JP2808957B2 - Position detecting method and exposure apparatus using the same - Google Patents

Position detecting method and exposure apparatus using the same

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JP2808957B2
JP2808957B2 JP3352294A JP35229491A JP2808957B2 JP 2808957 B2 JP2808957 B2 JP 2808957B2 JP 3352294 A JP3352294 A JP 3352294A JP 35229491 A JP35229491 A JP 35229491A JP 2808957 B2 JP2808957 B2 JP 2808957B2
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は位置検出方法及びそれを
用いた露光装置に関し、例えば半導体素子製造用のプロ
キシミティタイプの露光装置や所謂ステッパー等におい
て、マスクやレチクル(以下「マスク」という。)等の
第1物体面上に形成されている微細な電子回路パターン
をウエハ等の第2物体面上に露光転写する際にマスクと
ウエハとの相対的な位置決め(アライメント)を行う場
合に先だって行なうアライメント用の光ビームとアライ
メントパターンとの位置決めに好適な位置検出方法及び
それを用いた露光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 position detecting method and an exposure apparatus using the same, for example, a mask or a reticle (hereinafter, referred to as a "mask") in a proximity type exposure apparatus for manufacturing semiconductor devices or a so-called stepper. ), Etc., before performing relative positioning (alignment) between a mask and a wafer when exposing and transferring a fine electronic circuit pattern formed on a first object surface such as a wafer onto a second object surface such as a wafer. The present invention relates to a position detecting method suitable for positioning a light beam for alignment and an alignment pattern to be performed, and an exposure apparatus using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より半導体製造用の露光装置におい
ては、マスクとウエハの相対的な位置合わせは性能向上
を図る為の重要な一要素となっている。特に最近の露光
装置における位置合わせにおいては、半導体素子の高集
積化の為に、例えばサブミクロン以下の位置合わせ精度
を有するものが要求されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor, relative positioning of a mask and a wafer has been an important factor for improving performance. In particular, in recent exposure apparatuses, alignment is required to have an alignment accuracy of, for example, submicron or less in order to achieve high integration of semiconductor elements.

【0003】多くの位置合わせ装置においては、マスク
及びウエハ面上に位置合わせ用の所謂アライメントパタ
ーン(「アライメントマーク」ともいう。)を所謂スク
ライブライン上に設け、それらより得られる位置情報を
利用して、双方のアライメントを行っている。
In many alignment apparatuses, a so-called alignment pattern (also referred to as "alignment mark") for alignment is provided on a so-called scribe line on a mask and a wafer surface, and position information obtained from the scribe line is used. Alignment of both.

【0004】従来より光ビームと基板面(マスク又はウ
エハ)上のアライメントパターンとの位置合わせをする
際には光ビームとアライメントパターンが予め設定され
た位置にくるようにメカ精度に基づいて設定していた。
Conventionally, when aligning a light beam with an alignment pattern on a substrate surface (mask or wafer), the light beam and the alignment pattern are set based on mechanical precision so as to be at predetermined positions. I was

【0005】これに対して本出願人は特願平2−143
869号においてステッパーにおけるアライメント用の
光ビームとアライメントパターンとの位置決めを直線回
折格子からの回折光量のピーク位置を検出することによ
り高精度に行なった位置検出装置を提案している。
[0005] On the other hand, the present applicant has filed Japanese Patent Application No. 2-143.
No. 869 proposes a position detecting device which performs positioning of an alignment light beam and an alignment pattern in a stepper with high accuracy by detecting a peak position of a diffracted light amount from a linear diffraction grating.

【0006】このときの位置検出方法は図15(A)に
示すようにマスク21面上の電子回路パターン22の周
囲の所謂スクライブライン21上にマスクとウエハとの
位置合わせ用のアライメントパターン50とは別に、そ
の近傍に図15(B)に示すパターン100a,100
bとから成る回折格子パターン100を設けている。
At this time, as shown in FIG. 15A, an alignment pattern 50 for positioning the mask and the wafer is provided on a so-called scribe line 21 around an electronic circuit pattern 22 on the surface of the mask 21 as shown in FIG. Separately, patterns 100a, 100a shown in FIG.
b is provided.

【0007】そして回折格子パターン100からの所定
次数の回折光をセンサー(不図示)に導光し、該センサ
ーからの出力信号の強度の最大値から光ビームと回折格
子パターン100との合致状態、即ち光ビームと回折格
子パターンとの位置関係を判断している。このときの位
置関係を利用してアライメントパターン50の所定位置
に光ビームが正確に入射するようにしている。
[0007] Then, diffracted light of a predetermined order from the diffraction grating pattern 100 is guided to a sensor (not shown), and from the maximum value of the intensity of the output signal from the sensor, the matching state between the light beam and the diffraction grating pattern 100 is determined. That is, the positional relationship between the light beam and the diffraction grating pattern is determined. By utilizing the positional relationship at this time, the light beam is accurately incident on a predetermined position of the alignment pattern 50.

【0008】図16はこのときの光ビーム72a,72
bと回折格子パターン100の各パターン100a,1
00bとの位置関係を示した説明図である。
FIG. 16 shows the light beams 72a and 72 at this time.
b and each pattern 100a, 1 of the diffraction grating pattern 100
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a positional relationship with the image data 00b.

【0009】同図において光ビーム72a,72bの大
きさは通常アライメントパターン50の寸法に対応させ
て設定している。この光ビーム72a,72bをX,Y
面(マスク面)内で移動させて図17に示すように回折
格子パターンで回折した所定次数の回折光をセンサー
(不図示)に入射し、このときの光ビームがパターン1
00a、又は100bの所定位置に正確に入射したとき
センサーからの出力信号が最大となるようにしている。
In FIG. 1, the size of the light beams 72a and 72b is set in accordance with the size of the normal alignment pattern 50. The light beams 72a and 72b are
As shown in FIG. 17, a predetermined order of diffracted light, which is moved within the plane (mask plane) and diffracted by the diffraction grating pattern, is incident on a sensor (not shown).
The output signal from the sensor is maximized when it is accurately incident on a predetermined position of 00a or 100b.

【0010】今、センサーからの出力信号が最大となる
Y方向とX方向の光ビームの位置を各々yP ,xP とす
るとマスク上のアライメントパターン50の位置と回折
格子パターン100(100a,100b)との相対関
係はマスクパターン設計値より予め分かっているので、
このときのxP ,yP の値を用いることによって光ビー
ムをアライメントパターン50にセットしている。
Now, assuming that the positions of the light beams in the Y and X directions at which the output signal from the sensor is maximum are y P and x P , respectively, the position of the alignment pattern 50 on the mask and the diffraction grating pattern 100 (100a, 100b) ) Is known in advance from the mask pattern design value,
The light beam is set on the alignment pattern 50 by using the values of x P and y P at this time.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】特願平2−14386
9号で提案されている位置検出装置では本来位置合わせ
をしたい光ビームとアライメントパターンとの位置合わ
せ精度がアライメントパターンの材質や製作誤差等によ
り影響を受ける場合がある。
[Problems to be Solved by the Invention] Japanese Patent Application No. 2-14386
In the position detecting device proposed in No. 9, the alignment accuracy between the light beam originally desired to be aligned and the alignment pattern may be affected by the material of the alignment pattern, manufacturing errors, and the like.

【0012】このときの光ビームとアライメントパター
ンとの位置合わせの際の影響は特にステッパーにおいて
高精度なアライメントを行なう場合に重要となってく
る。
[0012] The influence of the alignment of the light beam with the alignment pattern at this time is particularly important when performing high-precision alignment in a stepper.

【0013】通常アライメントマークを設けるマスク及
びウエハ面上のスクライブラインの幅は50μm〜10
0μm程度である。このスクライブライン幅は投影倍率
が5倍のステッパーではレチクル面上で250μm〜5
00μm、X線の等倍密着露光(プロキシミティ)装置
で50μm〜100μmであり、この幅のエリアにアラ
イメントマークがおさまるように設けられる。このよう
にアライメントパターンはスクライブライン幅以内に設
定されている。
Usually, the width of a scribe line on a wafer surface and a mask provided with an alignment mark is 50 μm to 10 μm.
It is about 0 μm. The scribe line width is 250 μm to 5 μm on the reticle surface with a stepper having a projection magnification of 5 times.
The thickness is 50 μm to 100 μm in an X-ray exposure close-contact (proximity) apparatus, and is provided so that the alignment mark can be accommodated in an area of this width. Thus, the alignment pattern is set within the scribe line width.

【0014】このような小さいエリア内に設けたアライ
メントパターンにアライメントヘッド(光学ヘッド、投
光手段)からの光束(光ビーム)を効率良く照射するに
はアライメントパターンのサイズに対応した大きさに光
束径を絞る必要がある。更に光束の照射方法もアライメ
ントパターンに対して正確な位置に照射する必要があ
る。
In order to efficiently irradiate an alignment pattern provided in such a small area with a light beam (light beam) from an alignment head (optical head, light projecting means), the light beam has a size corresponding to the size of the alignment pattern. It is necessary to reduce the diameter. Further, it is necessary to irradiate a light beam to an accurate position with respect to the alignment pattern.

【0015】一般にアライメントパターンに光束を不正
確に照射すると、それだけセンサで検出される光量(信
号光)が低下してくる。アライメントパターンのサイズ
に対して十分大きな光束径であるならばアライメントパ
ターンに略一様な光量分布で照射することができる。
In general, when the alignment pattern is irradiated with a light beam incorrectly, the amount of light (signal light) detected by the sensor decreases accordingly. If the light flux diameter is sufficiently large with respect to the size of the alignment pattern, the alignment pattern can be irradiated with a substantially uniform light amount distribution.

【0016】しかしながら光束を効率良く照射し、かつ
アライメントパターンのエリア以外の回路パターンエリ
アに光束を照射すると回路パターンから不要な散乱光が
ノイズとなってくるので、これを防止する為にはアライ
メントパターンのサイズに対応した、略等しいサイズの
光束で照射する必要がある。
However, when irradiating the light beam efficiently and irradiating the circuit pattern area other than the alignment pattern area, unnecessary scattered light becomes noise from the circuit pattern. It is necessary to irradiate with a light beam having a substantially equal size corresponding to the size.

【0017】一般にこのように光束径を絞ると光束の光
量分布はマスク(レチクル)面上のアライメントパター
ン面上で一様でなくなってくる。
Generally, when the diameter of the light beam is reduced in this manner, the light amount distribution of the light beam becomes non-uniform on the alignment pattern surface on the mask (reticle) surface.

【0018】更にアライメントパターンへの光束の照射
位置が大幅にずれてくるとマスクとウエハのずれがある
程度存在する場合のアライメントパターンより得られる
回折光のスポット位置(即ちマスクとウエハのずれ情
報)がアライメントパターンへの光束の照射位置がずれ
ていない場合に比べて異なってくる。即ちアライメント
パターンに照射する光束の照射位置がずれてくるとアラ
イメント検出に誤差が生じてくる。
Further, when the irradiation position of the light beam on the alignment pattern is significantly shifted, the spot position of the diffracted light (ie, the information on the shift between the mask and the wafer) obtained from the alignment pattern when the mask and the wafer are slightly shifted. This differs from the case where the irradiation position of the light beam to the alignment pattern is not shifted. That is, if the irradiation position of the light beam irradiated on the alignment pattern shifts, an error occurs in the alignment detection.

【0019】従って光ビーム(投光手段)とアライメン
トマーク(第1物体又は第2物体)の位置決め精度を向
上させ、最適な光ビーム径とすることでアライメントの
高精度化が可能となる。しかしながら光ビームのアライ
メントマーク面上への入射位置決め精度を機械系のみで
向上させようとすると系の複雑化及び大型化を伴ない長
期間の安定性を図るのが難しいという問題点が生じてく
る。
Therefore, the positioning accuracy of the light beam (light projecting means) and the alignment mark (the first object or the second object) is improved, and by setting the optimum light beam diameter, the alignment can be made more accurate. However, if it is attempted to improve the positioning accuracy of the light beam on the alignment mark surface only by a mechanical system, there is a problem that it is difficult to achieve long-term stability without complicating the system and increasing its size. .

【0020】又、光量の強度変化による光ビームとアラ
イメントパターンとの位置決め方法は被検物(マスク又
はウエハ)ごとのアライメントパターンの製作誤差及び
材質により回折光強度が変化する場合があり、この為位
置合わせ精度に限界があった。
In the method of positioning the light beam and the alignment pattern based on the change in the intensity of the light amount, the intensity of the diffracted light may change due to the manufacturing error and material of the alignment pattern for each test object (mask or wafer). There was a limit on the alignment accuracy.

【0021】本発明は第1物体又は第2物体に設けたア
ライメントマークである物理光学素子に対する投光手段
(光ヘッド)からの光ビームの入射位置決めを簡便な方
法で高精度に行なうことにより、機械精度及び組立て精
度等の緩和を図り、その後の第1物体と第2物体の相対
的位置検出を高精度に行うことができる位置検出方法及
びそれを用いた露光装置の提供を目的とする。
According to the present invention, the positioning of the incidence of a light beam from a light projecting means (optical head) on a physical optical element which is an alignment mark provided on a first object or a second object is performed with high accuracy by a simple method. It is an object of the present invention to provide a position detecting method capable of reducing the mechanical accuracy and the assembling accuracy and the like and performing the subsequent relative position detection of the first object and the second object with high accuracy, and an exposure apparatus using the same.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

(イ)本発明の位置検出方法は、基板に光ビームを照射
し、該基板からの該光ビームを受光する光学ヘッドの前
記基板に対する予め決めた方向に関する位置を検出する
位置検出方法において、前記基板上に、前記基板上での
前記光ビームの前記方向に関する幅よりも小さな前記方
向に関する幅を備える回折格子パターンを形成すること
により、前記光ビームと前記回折格子パターンの前記方
向に関する位置ずれに応じて前記回折格子パターンから
生じる所定次数の回折光の前記光学ヘッド内のセンサー
への入射位置が変化するようにし、前記光ビームを前記
回折格子パターンに照射することにより前記所定次数の
回折光を発生させ、該所定次数の回折光を前記光学ヘッ
ド内のセンサーに入射させ、該センサー上への前記所定
次数の回折光の入射位置を検出し、該検出した入射位置
の予め決めた位置からのずれに基づいて前記光学ヘッド
の位置を検出することを特徴としている。
(A) The position detecting method according to the present invention is a position detecting method for irradiating a substrate with a light beam and detecting a position of an optical head for receiving the light beam from the substrate in a predetermined direction with respect to the substrate. By forming a diffraction grating pattern having a width in the direction smaller than the width in the direction of the light beam on the substrate on the substrate, the position of the light beam and the diffraction grating pattern in the direction can be shifted. Accordingly, the incident position of the predetermined order diffracted light generated from the diffraction grating pattern on the sensor in the optical head is changed, and the predetermined order diffracted light is irradiated by irradiating the light beam to the diffraction grating pattern. The diffracted light of the predetermined order is incident on a sensor in the optical head, and the diffracted light of the predetermined order is incident on the sensor. Position is detected and is characterized by detecting the position of the optical head based on the deviation from a predetermined position of the incident position the detected.

【0023】特に、 (イ−1)前記基板上に、前記基板上での前記光ビーム
の前記方向に関する幅よりも十分大きな前記方向に関す
る幅を備える基準回折格子パターンを形成し、該基準回
折格子パターン内に前記光ビームを照射することにより
前記所定次数の回折光とほぼ同じ方向に基準回折光を発
生させ、該基準回折光を前記センサーに入射させ、該セ
ンサー上への前記基準回折光の入射位置を検出し、該検
出した入射位置を前記予め決めた位置として設定するこ
とを特徴としている。
In particular, (a-1) a reference diffraction grating pattern having a width in the direction that is sufficiently larger than the width of the light beam in the direction on the substrate is formed on the substrate; By irradiating the light beam in the pattern, a reference diffracted light is generated in substantially the same direction as the diffracted light of the predetermined order, the reference diffracted light is incident on the sensor, and the reference diffracted light is incident on the sensor. An incident position is detected, and the detected incident position is set as the predetermined position.

【0024】(ロ)本発明の位置決め方法は、基板に光
ビームを照射し、該基板からの該光ビームを受光する光
学ヘッドの前記基板に対する予め決めた方向に関する位
置を検出し、該検出に基づいて前記光学ヘッドを前記基
板に対して任意の位置に位置決めする位置決め方法にお
いて、前記基板上に、前記基板上での前記光ビームの前
記方向に関する幅よりも小さな前記方向に関する幅を備
える回折格子パターンを形成することにより、前記光ビ
ームと前記回折格子パターンの前記方向に関する位置ず
れに応じて前記回折格子パターンから生じる所定次数の
回折光の前記光学ヘッド内のセンサーへの入射位置が変
化するようにし、前記光ビームを前記回折格子パターン
に照射することにより前記所定次数の回折光を発生さ
せ、該所定次数の回折光を前記光学ヘッド内のセンサー
に入射させ、該センサー上への前記所定次数の回折光の
入射位置を検出し、該検出した入射位置の予め決めた位
置からのずれに基づいて前記光学ヘッドの位置を検出す
ることを特徴としている。
(B) In the positioning method according to the present invention, a substrate is irradiated with a light beam, and the position of an optical head for receiving the light beam from the substrate in a predetermined direction with respect to the substrate is detected. In a positioning method for positioning the optical head at an arbitrary position with respect to the substrate based on the diffraction grating, the substrate has a diffraction grating having a width in the direction smaller than the width of the light beam on the substrate in the direction. By forming the pattern, the incident position of the diffracted light of a predetermined order generated from the diffraction grating pattern on the sensor in the optical head changes in accordance with the positional deviation of the light beam and the diffraction grating pattern in the direction. Irradiating the diffraction grating pattern with the light beam to generate the diffracted light of the predetermined order, Light is incident on a sensor in the optical head, an incident position of the diffracted light of the predetermined order on the sensor is detected, and the detected incident position is shifted based on a deviation from a predetermined position. It is characterized in that the position is detected.

【0025】特に、 (ロ−1)前記基板上に、前記基板上での前記光ビーム
の前記方向に関する幅よりも十分大きな前記方向に関す
る幅を備える基準回折格子パターンを形成し、該基準回
折格子パターン内に前記光ビームを照射することにより
前記所定次数の回折光とほぼ同じ方向に基準回折光を発
生させ、該基準回折光を前記センサーに入射させ、該セ
ンサー上への前記基準回折光の入射位置を検出し、該検
出した入射位置を前記予め決めた位置として設定するこ
と。
In particular, (b-1) a reference diffraction grating pattern having a width in the direction that is sufficiently larger than the width of the light beam in the direction on the substrate is formed on the substrate; By irradiating the light beam in the pattern, a reference diffracted light is generated in substantially the same direction as the diffracted light of the predetermined order, the reference diffracted light is incident on the sensor, and the reference diffracted light is incident on the sensor. Detecting an incident position and setting the detected incident position as the predetermined position.

【0026】(ロ−2)前記基板上の前記回折格子パタ
ーンから所定の方向に所定距離離れた場所に位置合わせ
用のゾーンプレートパターンが形成されており、前記光
学ヘッドを前記光ビームの中心が前記ゾーンプレートパ
ターンの所定箇所に当るよう前記光学ヘッドを位置決め
すること。
(B-2) A zone plate pattern for positioning is formed at a predetermined distance from the diffraction grating pattern on the substrate in a predetermined direction, and the optical head is positioned at the center of the light beam. Positioning the optical head so as to hit a predetermined portion of the zone plate pattern.

【0027】(ロ−3)前記基板は回路パターンが形成
されたマスクより成り、該回路パターンの周辺部に前記
回折格子パターンと前記ゾーンプレートパターンとが形
成されていること。
(B-3) The substrate is formed of a mask on which a circuit pattern is formed, and the diffraction grating pattern and the zone plate pattern are formed around the circuit pattern.

【0028】(ロ−4)前記光学ヘッドは、前記マスク
の表面に対して傾いた入射光路に沿って前記光ビームを
前記マスクに向け、前記マスクの表面に対して前記入射
光路と同じ側に傾いた少なくとも一つの出射光路に沿っ
て前記マスクから出射する前記光ビームを受けるもので
あり、前記回折格子パターンは、前記所定次数の回折光
が前記出射光路に沿って前記マスクから出射するよう構
成されること。
(B-4) The optical head directs the light beam to the mask along an incident optical path inclined with respect to the surface of the mask, and the optical head is on the same side of the surface of the mask as the incident optical path. Receiving the light beam emitted from the mask along at least one outgoing optical path inclined to the light, wherein the diffraction grating pattern allows the diffracted light of the predetermined order to be emitted from the mask along the outgoing optical path. Be configured to

【0029】等を特徴としている。The features are as follows.

【0030】(ハ)本発明の半導体デバイスの製造方法
は、マスクの表面に対して傾いた入射光路に沿って光ビ
ームを照射し、前記マスクから前記マスクの表面に対し
て前記入射光路と同じ側に傾いた少なくとも一つの出射
光路に沿って出射する前記光ビームを受光する光学ヘッ
ドの前記マスクに対する予め決めた方向に関する位置を
検出し、該検出に基づいて前記光学ヘッドを前記マスク
のゾーンプレートパターンに対して位置決めし、前記光
ビームを前記マスクのゾーンプレートパターンを介して
ウエハのゾーンプレートマークに前記光ビームを入射さ
せ、前記ゾーンプレートパターンと前記ゾーンプレート
マークの作用を受けた信号光を前記出射光路に沿って出
射させ、前記光学ヘッドにより前記信号光を受光し、前
記信号光を用いて前記マスクと前記ウエハの位置ずれを
検出し、該検出に応じて前記マスクとウエハを位置合わ
せした後、前記マスクの回路パターンを介して前記ウエ
ハを露光し、前記マスクの回路パターンを前記ウエハ上
に転写することにより半導体デバイスを製造する方法に
おいて、前記マスク上に、前記マスク上での前記光ビー
ムの前記方向に関する幅よりも小さな前記方向に関する
幅を備える回折格子パターンを形成することにより、前
記光ビームと前記回折格子パターンの前記方向に関する
位置ずれに応じて前記回折格子パターンから生じる所定
次数の回折光の前記光学ヘッド内のセンサーへの入射位
置が変化するようにし、前記光ビームを前記回折格子パ
ターンに照射することにより前記所定次数の回折光を前
記出射光路に沿って発生させ、該所定次数の回折光を前
記光学ヘッド内のセンサーに入射させ、該センサー上へ
の前記所定次数の回折光の入射位置を検出し、該検出し
た入射位置の予め決めた位置からのずれに基づいて前記
光学ヘッドの位置を検出することを特徴としている。
(C) In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a light beam is irradiated along an incident optical path inclined with respect to the surface of the mask, and the incident optical path is transmitted from the mask to the surface of the mask. An optical head that receives the light beam emitted along at least one emission optical path inclined to the same side detects a position in a predetermined direction with respect to the mask, and based on the detection, moves the optical head to the mask. A signal which is positioned with respect to a zone plate pattern, makes the light beam incident on a zone plate mark of a wafer via the zone plate pattern of the mask, and receives a signal affected by the zone plate pattern and the zone plate mark. Emitting light along the emission optical path, receiving the signal light by the optical head, and using the signal light After detecting the misalignment between the mask and the wafer, aligning the mask and the wafer in accordance with the detection, exposing the wafer through a circuit pattern of the mask, and exposing the circuit pattern of the mask on the wafer. Forming a diffraction grating pattern having a width in the direction smaller than the width in the direction of the light beam on the mask on the mask. The incident position of a predetermined order of diffracted light generated from the diffraction grating pattern on a sensor in the optical head is changed in accordance with the positional deviation of the light beam and the diffraction grating pattern in the direction, and the diffraction of the light beam is performed. By irradiating a grating pattern, diffracted light of the predetermined order is generated along the outgoing optical path. The diffracted light of the order is incident on a sensor in the optical head, the incident position of the diffracted light of the predetermined order on the sensor is detected, and the detected incident position is shifted based on a deviation from a predetermined position. It is characterized in that the position of the optical head is detected.

【0031】特に、 (ハ−1)前記マスク上に、前記マスク上での前記光ビ
ームの前記方向に関する幅よりも十分大きな前記方向に
関する幅を備える基準回折格子パターンを形成し、該基
準回折格子パターン内に前記光ビームを照射することに
より前記所定次数の回折光とほぼ同じ方向に基準回折光
を発生させ、該基準回折光を前記センサーに入射させ、
該センサー上への前記基準回折光の入射位置を検出し、
該検出した入射位置を前記予め決めた位置として設定す
ることを特徴としている。
In particular, (c-1) a reference diffraction grating pattern having a width in the direction sufficiently larger than the width of the light beam in the direction on the mask is formed on the mask; By irradiating the light beam in the pattern, a reference diffracted light is generated in substantially the same direction as the diffracted light of the predetermined order, and the reference diffracted light is incident on the sensor.
Detecting the incident position of the reference diffraction light on the sensor,
The detected incident position is set as the predetermined position.

【0032】(ニ)本発明の露光装置は、マスクに該マ
スクの表面に対して傾いた入射光路に沿って光ビームを
照射し、前記マスクから前記マスクの表面に対して前記
入射光路と同じ側に傾いた少なくとも一つの出射光路に
沿って出射する前記光ビームを受光する光学ヘッドと、
該光学ヘッドの前記マスクに対する予め決めた方向に関
する位置と前記マスクに対するウエハの位置とを検出す
るべく前記光学ヘッド内の少なくとも一つのセンサーか
らの出力を受ける検出手段と、該検出手段による検出に
基づいて前記光学ヘッドを前記マスクのゾーンプレート
パターンに対して位置決めする手段と、該検出手段によ
る検出に基づいて前記マスクと前記ウエハとを位置合わ
せする手段とを有し、前記光学ヘッドが、前記光ビーム
を前記マスクのゾーンプレートパターンを介して前記ウ
エハのゾーンプレートマークに前記光ビームを入射させ
ることにより前記ゾーンプレートパターンと前記ゾーン
プレートマークの作用を受けて前記出射光路に沿って出
射した信号光を受光するよう構成された露光装置におい
て、前記マスクは、前記マスク上での前記光ビームの前
記方向に関する幅よりも十分大きな前記方向に関する幅
を備える基準回折格子パターンと前記マスク上での前記
光ビームの前記方向に関する幅よりも小さな前記方向に
関する幅を備える回折格子パターンとが形成されてお
り、前記光ビームと前記回折格子パターンの前記方向に
関する位置ずれに応じて前記回折格子パターンから生じ
る所定次数の回折光の前記光学ヘッド内のセンサーへの
入射位置が変化するように設定されており、前記光学ヘ
ッドが、前記基準回折格子パターン内に前記光ビームを
照射することにより前記出射光路に沿って生じた基準回
折光を前記センサーで受光して前記基準回折光の入射位
置に応じた第1信号を出力すると共に前記回折格子パタ
ーンに前記光ビームを照射することにより前記出射光路
に沿って生じた前記所定次数の回折光を前記センサーで
受光して入射位置に応じた第2信号を出力し、前記検出
手段が前記第1及び第2信号を使って前記光学ヘッドの
前記マスクに対する前記方向に関する位置を検出するこ
とを特徴としている。
(D) The exposure apparatus of the present invention irradiates the mask with a light beam along an incident optical path inclined with respect to the surface of the mask, and the light beam is radiated from the mask to the surface of the mask. An optical head for receiving the light beam emitted along at least one emission optical path inclined to the same side,
Detecting means for receiving an output from at least one sensor in the optical head to detect a position of the optical head in a predetermined direction with respect to the mask and a position of the wafer with respect to the mask; Means for positioning the optical head with respect to the zone plate pattern of the mask, and means for positioning the mask and the wafer based on detection by the detection means, wherein the optical head is A signal emitted along the emission optical path under the action of the zone plate pattern and the zone plate mark by causing the light beam to enter the zone plate mark of the wafer via the zone plate pattern of the mask. In an exposure apparatus configured to receive light, the mask is A reference grating pattern having a width in the direction sufficiently larger than the width of the light beam on the mask in the direction; and a width in the direction smaller than the width of the light beam in the direction on the mask. A diffraction grating pattern is formed, and the incident position of a predetermined order of diffracted light generated from the diffraction grating pattern on the sensor in the optical head according to the positional deviation of the light beam and the diffraction grating pattern in the direction is detected. The optical head is configured to receive the reference diffraction light generated along the emission optical path by irradiating the light beam in the reference diffraction grating pattern with the sensor, and the reference head receives the reference diffraction light. Outputting a first signal corresponding to the incident position of the diffracted light and irradiating the diffraction grating pattern with the light beam. The sensor receives the diffracted light of the predetermined order generated along the emission optical path and outputs a second signal corresponding to the incident position, and the detecting means uses the first and second signals to generate the second signal. A position of the optical head in the direction with respect to the mask is detected.

【0033】[0033]

【実施例】図1、図2は本発明の位置検出方法における
原理説明図である。
1 and 2 are diagrams for explaining the principle of a position detecting method according to the present invention.

【0034】同図は本来、光ビームと位置合わせを行う
アライメントパターンとの位置関係を求める際に先だっ
て、まず光ビームと該アライメントパターンとの位置関
係が予めわかっているパターン、例えば回折格子パター
ンとの位置関係を求める場合を示している。
FIG. 3 is a view showing a state in which the positional relationship between the light beam and the alignment pattern is known in advance, for example, a diffraction grating pattern, before determining the positional relationship between the light beam and the alignment pattern for performing alignment. 2 shows a case where the positional relationship is determined.

【0035】図1(A)は回折格子パターン1001,
1002と光ビーム1004,1005との位置関係を
示し、図1(B),(C)はセンサー面1008上の光
スポット1010,1011,1010aの変化を示し
ている。
FIG. 1A shows a diffraction grating pattern 1001,
1B shows a positional relationship between the light beams 1002 and 1004, and FIGS. 1B and 1C show changes in light spots 1010, 1011 and 1010a on the sensor surface 1008. FIG.

【0036】図2は回折格子パターン1001(100
2)に対する投光手段1007と受光手段1008との
配置関係を示している。
FIG. 2 shows a diffraction grating pattern 1001 (100
The arrangement relationship between the light projecting means 1007 and the light receiving means 1008 for 2) is shown.

【0037】図1(A)では光ビーム1004,100
5の大きさと比較し、位置合わせを行ないたい方向(X
方向)における回折格子パターンが小さいパターン10
01と大きいパターン1002とを基板1000上に設
けている。
In FIG. 1A, light beams 1004 and 100
5 and the direction in which alignment is desired (X
Pattern 10 with a small diffraction grating pattern in
01 and a large pattern 1002 are provided on the substrate 1000.

【0038】図1(A)に示すようにパターン1001
に光ビーム1004が入射した場合は、パターン100
1からの回折光1009はパターン1001のエッジで
光ビーム1004の一部が切りとられたパターン100
1の中心からずれた位置から照射する回折光となり、図
1(B)に示すようにセンサー面1008へパターン1
001と光ビーム1004の位置ずれに応じて変化する
光スポット1010を形成する。
As shown in FIG.
When the light beam 1004 is incident on the
The diffracted light 1009 from No. 1 is the pattern 100 in which a part of the light beam 1004 is cut off at the edge of the pattern 1001
1 becomes a diffracted light irradiated from a position deviated from the center of the pattern 1, and the pattern 1 is applied to the sensor surface 1008 as shown in FIG.
A light spot 1010 that changes in accordance with the displacement between the light beam 001 and the light beam 1004 is formed.

【0039】この場合、パターン1001がパターン1
001aのように、位置合わせを行ないたいX方向へΔ
Xだけずれたとするとそのエッジの位置が移動し、セン
サー面1008上で回折光による光スポット1010a
はΔXaだけ光スポット1010の位置からずれた位置
に移動する。
In this case, the pattern 1001 is the pattern 1
Δ in the X direction in which alignment is desired, as in 001a.
If the position is shifted by X, the position of the edge moves, and the light spot 1010a by the diffracted light on the sensor surface 1008 is moved.
Moves to a position shifted from the position of the light spot 1010 by ΔXa.

【0040】一方、図1(A)に示すように十分大きい
パターン1002に光ビーム1005が入射したとき
は、パターン1002からの回折光1009aは、パタ
ーン1002のエッジで光ビーム1005が切りとられ
ることなく、センサー面1008に光スポット1011
を形成する。この場合はパターン1002が位置合わせ
を行ないたいX方向にΔXだけずれたとしても回折光は
センサー面1008上で移動せず光スポット1011の
位置はそのままとなる。
On the other hand, when the light beam 1005 is incident on a sufficiently large pattern 1002 as shown in FIG. 1A, the diffracted light 1009a from the pattern 1002 is cut off at the edge of the pattern 1002. No light spot 1011 on the sensor surface 1008
To form In this case, even if the pattern 1002 is shifted by ΔX in the X direction in which the alignment is desired to be performed, the diffracted light does not move on the sensor surface 1008 and the position of the light spot 1011 remains.

【0041】そこで本発明では光ビームの中心を光ビー
ム径より大きいパターン1002(開口で制限されない
回折光を発生するパターン)からの回折光の光束位置と
し、それと光ビーム径よりも小さいパターン1001
(開口で制限される回折光を発生するパターン)からの
回折光の光束位置を合わせることにより光ビームとパタ
ーン1001(1002)との位置関係を求めている。
Therefore, in the present invention, the center of the light beam is defined as the position of the luminous flux of the diffracted light from the pattern 1002 (a pattern that generates the diffracted light that is not limited by the aperture) and the pattern 1001 smaller than the light beam diameter.
The positional relationship between the light beam and the pattern 1001 (1002) is determined by aligning the positions of the luminous fluxes of the diffracted light from the (pattern generating the diffracted light limited by the aperture).

【0042】本発明では開口で制限される回折光を発生
するパターン1001は物体1000上の位置を表わし
ているので、この位置から物体1000上の任意の位置
に配置したアライメントパターン(不図示)の所定位置
に光ビームを入射させている。
In the present invention, since the pattern 1001 for generating the diffracted light limited by the aperture represents a position on the object 1000, an alignment pattern (not shown) arranged at an arbitrary position on the object 1000 from this position. A light beam is incident on a predetermined position.

【0043】図3は本発明の実施例1の位置検出方法の
マスク(物体)1000上のアライメントパターン10
03と回折格子パターン(1001,1002)に光ビ
ーム(1004,1005,1006)が入射する状態
を示した概略図、図4は投光手段1007からの光ビー
ムが図3の各パターン(1001,1002,100
3)に入射し、回折した光がセンサー1008に入射す
る状態を示した概略図、図5は図4のセンサー1008
面上への光ビームの入射位置を示す説明図である。
FIG. 3 shows an alignment pattern 10 on a mask (object) 1000 in the position detecting method according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a state in which a light beam (1004, 1005, 1006) is incident on a diffraction grating pattern (1001, 1002). FIG. 1002,100
FIG. 5 is a schematic view showing a state in which the light that has been incident on 3) and diffracted is incident on the sensor 1008, and FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a light beam incident position on a surface.

【0044】図3では、まず光ビーム(1004,10
05)と回折格子パターン(1001,1002)との
位置関係を求めている。そしてこのときの位置関係を求
めた後に回折格子パターン(1001,1002)との
位置関係が予めわかっているアライメントパターン10
03の所定位置に光ビームを入射させる場合を示してい
る。
In FIG. 3, first, the light beams (1004, 10
05) and the diffraction grating pattern (1001, 1002). After obtaining the positional relationship at this time, the alignment pattern 10 whose positional relationship with the diffraction grating patterns (1001, 1002) is known in advance.
3 shows a case where a light beam is incident on a predetermined position.

【0045】図3においてパターン1001は開口で制
限される回折光を発生するパターンであり、パターン1
002は開口で制限されない回折光を発生するパターン
であり、これらの各パターン1001,1002は例え
ば1.5μm程度のラインアンドスペースの直線回折格
子より構成している。
In FIG. 3, a pattern 1001 is a pattern for generating diffracted light limited by an aperture.
Reference numeral 002 denotes a pattern that generates diffracted light that is not limited by an aperture. Each of the patterns 1001 and 1002 is formed of, for example, a line and space linear diffraction grating of about 1.5 μm.

【0046】アライメントパターン1003は最終的に
光ビームと位置決めを行なう為のパターンであり、パタ
ーン1001と同一面(物体面1000)上にあり、X
方向は同じ位置でY方向に既知量y1 だけ離れた位置に
設定している。
The alignment pattern 1003 is a pattern for finally performing positioning with the light beam, is on the same plane (object plane 1000) as the pattern 1001, and
Direction is set at a position separated by a known amount y 1 in the Y direction at the same position.

【0047】光ビーム1005は開口で制限されないパ
ターン1002に入射したときの光ビームのスポットを
示し、光ビーム1004は開口で制限されるパターン1
001に入射したときの光ビームのスポットを示してい
る。
A light beam 1005 shows a spot of the light beam when it is incident on the pattern 1002 which is not restricted by the aperture. The light beam 1004 is a pattern 1 which is restricted by the aperture.
001 shows the spot of the light beam when it is incident.

【0048】図5において図5(A)はセンサー面10
08を正面から見たときの光ビームの位置を示してお
り、図5(B),(C)は各々センサー面1008上の
光ビームの強度分布を示している。
FIG. 5A shows the sensor surface 10.
8 shows the position of the light beam when viewed from the front, and FIGS. 5B and 5C show the intensity distribution of the light beam on the sensor surface 1008, respectively.

【0049】次にアライメントパターン1003へ光ビ
ームを位置合わせしたい方向(X方向)に位置合わせを
する手順について説明する。
Next, a procedure for performing positioning in the direction (X direction) in which the light beam is to be aligned with the alignment pattern 1003 will be described.

【0050】尚、光ビーム(照射光学系)とセンサー1
008は光学ヘッド(アライメントヘッド)内に収納さ
れ一体的に移動するものとする。
The light beam (irradiation optical system) and the sensor 1
Reference numeral 008 is housed in an optical head (alignment head) and moves integrally.

【0051】先ず、光ビームを光ビームの位置決め用の
パターン1002内に照射されるようにおよその位置を
合わせる。位置決め用のパターン1002はパターン寸
法が大きく、光ビーム1005はパターン1002のエ
ッジで制限されずに、回折光を射出する。この回折光は
センサー面上1008で図5(C)で示されるような強
度分布を生ずる。光ビームとこのパターン1002は相
対的にずれても、強度分布はかわらない。そこでセンサ
ー面1008上のこの回折光の入射位置を基準位置と定
める。
First, the approximate position is adjusted so that the light beam is irradiated into the pattern 1002 for positioning the light beam. The pattern 1002 for positioning has a large pattern size, and the light beam 1005 emits diffracted light without being restricted by the edge of the pattern 1002. This diffracted light produces an intensity distribution as shown in FIG. Even if the light beam and this pattern 1002 are relatively shifted, the intensity distribution does not change. Therefore, the incident position of the diffracted light on the sensor surface 1008 is determined as a reference position.

【0052】この基準位置の求め方は、例えば、センサ
ー1008を1次元CCDラインセンサーとし、最大の
強度を示すビットの位置を基準位置としたり、各ビット
の光強度から光量分布の重心位置を計算を行なう方法等
が適用可能である。
The reference position can be obtained, for example, by using the sensor 1008 as a one-dimensional CCD line sensor, using the position of the bit showing the maximum intensity as the reference position, or calculating the center of gravity of the light quantity distribution from the light intensity of each bit. And the like can be applied.

【0053】次に光ビームを位置合わせしたい方向と直
交する方向(Y)へ所定量y0 移動し、位置決め用のパ
ターン1001に照射する。位置決め用のパターン10
01はパターン寸法が小さく、光ビーム1004はパタ
ーン1001のエッジで開口が制限された回折光を射出
する。この回折光はセンサー面1008上で図5(B)
で示されるような強度分布を生ずる。
Next, the light beam is moved by a predetermined amount y 0 in the direction (Y) orthogonal to the direction in which the position is to be aligned, and is irradiated onto the positioning pattern 1001. Pattern 10 for positioning
01 has a small pattern size, and the light beam 1004 emits diffracted light whose aperture is limited at the edge of the pattern 1001. This diffracted light is shown on the sensor surface 1008 in FIG.
This produces an intensity distribution as shown by

【0054】この場合、光ビームの中心と位置決め用の
パターンが位置合わせを行ないたいX方向にΔXだけず
れると、そのずれ量に従い、回折光束はセンサー100
8面上でΔXずれることになる。
In this case, when the center of the light beam and the pattern for positioning are shifted by ΔX in the X direction in which the alignment is desired to be performed, the diffracted light beam is changed according to the shift amount.
ΔX shifts on eight surfaces.

【0055】そこで、前記センサー面1008上の基準
位置に回折光束がくるように、例えば光ビーム(光学ヘ
ッド、アライメントヘッド)を移動させて光ビームと物
体1000とを位置合わせしたい、X方向へ相対的に移
動する。以上により物体1000上の位置決めパターン
1001と光ビームとを位置決めしている。
Therefore, it is desired to move the light beam (optical head, alignment head), for example, so that the diffracted light beam comes to the reference position on the sensor surface 1008, thereby aligning the light beam with the object 1000. Move. As described above, the positioning pattern 1001 on the object 1000 and the light beam are positioned.

【0056】最後に物体1000上のアライメントパタ
ーン1003へ既知の所定量(y1)だけ光ビーム(光
学ヘッド、アライメントヘッド)を移動させ、これによ
りアライメントパターン1003と光ビームの位置決め
を行なっている。
Finally, the light beam (optical head, alignment head) is moved by a known predetermined amount (y 1 ) to the alignment pattern 1003 on the object 1000, thereby positioning the alignment pattern 1003 and the light beam.

【0057】図6〜図10は本発明の実施例2の露光装
置の一部分と、それに関する各要素の説明図である。
FIG. 6 to FIG. 10 are explanatory views of a part of the exposure apparatus according to the second embodiment of the present invention and each element related thereto.

【0058】図6は露光装置の一部分の要部概略図であ
り、X線プロキシミティ露光装置におけるアライメント
光とアライメントパターンとの位置決めに応用した場合
を示している。図7は図6のマスク23面上の説明図で
ある。
FIG. 6 is a schematic view of a main part of an exposure apparatus, and shows a case where the present invention is applied to positioning of an alignment light and an alignment pattern in an X-ray proximity exposure apparatus. FIG. 7 is an explanatory diagram on the surface of the mask 23 in FIG.

【0059】図7ではアライメント用の光ビームとアラ
イメントマーク50との位置合わせの為に、該光ビーム
の位置決め用のパターンとして外形十字形の回折格子パ
ターン(十字マーク)20をマスク23の回路パターン
領域22の周辺のスクライブライン21の4隅に各々設
けている。
In FIG. 7, in order to align the alignment light beam with the alignment mark 50, an outer cross-shaped diffraction grating pattern (cross mark) 20 is used as a pattern for positioning the light beam as a circuit pattern of the mask 23. It is provided at each of the four corners of the scribe line 21 around the area 22.

【0060】アライメントヘッド(光学ヘッド)14は
マスク23の4辺に対応して各々設けられており、これ
らの対応するパターンを検出している。
The alignment heads (optical heads) 14 are provided corresponding to the four sides of the mask 23, respectively, and detect these corresponding patterns.

【0061】図8は1つのアライメントヘッドに着目
し、対応する十字マーク20と該十字マーク20の回折
格子からの反射回折光の位置及び該位置を検出するセン
サー26との位置関係を示している。図8(A)はセン
サー面26を示しており、図8(B)はマスク面23上
の十字マーク20を示している。
FIG. 8 focuses on one alignment head, and shows the positional relationship between the corresponding cross mark 20, the position of the diffracted light reflected from the diffraction grating of the cross mark 20, and the sensor 26 for detecting the position. . FIG. 8A shows the sensor surface 26, and FIG. 8B shows the cross mark 20 on the mask surface 23.

【0062】十字マーク20はラインアンドスペースで
例えば1.5μmのX方向に平行な格子より形成してい
る。パターン全体の大きさはX方向、Y方向共に1mm
程度である。
The cross mark 20 is formed by a line-and-space grid of, for example, 1.5 μm parallel to the X direction. The size of the entire pattern is 1 mm in both the X and Y directions
It is about.

【0063】図9は光源27からの光ビームが十字マー
ク20に入射し、回折してセンサー26に入射するまで
の光路を示した説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing an optical path from the time when the light beam from the light source 27 enters the cross mark 20 to the time when the light beam is diffracted and enters the sensor 26.

【0064】光源27は例えばレーザダイオード(L
D、波長λ=0.785μm)から成っている。図9で
は光源27からのアライメント用の光ビームが十字マー
ク20に入射し、回折された所定次数の回折光がセンサ
ー26に入射する光路を示している。
The light source 27 is, for example, a laser diode (L
D, wavelength λ = 0.785 μm). FIG. 9 shows an optical path in which an alignment light beam from the light source 27 is incident on the cross mark 20 and diffracted light of a predetermined order diffracted is incident on the sensor 26.

【0065】図10は一般的な格子ピッチPの回折格子
71に光ビーム72が入射したときの各次数の回折光を
示している。
FIG. 10 shows diffracted light of each order when a light beam 72 is incident on a diffraction grating 71 having a general grating pitch P.

【0066】一般に図10に示すように反射型の回折格
子71に光72を入射させると入射光72は反射回折さ
れる。このとき回折格子71の格子ピッチをP、入射光
72の波長をλ、入射角(回折格子71の法線とのなす
角度)をθi 、n次の反射回折光の回折格子71の法線
とのなす角(射出角)をθn とすると Psinθi −Psinθn =nλ(n=0,±1,±2,・・・) ・・・・・(a1) となる。これより射出角θn
Generally, as shown in FIG. 10, when light 72 is incident on a reflection type diffraction grating 71, the incident light 72 is reflected and diffracted. At this time, the grating pitch of the diffraction grating 71 is P, the wavelength of the incident light 72 is λ, the incident angle (the angle made with the normal to the diffraction grating 71) is θ i , and the normal of the diffraction grating 71 of the n-th order reflected diffraction light. When angle a (exit angle) theta n and Psinθ i -Psinθ n = nλ (n = 0, ± 1, ± 2, ···) becomes · · · · · (a1). From this, the exit angle θ n is

【0067】[0067]

【数1】 で与えられる。(Equation 1) Given by

【0068】例えばλ=0.780μm、θi =17
度、P=3μmとすると θ0 =θi =17度 θ2 =−13.1575度 となる。
For example, λ = 0.780 μm, θ i = 17
Degrees, P = 3 μm, θ 0 = θ i = 17 degrees θ 2 = −13.1575 degrees

【0069】ここに射出角θ2 の符号がマイナスなのは
図10に示すように反射回折光が回折格子71の法線に
関して入射側に法線と13.1575度の角度で回折さ
れてくることを意味している。図9のセンサー26はこ
のときの回折光75を検出している。
Here, the sign of the exit angle θ 2 is minus because the reflected and diffracted light is diffracted toward the incidence side with respect to the normal line of the diffraction grating 71 at an angle of 13.1575 degrees with respect to the normal line as shown in FIG. Means. The sensor 26 in FIG. 9 detects the diffracted light 75 at this time.

【0070】次に本実施例において光ビームとアライメ
ントマーク50との位置関係の検出方法について説明す
る。
Next, a method for detecting the positional relationship between the light beam and the alignment mark 50 in this embodiment will be described.

【0071】図6の構成においてアライメントヘッド
(光学ヘッド)14内に設置した光源27から光ビーム
が図7に示す十字マーク20の1つ、例えば十字マーク
20Rの中央部に入射される。この光ビームは図8
(B)に示す光ビーム24のように光ビームの位置決め
用のパターン20aに入射する。
In the configuration shown in FIG. 6, a light beam is incident on one of the cross marks 20 shown in FIG. 7, for example, the center of the cross mark 20R from the light source 27 installed in the alignment head (optical head) 14. This light beam is shown in FIG.
The light beam 24 is incident on a positioning pattern 20a like a light beam 24 shown in FIG.

【0072】このときマスク23をX方向に移動させて
もパターン20aの寸法が大きい為、光ビーム24の入
射領域は回折格子内にあるのでパターン20aから生ず
る回折光の図8(A)のセンサー26に入射する位置は
変わらない。このときのセンサー26面上の光スポット
像24aの位置を基準位置として設定する。
At this time, even if the mask 23 is moved in the X direction, since the size of the pattern 20a is large, the incident area of the light beam 24 is within the diffraction grating, so that the sensor shown in FIG. The position of incidence on 26 is unchanged. The position of the light spot image 24a on the surface of the sensor 26 at this time is set as a reference position.

【0073】次にアライメントヘッド14をY方向に所
定量y0 上方向、又は下方向に移動させて光ビームを十
字マーク20Rのパターン20bに入射させる。このと
きアライメントヘッド14とマスク23との相対的位置
が合致していれば回折光はセンサー26面上で中央位置
に光スポット像24aとして入射する。
[0073] then allowed incident alignment head 14 a predetermined amount y 0 upward in the Y direction, or by moving downward a light beam to the pattern 20b of the cross mark 20R. At this time, if the relative positions of the alignment head 14 and the mask 23 match, the diffracted light enters the central position on the surface of the sensor 26 as a light spot image 24a.

【0074】しかしながら図8(B)の如くX方向に位
置ずれΔXがあると光ビームがパターン20bの中心か
ら外れる為にセンサー26面上に入射する回折光の中央
値が光スポット像25cの如くずれてくる。
However, if there is a displacement .DELTA.X in the X direction as shown in FIG. 8B, the light beam deviates from the center of the pattern 20b, so that the median value of the diffracted light incident on the surface of the sensor 26 is as shown in the light spot image 25c. It breaks.

【0075】(尚、アライメントヘッド14の所定量y
0 の移動方向は上方向、又は下方向の一方でも良いが上
下方向の移動で計測し、平均化すればマスク23の回転
等の他の誤差成分を少なくし高精度な評価を行うことが
できるので好ましい。)このとき検出されるずれ量をア
ライメントヘッド14とマスク23との位置ずれとして
アライメントヘッド14をセンサー26の中央値にくる
まで移動し、これによりX方向でセンサー26のピッチ
分解能の精度で位置合わせを実現している。
(Note that the predetermined amount y of the alignment head 14 is
The moving direction of 0 may be either the upward direction or the downward direction, but measurement is performed by moving in the vertical direction, and if averaging is performed, other error components such as rotation of the mask 23 can be reduced and highly accurate evaluation can be performed. It is preferred. The displacement detected at this time is used as the displacement between the alignment head 14 and the mask 23, and the alignment head 14 is moved to the median value of the sensor 26, whereby the position is aligned in the X direction with the accuracy of the pitch resolution of the sensor 26. Has been realized.

【0076】最後に、このようにして光ビームと位置決
め完了した位置決め用の十字パターン20から既知量ず
れたアライメントマーク50の所定位置へアライメント
ヘッド14を既知量だけ移動させ、これによりアライメ
ント用の光ビームをアライメントパターン50に位置決
めしている。
Finally, the alignment head 14 is moved by a known amount to a predetermined position of the alignment mark 50 which is displaced from the positioning cross pattern 20 which has been positioned with the light beam by a known amount. The beam is positioned on the alignment pattern 50.

【0077】その後、アライメントパターン50に光ビ
ームを入射させ、それを介した回折光を利用してマスク
23とウエハ19との相対的な位置決めを行っており、
このときの方法は例えば先の特願平2−143869号
に開示されている方法と実質的に同じである。
Thereafter, a light beam is made incident on the alignment pattern 50, and relative positioning between the mask 23 and the wafer 19 is performed by utilizing the diffracted light passing through the light beam.
The method at this time is substantially the same as the method disclosed in Japanese Patent Application No. 2-143869, for example.

【0078】次に図6の構成につき説明する。Next, the configuration of FIG. 6 will be described.

【0079】光源27からの光束をコリメーターレンズ
2により平行光束としてレンズ系5に入射させている。
レンズ系5は入射光束を所望のビーム径にした後、ミラ
ー6で反射させて耐Xray窓7(露光用光源としてX
rayを用いたとき)を通過させて第1物体としてのマ
スク23面上のアライメントパターン50としての位置
ずれ検出用のAAアライメントマーク(以下「AAマー
ク」という。)、又は面間隔検出用のAFアライメント
マーク(以下「AFマーク」という。)に入射させてい
る。
The light beam from the light source 27 is incident on the lens system 5 as a parallel light beam by the collimator lens 2.
The lens system 5 converts the incident light beam into a desired beam diameter, reflects the light beam on a mirror 6, and sets the Xray-resistant window 7 (X as an exposure light source).
AA alignment mark (hereinafter, referred to as “AA mark”) for detecting a positional deviation as an alignment pattern 50 on the surface of the mask 23 as a first object after passing through (when a ray is used), or an AF for detecting a surface interval. The light is incident on an alignment mark (hereinafter, referred to as an “AF mark”).

【0080】AAマークとAFマークはマスク23の周
辺部のスクライブライン上の4カ所に設けられている。
19は第2物体としてのウエハであり、マスク23と近
接(間隔10μm〜100μm)配置されており、その
面上にはマスク23と位置合わせすべきAAマークがス
クライブライン上に設けられている。AAマークとAF
マークは1次元又は2次元のゾーンプレート等の物理光
学素子より成っている。
The AA mark and the AF mark are provided at four places on the scribe line around the mask 23.
Reference numeral 19 denotes a wafer as a second object, which is arranged close to the mask 23 (at an interval of 10 μm to 100 μm), and an AA mark to be aligned with the mask 23 is provided on a scribe line on its surface. AA mark and AF
The mark is composed of a physical optical element such as a one-dimensional or two-dimensional zone plate.

【0081】10は受光レンズであり、マスク23面上
のAAマーク及びAFマークを通過してきた所定次数の
回折光16を受光手段11面上に集光している。受光手
段11は位置ずれ検出用のAAラインセンサー12と面
間隔検出用のAFラインセンサー13の2つのラインセ
ンサーを同一基板上に設けて構成されている。
Reference numeral 10 denotes a light receiving lens, which condenses diffracted light 16 of a predetermined order passing through the AA mark and the AF mark on the surface of the mask 23 on the surface of the light receiving means 11. The light receiving means 11 is configured by providing two line sensors, an AA line sensor 12 for detecting a displacement and an AF line sensor 13 for detecting a surface interval, on the same substrate.

【0082】そして特願平2−143869号で開示さ
れているようにAAラインセンサー12からの出力信号
を用いてマスク23とウエハ19との相対的位置ずれを
検出し、又AFラインセンサー13からの出力信号を用
いてマスク23とウエハ19との面間隔を検出してい
る。
Then, as disclosed in Japanese Patent Application No. 2-143869, the relative displacement between the mask 23 and the wafer 19 is detected using the output signal from the AA line sensor 12, and Is used to detect the surface distance between the mask 23 and the wafer 19.

【0083】そしてマスク23とウエハ19との相対的
な位置合わせが完了したら照明系(不図示)からの露光
光を用いてマスク23面上の回路パターンをウエハ19
面上に転写し、その後公知の処理過程を介して半導体デ
バイスを得ている。
When the relative positioning between the mask 23 and the wafer 19 is completed, the circuit pattern on the mask 23 is exposed to light from an illumination system (not shown).
It is transferred onto a surface, and then a semiconductor device is obtained through a known process.

【0084】図11(A),(B)は本発明の実施例3
の位置検出方法に係るセンサー31面上とマスク上の十
字マーク20(回折格子パターン)の説明図である。同
図では十字マーク20とセンサー31の構成、及び位置
合わせ方向が図8の実施例2と異っている。
FIGS. 11A and 11B show a third embodiment of the present invention.
It is explanatory drawing of the cross mark 20 (diffraction grating pattern) on the surface of the sensor 31 and a mask which concerns on the position detection method of FIG. 8, the configuration of the cross mark 20 and the sensor 31 and the alignment direction are different from those of the second embodiment in FIG.

【0085】図11(B)の十字マーク20のうちの左
右のパターン28aはY方向の寸法が光ビーム29のY
方向のビーム径よりも小さくなっている。又中央パター
ン28bのY方向の寸法は光ビーム29のY方向のビー
ム径よりも大きくなっている。同図ではY方向に対して
光ビームの位置決めを行っている。1次元センサー31
はY方向の検出を行っている。
The left and right patterns 28a of the cross mark 20 in FIG.
Direction is smaller than the beam diameter. The dimension of the central pattern 28b in the Y direction is larger than the beam diameter of the light beam 29 in the Y direction. In the figure, the light beam is positioned in the Y direction. One-dimensional sensor 31
Performs detection in the Y direction.

【0086】図12は図11の十字マーク20に光源3
2からの光ビームが入射し、反射回折してセンサー31
に入射する状態を示した説明図である。
FIG. 12 shows the light source 3 on the cross mark 20 in FIG.
The light beam from the light source 2 enters and is reflected and diffracted, and the sensor 31
FIG. 4 is an explanatory view showing a state where light is incident on the light source.

【0087】本実施例では十字マーク20の中央部に光
ビーム29が入射していればセンサー31面上の中央部
に光スポット像29が形成する。このときマスク23を
Y方向に移動させてもセンサー31面上の中央部に生ず
る光スポット像29aの位置は変わらない。
In this embodiment, if the light beam 29 is incident on the center of the cross mark 20, a light spot image 29 is formed at the center on the sensor 31 surface. At this time, even if the mask 23 is moved in the Y direction, the position of the light spot image 29a generated at the center on the surface of the sensor 31 does not change.

【0088】このときの光スポット像29aの位置を基
準としてアライメントヘッド14をX方向の一方に移動
させ光ビーム30をパターン28aに入射させる。そし
てセンサー31面上の光スポット像の位置ずれを検出す
る。
At this time, the alignment head 14 is moved to one side in the X direction with the position of the light spot image 29a as a reference, and the light beam 30 is made incident on the pattern 28a. Then, the displacement of the light spot image on the sensor 31 is detected.

【0089】このとき光ビームが光ビーム30のように
パターン28aの中心から外れた位置にくるとセンサー
31面上の光スポット像30aの光量重心が中央よりず
れてくる。このとき得られるセンサー31からのズレ信
号を用いてアライメントヘッド14をY方向に駆動制御
している。これによりアライメントヘッド14とマスク
23のY方向の相対的位置合わせを1μm程度の精度で
行っている。
At this time, when the light beam comes to a position deviated from the center of the pattern 28a like the light beam 30, the center of light quantity of the light spot image 30a on the surface of the sensor 31 is shifted from the center. The driving of the alignment head 14 in the Y direction is controlled using the displacement signal from the sensor 31 obtained at this time. Thus, the relative positioning of the alignment head 14 and the mask 23 in the Y direction is performed with an accuracy of about 1 μm.

【0090】尚、本実施例においては先の実施例2の方
法でX方向の位置合わせを行い、実施例3の方法でY方
向の位置合わせを行い、双方の組み合わせでX方向とY
方向の直交する2方向で光ビームとアライメントパター
ンとの位置決めを行うようにしても良い。又、このとき
のX方向とY方向用の2つのセンサーの干渉を避ける為
に、各センサーに対して十字マーク20からの回折光の
うち互いに異なる次数の回折光を用いるようにしても良
い。
In this embodiment, the positioning in the X direction is performed by the method of the second embodiment, and the positioning in the Y direction is performed by the method of the third embodiment.
The positioning between the light beam and the alignment pattern may be performed in two directions orthogonal to each other. Further, in order to avoid interference between the two sensors for the X direction and the Y direction at this time, diffracted lights of different orders among the diffracted lights from the cross mark 20 may be used for each sensor.

【0091】図13(A),(B)は本発明の実施例4
の位置検出方法に係るセンサー38とマスク上の変形の
十字マーク34の説明図である。
FIGS. 13A and 13B show a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a sensor 38 and a deformed cross mark 34 on a mask according to the position detection method of FIG.

【0092】本実施例ではセンサー38を2次元センサ
ーより形成したこと、又それに対応させて十字マーク3
4を構成したことが図8の実施例2と異なっている。
In the present embodiment, the sensor 38 is formed of a two-dimensional sensor.
4 is different from the second embodiment in FIG.

【0093】十字マーク34は左右のつき出しパターン
を長くし、Y方向の幅を2段階とし、先端のパターンを
34aのY方向の幅を50μm程度としている。
The cross mark 34 has a longer left and right projection pattern, a two-stage width in the Y direction, and a tip pattern 34a having a width in the Y direction of about 50 μm.

【0094】図14は図13の十字マーク34に光源3
9からの光ビームが入射し、反射回折してセンサー38
に入射する状態を示した説明図である。
FIG. 14 shows the light source 3 on the cross mark 34 in FIG.
The light beam from the light source 9 is reflected and diffracted by the sensor 38.
FIG. 4 is an explanatory view showing a state where light is incident on the light source.

【0095】本実施例では光源39からの光ビームはア
ライメントヘッド14からの光ビームとマスク面上のア
ライメントパターンとの位置決めが完了していれば図1
3(B)に示すように十字マーク34面上に光ビーム3
5の如く入射する。
In this embodiment, if the positioning of the light beam from the light source 39 with the light beam from the alignment head 14 and the alignment pattern on the mask surface has been completed, the light beam from the light source 39 shown in FIG.
As shown in FIG. 3 (B), the light beam 3
Inject as shown in FIG.

【0096】マスクをX方向とY方向に可動出来るもの
として、X方向に±400μm以内の範囲で移動させて
もセンサー38面上に入射する十字マーク34から回折
される光スポット35aの位置は変化しない。このとき
のセンサー38面上の光スポット35aの中心が基準位
置となる。
Assuming that the mask can be moved in the X direction and the Y direction, even if the mask is moved within a range of ± 400 μm in the X direction, the position of the light spot 35a diffracted from the cross mark 34 incident on the surface of the sensor 38 changes. do not do. At this time, the center of the light spot 35a on the surface of the sensor 38 is the reference position.

【0097】光ビーム35の位置よりY方向にマスクを
0 移動させるとセンサー38面上の光スポットはパタ
ーンと光ビームのX方向のずれ量に対応してX方向にず
れ、光スポット36aの位置に移動する。
When the mask is moved by Y 0 in the Y direction from the position of the light beam 35, the light spot on the surface of the sensor 38 is shifted in the X direction according to the amount of shift between the pattern and the light beam in the X direction. Move to position.

【0098】次に光ビーム35の位置よりマスクをX方
向にX0 移動させて、十字マーク34の幅の狭いパター
ン34aに光ビーム37として入射するようにする。こ
のとき光ビーム37がY方向の中心よりずれているとセ
ンサー38面上の光スポットがY方向にずれ量に対して
光スポット37aの位置に移動する。
Next, the mask is moved by X 0 in the X direction from the position of the light beam 35, so that the light beam 37 is incident on the pattern 34a having the narrow cross mark 34. At this time, if the light beam 37 is shifted from the center in the Y direction, the light spot on the surface of the sensor 38 moves to the position of the light spot 37a with respect to the shift amount in the Y direction.

【0099】このような一連の動作によりセンサー38
面上の光スポットの中央値の基準値からのずれ量をX方
向とY方向について検出している。
The sensor 38 is operated by a series of such operations.
The amount of deviation of the median value of the light spot on the surface from the reference value is detected in the X and Y directions.

【0100】本実施例では2次元のイメージセンサー1
8からのX方向とY方向のズレ量を信号としてマスク駆
動部によりマスクを駆動制御すればX方向とY方向の位
置決めが実施例2、3と同じ精度で行うことができる。
In this embodiment, the two-dimensional image sensor 1
When the mask driving unit controls the driving of the mask by using the shift amount in the X direction and the Y direction from 8 as a signal, positioning in the X direction and the Y direction can be performed with the same accuracy as in the second and third embodiments.

【0101】又、本実施例ではスクライブライン上のア
ライメントマークが1個で済むという特長がある。即ち
実施例2、3ではX方向とY方向にパターンを2つ必要
として位置合わせの工程も2回の位置決め動作が必要で
あり光源もイメージセンサーも、それぞれ2個必要であ
った。
Further, this embodiment is characterized in that only one alignment mark on the scribe line is required. That is, in the second and third embodiments, two patterns are required in the X direction and the Y direction, and the positioning step requires two positioning operations, and two light sources and two image sensors are required.

【0102】これに対して本実施例では変形の十字マー
ク1つでX方向とY方向の位置ずれを検出でき、しかも
工程が1回で済み、2次元のイメージセンサーとパター
ンが1つの隅で1対で済むという特長がある。
On the other hand, in this embodiment, the displacement in the X direction and the Y direction can be detected with one deformed cross mark, and only one process is required, so that the two-dimensional image sensor and the pattern can be detected at one corner. There is a feature that only one pair is required.

【0103】[0103]

【発明の効果】本発明によれば第1物体面上に前述した
ような光ビーム用の位置合わせパターンを設け、該位置
合わせパターンに投光手段(アライメントヘッド)から
光束を入射させ、該位置合わせパターンから生じる所定
次数の回折光を利用することにより、投光手段(アライ
メントヘッド)と第1物体との位置関係を適切に設定す
ることができる位置検出方法及びそれを用いた露光装置
を達成することができる。
According to the present invention, an alignment pattern for a light beam as described above is provided on the first object plane, and a light beam is incident on the alignment pattern from a light projecting means (alignment head). A position detection method and an exposure apparatus using the same that use diffraction light of a predetermined order generated from the alignment pattern to appropriately set a positional relationship between a light projecting unit (alignment head) and a first object. can do.

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

【図1】 本発明の位置検出方法の原理説明図FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of a position detection method according to the present invention.

【図2】 本発明に係る投光手段と受光手段そして位置
合わせ用パターンとの関係を示す説明図
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a relationship among a light projecting unit, a light receiving unit, and a positioning pattern according to the present invention.

【図3】 本発明の実施例1の位置検出方法に係るパタ
ーンの説明図
FIG. 3 is an explanatory diagram of a pattern according to the position detection method according to the first embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の実施例1に係る光学系の説明図FIG. 4 is an explanatory diagram of an optical system according to a first embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の実施例1に係るセンサー面上の光ス
ポットの説明図
FIG. 5 is an explanatory diagram of a light spot on a sensor surface according to the first embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の実施例2の露光装置の一部分の要部
概略図
FIG. 6 is a schematic diagram of a main part of a part of an exposure apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図7】 本発明の実施例2に係るマスク面上の説明図FIG. 7 is an explanatory diagram on a mask surface according to a second embodiment of the present invention;

【図8】 本発明の実施例2に係るアライメントパター
ンと十字マークそしてセンサーの説明図
FIG. 8 is an explanatory diagram of an alignment pattern, a cross mark, and a sensor according to the second embodiment of the present invention.

【図9】 本発明の実施例2に係る光学系の説明図FIG. 9 is an explanatory diagram of an optical system according to a second embodiment of the present invention.

【図10】 回折格子で回折される回折光の説明図FIG. 10 is an explanatory diagram of diffracted light diffracted by a diffraction grating.

【図11】 本発明の実施例3の位置検出方法に係るパ
ターンとセンサーの説明図
FIG. 11 is an explanatory diagram of a pattern and a sensor according to a position detection method according to a third embodiment of the present invention.

【図12】 本発明の実施例3に係る光学系の説明図FIG. 12 is an explanatory diagram of an optical system according to a third embodiment of the present invention.

【図13】 本発明の実施例4の位置検出方法に係るパ
ターンとセンサーの説明図
FIG. 13 is an explanatory diagram of a pattern and a sensor according to a position detection method according to a fourth embodiment of the present invention.

【図14】 本発明の実施例4に係る光学系の説明図FIG. 14 is an explanatory diagram of an optical system according to a fourth embodiment of the present invention.

【図15】 従来のマスク面上のアライメントパターン
の説明図
FIG. 15 is an explanatory view of a conventional alignment pattern on a mask surface.

【図16】 図15のアライメントパターンの説明図16 is an explanatory diagram of the alignment pattern of FIG.

【図17】 従来の位置検出方法で得られるセンサー出
力信号の説明図
FIG. 17 is an explanatory diagram of a sensor output signal obtained by a conventional position detection method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1000 基板(マスク) 1001,1002 回折格子パターン 1003 アライメントパターン 1004,1005,1006 光ビーム 1007 光源 1008 センサー 20 十字マーク 23 マスク 24 光ビーム 26,31 センサー 27,32 光源 50 アライメントパターン 1000 Substrate (mask) 1001, 1002 Diffraction grating pattern 1003 Alignment pattern 1004, 1005, 1006 Light beam 1007 Light source 1008 Sensor 20 Cross mark 23 Mask 24 Light beam 26, 31 Sensor 27, 32 Light source 50 Alignment pattern

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−78005(JP,A) 特開 昭64−76022(JP,A) 特開 昭61−124131(JP,A) 特開 平2−238308(JP,A) 特開 平4−36605(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/027──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-63-78005 (JP, A) JP-A-64-76022 (JP, A) JP-A-61-124131 (JP, A) JP-A-2- 238308 (JP, A) JP-A-4-36605 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01L 21/027

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板に光ビームを照射し、該基板からの
該光ビームを受光する光学ヘッドの前記基板に対する予
め決めた方向に関する位置を検出する位置検出方法にお
いて、前記基板上に、前記基板上での前記光ビームの前
記方向に関する幅よりも小さな前記方向に関する幅を備
える回折格子パターンを形成することにより、前記光ビ
ームと前記回折格子パターンの前記方向に関する位置ず
れに応じて前記回折格子パターンから生じる所定次数の
回折光の前記光学ヘッド内のセンサーへの入射位置が変
化するようにし、前記光ビームを前記回折格子パターン
に照射することにより前記所定次数の回折光を発生さ
せ、該所定次数の回折光を前記光学ヘッド内のセンサー
に入射させ、該センサー上への前記所定次数の回折光の
入射位置を検出し、該検出した入射位置の予め決めた位
置からのずれに基づいて前記光学ヘッドの位置を検出す
ることを特徴とする位置検出方法。
1. A position detection method for irradiating a substrate with a light beam and detecting a position of an optical head for receiving the light beam from the substrate in a predetermined direction with respect to the substrate, wherein the substrate is provided on the substrate. By forming a diffraction grating pattern having a width in the direction smaller than the width of the light beam in the direction above, the diffraction grating pattern is changed in accordance with a positional shift in the direction of the light beam and the diffraction grating pattern. The incident position of the diffracted light of a predetermined order resulting from the light incident on the sensor in the optical head is changed, and the light beam is irradiated on the diffraction grating pattern to generate the diffracted light of the predetermined order. Is incident on the sensor in the optical head, the incident position of the predetermined order diffracted light on the sensor is detected, A position detecting method comprising: detecting a position of the optical head based on a deviation of a detected incident position from a predetermined position.
【請求項2】 前記基板上に、前記基板上での前記光ビ
ームの前記方向に関する幅よりも十分大きな前記方向に
関する幅を備える基準回折格子パターンを形成し、該基
準回折格子パターン内に前記光ビームを照射することに
より前記所定次数の回折光とほぼ同じ方向に基準回折光
を発生させ、該基準回折光を前記センサーに入射させ、
該センサー上への前記基準回折光の入射位置を検出し、
該検出した入射位置を前記予め決めた位置として設定す
ることを特徴とする請求項1の位置検出方法。
2. A reference diffraction grating pattern having a width in the direction, which is sufficiently larger than the width of the light beam in the direction on the substrate, is formed on the substrate, and the light in the reference diffraction grating pattern is formed in the reference diffraction grating pattern. By irradiating a beam, a reference diffracted light is generated in substantially the same direction as the predetermined order diffracted light, and the reference diffracted light is incident on the sensor.
Detecting the incident position of the reference diffraction light on the sensor,
2. The position detecting method according to claim 1, wherein the detected incident position is set as the predetermined position.
【請求項3】 基板に光ビームを照射し、該基板からの
該光ビームを受光する光学ヘッドの前記基板に対する予
め決めた方向に関する位置を検出し、該検出に基づいて
前記光学ヘッドを前記基板に対して任意の位置に位置決
めする位置決め方法において、前記基板上に、前記基板
上での前記光ビームの前記方向に関する幅よりも小さな
前記方向に関する幅を備える回折格子パターンを形成す
ることにより、前記光ビームと前記回折格子パターンの
前記方向に関する位置ずれに応じて前記回折格子パター
ンから生じる所定次数の回折光の前記光学ヘッド内のセ
ンサーへの入射位置が変化するようにし、前記光ビーム
を前記回折格子パターンに照射することにより前記所定
次数の回折光を発生させ、該所定次数の回折光を前記光
学ヘッド内のセンサーに入射させ、該センサー上への前
記所定次数の回折光の入射位置を検出し、該検出した入
射位置の予め決めた位置からのずれに基づいて前記光学
ヘッドの位置を検出することを特徴とする位置決め方
法。
3. A substrate is irradiated with a light beam, a position of an optical head for receiving the light beam from the substrate in a predetermined direction with respect to the substrate is detected, and the optical head is mounted on the substrate based on the detection. In a positioning method for positioning at an arbitrary position with respect to the substrate, by forming a diffraction grating pattern having a width in the direction smaller than the width in the direction of the light beam on the substrate on the substrate, The incident position of a predetermined order of diffracted light generated from the diffraction grating pattern on a sensor in the optical head is changed in accordance with the positional deviation of the light beam and the diffraction grating pattern in the direction, and the diffraction of the light beam is performed. By irradiating the grating pattern with the predetermined order diffracted light, the predetermined order diffracted light is detected by a sensor in the optical head. And detecting an incident position of the diffracted light of the predetermined order on the sensor, and detecting a position of the optical head based on a deviation of the detected incident position from a predetermined position. And positioning method.
【請求項4】 前記基板上に、前記基板上での前記光ビ
ームの前記方向に関する幅よりも十分大きな前記方向に
関する幅を備える基準回折格子パターンを形成し、該基
準回折格子パターン内に前記光ビームを照射することに
より前記所定次数の回折光とほぼ同じ方向に基準回折光
を発生させ、該基準回折光を前記センサーに入射させ、
該センサー上への前記基準回折光の入射位置を検出し、
該検出した入射位置を前記予め決めた位置として設定す
ることを特徴とする請求項3の位置決め方法。
4. A reference diffraction grating pattern having a width in the direction that is sufficiently larger than the width of the light beam in the direction on the substrate is formed on the substrate, and the light is included in the reference diffraction grating pattern. By irradiating a beam, a reference diffracted light is generated in substantially the same direction as the predetermined order diffracted light, and the reference diffracted light is incident on the sensor.
Detecting the incident position of the reference diffraction light on the sensor,
4. The method according to claim 3, wherein the detected incident position is set as the predetermined position.
【請求項5】 前記基板上の前記回折格子パターンから
所定の方向に所定距離離れた場所に位置合わせ用のゾー
ンプレートパターンが形成されており、前記光学ヘッド
を前記光ビームの中心が前記ゾーンプレートパターンの
所定箇所に当るよう前記光学ヘッドを位置決めすること
を特徴とする請求項3の位置決め方法。
5. A zone plate pattern for positioning is formed at a predetermined distance from the diffraction grating pattern on the substrate in a predetermined direction, and the center of the light beam is moved to the zone plate by the optical head. 4. The positioning method according to claim 3, wherein the optical head is positioned so as to hit a predetermined portion of the pattern.
【請求項6】 前記基板は回路パターンが形成されたマ
スクより成り、該回路パターンの周辺部に前記回折格子
パターンと前記ゾーンプレートパターンとが形成されて
いることを特徴とする請求項5の位置決め方法。
6. The positioning device according to claim 5, wherein said substrate is formed of a mask on which a circuit pattern is formed, and wherein said diffraction grating pattern and said zone plate pattern are formed in a peripheral portion of said circuit pattern. Method.
【請求項7】 前記光学ヘッドは、前記マスクの表面に
対して傾いた入射光路に沿って前記光ビームを前記マス
クに向け、前記マスクの表面に対して前記入射光路と同
じ側に傾いた少なくとも一つの出射光路に沿って前記マ
スクから出射する前記光ビームを受けるものであり、前
記回折格子パターンは、前記所定次数の回折光が前記出
射光路に沿って前記マスクから出射するよう構成される
ことを特徴とする請求項6の位置決め方法。
7. The optical head directs the light beam to the mask along an incident light path inclined with respect to the surface of the mask, and the optical head is inclined with respect to the surface of the mask on the same side as the incident light path. Receiving the light beam emitted from the mask along at least one emission optical path, wherein the diffraction grating pattern is configured such that the diffraction light of the predetermined order is emitted from the mask along the emission optical path. 7. The positioning method according to claim 6, wherein the positioning is performed.
【請求項8】 マスクに該マスクの表面に対して傾いた
入射光路に沿って光ビームを照射し、前記マスクから前
記マスクの表面に対して前記入射光路と同じ側に傾いた
少なくとも一つの出射光路に沿って出射する前記光ビー
ムを受光する光学ヘッドの前記マスクに対する予め決め
た方向に関する位置を検出し、該検出に基づいて前記光
学ヘッドを前記マスクのゾーンプレートパターンに対し
て位置決めし、前記光ビームを前記マスクのゾーンプレ
ートパターンを介してウエハのゾーンプレートマークに
前記光ビームを入射させ、前記ゾーンプレートパターン
と前記ゾーンプレートマークの作用を受けた信号光を前
記出射光路に沿って出射させ、前記光学ヘッドにより前
記信号光を受光し、前記信号光を用いて前記マスクと前
記ウエハの位置ずれを検出し、該検出に応じて前記マス
クとウエハを位置合わせした後、前記マスクの回路パタ
ーンを介して前記ウエハを露光し、前記マスクの回路パ
ターンを前記ウエハ上に転写することにより半導体デバ
イスを製造する方法において、前記マスク上に、前記マ
スク上での前記光ビームの前記方向に関する幅よりも小
さな前記方向に関する幅を備える回折格子パターンを形
成することにより、前記光ビームと前記回折格子パター
ンの前記方向に関する位置ずれに応じて前記回折格子パ
ターンから生じる所定次数の回折光の前記光学ヘッド内
のセンサーへの入射位置が変化するようにし、前記光ビ
ームを前記回折格子パターンに照射することにより前記
所定次数の回折光を前記出射光路に沿って発生させ、該
所定次数の回折光を前記光学ヘッド内のセンサーに入射
させ、該センサー上への前記所定次数の回折光の入射位
置を検出し、該検出した入射位置の予め決めた位置から
のずれに基づいて前記光学ヘッドの位置を検出すること
を特徴とする半導体デバイスの製造方法。
8. A mask is irradiated with a light beam along an incident optical path inclined with respect to the surface of the mask, and at least one inclined from the mask to the same side as the incident optical path with respect to the surface of the mask. An optical head that receives the light beam emitted along an emission optical path detects a position in a predetermined direction with respect to the mask, and based on the detection, positions the optical head with respect to a zone plate pattern of the mask. Irradiating the light beam onto the zone plate mark of the wafer via the zone plate pattern of the mask, and transmitting the signal light affected by the zone plate pattern and the zone plate mark along the emission optical path. The optical head receives the signal light, and the signal light is used to shift the position of the mask and the wafer. And after aligning the mask and the wafer according to the detection, exposing the wafer through the circuit pattern of the mask, and transferring the circuit pattern of the mask onto the wafer, thereby manufacturing a semiconductor device. In the manufacturing method, by forming a diffraction grating pattern having a width in the direction smaller than the width of the light beam on the mask in the direction on the mask, the light beam and the diffraction grating pattern are formed. By changing the position of incidence of a predetermined order of diffracted light generated from the diffraction grating pattern on a sensor in the optical head in accordance with the displacement in the direction, and irradiating the diffraction grating pattern with the light beam, A predetermined order diffracted light is generated along the emission optical path, and the predetermined order diffracted light is generated in the optical head. Incident on a sensor, detecting an incident position of the diffracted light of the predetermined order on the sensor, and detecting a position of the optical head based on a deviation of the detected incident position from a predetermined position. Manufacturing method of a semiconductor device.
【請求項9】 前記マスク上に、前記マスク上での前記
光ビームの前記方向に関する幅よりも十分大きな前記方
向に関する幅を備える基準回折格子パターンを形成し、
該基準回折格子パターン内に前記光ビームを照射するこ
とにより前記所定次数の回折光とほぼ同じ方向に基準回
折光を発生させ、該基準回折光を前記センサーに入射さ
せ、該センサー上への前記基準回折光の入射位置を検出
し、該検出した入射位置を前記予め決めた位置として設
定することを特徴とする請求項8の半導体デバイスの製
造方法。
9. A reference diffraction grating pattern having a width in the direction that is sufficiently larger than a width in the direction of the light beam on the mask is formed on the mask;
By irradiating the light beam in the reference diffraction grating pattern, reference diffraction light is generated in substantially the same direction as the diffraction light of the predetermined order, the reference diffraction light is incident on the sensor, and the reference diffraction light is applied to the sensor. 9. The method according to claim 8, wherein an incident position of the reference diffracted light is detected, and the detected incident position is set as the predetermined position.
【請求項10】 マスクに該マスクの表面に対して傾い
た入射光路に沿って光ビームを照射し、前記マスクから
前記マスクの表面に対して前記入射光路と同じ側に傾い
た少なくとも一つの出射光路に沿って出射する前記光ビ
ームを受光する光学ヘッドと、該光学ヘッドの前記マス
クに対する予め決めた方向に関する位置と前記マスクに
対するウエハの位置とを検出するべく前記光学ヘッド内
の少なくとも一つのセンサーからの出力を受ける検出手
段と、該検出手段による検出に基づいて前記光学ヘッド
を前記マスクのゾーンプレートパターンに対して位置決
めする手段と、該検出手段による検出に基づいて前記マ
スクと前記ウエハとを位置合わせする手段とを有し、前
記光学ヘッドが、前記光ビームを前記マスクのゾーンプ
レートパターンを介して前記ウエハのゾーンプレートマ
ークに前記光ビームを入射させることにより前記ゾーン
プレートパターンと前記ゾーンプレートマークの作用を
受けて前記出射光路に沿って出射した信号光を受光する
よう構成された露光装置において、前記マスクは、前記
マスク上での前記光ビームの前記方向に関する幅よりも
十分大きな前記方向に関する幅を備える基準回折格子パ
ターンと前記マスク上での前記光ビームの前記方向に関
する幅よりも小さな前記方向に関する幅を備える回折格
子パターンとが形成されており、前記光ビームと前記回
折格子パターンの前記方向に関する位置ずれに応じて前
記回折格子パターンから生じる所定次数の回折光の前記
光学ヘッド内のセンサーへの入射位置が変化するように
設定されており、前記光学ヘッドが、前記基準回折格子
パターン内に前記光ビームを照射することにより前記出
射光路に沿って生じた基準回折光を前記センサーで受光
して前記基準回折光の入射位置に応じた第1信号を出力
すると共に前記回折格子パターンに前記光ビームを照射
することにより前記出射光路に沿って生じた前記所定次
数の回折光を前記センサーで受光して入射位置に応じた
第2信号を出力し、前記検出手段が前記第1及び第2信
号を使って前記光学ヘッドの前記マスクに対する前記方
向に関する位置を検出することを特徴とする露光装置。
10. A mask is irradiated with a light beam along an incident optical path inclined with respect to the surface of the mask, and at least one inclined from the mask to the same side as the incident optical path with respect to the surface of the mask. An optical head for receiving the light beam emitted along an emission optical path; and at least one of the optical head for detecting a position of the optical head with respect to the mask in a predetermined direction and a position of the wafer with respect to the mask. Detecting means for receiving outputs from the two sensors, means for positioning the optical head with respect to the zone plate pattern of the mask based on the detection by the detecting means, and the mask and the wafer based on the detection by the detecting means Means for positioning the light beam through the zone plate pattern of the mask. And exposing the light beam to the zone plate mark of the wafer to receive signal light emitted along the emission optical path under the action of the zone plate pattern and the zone plate mark. In the apparatus, the mask is smaller than a reference diffraction grating pattern having a width in the direction sufficiently larger than the width of the light beam on the mask in the direction and a width of the light beam on the mask in the direction. A diffraction grating pattern having a small width in the direction is formed, and a predetermined order of diffracted light generated from the diffraction grating pattern in the optical head in accordance with the displacement of the light beam and the diffraction grating pattern in the direction is formed in the optical head. The incident position on the sensor is set to change, the optical head, By irradiating the light beam into the reference diffraction grating pattern, the sensor receives reference diffraction light generated along the emission optical path, and outputs a first signal corresponding to the incident position of the reference diffraction light. Irradiating the diffraction grating pattern with the light beam and receiving the diffracted light of the predetermined order generated along the emission optical path by the sensor, outputting a second signal corresponding to the incident position, and performing the detection. An exposure apparatus, wherein means detects a position of the optical head in the direction with respect to the mask using the first and second signals.
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