＝Ｌ／２　　　　　　　　　　　（１）ｂ／
２＝Ａ　　　　　　　　　　　　　　　（２）次に、ン
スクアライメン１−が実現されても左対物レンズ系がマ
スク基準マークに対して正確に位置決めされ４Ｋかった
状態を第６図（Ａ）に、また、その時得られる出力信号
を同図（Ｂ）に示す。但し英数字は全て第５図と同イ１
のものを示している。a+b/2=L/2 (1) b/
2=A (2) Next, even if the lens alignment 1- is realized, the left objective lens system is accurately positioned with respect to the mask reference mark and the position is 4K, as shown in Fig. 6 (A), and also at that time. The resulting output signal is shown in the same figure (B). However, all alphanumeric characters are the same as in Figure 5.
It shows things.

中心Ｏ′に対して、Ｘ方向に関してはＸＬ、Ｙ方向に関
しては、ＹＬのｆれを持ってしまった場合である。This is a case where f is XL in the X direction and YL in the Y direction with respect to the center O'.

そのどぎ、ＸＬ、ＹＬは以下の式によって導出される。The steps XL and YL are derived by the following equations.

Ｘ　Ｌ　＝＝　ｂ　／　２−△　　　　　　　　　　　
（３）ＹＬ＝Ｌ／２−　Ｃａ＋ｂ／’２＞　　　　　（
４）なＪ３、右対物レンズ系に対しても同様の方法でず
れ弔を知ることができる。X L == b / 2-△
(3) YL=L/2− Ca+b/'2> (
4) The misalignment of the J3 right objective lens system can be determined in a similar manner.

以下第７図に示づ°フローに従って、対物アライメント
の処理を進めて行く。Hereinafter, the objective alignment process will proceed according to the flow shown in FIG.

先ず始めにステップ７０？にて、シー１ア走査を実行し
、マスク基準マーク及びマスクアライメントマークに対
応した出力信号を得る。第二にステップ１０２にて各々
の出力信号の走査開始点からの距離データを取り込み、
ステップ７０３にて、マスク基準マーク中心位置からの
対物レンズ系のずれ量を計測する。First of all, step 70? , performs SE1A scanning to obtain output signals corresponding to the mask reference mark and mask alignment mark. Second, in step 102, distance data from the scanning start point of each output signal is taken in,
In step 703, the amount of deviation of the objective lens system from the center position of the mask reference mark is measured.

第三にステップ７０４にて左右各々のずれ量を評画し、
次の三つの場合に分類する。Thirdly, in step 704, the amount of deviation on the left and right sides is evaluated,
It is classified into the following three cases.

（イ）　左右対物レンズはθ方向に関しては駆動できな
いので、左右対物レンズ系のＹ方向につい−Ｃのずれ方
向が反対で且つ左右対物レンズ系のずれ量の着が許容範
囲外であればマスク基準マーク中心に対して位置合わせ
不可能となる。(B) Since the left and right objective lenses cannot be driven in the θ direction, if the -C deviation direction of the left and right objective lens systems in the Y direction is opposite and the amount of deviation of the left and right objective lens systems is outside the allowable range, the mask reference is determined. Positioning with respect to the center of the mark becomes impossible.

また、Ｘ方向に関するずれに対しても、異常値ど判断さ
れれば位置合せ不可能どなる。Furthermore, if a deviation in the X direction is determined to be an abnormal value, alignment will be impossible.

（ロ）　左右対物レンズ系の各々についてＸ。(b) X for each of the left and right objective lens systems.

Ｙ各々の方向についてのずれ歯が許容範囲内であれば、
マスクＷＬｔ”マーク中心に対して位置合Ｖ完了となる
。If the misaligned teeth in each Y direction are within the allowable range,
The alignment V is completed with respect to the center of the mask WLt'' mark.

（ハン　　（インでも（ロ）でもない場合、つまり左右
対物レンズ系の補正駆動が必要且つ可能な＋８＠である
。(H) If neither In nor (B), corrective driving of the left and right objective lens systems is necessary and possible +8@.

（イ）、（ｆ］）の場合は、その状ｆフに応じてそれぞ
れステップ７０５または７０ｆ３に進んだ後、対物アラ
イメン１へ処理を終了する。In the case of (b) or (f]), the process proceeds to step 705 or 70f3 depending on the situation, and then the processing ends with objective alignment 1.

（ハ）の場合には、ステップ７０ｇに進み、左右対物レ
ンズ系のＸ、Ｙ各々の方向に関してのずれ■に応じた補
正駆動量を蓮田する。そして、ステップ７０９にて、実
際に対物レンズ系の補正駆動を行なう。さらに確認のた
めステップ７０１に戻り、上述のレーザ走査ｊズ下の処
Ｊｊｌｊを繰り返し、ずれ量が許容範囲内に入るよう追
い込んで行く。In the case of (c), the process proceeds to step 70g, where a correction drive amount is determined in accordance with the deviation (2) of the left and right objective lens systems in each of the X and Y directions. Then, in step 709, the objective lens system is actually corrected and driven. Further, the process returns to step 701 for confirmation, and the above-described process under laser scanning is repeated until the amount of deviation falls within the allowable range.

［発明の効果〕 以上述べた来ＩＣように、本発明に依れば、観察光学系
を通して２つの物体の位置合せを行なう装置において、
観察光学系の対物レンズ系の位置決めを正確且つ、高速
に行なうことができる。対物レンズ系の位置制御を正確
に行なえることは、視野が狭い場合や被ｖＡ察物体の駆
動速度が低い場合等、対物レンズ系自身を駆動させなけ
ればならない場合特に有効である。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, in an apparatus for aligning two objects through an observation optical system,
The objective lens system of the observation optical system can be positioned accurately and at high speed. Being able to accurately control the position of the objective lens system is particularly effective when the objective lens system itself must be driven, such as when the field of view is narrow or when the driving speed of the vA object to be observed is low.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は、本発明の一実ＩＪＩＪＡ例に係る位置合せ装
置の外観斜視図、 第２図は、第１図の装置の光学系側面図、第３図（Ａ）
はアライメントマークの平面図で（Ｂ）はフライメン１
〜マークを走査した１１・ｉの出力信号の例、 第４図は、実施例に係るマスク基準マーク、マスクアラ
イメントマーク、対物レンズ視野、フォトインタラプタ
各々の位置関係を示した平面図、第５図（Ａ）は、対物
アライメントがなされた時のマスク基準マーク、マスク
アライメントマーク及び走査ビームの位置関係を示した
平面図で、（Ｂ）は、その時の出力信号、 第６図（Ａ）は対物アライメントがなされる前の未だ走
査ビームがマスク基準マークに対して位置決めされてい
ない状態を示ず平面図、（Ｂ）はその時の出力信号、 第７図は、対物アライメントの動作を示すフロー図であ
る。 １・・・マスク、２・・・マスクステージ、３・・・投
影レンズ、４・・・ウェハ、５・・・ウェハステージ、
１１．１１’・・・マスク基ｉ１ｉマーク、２０．２０
’　・・・マスクのマスク・ウェハ・アライメントマー
ク、２１．２１’　・・・ウェハのマスク・ウェハ・ア
ライメントマーク、２２・・・レーザ光源、２８・・・
ポリゴンミラー、３６・・・レーザ光、４７・・・光検
出器、５３・・・対物レンズ、５４．５４’・・・マス
クアライメントマーク、８３．８３’　、　８４・・・
フォトインタラプタ。FIG. 1 is an external perspective view of an alignment device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side view of the optical system of the device shown in FIG. 1, and FIG. 3 (A)
is a plan view of the alignment mark, and (B) is flymen 1.
~Example of the output signal of 11・i after scanning the mark; FIG. 4 is a plan view showing the positional relationship of the mask reference mark, mask alignment mark, objective lens field of view, and photointerrupter according to the embodiment; FIG. (A) is a plan view showing the positional relationship between the mask reference mark, mask alignment mark, and scanning beam when objective alignment is performed, (B) is the output signal at that time, and Figure 6 (A) is the objective A plan view showing a state where the scanning beam is not yet positioned with respect to the mask reference mark before alignment is performed, (B) is the output signal at that time, and FIG. 7 is a flow diagram showing the operation of objective alignment. be. 1... Mask, 2... Mask stage, 3... Projection lens, 4... Wafer, 5... Wafer stage,
11.11'...Mask base i1i mark, 20.20
'...Mask/wafer alignment mark on mask, 21.21'...Mask/wafer alignment mark on wafer, 22...Laser light source, 28...
Polygon mirror, 36...Laser beam, 47...Photodetector, 53...Objective lens, 54.54'...Mask alignment mark, 83.83', 84...
Photo-interrupter.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 　マスク上のアライメントマークとウェハ上のアライメ
ントマークを検知する検知手段と、該検知手段の対物レ
ンズ系の基準位置を設定するためのフォトインタラプタ
と基準マークを具え、前記検知手段が光走査することに
よつて前記マスク上のアライメントマークとウェハ上の
アライメントマークを位置合せする装置における対物レ
ンズ系の基準位置決定方法であって、前記対物レンズ系
をフォトインタラプタの設置してある方向に駆動し、該
対物レンズ系がフォトインタラプタを遮光したときに該
対物レンズ系を一応の基準位置に設定する第１の過程と
、前記検知手段により光走査開始点から前記基準マーク
までの距離及び基準マークと走査光との交差位置を計測
することによつて前記対物レンズ系の基準位置からのず
れ量を検出して位置決めする第２の過程を有することを
特徴とする位置合せ装置の対物レンズ系基準位置決定方
法。A detection means for detecting an alignment mark on a mask and an alignment mark on a wafer, a photointerrupter and a reference mark for setting a reference position of an objective lens system of the detection means, and the detection means performs optical scanning. Therefore, there is a method for determining a reference position of an objective lens system in an apparatus for aligning an alignment mark on a mask with an alignment mark on a wafer, which comprises: driving the objective lens system in a direction in which a photointerrupter is installed; a first step of setting the objective lens system to a temporary reference position when the objective lens system blocks light from the photointerrupter; and detecting the distance from the optical scanning start point to the reference mark and the reference mark and the scanning light by the detection means; A method for determining a reference position of an objective lens system for an alignment apparatus, comprising a second step of detecting the amount of deviation of the objective lens system from the reference position and positioning the objective lens system by measuring the intersection position with the reference position of the objective lens system. .