JP2003068613A - Alignment apparatus - Google Patents

Alignment apparatus

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JP2003068613A
JP2003068613A JP2001255429A JP2001255429A JP2003068613A JP 2003068613 A JP2003068613 A JP 2003068613A JP 2001255429 A JP2001255429 A JP 2001255429A JP 2001255429 A JP2001255429 A JP 2001255429A JP 2003068613 A JP2003068613 A JP 2003068613A
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JP
Japan
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diffraction grating
substrate
grating mark
mark
diffracted light
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Application number
JP2001255429A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenichi Kodama
賢一 児玉
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon 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

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fixed alignment apparatus that, for example, when it is applied to a proximity exposure device, aligns an original plate with a substrate, without obstructing the optical path of exposure. SOLUTION: This device comprises irradiation systems (4-6) for, along a substantially inclined optical path, irradiating a first diffraction grating mark (7) formed on a first substrate (1) and a second diffraction grating mark formed on a second substrate (3) with a coherent light, imaging systems (6, 9-11) for forming the images, based on the diffraction lights from the first and second diffraction grating marks, respectively, and a detection system (12) for detecting the images of the first and second diffraction grating marks formed via the imaging systems. The first substrate is aligned with the second substrate based on the output of the detection system.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、位置合わせ装置に
関し、特に半導体集積回路やDNAチップのパターンを
転写焼き付けする近接露光装置において微小パターンが
描画された原版とその下に近接して配置された基板とを
位置合わせする装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a positioning device, and more particularly, to a proximity exposure device for transferring and printing a pattern of a semiconductor integrated circuit or a DNA chip, which is arranged in close proximity to an original plate on which a minute pattern is drawn and below the original plate. The present invention relates to a device for aligning a substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路の製造やDNAチップの
製造に際して、原版上に描画された微小パターンを、そ
の下に近接して配置された基板上に転写焼き付けする近
接露光装置が用いられる。この場合、使用される原版は
一枚のみではなく、複数枚の原版が用いられるのが通常
である。複数枚の原版のパターンは同一の基板上に順次
転写されるが、それら複数の原版パターンが基板上にお
いて互いに正確に重ね合わされる必要がある。従来、近
接露光装置において原版と基板とを位置合わせするため
に位置合わせ装置が使用されている。
2. Description of the Related Art In the manufacture of semiconductor integrated circuits and DNA chips, a proximity exposure apparatus is used which transfers and prints a fine pattern drawn on an original plate onto a substrate arranged under the original pattern. In this case, not only one original plate is used, but a plurality of original plates are usually used. The patterns of a plurality of original plates are sequentially transferred onto the same substrate, but it is necessary that the plurality of original patterns are accurately superimposed on each other on the substrate. Conventionally, in a proximity exposure apparatus, an alignment device is used to align the original plate and the substrate.

【0003】特開平10−242037号に記載される
半導体製造装置に用いられる位置検出装置は、マスク面
上の回路パターンを露光光を用いてウエハに転写する工
程において、微小距離、離して重ね合わされたマスクと
ウエハとのアライメントを行うものである。この位置検
出装置は、マスクとウエハ上に形成されたアライメント
マークを観察することで検出するものである。
The position detecting device used in the semiconductor manufacturing apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-242037 is superposed with a small distance in the process of transferring the circuit pattern on the mask surface onto the wafer using exposure light. The mask and the wafer are aligned. This position detecting device detects by observing an alignment mark formed on the mask and the wafer.

【0004】この位置検出装置は、照明光学装置と検出
光学装置とから構成され、それぞれの装置は、露光時に
露光光を遮らないように、露光領域外においてその光軸
がマスク面に対して斜めになるように配置されていた。
また、検出光学装置は、アライメントマーク(マスクマ
ークとウエハマーク)からの散乱光を検出することで、
ウエハとマスクとの位置関係を検出する。
This position detecting device comprises an illuminating optical device and a detecting optical device. Each device has an optical axis oblique to the mask surface outside the exposure area so as not to block the exposure light during exposure. It was arranged so that.
In addition, the detection optical device detects scattered light from the alignment mark (mask mark and wafer mark),
The positional relationship between the wafer and the mask is detected.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従来の位置検出装置
は、検出光学装置の検出光学系の光軸がマスク面の法線
に対して斜め方向に配置されているため、アライメント
マークの全域に渡ってピントを合わすことが出来ず、つ
まりアライメントマークの一部しかピントを合わすこと
が出来ず、マスクマークとウエハマークとの正しい位置
関係を精度良く求めることが出来ないという課題があっ
た。
In the conventional position detecting device, since the optical axis of the detecting optical system of the detecting optical device is arranged obliquely with respect to the normal to the mask surface, the entire area of the alignment mark is covered. However, there is a problem that only a part of the alignment mark can be focused, and the correct positional relationship between the mask mark and the wafer mark cannot be accurately obtained.

【0006】また、検出光学装置は、散乱光を用いて検
出を行っているため、ノイズの影響を受けやすいという
課題がある。更に、従来の位置検出装置は、マスクとウ
エハとのギャップを検出できない。
Further, since the detection optical device performs detection using scattered light, there is a problem that it is easily affected by noise. Further, the conventional position detecting device cannot detect the gap between the mask and the wafer.

【0007】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、たとえば近接露光装置に適用された場合に、
露光光路を遮ることなく原版と基板との位置合わせを高
精度に行うことのできる位置合わせ装置を提供すること
を目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and when applied to a proximity exposure apparatus, for example,
An object of the present invention is to provide a positioning device that can perform the positioning of the original plate and the substrate with high accuracy without blocking the exposure optical path.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明では、互いに平行に近接して配置された第1
基板と第2基板とを位置合わせする、近接露光装置用の
位置合わせ装置において、照明光学系を含み、前記第1
基板に形成された第1回折格子マークおよび前記第2基
板に形成された第2回折格子マークに可干渉光を照明す
る照明系と、結像光学系を含み、回折作用により形成さ
れる前記第1回折格子マークからの回折像と前記第2回
折格子マークからの回折像とを検出する結像系とを備
え、前記照明系と前記結像系とを露光領域外であって同
じ側に配置し、更に、前記結像光学系の光軸と前記第1
基板の法線とを平行に配置したことを特徴とする位置合
わせ装置を提供する。
In order to solve the above-mentioned problems, according to the present invention, the first members are arranged in parallel and close to each other.
An alignment apparatus for a proximity exposure apparatus, which aligns a substrate and a second substrate, including an illumination optical system,
The first diffraction grating mark formed on the substrate and the second diffraction grating mark formed on the second substrate include an illumination system for illuminating the coherent light, and an imaging optical system, and the first diffraction grating mark is formed by a diffractive action. An imaging system for detecting a diffraction image from the first diffraction grating mark and a diffraction image from the second diffraction grating mark is provided, and the illumination system and the imaging system are arranged outside the exposure area and on the same side. In addition, the optical axis of the imaging optical system and the first
There is provided an alignment device characterized by being arranged in parallel with a normal line of a substrate.

【0009】本発明の好ましい態様によれば、前記照明
光学系のうち照明光の射出側対物レンズと前記結像光学
系のうち回折光の入射側対物レンズとは共通する光学系
であり、この共通光学系の光軸と前記第1基板の法線と
を平行に配置した。また、前記共通光学系は、円形レン
ズの一部を切断した半円形状のレンズ、あるいは円筒レ
ンズの屈折方向の一部を切断したシリンドリカルレンズ
から成ることが好ましい。
According to a preferred embodiment of the present invention, the illumination light exit side objective lens of the illumination optical system and the diffracted light incidence side objective lens of the imaging optical system are common optical systems. The optical axis of the common optical system and the normal line of the first substrate are arranged in parallel. Further, it is preferable that the common optical system includes a semi-circular lens obtained by cutting a part of a circular lens, or a cylindrical lens obtained by cutting a part of a cylindrical lens in a refracting direction.

【0010】また、本発明の好ましい態様によれば、前
記第1回折格子マークと前記第2回折格子マークとは、
実質的に異なる格子ピッチを有し、前記結像系は、前記
第1回折格子マークからの回折光および前記第2回折格
子マークからの回折光を実質的に異なる方向に沿って導
くための偏向部材を有する。また、前記検出系は、前記
第1回折格子マークの回折像を検出するための第1分割
受光素子と、前記第2回折格子マークの回折像を検出す
るための第2分割受光素子とを有し、前記第1分割受光
素子の出力と前記第2分割受光素子の出力とに基づい
て、前記第1基板の面内方向に沿った前記第1基板と前
記第2基板との位置ずれを計測することが好ましい。
According to a preferred aspect of the present invention, the first diffraction grating mark and the second diffraction grating mark are:
Deflection for guiding the diffracted light from the first diffraction grating mark and the diffracted light from the second diffraction grating mark along substantially different directions, with a substantially different grating pitch. Have members. Further, the detection system has a first split light receiving element for detecting the diffraction image of the first diffraction grating mark and a second split light receiving element for detecting the diffraction image of the second diffraction grating mark. Then, based on the output of the first divided light receiving element and the output of the second divided light receiving element, the positional deviation between the first substrate and the second substrate along the in-plane direction of the first substrate is measured. Preferably.

【0011】さらに、本発明の好ましい態様によれば、
前記結像系は、前記第1回折格子マークからの回折光お
よび前記第2回折格子マークからの回折光をマークの長
手方向に関して対称にそれぞれ分割する分割部材を有
し、前記分割部材により分割された前記第1回折格子マ
ークからの一方の回折光により形成された一方のマーク
像と他方の回折光により形成された他方のマーク像との
位置関係に基づいて前記第1基板の法線方向に沿った前
記第1基板の位置ずれを計測し、前記分割部材により分
割された前記第2回折格子マークからの一方の回折光に
より形成された一方のマーク像と他方の回折光により形
成された他方のマーク像との位置関係に基づいて前記法
線方向に沿った前記第2基板の位置ずれを計測する。
Furthermore, according to a preferred embodiment of the present invention,
The imaging system has a dividing member that divides the diffracted light from the first diffraction grating mark and the diffracted light from the second diffraction grating mark symmetrically with respect to the longitudinal direction of the mark, and is divided by the dividing member. Based on the positional relationship between the one mark image formed by the one diffracted light from the first diffraction grating mark and the other mark image formed by the other diffracted light, the normal direction of the first substrate is determined. The positional deviation of the first substrate along the distance is measured, and one mark image formed by one diffracted light from the second diffraction grating mark divided by the dividing member and the other formed by the other diffracted light. The positional deviation of the second substrate along the normal direction is measured based on the positional relationship with the mark image.

【0012】また、本発明の好ましい態様によれば、前
記結像系は、前記第1回折格子マークからの回折光およ
び前記第2回折格子マークからの回折光をそれぞれ分割
するためのビームスプリッターを有し、前記ビームスプ
リッターにより分割された前記第1回折格子マークから
の一方の回折光および前記第2回折格子マークからの一
方の回折光に基づいて、前記第1基板の面内方向に沿っ
た前記第1基板と前記第2基板との位置ずれを計測し、
前記ビームスプリッターにより分割された前記第1回折
格子マークからの他方の回折光および前記第2回折格子
マークからの他方の回折光に基づいて、前記第1基板の
法線方向に沿った前記第1基板および前記第2基板の位
置ずれを計測する。
According to a preferred aspect of the present invention, the image forming system includes a beam splitter for splitting the diffracted light from the first diffraction grating mark and the diffracted light from the second diffraction grating mark, respectively. Based on one diffracted light from the first diffraction grating mark and one diffracted light from the second diffraction grating mark, which is split by the beam splitter, along the in-plane direction of the first substrate. Measuring the positional deviation between the first substrate and the second substrate,
Based on the other diffracted light from the first diffraction grating mark and the other diffracted light from the second diffraction grating mark split by the beam splitter, the first diffracted light along the normal direction of the first substrate. The positional deviation between the substrate and the second substrate is measured.

【0013】さらに、本発明の好ましい態様によれば、
前記第1基板は、露光すべきパターンが描画された原版
であり、前記第2基板は、前記原版に平行に近接して配
置された所定状態において前記原版のパターンが露光転
写される感光性基板である。
Furthermore, according to a preferred embodiment of the present invention,
The first substrate is an original plate on which a pattern to be exposed is drawn, and the second substrate is a photosensitive substrate to which the pattern of the original plate is exposed and transferred in a predetermined state in which the pattern is exposed. Is.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を、添付図面に
基づいて説明する。図1は、本発明の実施形態にかかる
位置合わせ装置の構成を概略的に示す図である。また、
図2は、本実施形態にかかる位置合わせ装置のうち横方
向位置合わせ部の構成を概略的に示す図である。一方、
図7は、本実施形態にかかる位置合わせ装置のうち上下
方向位置合わせ部の構成を概略的に示す図である。本実
施形態では、近接露光装置における原版と基板との間の
位置合わせ、すなわち横方向の位置合わせ(原版の面内
方向に沿った位置合わせ)および上下方向の位置合わせ
(原版の法線方向に沿った位置合わせ)に本発明を適用
している。換言すると、本実施形態にかかる位置合わせ
装置は、横方向の位置合わせを行うための横方向位置合
わせ部MShと、上下方向の位置合わせを行うための上
下方向位置合わせ部MSvとを備えている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an alignment device according to an embodiment of the present invention. Also,
FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of the lateral alignment section of the alignment apparatus according to this embodiment. on the other hand,
FIG. 7 is a diagram schematically showing the configuration of the vertical alignment unit of the alignment device according to the present embodiment. In the present embodiment, alignment between the original plate and the substrate in the proximity exposure apparatus, that is, horizontal alignment (alignment along the in-plane direction of the original plate) and vertical alignment (in the normal direction of the original plate) The present invention is applied to (alignment along). In other words, the alignment device according to the present embodiment includes the lateral alignment portion MSh for performing lateral alignment and the vertical alignment portion MSv for performing vertical alignment. .

【0015】図2を参照すると、横方向位置合わせ部
は、可干渉距離の長い光(可干渉光)を供給する光源4
を備えている。光源4として、たとえば半導体レーザや
He−Neレーザなどを用いることができる。光源4か
ら射出された光束Lbは、レンズ5(対物レンズ)およ
びレンズ6(対物レンズ)を介してほぼ平行光束に変換
された後、原版1および基板3に形成された位置合わせ
マークを原版1の法線方向に対して斜めから照明する。
ここで、レンズ6は、露光光路を遮ることがないよう
に、円形状のレンズから実線で示した部分のみを切り取
った部分レンズ(半円形状のレンズ)として形成されて
いる。なお、レンズ6として、たとえば円筒レンズから
切り取った部分レンズ(シリンドリカルレンズなど)を
使用することもできる。
Referring to FIG. 2, the lateral alignment section provides a light source 4 for supplying light having a long coherence length (coherent light).
Is equipped with. As the light source 4, for example, a semiconductor laser or a He-Ne laser can be used. The light beam Lb emitted from the light source 4 is converted into a substantially parallel light beam through the lens 5 (objective lens) and the lens 6 (objective lens), and then the alignment marks formed on the original plate 1 and the substrate 3 are applied to the original plate 1. Illuminate from an angle with respect to the normal direction.
Here, the lens 6 is formed as a partial lens (semi-circular lens) obtained by cutting out only the portion indicated by the solid line from the circular lens so as not to block the exposure optical path. As the lens 6, for example, a partial lens (such as a cylindrical lens) cut out from a cylindrical lens can be used.

【0016】図3は、原版および基板に形成された位置
合わせマークの構成を概略的に示す図である。図3に示
すように、原版1には、そのパターン2の露光領域に近
接して図中水平方向に一対の1次元回折格子マーク7a
および7bが形成され、パターン2の露光領域に近接し
て図中鉛直方向に1つの1次元回折格子マーク7cが形
成されている。同様に、基板3には、一対の1次元回折
格子マーク7aおよび7bに整列するように図中水平方
向に一対の1次元回折格子マーク8aおよび8bが形成
され、1つの1次元回折格子マーク7cに整列するよう
に図中鉛直方向に1つの1次元回折格子マーク8cが形
成されている。
FIG. 3 is a view schematically showing the arrangement of the alignment marks formed on the original plate and the substrate. As shown in FIG. 3, on the original plate 1, a pair of one-dimensional diffraction grating marks 7a are arranged in the horizontal direction in the drawing in the vicinity of the exposure region of the pattern 2.
And 7b are formed, and one one-dimensional diffraction grating mark 7c is formed in the vertical direction in the drawing in the vicinity of the exposure area of the pattern 2. Similarly, on the substrate 3, a pair of one-dimensional diffraction grating marks 8a and 8b are formed in the horizontal direction in the drawing so as to be aligned with the pair of one-dimensional diffraction grating marks 7a and 7b. One one-dimensional diffraction grating mark 8c is formed in the vertical direction in the figure so as to be aligned.

【0017】したがって、本実施形態にかかる位置合わ
せ装置は、1次元回折格子マーク7aおよび8aに対応
する第1横方向位置合わせ部と、1次元回折格子マーク
7bおよび8bに対応する第2横方向位置合わせ部と、
1次元回折格子マーク7cおよび8cに対応する第3横
方向位置合わせ部とを備えている。以下、各横方向位置
合わせ部の構成は基本的に同じであるため、a〜cの添
え字を省略し、1次元回折格子マーク7および8に対応
する1つの横方向位置合わせ部の構成および動作につい
て説明する。
Therefore, the alignment apparatus according to the present embodiment has a first lateral alignment portion corresponding to the one-dimensional diffraction grating marks 7a and 8a and a second lateral direction alignment portion corresponding to the one-dimensional diffraction grating marks 7b and 8b. Alignment part,
It has a third lateral alignment portion corresponding to the one-dimensional diffraction grating marks 7c and 8c. Hereinafter, since the configurations of the respective lateral alignment portions are basically the same, the suffixes a to c are omitted, and the configuration of one lateral alignment portion corresponding to the one-dimensional diffraction grating marks 7 and 8 and The operation will be described.

【0018】図2に示す横方向位置合わせ部では、原版
1および基板3に形成された1次元回折格子マーク7お
よび8を斜めから照明する。こうして、照明された1次
元回折格子マーク7および8からは、回折光が発生す
る。図4は、原版および基板に形成された1次元回折格
子マークから発生する回折光を説明する図である。図4
を参照すると、原版1(または基板3)上に形成された
1次元回折格子マーク7(または8)に斜めから平行光
束Liが照射されると、正反射光Lrの他に、+方向の
回折光DL+および−方向の回折光DL−が発生する。
本実施形態では、平行光束Liの照射光路に近接した光
路に沿って発生する−方向の回折光DL−を用いる。こ
れにより、照明系および結像系に共通するレンズ6をパ
ターン2の露光領域に近接して配置できる。
In the lateral alignment portion shown in FIG. 2, the one-dimensional diffraction grating marks 7 and 8 formed on the original 1 and the substrate 3 are obliquely illuminated. Thus, diffracted light is generated from the illuminated one-dimensional diffraction grating marks 7 and 8. FIG. 4 is a diagram illustrating diffracted light generated from the one-dimensional diffraction grating mark formed on the original plate and the substrate. Figure 4
Referring to, when the one-dimensional diffraction grating mark 7 (or 8) formed on the original 1 (or the substrate 3) is obliquely irradiated with the parallel light flux Li, in addition to the regular reflection light Lr, the diffraction in the + direction is performed. Light DL + and diffracted light DL− in the − direction are generated.
In this embodiment, the − direction diffracted light DL − generated along the optical path close to the irradiation optical path of the parallel light flux Li is used. Thereby, the lens 6 common to the illumination system and the imaging system can be arranged close to the exposure area of the pattern 2.

【0019】ここで、1次元回折格子マーク7(または
8)のピッチをPとし、平行光束Liの波長をλとし、
平行光束Liの入射角をθiとすると、−1次回折光D
L−の角度θ−は以下の式(1)を満たす。 sin(θ−)=−λ/P+sin(θi) (1)
Here, the pitch of the one-dimensional diffraction grating mark 7 (or 8) is P, the wavelength of the parallel light flux Li is λ,
If the incident angle of the parallel light flux Li is θi, the minus first-order diffracted light D
The angle θ− of L− satisfies the following expression (1). sin (θ −) = − λ / P + sin (θi) (1)

【0020】図2を参照すると、原版1および基板3に
形成された1次元回折格子マーク7および8からの−1
次回折光DLmおよびDLwが、入射光路とほぼ同じ斜
め光路に沿ってレンズ6に入射する。なお、1次元回折
格子マーク7のピッチと1次元回折格子マーク8のピッ
チとが異なる場合、−1次回折光DLmの回折角と−1
次回折光DLwの回折角とが異なることになる。回折光
DLmおよびDLwは、レンズ6を介して収束光とな
り、平面鏡9で横方向に反射された後、三角形状のプリ
ズム10に入射する。このとき、互いの回折角が異なる
ことにより、回折光DLmと回折光DLwとは空間的に
分離されている。
Referring to FIG. 2, -1 from the one-dimensional diffraction grating marks 7 and 8 formed on the original plate 1 and the substrate 3.
The next-order diffracted lights DLm and DLw enter the lens 6 along an oblique optical path that is substantially the same as the incident optical path. When the pitch of the one-dimensional diffraction grating mark 7 and the pitch of the one-dimensional diffraction grating mark 8 are different, the diffraction angle of the -1st-order diffracted light DLm and -1
This is different from the diffraction angle of the next-order diffracted light DLw. The diffracted lights DLm and DLw become convergent lights through the lens 6, are reflected in the horizontal direction by the plane mirror 9, and then enter the triangular prism 10. At this time, the diffracted light DLm and the diffracted light DLw are spatially separated due to the different diffraction angles.

【0021】互いにほぼ平行に三角形プリズム10に入
射した回折光DLmおよびDLwは、三角形プリズム1
0を介して互いに離れるようにそれぞれ偏向される。三
角形プリズム10を介して偏向された回折光DLmおよ
びDLwは、レンズ11を介して、四分割位置検出素子
12上に導かれる。本実施形態では、原版1と基板3と
の中間位置と2つの二分割位置検出素子の対からなる四
分割位置検出素子12の受光面とが、光学的にほぼ共役
に設定されている。また、四分割位置検出素子12は、
互いに同じ特性を有する4個の光電素子Dma,Dm
b,Dwa,Dwbで構成された位置検出素子である。
Diffracted lights DLm and DLw which are incident on the triangular prism 10 substantially in parallel with each other are reflected by the triangular prism 1.
They are respectively biased away from each other by 0. The diffracted lights DLm and DLw deflected through the triangular prism 10 are guided onto the four-divided position detection element 12 through the lens 11. In the present embodiment, the intermediate position between the original plate 1 and the substrate 3 and the light receiving surface of the four-divided position detecting element 12, which is a pair of two two-divided position detecting elements, are set to be substantially optically conjugate. Further, the four-divided position detection element 12 is
Four photoelectric devices Dma and Dm having the same characteristics as each other
It is a position detection element composed of b, Dwa, and Dwb.

【0022】したがって、四分割位置検出素子12上に
は、1次元回折格子マーク7の実像および1次元回折格
子マーク8の実像が形成される。さらに詳細には、光電
素子DmaおよびDmbからなる二分割受光素子上に1
次元回折格子マーク7の実像が形成され、光電素子Dw
aおよびDwbからなる二分割受光素子上に1次元回折
格子マーク8の実像が形成される。このように、三角形
プリズム10は、1次元回折格子マーク7からの回折光
DLmおよび1次元回折格子マーク8からの回折光DL
wを実質的に異なる方向に沿って導くための偏向部材を
構成している。換言すると、三角形プリズム10の偏向
作用により、四分割位置検出素子12上で1次元回折格
子マーク7の実像の位置と1次元回折格子マーク8の実
像の位置とを空間的に大きく分離することができるの
で、互いに干渉することがない。
Therefore, a real image of the one-dimensional diffraction grating mark 7 and a real image of the one-dimensional diffraction grating mark 8 are formed on the four-divided position detecting element 12. More specifically, 1 is provided on the two-divided light receiving element including the photoelectric elements Dma and Dmb.
A real image of the three-dimensional diffraction grating mark 7 is formed, and the photoelectric element Dw
A real image of the one-dimensional diffraction grating mark 8 is formed on the two-divided light receiving element composed of a and Dwb. As described above, the triangular prism 10 allows the diffracted light DLm from the one-dimensional diffraction grating mark 7 and the diffracted light DL from the one-dimensional diffraction grating mark 8.
It constitutes a deflecting member for guiding w along substantially different directions. In other words, due to the deflecting action of the triangular prism 10, the position of the real image of the one-dimensional diffraction grating mark 7 and the position of the real image of the one-dimensional diffraction grating mark 8 on the four-divided position detection element 12 can be spatially largely separated. Therefore, they do not interfere with each other.

【0023】図5は、原版および基板に形成された一対
の1次元回折格子マークの位置関係と四分割位置検出素
子上に形成される一対の実像の位置関係とを示す図であ
る。すなわち、図5では、原版1の法線方向に沿って見
た1次元回折格子マーク7と1次元回折格子マーク8と
の位置関係、および四分割位置検出素子12の受光面の
法線方向に沿って見た1次元回折格子マーク7の実像7
Iと1次元回折格子マーク8の実像8Iとの位置関係を
示している。実像7Iおよび8Iが回折格子状ではなく
一本の線状に示されているのは、−1次回折光のみによ
る実像であるからである。
FIG. 5 is a diagram showing a positional relationship between a pair of one-dimensional diffraction grating marks formed on the original plate and the substrate and a positional relationship between a pair of real images formed on the four-divided position detecting element. That is, in FIG. 5, the positional relationship between the one-dimensional diffraction grating mark 7 and the one-dimensional diffraction grating mark 8 as viewed along the normal line direction of the original plate 1 and the normal direction of the light receiving surface of the four-divided position detection element 12 are shown. Real image 7 of the one-dimensional diffraction grating mark 7 seen along
The positional relationship between I and the real image 8I of the one-dimensional diffraction grating mark 8 is shown. The real images 7I and 8I are shown as a single linear shape instead of the diffraction grating shape because they are real images only by the -1st order diffracted light.

【0024】図5(a)〜(c)に示すように、1次元
回折格子マーク7および8がその長手方向と直交する方
向すなわち横方向に移動すると、その実像7Iおよび8
Iも四分割位置検出素子12上でその長手方向と直交す
る方向すなわち横方向に位置ずれすることになる。四分
割位置検出素子12では、光電素子Dmbの出力からD
maの出力を差し引いた信号Sm、および光電素子Dw
bの出力からDwaの出力を差し引いた信号Swが得ら
れる。
As shown in FIGS. 5A to 5C, when the one-dimensional diffraction grating marks 7 and 8 move in a direction orthogonal to the longitudinal direction, that is, in the lateral direction, their real images 7I and 8 are obtained.
I will also be displaced on the four-divided position detection element 12 in the direction orthogonal to the longitudinal direction, that is, in the lateral direction. In the four-divided position detection element 12, D from the output of the photoelectric element Dmb
Signal Sm from which the output of ma is subtracted, and photoelectric element Dw
A signal Sw is obtained by subtracting the output of Dwa from the output of b.

【0025】図6は、1次元回折格子マーク7または8
を(ひいては原版1または基板3)を横方向に移動させ
た時の信号SmまたはSwの変化の様子を示す図であ
る。信号SmおよびSwは、実像7Iおよび8Iが左右
2つの光電素子の境目に位置した時に0となるように調
整されている。換言すると、信号SmおよびSwが同時
に0になるように1次元回折格子マーク7および8を
(ひいては原版1および基板3)を横方向に移動させる
ことにより、原版1と基板3とを相対的に横方向に沿っ
て位置合わせすることができる。
FIG. 6 shows a one-dimensional diffraction grating mark 7 or 8.
FIG. 6 is a diagram showing how the signal Sm or Sw changes when (in the original plate 1 or the substrate 3) is moved in the lateral direction. The signals Sm and Sw are adjusted so that they become 0 when the real images 7I and 8I are located at the boundary between the two photoelectric elements on the left and right. In other words, the original plate 1 and the substrate 3 are relatively moved by moving the one-dimensional diffraction grating marks 7 and 8 (and thus the original plate 1 and the substrate 3) laterally so that the signals Sm and Sw become 0 at the same time. It can be aligned along the lateral direction.

【0026】このとき、1次元回折格子マーク7および
8が照射光束Lbで照明される領域内にある限りにおい
て、信号SmおよびSwの正負の符号に基づいてそれら
の位置ずれ方向も知ることができるので、位置合わせ制
御が容易であり迅速な位置合わせが可能になる。なお、
上述の横方向位置合わせ操作は、原版1および基板3の
面内における直交2方向および回転方向の調整のため
に、3対の1次元回折格子マーク7a〜7cおよび8a
〜8cについて行われる。また、上述の説明では、実像
7Iおよび8Iの位置検出に四分割ディテクタを用いて
いるが、これに限定されることなく、たとえば二次元撮
像素子(二次元CCDなど)や後述する位置センサなど
を用いることもできる。
At this time, as long as the one-dimensional diffraction grating marks 7 and 8 are within the area illuminated by the irradiation light beam Lb, their positional deviation directions can be known based on the positive and negative signs of the signals Sm and Sw. Therefore, the alignment control is easy, and quick alignment is possible. In addition,
The above-described lateral alignment operation is performed in order to adjust the two orthogonal directions in the plane of the original plate 1 and the substrate 3 and the rotation direction, and the three pairs of one-dimensional diffraction grating marks 7a to 7c and 8a.
~ 8c. Further, in the above description, the four-division detector is used to detect the positions of the real images 7I and 8I, but the present invention is not limited to this, and for example, a two-dimensional image sensor (two-dimensional CCD or the like) or a position sensor described later is used. It can also be used.

【0027】図7は、本実施形態にかかる位置合わせ装
置のうち上下方向位置合わせ部の構成を概略的に示す図
である。本実施形態にかかる位置合わせ装置は、1次元
回折格子マーク7aおよび8aに対応する第1上下方向
位置合わせ部と、1次元回折格子マーク7bおよび8b
に対応する第2上下方向位置合わせ部と、1次元回折格
子マーク7cおよび8cに対応する第3上下方向位置合
わせ部とを備えている。以下、各上下方向位置合わせ部
の構成は基本的に同じであるため、a〜cの添え字を省
略し、1次元回折格子マーク7および8に対応する1つ
の上下方向位置合わせ部の構成および動作について説明
する。なお、図7において、(a)は1次元回折格子マ
ーク7の長手方向に沿った断面図であり、(b)は1次
元回折格子マーク7の長手方向と直交する方向に沿った
断面図である。
FIG. 7 is a view schematically showing the arrangement of the vertical alignment section of the alignment apparatus according to this embodiment. The alignment device according to the present embodiment includes a first vertical alignment portion corresponding to the one-dimensional diffraction grating marks 7a and 8a, and one-dimensional diffraction grating marks 7b and 8b.
And a third vertical alignment portion corresponding to the one-dimensional diffraction grating marks 7c and 8c. Hereinafter, since the configuration of each vertical alignment unit is basically the same, the suffixes a to c are omitted, and the configuration of one vertical alignment unit corresponding to the one-dimensional diffraction grating marks 7 and 8 and The operation will be described. 7A is a sectional view taken along the longitudinal direction of the one-dimensional diffraction grating mark 7, and FIG. 7B is a sectional view taken along a direction orthogonal to the longitudinal direction of the one-dimensional diffraction grating mark 7. is there.

【0028】図7を参照すると、上下方向位置合わせ部
は、上述の横方向位置合わせ部と共通の照射系(4〜
6)を備えている。すなわち、上下方向位置合わせ部に
おいても、光源4から射出された光束Lbが、レンズ5
およびレンズ6を介してほぼ平行光束に変換された後、
原版1および基板3に形成された1次元回折格子マーク
7および8を照明する。そして、原版1に形成された1
次元回折格子マーク7からの−1次回折光DBmおよび
基板3に形成された1次元回折格子マーク8からの−1
次回折光DBwが、レンズ6を介して、開口部材13に
入射する。開口部材13には、図7(b)において間隔
を隔てた2つの開口部13aおよび13bが形成されて
いる。
Referring to FIG. 7, the vertical alignment unit has an irradiation system (4 to 4) common to the horizontal alignment unit described above.
6) is provided. That is, even in the vertical alignment section, the light flux Lb emitted from the light source 4 is reflected by the lens 5
And after being converted into a substantially parallel light flux via the lens 6,
The one-dimensional diffraction grating marks 7 and 8 formed on the original 1 and the substrate 3 are illuminated. And the one formed on the original plate 1
-1st-order diffracted light DBm from the one-dimensional diffraction grating mark 7 and -1 from the one-dimensional diffraction grating mark 8 formed on the substrate 3
The next-order diffracted light DBw enters the aperture member 13 via the lens 6. The opening member 13 is formed with two openings 13a and 13b spaced from each other in FIG. 7 (b).

【0029】したがって、1次元回折格子マーク7から
の−1次回折光DBmのうち図7(b)中左側部分DB
maおよび右側部分DBmbが、それぞれ開口部13a
および13bを介して、三角形プリズム14に入射す
る。また、1次元回折格子マーク8からの−1次回折光
DBwのうち図7(b)中左側部分DBwaおよび右側
部分DBwbが、それぞれ開口部13aおよび13bを
介して三角形プリズム14に入射する。回折光DBma
およびDBmbとDBwaおよびDBwbとは、上述の
三角形プリズム10と同様の機能を有する三角形プリズ
ム14を介して互いに離れるように偏向される。
Therefore, of the -1st-order diffracted light DBm from the one-dimensional diffraction grating mark 7, the left portion DB in FIG. 7B.
ma and the right side portion DBmb are the openings 13a, respectively.
And 13b to enter the triangular prism 14. Further, in the −1st-order diffracted light DBw from the one-dimensional diffraction grating mark 8, the left side portion DBwa and the right side portion DBwb in FIG. 7B enter the triangular prism 14 through the openings 13a and 13b, respectively. Diffracted light DBma
And DBmb and DBwa and DBwb are deflected away from each other via the triangular prism 14 having the same function as the above-mentioned triangular prism 10.

【0030】三角形プリズム14を介して偏向された回
折光DBmaおよびDBwaは、レンズ15aを介し
て、位置センサPSmaおよびPSwaに達する。一
方、三角形プリズム14を介して偏向された回折光DB
mbおよびDBwbは、レンズ15bを介して、位置セ
ンサPSmbおよびPSwbに達する。各位置センサ
は、入射光の光量全体の重心位置に比例した電気信号を
出力する。図8は、図7(b)において4つの位置セン
サPSma,PSmb,PSwa,PSwbを図中真上
から見た図である。
The diffracted lights DBma and DBwa deflected through the triangular prism 14 reach the position sensors PSma and PSwa through the lens 15a. On the other hand, the diffracted light DB deflected through the triangular prism 14
mb and DBwb reach the position sensors PSmb and PSwb via the lens 15b. Each position sensor outputs an electric signal proportional to the position of the center of gravity of the total amount of incident light. FIG. 8 is a diagram of the four position sensors PSma, PSmb, PSwa, and PSwb viewed from directly above in the figure in FIG. 7B.

【0031】本実施形態では、ここで、原版1と基板3
との中間位置が位置センサPSma,PSmb,PSw
a,PSwbの受光面と光学的にほぼ共役に設定されて
いる。したがって、位置センサPSmaおよびPSmb
には原版1に形成された1次元回折格子マーク7の実像
7Iaおよび7Ibが形成され、位置センサPSwaお
よびPSwbには基板3に形成された1次元回折格子マ
ーク8の実像8Iaおよび8Ib(図10を参照)が形
成される。このように、開口部材14は、1次元回折格
子マーク7からの回折光DBmおよび1次元回折格子マ
ーク8からの回折光DBwをマークの長手方向に関して
対称にそれぞれ分割する分割部材を構成している。ま
た、三角形プリズム14は、1次元回折格子マーク7か
らの回折光DBmおよび1次元回折格子マーク8からの
回折光DBwを実質的に異なる方向に沿って導くための
偏向部材を構成している。
In this embodiment, the original plate 1 and the substrate 3 are used here.
Intermediate positions between and are position sensors PSma, PSmb, PSw
It is set to be substantially conjugate with the light receiving surfaces of a and PSwb. Therefore, the position sensors PSma and PSmb
Are formed with real images 7Ia and 7Ib of the one-dimensional diffraction grating mark 7 formed on the original plate 1, and the position sensors PSwa and PSwb are formed with real images 8Ia and 8Ib of the one-dimensional diffraction grating mark 8 formed on the substrate 3 (see FIG. 10). Are formed). In this way, the opening member 14 constitutes a dividing member that divides the diffracted light DBm from the one-dimensional diffraction grating mark 7 and the diffracted light DBw from the one-dimensional diffraction grating mark 8 symmetrically with respect to the longitudinal direction of the mark. . Further, the triangular prism 14 constitutes a deflecting member for guiding the diffracted light DBm from the one-dimensional diffraction grating mark 7 and the diffracted light DBw from the one-dimensional diffraction grating mark 8 along substantially different directions.

【0032】図9は、本発明における上下方向の位置検
出法の原理を説明する図である。また、図10は、図9
において一対の位置センサの受光面に形成される実像の
位置関係を示す図である。図9では、説明の簡単化およ
び図面の明瞭化のために、被検出面として基板3のみを
図示し、原版1の図示を省略している。また、図9で
は、基板3の所望の位置3oを実線で示し、上方向に位
置ずれした基板3の位置3uを破線で、下方向に位置ず
れした基板3の位置3dを一点鎖線で示している。した
がって、図10では、一対の位置センサPSwaおよび
PSwbの受光面に形成される1次元回折格子マーク8
の実像8Iaと8Ibとの位置関係を示している。
FIG. 9 is a diagram for explaining the principle of the vertical position detecting method according to the present invention. In addition, FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a positional relationship of real images formed on the light receiving surfaces of a pair of position sensors in FIG. In FIG. 9, only the substrate 3 is shown as the surface to be detected, and the original 1 is omitted for the sake of simplicity of explanation and clarity of the drawing. Further, in FIG. 9, a desired position 3o of the substrate 3 is indicated by a solid line, a position 3u of the substrate 3 displaced in the upward direction is indicated by a broken line, and a position 3d of the substrate 3 displaced in the downward direction is indicated by a dashed line. There is. Therefore, in FIG. 10, the one-dimensional diffraction grating marks 8 formed on the light receiving surfaces of the pair of position sensors PSwa and PSwb.
7 shows the positional relationship between the real images 8Ia and 8Ib.

【0033】基板3が上下方向に沿って所望の位置3o
にあるとき、図10(b)に示すように、位置センサP
Swaに形成される実像8Iaと位置センサPSwbに
形成される実像8Ibとの間隔はLoである。これに対
し、基板3が上下移動して位置3uおよび3dにあると
き、図10(a)および(c)に示すように、実像8I
aと8Ibとの間隔はそれぞれLuおよびLdに変化す
る。なお、図10において、(a)および(c)に示す
実像が(b)に示す実像よりも太っているのは、位置セ
ンサとの共役関係が崩れることにより像のボケが生じる
からである。しかしながら、位置センサPSwaおよび
PSwbからは実像の重心位置に比例した電気信号が出
力されるので、基板3がある程度上下移動した状態にお
いても実像8Iaと8Ibとの中心間隔Lを正確に検出
することができる。
The substrate 3 is placed at a desired position 3o along the vertical direction.
10B, as shown in FIG. 10B, the position sensor P
The interval between the real image 8Ia formed on Swa and the real image 8Ib formed on the position sensor PSwb is Lo. On the other hand, when the substrate 3 moves up and down to the positions 3u and 3d, as shown in FIGS. 10A and 10C, the real image 8I is obtained.
The distance between a and 8Ib changes to Lu and Ld, respectively. In FIG. 10, the real images shown in (a) and (c) are thicker than the real images shown in (b) because blurring of the image occurs due to the collapse of the conjugate relationship with the position sensor. However, since the position sensors PSwa and PSwb output electric signals proportional to the position of the center of gravity of the real image, the center distance L between the real images 8Ia and 8Ib can be accurately detected even when the substrate 3 moves up and down to some extent. it can.

【0034】したがって、実像8Iaと8Ibとの間隔
がLoに等しくなるように基板3を上下方向に移動させ
ることにより、基板3を所望の位置3oに設定すること
ができる。このとき、実像8Iaと8Ibとの間隔がL
oよりも小さければ基板3を上方向に移動させれば良
く、間隔がLoよりも大きければ基板3を下方向に移動
させればよい。同様に、実像7Iaと7Ibとの間隔が
Loよりも少し長めの値Lo’に等しくなるように原版
1を上下方向に移動させることにより、原版1を所望の
位置1oに設定することができる。このとき、実像7I
aと7bとの間隔がLo’よりも小さければ原版1を上
方向に移動させれば良く、間隔がLo’よりも大きけれ
ば原版1を下方向に移動させればよい。なお、上述の上
下方向位置合わせ操作は、原版1および基板3の上下位
置および水平面に対する傾きを調整するために、3対の
1次元回折格子マーク7a〜7cおよび8a〜8cにつ
いて行われる。
Therefore, the substrate 3 can be set at a desired position 3o by moving the substrate 3 in the vertical direction so that the distance between the real images 8Ia and 8Ib becomes equal to Lo. At this time, the distance between the real images 8Ia and 8Ib is L
If it is smaller than o, the substrate 3 may be moved upward, and if the interval is larger than Lo, the substrate 3 may be moved downward. Similarly, by moving the original plate 1 in the vertical direction so that the interval between the real images 7Ia and 7Ib becomes equal to a value Lo ′ that is slightly longer than Lo, the original plate 1 can be set at a desired position 1o. At this time, the real image 7I
If the distance between a and 7b is smaller than Lo ', the original plate 1 may be moved upward, and if the distance is larger than Lo', the original plate 1 may be moved downward. The above-described vertical alignment operation is performed on the three pairs of one-dimensional diffraction grating marks 7a to 7c and 8a to 8c in order to adjust the vertical position of the original plate 1 and the substrate 3 and the inclination with respect to the horizontal plane.

【0035】図11は、基板が横方向に移動した場合の
様子を示す図である。また、図12は、図11において
一対の位置センサの受光面に形成される実像の位置関係
を示す図である。基板3が横方向に移動して1次元回折
格子マーク8が参照符号8’で示す位置にずれる場合、
初め、1次元回折格子マーク8からの回折光DBwaお
よびDBwbは実線で示す経路に沿って位置センサPS
waおよびPSwbに達するが、参照符号8’で示す位
置にずれた1次元回折格子マーク8からの回折光DBw
aおよびDBwbは破線で示す経路に沿って位置センサ
PSwaおよびPSwbに達することになる。
FIG. 11 is a diagram showing a state in which the substrate has moved laterally. Further, FIG. 12 is a diagram showing a positional relationship of real images formed on the light receiving surfaces of the pair of position sensors in FIG. 11. When the substrate 3 moves in the lateral direction and the one-dimensional diffraction grating mark 8 is displaced to the position indicated by reference numeral 8 ′,
Initially, the diffracted lights DBwa and DBwb from the one-dimensional diffraction grating mark 8 follow the position sensor PS along the path indicated by the solid line.
Diffracted light DBw from the one-dimensional diffraction grating mark 8 which reaches wa and PSwb but is displaced to the position indicated by reference numeral 8 ′.
a and DBwb will reach the position sensors PSwa and PSwb along the path indicated by the broken line.

【0036】この場合、図12を参照すると、基板3が
横方向に移動しても、実像8Iaおよび8Ibは同じ方
向に同じ量だけ移動するので、実像8Iaと8Ibとの
間隔Loには変化が生じない。つまり、実像8Iaと8
Ibとの間隔Lを計測すれば、基板3の横方向の位置ず
れに関係なく、基板3の上下方向の位置ずれ量を知るこ
とが可能である。同様に、実像7Iaと7Ibとの間隔
Lを計測すれば、原版1の横方向の位置ずれに関係な
く、原版1の上下方向の位置ずれ量を知ることが可能で
ある。
In this case, referring to FIG. 12, even if the substrate 3 moves in the lateral direction, the real images 8Ia and 8Ib move in the same direction by the same amount, so that there is a change in the distance Lo between the real images 8Ia and 8Ib. Does not happen. That is, the real images 8Ia and 8
By measuring the distance L from Ib, it is possible to know the amount of vertical displacement of the substrate 3 regardless of the lateral displacement of the substrate 3. Similarly, by measuring the distance L between the real images 7Ia and 7Ib, it is possible to know the vertical displacement amount of the original 1 regardless of the horizontal displacement of the original 1.

【0037】前述したように、図1は、図2に示す横方
向位置合わせ部と図7に示す上下方向位置合わせ部とか
ら構成された位置合わせ装置を示している。ただし、図
2中の平面鏡9は図1においてハーフミラー16に置き
換えられている。この構成により、1次元回折格子マー
ク7および8からの回折光が、ハーフミラー16を介し
て2つに分離される。そして、ハーフミラー16で反射
された回折光部分は横方向位置合わせ部の結像系および
検出系(MSh)へ導かれ、ハーフミラー16を透過し
た回折光部分は上下方向位置合わせ部の結像系および検
出系(MSv)へ導かれる。このように、ハーフミラー
16は、1次元回折格子マーク7および8からの回折光
をそれぞれ分割するためのビームスプリッターを構成し
ている。
As described above, FIG. 1 shows a positioning device composed of the lateral alignment portion shown in FIG. 2 and the vertical alignment portion shown in FIG. However, the plane mirror 9 in FIG. 2 is replaced with the half mirror 16 in FIG. With this configuration, the diffracted light from the one-dimensional diffraction grating marks 7 and 8 is separated into two via the half mirror 16. Then, the diffracted light portion reflected by the half mirror 16 is guided to the imaging system and the detection system (MSh) of the lateral alignment portion, and the diffracted light portion transmitted through the half mirror 16 is imaged in the vertical alignment portion. System and detection system (MSv). Thus, the half mirror 16 constitutes a beam splitter for splitting the diffracted light from the one-dimensional diffraction grating marks 7 and 8, respectively.

【0038】以上のように、本実施形態の位置合わせ装
置は、近接露光装置において原版1と基板3との間の横
方向の位置合わせを行うための横方向位置合わせ部と、
原版1と基板3との間の上下方向の位置合わせを行うた
めの上下方向位置合わせ部とを備えている。なお、本実
施形態では、横方向の位置合わせ動作の次に上下方向の
位置合わせ動作を説明しているが、実際の位置合わせ工
程では、原版1と基板3との間の上下方向の位置合わせ
動作を行った後に、原版1と基板3との間の横方向の位
置合わせ動作を行うのが有利である。これは、原版1と
基板3との間の上下方向の位置合わせ動作を行った方
が、原版1と基板3との機械的な干渉の危険性を確実に
回避することができるからである。
As described above, the alignment apparatus according to the present embodiment has a lateral alignment section for performing lateral alignment between the original 1 and the substrate 3 in the proximity exposure apparatus,
It has a vertical alignment portion for performing vertical alignment between the original 1 and the substrate 3. In this embodiment, the vertical alignment operation is described next to the horizontal alignment operation. However, in the actual alignment step, the vertical alignment between the original 1 and the substrate 3 is performed. After performing the operation, it is advantageous to perform a lateral alignment operation between the master 1 and the substrate 3. This is because the risk of mechanical interference between the original 1 and the substrate 3 can be surely avoided by performing the vertical alignment operation between the original 1 and the substrate 3.

【0039】以上のように、本実施形態では、原版1お
よび基板3に形成された1次元回折格子マーク7および
8に対して可干渉光を斜めから照射し、照射光路と近接
した斜め光路に沿って発生する1次元回折格子マーク7
および8からの回折光に基づいて1次元回折格子マーク
7および8の実像7Iおよび8Iを形成し、これらの実
像7Iおよび8Iに基づいて原版1と基板3との間の横
方向の位置合わせおよび上下方向の位置合わせを行って
いる。したがって、近接露光装置において露光光路を遮
ることなく原版1と基板3との位置合わせを行うことが
できる。換言すると、本実施形態では、近接露光装置の
露光に際して、位置合わせ光学系を露光光路から退避さ
せる必要のない固定方式である。このため、露光中にも
原版1と基板3との位置合わせが可能であり、簡素な機
構に基づいて位置合わせ工程および露光工程の処理時間
が短縮される。
As described above, in this embodiment, the coherent light is obliquely applied to the one-dimensional diffraction grating marks 7 and 8 formed on the original plate 1 and the substrate 3 to form an oblique optical path close to the irradiation optical path. One-dimensional diffraction grating mark 7 generated along
And the real images 7I and 8I of the one-dimensional diffraction grating marks 7 and 8 are formed on the basis of the diffracted light from the first and the second planes 8, and the lateral alignment between the original plate 1 and the substrate 3 Vertical alignment is performed. Therefore, in the proximity exposure apparatus, the original plate 1 and the substrate 3 can be aligned with each other without blocking the exposure optical path. In other words, the present embodiment is a fixed system in which it is not necessary to retract the alignment optical system from the exposure optical path during exposure of the proximity exposure apparatus. Therefore, the original plate 1 and the substrate 3 can be aligned even during exposure, and the processing time of the alignment process and the exposure process can be shortened based on a simple mechanism.

【0040】また、本実施形態では、同一の位置合わせ
マーク(1次元回折格子マーク7および8)に基づい
て、横方向の位置合わせと上下方向の位置合わせとが可
能である。さらに、位置合わせ光学系が露光光路に入り
込む必要がないので、位置合わせマーク同士の間隔を小
さくすることが可能である。また、位置合わせマークが
所定の位置にあるか否かだけでなく、広い範囲に亘って
位置合わせマークの位置ずれ方向を検出することが可能
である。したがって、本実施形態では、位置決め制御が
容易となり、原版1と基板3との迅速な位置合わせが可
能である。
Further, in the present embodiment, lateral alignment and vertical alignment can be performed based on the same alignment mark (one-dimensional diffraction grating marks 7 and 8). Further, since it is not necessary for the alignment optical system to enter the exposure optical path, it is possible to reduce the distance between the alignment marks. Further, it is possible to detect not only whether or not the alignment mark is at a predetermined position, but also the displacement direction of the alignment mark over a wide range. Therefore, in this embodiment, the positioning control is facilitated, and the original plate 1 and the substrate 3 can be quickly positioned.

【0041】さらに、位置合わせマークとして回折格子
マークを使用し、回折格子マークからの回折光を位置検
出に用いているので、塵などによるノイズの影響を受け
難く高精度な位置合わせが可能である。また、原版1お
よび基板3にピッチの異なる1次元回折格子マーク7お
よび8を用いることにより、1次元回折格子マーク7か
らの回折光と1次元回折格子マーク8からの回折光とを
良好に分離することができる。その結果、原版1に関す
る位置ずれ信号と基板3に関する位置ずれ信号とを互い
に干渉することなく別々に検出することができ、原版1
と基板3との完全に独立した位置制御が可能となる。さ
らに、簡単な構成の光学系と電気系とで位置ずれを検出
することができるので、位置合わせ装置全体の小型化を
図ることができる。
Further, since the diffraction grating mark is used as the alignment mark and the diffracted light from the diffraction grating mark is used for position detection, it is possible to perform highly accurate alignment without being easily affected by noise due to dust or the like. . Further, by using the one-dimensional diffraction grating marks 7 and 8 having different pitches on the original plate 1 and the substrate 3, the diffracted light from the one-dimensional diffraction grating mark 7 and the diffracted light from the one-dimensional diffraction grating mark 8 are well separated. can do. As a result, it is possible to detect the position shift signal relating to the original 1 and the position shift signal relating to the substrate 3 separately without interfering with each other.
It is possible to completely independently control the position of the substrate 3 and the substrate 3. Further, since the positional deviation can be detected by the optical system and the electric system having a simple structure, it is possible to reduce the size of the entire alignment device.

【0042】なお、上述の実施形態では、近接露光装置
における原版と基板との位置合わせに本発明を適用して
いるが、これに限定されることなく、互いに平行に近接
して配置すべき一般的な一対の基板の位置合わせに本発
明を適用することもできる。
In the above-mentioned embodiment, the present invention is applied to the alignment of the original plate and the substrate in the proximity exposure apparatus, but the invention is not limited to this, and it should be generally arranged in parallel with each other. The present invention can also be applied to the positional alignment of a pair of substrates.

【0043】以上説明したように、本実施形態では、一
対の基板にそれぞれ形成された回折格子マークに対して
可干渉光を斜めから照射し、照射光路と近接した斜め光
路に沿って発生する回折光に基づいてマークの実像を形
成し、これらの実像に基づいて一対の基板の横方向の位
置合わせおよび上下方向の位置合わせを行う。したがっ
て、たとえば近接露光装置に適用した場合にも、露光光
路を遮ることなく固定方式で原版と基板との位置合わせ
を行うことができる。
As described above, in the present embodiment, the coherent light is obliquely applied to the diffraction grating marks formed on the pair of substrates, and the diffraction generated along the oblique optical path close to the irradiation optical path. A real image of the mark is formed based on the light, and the lateral alignment and the vertical alignment of the pair of substrates are performed based on these real images. Therefore, even when applied to, for example, a proximity exposure apparatus, the original plate and the substrate can be aligned in a fixed manner without blocking the exposure optical path.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、照明
系と結像系とを露光領域外であって同じ側に配置したの
で、半導体の露光工程中にも回折格子マークを観察でき
アライメントを確認でき、更に、結像光学系の光軸と第
1基板の法線とを平行に配置したので、回折格子マーク
の検出を高精度に行うことができる。
As described above, according to the present invention, since the illumination system and the imaging system are arranged outside the exposure region and on the same side, the diffraction grating mark can be observed even during the exposure process of the semiconductor. Further, since the optical axis of the imaging optical system and the normal line of the first substrate are arranged in parallel, the diffraction grating mark can be detected with high accuracy.

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

【図1】本発明の実施形態にかかる位置合わせ装置の構
成を概略的に示す図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an alignment device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本実施形態にかかる位置合わせ装置のうち横方
向位置合わせ部の構成を概略的に示す図である。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration of a lateral alignment section of the alignment apparatus according to the present embodiment.

【図3】本実施形態の原版および基板に形成された位置
合わせマークの構成を概略的に示す図である。
FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration of an alignment mark formed on an original plate and a substrate of this embodiment.

【図4】原版および基板に形成された1次元回折格子マ
ークから発生する回折光を説明する図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating diffracted light generated from a one-dimensional diffraction grating mark formed on an original plate and a substrate.

【図5】原版および基板に形成された一対の1次元回折
格子マークの位置関係と四分割位置検出素子上に形成さ
れる一対の実像の位置関係とを示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a positional relationship between a pair of one-dimensional diffraction grating marks formed on an original plate and a substrate and a positional relationship between a pair of real images formed on a four-divided position detection element.

【図6】1次元回折格子マーク7または8を(ひいては
原版1または基板3)を横方向に移動させた時の信号S
mまたはSwの変化の様子を示す図である。
FIG. 6 is a signal S when the one-dimensional diffraction grating mark 7 or 8 (and thus the original plate 1 or the substrate 3) is moved in the lateral direction.
It is a figure which shows the mode of change of m or Sw.

【図7】本実施形態にかかる位置合わせ装置のうち上下
方向位置合わせ部の構成を概略的に示す図である。
FIG. 7 is a diagram schematically showing a configuration of a vertical alignment unit of the alignment device according to the present embodiment.

【図8】図7(b)において4つの位置センサPSm
a,PSmb,PSwa,PSwbを図中真上から見た
図である。
FIG. 8 shows four position sensors PSm in FIG. 7 (b).
It is the figure which looked at a, PSmb, PSwa, and PSwb from right above in the figure.

【図9】本発明における上下方向の位置検出法の原理を
説明する図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating the principle of the vertical position detection method according to the present invention.

【図10】図9において一対の位置センサの受光面に形
成される実像の位置関係を示す図である。
10 is a diagram showing a positional relationship of real images formed on the light receiving surfaces of the pair of position sensors in FIG.

【図11】基板が横方向に移動した場合の様子を示す図
である。
FIG. 11 is a diagram showing a state in which the substrate has moved laterally.

【図12】図11において一対の位置センサの受光面に
形成される実像の位置関係を示す図である。
12 is a diagram showing a positional relationship of real images formed on the light receiving surfaces of the pair of position sensors in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 原版 2 原版上のパターン 3 基板 4 光源 5、6,11,15 対物レンズ 7,8 1次元回折格子マーク 9 平面鏡 10,14 三角形プリズム 12 四分割位置検出素子 13 開口部材 16 ハーフミラー 1 original 2 Original pattern 3 substrates 4 light sources 5,6,11,15 Objective lens 7,8 One-dimensional diffraction grating mark 9 plane mirror 10,14 Triangular prism 12 Four-division position detection element 13 Opening member 16 half mirror

フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA03 AA06 AA07 AA14 AA20 BB02 BB27 CC20 FF01 FF48 GG05 GG06 GG12 GG22 HH03 HH12 JJ01 JJ16 JJ22 LL08 LL12 LL42 5F046 BA02 EA07 EB01 EB02 ED01 FA05 FA10 FB09 FB12 Continued front page    F term (reference) 2F065 AA03 AA06 AA07 AA14 AA20                       BB02 BB27 CC20 FF01 FF48                       GG05 GG06 GG12 GG22 HH03                       HH12 JJ01 JJ16 JJ22 LL08                       LL12 LL42                 5F046 BA02 EA07 EB01 EB02 ED01                       FA05 FA10 FB09 FB12

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 互いに平行に近接して配置された第1基
板と第2基板とを位置合わせする、近接露光装置用の位
置合わせ装置において、 照明光学系を含み、前記第1基板に形成された第1回折
格子マークおよび前記第2基板に形成された第2回折格
子マークに可干渉光を照明する照明系と、 結像光学系を含み、回折作用により形成される前記第1
回折格子マークからの回折像と前記第2回折格子マーク
からの回折像とを検出する結像系とを備え、 前記照明系と前記結像系とを露光領域外であって同じ側
に配置し、更に、前記結像光学系の光軸と前記第1基板
の法線とを平行に配置したことを特徴とする位置合わせ
装置。
1. An alignment apparatus for a proximity exposure apparatus, which aligns a first substrate and a second substrate, which are arranged in parallel and close to each other, including an illumination optical system and is formed on the first substrate. The first diffraction grating mark and the second diffraction grating mark formed on the second substrate with an illumination system for illuminating the coherent light, and an image forming optical system.
An imaging system for detecting a diffraction image from the diffraction grating mark and a diffraction image from the second diffraction grating mark is provided, and the illumination system and the imaging system are arranged outside the exposure area and on the same side. Further, the alignment device is characterized in that the optical axis of the imaging optical system and the normal line of the first substrate are arranged in parallel.
【請求項2】 前記照明光学系のうち照明光の射出側対
物レンズと前記結像光学系のうち回折光の入射側対物レ
ンズとは共通する光学系であり、この共通光学系の光軸
と前記第1基板の法線とを平行に配置したことを特徴と
する請求項1に記載の位置合わせ装置。
2. The illumination-light exit-side objective lens of the illumination optical system and the diffracted-light entrance-side objective lens of the imaging optical system are common optical systems, and the common optical system has an optical axis. The alignment device according to claim 1, wherein the alignment line is arranged parallel to a normal line of the first substrate.
【請求項3】 前記共通光学系は、円形レンズの一部を
切断した半円形状のレンズ、あるいは円筒レンズの屈折
方向の一部を切断したシリンドリカルレンズから成るこ
とを特徴とする請求項2に記載の位置合わせ装置。
3. The common optical system comprises a semicircular lens obtained by cutting a part of a circular lens, or a cylindrical lens obtained by cutting a part of a cylindrical lens in the refraction direction. The alignment device described.
【請求項4】 前記第1回折格子マークと前記第2回折
格子マークとは、実質的に異なる格子ピッチを有し、 前記結像系は、前記第1回折格子マークからの回折光お
よび前記第2回折格子マークからの回折光を実質的に異
なる方向に沿って導くための偏向部材を有することを特
徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の位置合
わせ装置。
4. The first diffraction grating mark and the second diffraction grating mark have substantially different grating pitches, and the imaging system includes the diffracted light from the first diffraction grating mark and the first diffraction grating mark. The alignment device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a deflecting member for guiding the diffracted light from the two diffraction grating marks along substantially different directions.
【請求項5】 前記検出系は、前記第1回折格子マーク
の回折像を検出するための第1分割受光素子と、前記第
2回折格子マークの回折像を検出するための第2分割受
光素子とを有し、 前記第1分割受光素子の出力と前記第2分割受光素子の
出力とに基づいて、前記第1基板の面内方向に沿った前
記第1基板と前記第2基板との位置ずれを計測すること
を特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の位
置合わせ装置。
5. The detection system includes a first split light receiving element for detecting a diffraction image of the first diffraction grating mark and a second split light receiving element for detecting a diffraction image of the second diffraction grating mark. The position of the first substrate and the second substrate along the in-plane direction of the first substrate based on the output of the first divided light receiving element and the output of the second divided light receiving element. The alignment device according to claim 1, wherein a displacement is measured.
【請求項6】 前記結像系は、前記第1回折格子マーク
からの回折光および前記第2回折格子マークからの回折
光をマークの長手方向に関して対称にそれぞれ分割する
分割部材を有し、 前記分割部材により分割された前記第1回折格子マーク
からの一方の回折光により形成された一方のマーク像と
他方の回折光により形成された他方のマーク像との位置
関係に基づいて前記第1基板の法線方向に沿った前記第
1基板の位置ずれを計測し、 前記分割部材により分割された前記第2回折格子マーク
からの一方の回折光により形成された一方のマーク像と
他方の回折光により形成された他方のマーク像との位置
関係に基づいて前記法線方向に沿った前記第2基板の位
置ずれを計測することを特徴とする請求項1乃至5のい
ずれか1項に記載の位置合わせ装置。
6. The image forming system includes a dividing member that divides the diffracted light from the first diffraction grating mark and the diffracted light from the second diffraction grating mark symmetrically with respect to the longitudinal direction of the mark, The first substrate based on the positional relationship between one mark image formed by one diffracted light beam from the first diffraction grating mark divided by the dividing member and the other mark image formed by the other diffracted light beam. The positional deviation of the first substrate along the normal direction of the first diffraction grating mark, and one mark image formed by one diffracted light beam from the second diffraction grating mark divided by the dividing member and the other diffracted light beam. 6. The positional deviation of the second substrate along the normal direction is measured based on the positional relationship with the other mark image formed by the method according to claim 1. Position To equipment.
【請求項7】 前記結像系は、前記第1回折格子マーク
からの回折光および前記第2回折格子マークからの回折
光をそれぞれ分割するためのビームスプリッターを有
し、 前記ビームスプリッターにより分割された前記第1回折
格子マークからの一方の回折光および前記第2回折格子
マークからの一方の回折光に基づいて、前記第1基板の
面内方向に沿った前記第1基板と前記第2基板との位置
ずれを計測し、 前記ビームスプリッターにより分割された前記第1回折
格子マークからの他方の回折光および前記第2回折格子
マークからの他方の回折光に基づいて、前記第1基板の
法線方向に沿った前記第1基板および前記第2基板の位
置ずれを計測することを特徴とする請求項1乃至6のい
ずれか1項に記載の位置合わせ装置。
7. The imaging system has a beam splitter for splitting the diffracted light from the first diffraction grating mark and the diffracted light from the second diffraction grating mark, respectively, and is split by the beam splitter. Based on the one diffracted light from the first diffraction grating mark and the one diffracted light from the second diffraction grating mark, the first substrate and the second substrate along the in-plane direction of the first substrate. And a method for measuring the first substrate based on the other diffracted light from the first diffraction grating mark and the other diffracted light from the second diffraction grating mark, which are divided by the beam splitter. 7. The alignment device according to claim 1, wherein a positional deviation of the first substrate and the second substrate along a line direction is measured.
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