JP2910151B2 - 位置検出装置 - Google Patents
位置検出装置Info
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- JP2910151B2 JP2910151B2 JP2115447A JP11544790A JP2910151B2 JP 2910151 B2 JP2910151 B2 JP 2910151B2 JP 2115447 A JP2115447 A JP 2115447A JP 11544790 A JP11544790 A JP 11544790A JP 2910151 B2 JP2910151 B2 JP 2910151B2
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
- G03F9/7073—Alignment marks and their environment
- G03F9/7076—Mark details, e.g. phase grating mark, temporary mark
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は位置検出装置に関し、例えば半導体素子製造
用のプロキシミティタイプの露光装置において、マスク
やレチクル（以下「マスク」という。）等の第１物体面
上に形成されている微細な電子回路パターンをウエハ等
の第２物体面上に露光転写する際にマスクとウエハとの
相対的な位置決め（アライメント）を行う場合に好適な
位置検出装置に関するものである。
用のプロキシミティタイプの露光装置において、マスク
やレチクル（以下「マスク」という。）等の第１物体面
上に形成されている微細な電子回路パターンをウエハ等
の第２物体面上に露光転写する際にマスクとウエハとの
相対的な位置決め（アライメント）を行う場合に好適な
位置検出装置に関するものである。
（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。
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。
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を設
け、それらより得られる位置情報を利用して、双方のア
ライメントを行っている。このときのアライメント方法
としては、例えば双方のアライメントパターンのずれ量
を画像処理を行うことにより検出したり、又は米国特許
第4037969号や特開昭56-157033号公報で提案されている
ようにアライメントパターンとしてゾーンプレートを用
い、該ゾーンプレートに光束を照射し、このときゾーン
プレートから射出した光束の所定面上における集光点位
置を検出すること等により行っている。
面上に位置合わせ用の所謂アライメントパターンを設
け、それらより得られる位置情報を利用して、双方のア
ライメントを行っている。このときのアライメント方法
としては、例えば双方のアライメントパターンのずれ量
を画像処理を行うことにより検出したり、又は米国特許
第4037969号や特開昭56-157033号公報で提案されている
ようにアライメントパターンとしてゾーンプレートを用
い、該ゾーンプレートに光束を照射し、このときゾーン
プレートから射出した光束の所定面上における集光点位
置を検出すること等により行っている。
一般にゾーンプレートを利用したアライメント方法
は、単なるアライメントパターンを用いた方法に比べて
アライメントパターンの欠損に影響されずに比較的高精
度のアライメントが出来る特長がある。
は、単なるアライメントパターンを用いた方法に比べて
アライメントパターンの欠損に影響されずに比較的高精
度のアライメントが出来る特長がある。
この他本出願人は先に特願昭63-226003号においてマ
スクとしての第１物体とウエハとしての第２物体との相
対的な位置ずれ検出を行った位置検出装置を提案してい
る。同号では第１物体及び第２物体面上に各々２組のレ
ンズ作用を有するアライメントマークとしての物理光学
素子を設け、該物理光学素子にレーザを含む投光手段か
ら光束を照射し、該物理光学素子で逐次回折された回折
光をセンサ（検出手段）に導光している。そしてセンサ
面上での２つの光スポットの相対間隔値を求めることに
より第１物体と第２物体の相対的位置ずれ量を検出して
いる。
スクとしての第１物体とウエハとしての第２物体との相
対的な位置ずれ検出を行った位置検出装置を提案してい
る。同号では第１物体及び第２物体面上に各々２組のレ
ンズ作用を有するアライメントマークとしての物理光学
素子を設け、該物理光学素子にレーザを含む投光手段か
ら光束を照射し、該物理光学素子で逐次回折された回折
光をセンサ（検出手段）に導光している。そしてセンサ
面上での２つの光スポットの相対間隔値を求めることに
より第１物体と第２物体の相対的位置ずれ量を検出して
いる。
このとき投光手段は位置検出をすべく物体面上の設け
た２組の物理光学素子で逐次回折された光を受光する検
出手段と共に１つの筐体内に収納されている。
た２組の物理光学素子で逐次回折された光を受光する検
出手段と共に１つの筐体内に収納されている。
（発明が解決しようとする問題点） 一般に投光手段からの投射光束（ビーム）のアライメ
ントマーク（物理光学素子）への入射位置精度が不十分
であると検出手段で得られる信号のS/N比が低下し、又
オフセットの発生等が生じてくる。この為高い機械精度
及び高い組立精度が要求されてくる。
ントマーク（物理光学素子）への入射位置精度が不十分
であると検出手段で得られる信号のS/N比が低下し、又
オフセットの発生等が生じてくる。この為高い機械精度
及び高い組立精度が要求されてくる。
投射ビームの強度分布は一般に例えば第11図に示すよ
うに２つの対称軸Ix，Iyを有するガウシアン分布を有し
ており、アライメントマークに到達する際には略々平面
波となるように設定される。例えばｘ方向とｙ方向の強
度がe-2に低下するビーム半径を仮にwx，wyとする。
尚、第11図において13はレーザー、14はコリメーターレ
ンズ、Ｌは光束を示している。
うに２つの対称軸Ix，Iyを有するガウシアン分布を有し
ており、アライメントマークに到達する際には略々平面
波となるように設定される。例えばｘ方向とｙ方向の強
度がe-2に低下するビーム半径を仮にwx，wyとする。
尚、第11図において13はレーザー、14はコリメーターレ
ンズ、Ｌは光束を示している。
このときビーム径wx，wyを大きくしてアライメントマ
ークを充分カバーできる様に設定すると投射ビームとア
ライメントマークの相対位置合わせ精度を緩和しても、
アライメントマークに入射する光束の強度分布が変化し
にくくなる。これよりセンサ上の２つのスポットの重心
位置の間隔変化が生じにくくその面の安定度は向上す
る。しかしながら投射ビームの有効利用が悪くなり、信
号強度が低下、ノイズ成分の増加を伴なう等の問題点が
生じてくる。
ークを充分カバーできる様に設定すると投射ビームとア
ライメントマークの相対位置合わせ精度を緩和しても、
アライメントマークに入射する光束の強度分布が変化し
にくくなる。これよりセンサ上の２つのスポットの重心
位置の間隔変化が生じにくくその面の安定度は向上す
る。しかしながら投射ビームの有効利用が悪くなり、信
号強度が低下、ノイズ成分の増加を伴なう等の問題点が
生じてくる。
逆に投射ビーム径を小さくした場合、前述のS/N比は
向上するが、アライメントマーク面上の強度分布が不均
一となる為、投射ビームとアライメントマークの相対位
置が変化するとマスクのアライメントマークで形成され
る像の強度分布が変化を受け、この像を拡大結像して形
成されるセンサ上の２つの光スポットの重心間隔が変化
し、精度が劣化してくる。
向上するが、アライメントマーク面上の強度分布が不均
一となる為、投射ビームとアライメントマークの相対位
置が変化するとマスクのアライメントマークで形成され
る像の強度分布が変化を受け、この像を拡大結像して形
成されるセンサ上の２つの光スポットの重心間隔が変化
し、精度が劣化してくる。
従って投射ビーム（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、
最適な投射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。
（第１物体又は第２物体）の位置決め精度を向上させ、
最適な投射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。
しかしながら投射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。
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。
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からの投射
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み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装置の提供を目的とする。
マークである物理光学素子に対する投光手段からの投射
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み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装置の提供を目的とする。
（問題点を解決するための手段） 請求項１記載の発明の位置検出装置は、相異なる位置
に参照マークと第１アライメントマークが形成された第
１物体と、第２アライメントマークが形成された第２物
体との相対的な位置検出を行う位置検出装置において、 前記第１物体に光を照射し、前記第１物体からの光を
検出しかつ移動可能なピックアップと、 前記ピックアップからの光を前記参照マークに入射さ
せ、該参照マークからの光を前記ピックアップにより検
出させ、前記ピックアップからの出力信号に基づいて前
記ピックアップを移動させることにより、前記ピックア
ップと前記第１アライメントマークを位置合せし、前記
ピックアップからの光を前記第１、第２アライメントマ
ークに入射させ、前記第１、第２アライメントマークを
介した光を前記ピックアップにより検出し、前記ピック
アップからの出力信号に基づいて、前記第１物体と前記
第２物体との相対的位置を検出する信号処理手段と を有することを特徴としている。
に参照マークと第１アライメントマークが形成された第
１物体と、第２アライメントマークが形成された第２物
体との相対的な位置検出を行う位置検出装置において、 前記第１物体に光を照射し、前記第１物体からの光を
検出しかつ移動可能なピックアップと、 前記ピックアップからの光を前記参照マークに入射さ
せ、該参照マークからの光を前記ピックアップにより検
出させ、前記ピックアップからの出力信号に基づいて前
記ピックアップを移動させることにより、前記ピックア
ップと前記第１アライメントマークを位置合せし、前記
ピックアップからの光を前記第１、第２アライメントマ
ークに入射させ、前記第１、第２アライメントマークを
介した光を前記ピックアップにより検出し、前記ピック
アップからの出力信号に基づいて、前記第１物体と前記
第２物体との相対的位置を検出する信号処理手段と を有することを特徴としている。
請求項２記載の発明は請求項１記載の発明において、
前記第１、第２アライメントマークは物体光学素子であ
って、前記第１、第２アライメントマークを介した光は
前記ピックアップの検出面上に集光し、前記ピックアッ
プは、前記検出面上の集光位置を検出することを特徴と
している。
前記第１、第２アライメントマークは物体光学素子であ
って、前記第１、第２アライメントマークを介した光は
前記ピックアップの検出面上に集光し、前記ピックアッ
プは、前記検出面上の集光位置を検出することを特徴と
している。
請求項３記載の発明は請求項２記載の発明において、
前記ピックアップは、前記参照マークの光の強度分布を
検出することを特徴としている。
前記ピックアップは、前記参照マークの光の強度分布を
検出することを特徴としている。
（実施例） 第１図は本発明の位置検出装置に係る位置検出の際の
原理及び構成要件等を展開して示した説明図、第２図，
第３図（Ａ），（Ｂ）は各々の第１図の構成に基づく本
発明の第１実施例の要部斜視図である。
原理及び構成要件等を展開して示した説明図、第２図，
第３図（Ａ），（Ｂ）は各々の第１図の構成に基づく本
発明の第１実施例の要部斜視図である。
まず第１物体と第２物体の相対的位置検出方法につい
て説明する。図中、１は第１物体、２は第２物体であ
り、第１〜第３図は第１物体１と第２物体２との相対的
な位置ずれ量を検出する場合を示している。５は第１物
体１に、３は第２物体２に設けたアライメントマークで
あり、第１信号を得る為のものである。同様に６は第１
物体１に、４は第２物体２に設けたアライメントマーク
であり、第２信号光を得る為のものである。100は参照
マークであり、後述するように投光手段と第１物体１と
の相対的位置関係を検出する為のものである。
て説明する。図中、１は第１物体、２は第２物体であ
り、第１〜第３図は第１物体１と第２物体２との相対的
な位置ずれ量を検出する場合を示している。５は第１物
体１に、３は第２物体２に設けたアライメントマークで
あり、第１信号を得る為のものである。同様に６は第１
物体１に、４は第２物体２に設けたアライメントマーク
であり、第２信号光を得る為のものである。100は参照
マークであり、後述するように投光手段と第１物体１と
の相対的位置関係を検出する為のものである。
参照マーク100と各アライメントマーク3,4,5,6は１次
元又は２次元のレンズ作用のある又はレンズ作用のない
物理光学素子の機能を有しており、パターン粒子の４ケ
所に各々設けられている。９はウエハスクライブライ
ン、10はマスクスクラブラインである。L1は入射光束で
ある。7,8は前述の第１及び第２のアライメント用の第
1,第２信号光束を示す。11,12は各々第１及び第２信号
光束を検出する為の第１及び第２検出部である。第２物
体２から第１又は第２検出部11,12までの光学的な距離
を説明の便宜上Ｌとする。物体１と第２物体２の距離を
ｇ、アライメントマーク５及び６の焦点距離を各々
fa1，fa2とし、第１物体１と第２物体２の相対位置ずれ
量をΔσとし、そのときの第1,第２検出部11,12の第１
及び第２信号光束重心の合致状態からの変位量を各々
S1，S2とする。尚、第１物体１に入射するアライメント
光束は便宜上平面波とし、符合は図中に示す通りとす
る。
元又は２次元のレンズ作用のある又はレンズ作用のない
物理光学素子の機能を有しており、パターン粒子の４ケ
所に各々設けられている。９はウエハスクライブライ
ン、10はマスクスクラブラインである。L1は入射光束で
ある。7,8は前述の第１及び第２のアライメント用の第
1,第２信号光束を示す。11,12は各々第１及び第２信号
光束を検出する為の第１及び第２検出部である。第２物
体２から第１又は第２検出部11,12までの光学的な距離
を説明の便宜上Ｌとする。物体１と第２物体２の距離を
ｇ、アライメントマーク５及び６の焦点距離を各々
fa1，fa2とし、第１物体１と第２物体２の相対位置ずれ
量をΔσとし、そのときの第1,第２検出部11,12の第１
及び第２信号光束重心の合致状態からの変位量を各々
S1，S2とする。尚、第１物体１に入射するアライメント
光束は便宜上平面波とし、符合は図中に示す通りとす
る。
信号光束重心の変位量S1及びS2はアライメントマーク
５及び６の焦点F1，F2とアライメントマーク3,4の光軸
中心を結ぶ直線L1,L2と、検出部11及び12の受光面との
交点として幾何学的に求められる。従って第１物体１と
第２物体２の相対位置ずれに対して各信号光束重心の変
位量S1，S2は第１図により明らかのようにアライメント
マーク3,4の光学的な結像倍率の符合を互いに逆とする
ことで逆方向となる。
５及び６の焦点F1，F2とアライメントマーク3,4の光軸
中心を結ぶ直線L1,L2と、検出部11及び12の受光面との
交点として幾何学的に求められる。従って第１物体１と
第２物体２の相対位置ずれに対して各信号光束重心の変
位量S1，S2は第１図により明らかのようにアライメント
マーク3,4の光学的な結像倍率の符合を互いに逆とする
ことで逆方向となる。
また定量的には、 と表わせ、ずれ倍率はβ１＝S1／Δσ、β２＝S2／Δ
σと定義できる。従って、ずれ倍率を逆符合とすると第
１物体１と第２物体２のずれに対して光束7,8は検出部1
1,12の受光面で逆方向に、具体的にはそれぞれ距離S1，
S2だけ変化する。
σと定義できる。従って、ずれ倍率を逆符合とすると第
１物体１と第２物体２のずれに対して光束7,8は検出部1
1,12の受光面で逆方向に、具体的にはそれぞれ距離S1，
S2だけ変化する。
第１図の上側においてはアライメントマーク５に入射
した光束を集光光束とし、その集光点F1に至る前にアラ
イメントマーク３に光束を照射し、これを更に第１検出
部11に結像させている。このときのアライメントマーク
３の焦点距離fb1はレンズの式 を満たすように定められる。同様に第１図の下側にお
いてはアライメントマーク６により入射光束を入射側の
点であるF2より発散する光束に変え、これをアライメン
トマーク４を介して第２検出部12に結像させている。こ
のときのアライメントマーク４の焦点距離fb2は を満たすように定められる。以上の構成条件でアライ
メントマーク３、アライメントマーク５の集光像に対す
る結像倍率は図より明らかに正の倍率であり、第２物体
２のずれ量Δσと第１検出部11の光点変位量S1の方向は
逆となり、先に定義したずれ倍率β１は負となる。同様
にアライメントマーク６の点像（虚像）に対するアライ
メントマーク４の結像倍率は負であり、第２物体２のず
れ量Δσと第２検出部12上の光点変位量S2の方向は同方
向で、ずれ倍率β２は正となる。
した光束を集光光束とし、その集光点F1に至る前にアラ
イメントマーク３に光束を照射し、これを更に第１検出
部11に結像させている。このときのアライメントマーク
３の焦点距離fb1はレンズの式 を満たすように定められる。同様に第１図の下側にお
いてはアライメントマーク６により入射光束を入射側の
点であるF2より発散する光束に変え、これをアライメン
トマーク４を介して第２検出部12に結像させている。こ
のときのアライメントマーク４の焦点距離fb2は を満たすように定められる。以上の構成条件でアライ
メントマーク３、アライメントマーク５の集光像に対す
る結像倍率は図より明らかに正の倍率であり、第２物体
２のずれ量Δσと第１検出部11の光点変位量S1の方向は
逆となり、先に定義したずれ倍率β１は負となる。同様
にアライメントマーク６の点像（虚像）に対するアライ
メントマーク４の結像倍率は負であり、第２物体２のず
れ量Δσと第２検出部12上の光点変位量S2の方向は同方
向で、ずれ倍率β２は正となる。
従って第１物体１と第２物体２の相対ずれ量Δσに対
してアライメントマーク5,3の系とアライメントマーク
6,4の系の信号光束ずれ量S1，S2は互いに逆方向とな
る。
してアライメントマーク5,3の系とアライメントマーク
6,4の系の信号光束ずれ量S1，S2は互いに逆方向とな
る。
即ち、第１図の配置において第１物体を空間的に固定
し、第２物体２を図面下側に変位させた状態を考えると
合致状態の第１検出部11及び第２検出部12上のスポット
間隔が広がり、逆に図面上側に変位させると挟まるよう
に変化する。
し、第２物体２を図面下側に変位させた状態を考えると
合致状態の第１検出部11及び第２検出部12上のスポット
間隔が広がり、逆に図面上側に変位させると挟まるよう
に変化する。
次に本発明をプロキシミティ型半導体製造装置に適用
した際の装置周辺部分を示す第２図、第３図（Ａ），
（Ｂ）の各構成要素について説明する。
した際の装置周辺部分を示す第２図、第３図（Ａ），
（Ｂ）の各構成要素について説明する。
図中、13は光源、14はコリメーターレンズ（またはビ
ーム径変換レンズ）、15は投射光束折り曲げミラー、16
はピックアップ筐体、17はウエハステージ、23は信号処
理装置、19はウエハステージ駆動制御部であり、Ｅは露
光光束幅を示す。光源13、コリメーターレンズ14は投光
手段の一部を構成している。
ーム径変換レンズ）、15は投射光束折り曲げミラー、16
はピックアップ筐体、17はウエハステージ、23は信号処
理装置、19はウエハステージ駆動制御部であり、Ｅは露
光光束幅を示す。光源13、コリメーターレンズ14は投光
手段の一部を構成している。
又１は第１物体で、例えばマスクである。２は第２物
体で、例えばマスク１と位置合わせされるウエハであ
る。各アライメントマーク5,6と3,4は例えば１次元ある
いは２次元のフレネルゾーンプレート等のグレーティン
グレンズより成り、それぞれマスク１面上とウエハ２面
上のスクラブライン10,9上に設けられている。７は第１
光束、８は第２光束であり、これらの光束（信号光束）
7,8は光源13から出射した光束L1のうちレンズ系14によ
り所定のビーム系にコリメートされ、ミラー15で光路を
曲げられてアライメントマーク５（６）,3（４）を介し
た後の光束を示している。
体で、例えばマスク１と位置合わせされるウエハであ
る。各アライメントマーク5,6と3,4は例えば１次元ある
いは２次元のフレネルゾーンプレート等のグレーティン
グレンズより成り、それぞれマスク１面上とウエハ２面
上のスクラブライン10,9上に設けられている。７は第１
光束、８は第２光束であり、これらの光束（信号光束）
7,8は光源13から出射した光束L1のうちレンズ系14によ
り所定のビーム系にコリメートされ、ミラー15で光路を
曲げられてアライメントマーク５（６）,3（４）を介し
た後の光束を示している。
本実施例において、光源の種類としては半導体レーザ
ーの場合を示したが、この他He-Neレーザー、Arレーザ
ー等のコヒーレント光束を放射する光源や、発光ダイオ
ード等の非コヒーレント光束を放射する光源等でも良
い。
ーの場合を示したが、この他He-Neレーザー、Arレーザ
ー等のコヒーレント光束を放射する光源や、発光ダイオ
ード等の非コヒーレント光束を放射する光源等でも良
い。
又、第１検出部11と第２検出部12が本図では１つのセ
ンサ（光電変換素子）22であり、光束７及び８を受光す
る、例えば１次元CCD等より成っている。
ンサ（光電変換素子）22であり、光束７及び８を受光す
る、例えば１次元CCD等より成っている。
ここで投射光束L1は各々マスク１面上のアライメント
マーク5,6に所定の角度で入射した後、透過回折し、更
にウエハ２面上のアライメントマーク3,4で反射回折
し、受光レンズ21で集光されてセンサ22の受光面上に入
射している。尚、第３図（Ａ）では受光レンズ21は省略
している。そしてセンサ22からの信号を受けた信号処理
装置23で該センサ22面上に入射したアライメント光束の
センサ22面内での重心位置を検出し、該センサ22からの
出力信号を利用して信号処理装置23でマスク１とウエハ
２について位置ずれ検出を行っている。
マーク5,6に所定の角度で入射した後、透過回折し、更
にウエハ２面上のアライメントマーク3,4で反射回折
し、受光レンズ21で集光されてセンサ22の受光面上に入
射している。尚、第３図（Ａ）では受光レンズ21は省略
している。そしてセンサ22からの信号を受けた信号処理
装置23で該センサ22面上に入射したアライメント光束の
センサ22面内での重心位置を検出し、該センサ22からの
出力信号を利用して信号処理装置23でマスク１とウエハ
２について位置ずれ検出を行っている。
ここで光束の重心とは光束断面内において、断面内各
点のその点からの位置ベクトルにその点の光強度を乗算
したものを断面全面で積分したときに積分値が０ベクト
ルになる点のことであるが、別な例として光強度がピー
クとなる点の位置を用いても良い。
点のその点からの位置ベクトルにその点の光強度を乗算
したものを断面全面で積分したときに積分値が０ベクト
ルになる点のことであるが、別な例として光強度がピー
クとなる点の位置を用いても良い。
次に本実施例の具体的な数値例について説明する。
アライメントマーク3,4,5,6は各々異った値の焦点距
離を有するフレネルゾーンプレート（又はグレーティン
グレンズ）より成っている。これらのマークの寸法は各
々スクライブライン９及び10の方向に50〜300μｍ、ス
クライブライン幅方向（ｙ方向）に20〜100μｍが実用
的に適当なサイズである。
離を有するフレネルゾーンプレート（又はグレーティン
グレンズ）より成っている。これらのマークの寸法は各
々スクライブライン９及び10の方向に50〜300μｍ、ス
クライブライン幅方向（ｙ方向）に20〜100μｍが実用
的に適当なサイズである。
本実施例においては投射光束７はいずれもマスク１に
対して入射角約17.5°で、マスク１面への射影成分がス
クライブライン方向（ｘ方向）に直交するように入射し
ている。
対して入射角約17.5°で、マスク１面への射影成分がス
クライブライン方向（ｘ方向）に直交するように入射し
ている。
これらの所定角度でマスク１に入射した投射光束L1は
各々はグレーティングレンズ5,6のレンズ作用を受けて
収束、又は発散光となり、マスク１からその主光線がマ
スク１の法線に対して所定角度になるように出射してい
る。
各々はグレーティングレンズ5,6のレンズ作用を受けて
収束、又は発散光となり、マスク１からその主光線がマ
スク１の法線に対して所定角度になるように出射してい
る。
そしてアライメントマーク５及び６を透過回折した光
束７と８は各々ウエハ面２の鉛直下方、鉛直上方の所定
点に集光点、発散原点をもつ。このときのアライメント
マーク５と６の焦点距離は各々214.723μｍ、156.57μ
ｍである。又マスク１とウエハ２との間隔は30μｍであ
る。第１信号光束７はアライメントマーク５で透過回折
し、ウエハ２面上のアライメントマーク３で凹レンズ作
用を受け、センサ22面上の一点に集光している。このと
き、センサ22面上への光束がこの光束の入射位置の変動
量がアライメントマーク5,3のｘ法における位置ずれ
量、即ち軸ずれ量に対応し、かつその量が拡大された状
態となって入射する。この結果、入射光束の重心位置の
変動がセンサ22で検出される。
束７と８は各々ウエハ面２の鉛直下方、鉛直上方の所定
点に集光点、発散原点をもつ。このときのアライメント
マーク５と６の焦点距離は各々214.723μｍ、156.57μ
ｍである。又マスク１とウエハ２との間隔は30μｍであ
る。第１信号光束７はアライメントマーク５で透過回折
し、ウエハ２面上のアライメントマーク３で凹レンズ作
用を受け、センサ22面上の一点に集光している。このと
き、センサ22面上への光束がこの光束の入射位置の変動
量がアライメントマーク5,3のｘ法における位置ずれ
量、即ち軸ずれ量に対応し、かつその量が拡大された状
態となって入射する。この結果、入射光束の重心位置の
変動がセンサ22で検出される。
又、第２信号光束８はアライメントマーク６で透過回
折し、ウエハ２面上のアライメントマーク４で結像点で
のスポット位置を第１信号光束と異なる方向に移動せし
めるように反射回折されてセンサ22面上の一点に集光す
る。光束８も光束７同様、入射位置の変動量は軸ずれ量
に対応し、かつ拡大された状態になっている。又光束7,
8の回折方位は入射光側の７°〜13°程度が適当であ
る。
折し、ウエハ２面上のアライメントマーク４で結像点で
のスポット位置を第１信号光束と異なる方向に移動せし
めるように反射回折されてセンサ22面上の一点に集光す
る。光束８も光束７同様、入射位置の変動量は軸ずれ量
に対応し、かつ拡大された状態になっている。又光束7,
8の回折方位は入射光側の７°〜13°程度が適当であ
る。
このとき、光束7,8の集光するセンサ22の受光面の位
置をウエハ面から18.657mmあるいは受光レンズ21を介し
て、ここと等価な位置とすると、各々のずれ倍率（＝セ
ンサスポット間隔変化／マスク、ウエハのずれ量）の絶
対値が100倍で方向が逆方向に設定でき合成で200倍とな
る。これによりマスク１とウエハ２がｘ方向に0.005μ
ｍずれると、２つの光束の重心位置間隔、即ちスポット
間隔が１μｍ変化する。このスポット間隔を検出してマ
スク１とウエハ２との位置ずれを検出する。このとき、
センサ22面のスポット径はアライメントマークのレンズ
としての有効径を200μｍ程度で、光源として0.8μｍ帯
の半導体レーザーを用いたとすると、略々200μｍ程度
にそれぞれ設定可能であり、通常の処理技術を用いてこ
れを判定することは可能である。又合致状態に於ける２
つのスポット間隔は、例えば2mm程度に設定しておくの
が適当である。
置をウエハ面から18.657mmあるいは受光レンズ21を介し
て、ここと等価な位置とすると、各々のずれ倍率（＝セ
ンサスポット間隔変化／マスク、ウエハのずれ量）の絶
対値が100倍で方向が逆方向に設定でき合成で200倍とな
る。これによりマスク１とウエハ２がｘ方向に0.005μ
ｍずれると、２つの光束の重心位置間隔、即ちスポット
間隔が１μｍ変化する。このスポット間隔を検出してマ
スク１とウエハ２との位置ずれを検出する。このとき、
センサ22面のスポット径はアライメントマークのレンズ
としての有効径を200μｍ程度で、光源として0.8μｍ帯
の半導体レーザーを用いたとすると、略々200μｍ程度
にそれぞれ設定可能であり、通常の処理技術を用いてこ
れを判定することは可能である。又合致状態に於ける２
つのスポット間隔は、例えば2mm程度に設定しておくの
が適当である。
次に本実施例の特長である投光手段と第１物体１との
相対的な位置検出を行う方法について説明する。
相対的な位置検出を行う方法について説明する。
第４図は第１物体のアライメントマーク5,6近傍に設
けた参照マーク100に投光手段から光束L2が入射したと
きの反射回折光を示す説明図である。（L2は先に説明し
たL1と同一の投射光束である。） 本実施例では露光転写すべきパターン領域41の周辺の
４ケ所に各々設けたアライメントマーク5,6の近傍に各
々参照マーク100を設けている。投光手段（不図示）は
移動可能となっており、参照マーク100に各々光束L2を
照射している。参照マーク100に投射された光束L2は各
々反射回折される。このとき所定方向に反射回折される
所定次数の回折光を200a,200b,200c,200dで示してい
る。
けた参照マーク100に投光手段から光束L2が入射したと
きの反射回折光を示す説明図である。（L2は先に説明し
たL1と同一の投射光束である。） 本実施例では露光転写すべきパターン領域41の周辺の
４ケ所に各々設けたアライメントマーク5,6の近傍に各
々参照マーク100を設けている。投光手段（不図示）は
移動可能となっており、参照マーク100に各々光束L2を
照射している。参照マーク100に投射された光束L2は各
々反射回折される。このとき所定方向に反射回折される
所定次数の回折光を200a,200b,200c,200dで示してい
る。
又、投光手段からの光束L2はパターン領域41の４ケ所
の参照マーク100に各々同様に照射している。参照マー
ク100は露光時にウエハ２面上に転写されない位置に配
置されている。
の参照マーク100に各々同様に照射している。参照マー
ク100は露光時にウエハ２面上に転写されない位置に配
置されている。
第５図は第４図に示す参照マーク100から反射回折さ
れた回折光200a〜200dを受光する為の投光手段と一体化
された受光手段を示している。
れた回折光200a〜200dを受光する為の投光手段と一体化
された受光手段を示している。
同図において300a〜300dは回折光200a〜200dを受光
し、その強度に比例する電気信号を出力する受光手段と
しての光電変換素子（センサ）である。又破線で示す領
域301a〜301dは受光スポットを示している。
し、その強度に比例する電気信号を出力する受光手段と
しての光電変換素子（センサ）である。又破線で示す領
域301a〜301dは受光スポットを示している。
第６図は第４図に示す参照マーク100の枠形状を示す
説明図である。同図の破線で示す領域61は投射光束L2の
例えばe-2強度のスポット径を示しており、x1方向とY1
方向に対称軸を有するガウシアン強度分布となってい
る。
説明図である。同図の破線で示す領域61は投射光束L2の
例えばe-2強度のスポット径を示しており、x1方向とY1
方向に対称軸を有するガウシアン強度分布となってい
る。
参照マーク100は同図に示すように上下左右に対称に
４分割された４つのマーク100a〜100dより成っている。
マーク100a〜100dに設けられている描画パターンは例え
ば等ピッチの直線格子で投射光束L2をセンサ300a〜300d
の方向に各々反射回折できる方向に配列されている。
４分割された４つのマーク100a〜100dより成っている。
マーク100a〜100dに設けられている描画パターンは例え
ば等ピッチの直線格子で投射光束L2をセンサ300a〜300d
の方向に各々反射回折できる方向に配列されている。
ここで反射回折光200a〜200dの強度はマーク100a〜10
0d面上の投射光束強度に比例する（尚、このとき回折方
向は変化しない）。従ってセンサ300a〜300dの各々の出
力をA,B,C,Dとし、 の値を求めることにより投射光束７と参照マーク100
の位置ずれ量に対応した値が定まる。このときの様子を
第７図に示す。従って第４図に示した系と等価な系で投
光手段と参照マーク100の相対的な位置を変化させ、そ
のときの変位量を測長機等で読み取り同時に前述のSxあ
るいはSyの値を測定すると、投射光束のビーム径のバラ
ツキ等の影響を加味して較正が可能である。即ち、この
特性図を事前に求めておくことで装置として使用する時
にSx，Syを検出して投光手段と第１物体との相対位置ず
れ量を算出することが可能となる。
0d面上の投射光束強度に比例する（尚、このとき回折方
向は変化しない）。従ってセンサ300a〜300dの各々の出
力をA,B,C,Dとし、 の値を求めることにより投射光束７と参照マーク100
の位置ずれ量に対応した値が定まる。このときの様子を
第７図に示す。従って第４図に示した系と等価な系で投
光手段と参照マーク100の相対的な位置を変化させ、そ
のときの変位量を測長機等で読み取り同時に前述のSxあ
るいはSyの値を測定すると、投射光束のビーム径のバラ
ツキ等の影響を加味して較正が可能である。即ち、この
特性図を事前に求めておくことで装置として使用する時
にSx，Syを検出して投光手段と第１物体との相対位置ず
れ量を算出することが可能となる。
次に本実施例において投光手段と第１物体１との相対
的位置ずれを検出する手順について説明する。
的位置ずれを検出する手順について説明する。
一般に半導体製造装置では露光転写すべき回路パター
ンやマスクとウエハの位置ずれ検出を行う為のアライメ
ントマーク等が描画されたマスク１を第３図（Ａ）に示
すようにセットする。そして同時にアライメントを行う
投光手段を収納しているピックアップ筐体16を移動し同
様に参照マーク100を投射光束L2で照射する。そして前
述のSx，Syを求め相対位置ずれ値を算出し、この値にも
とずきピックアップ筐体16を移動させる。又必要に応じ
て再度Sx，Syの確認再駆動を行い投射光束７と参照マー
ク100との相対位置合わせを行う。このときの参照マー
ク100とアライメントマーク5,6の相対位置はマスクパタ
ーン作成時より既知の値であるからその値にもとずき投
光手段を駆動することが可能である。このようにして第
１物体と投光手段を含むピックアップ筐体16を初期セッ
トすることにより、後の第１物体と第２物体の精密な位
置合わせが可能となる。
ンやマスクとウエハの位置ずれ検出を行う為のアライメ
ントマーク等が描画されたマスク１を第３図（Ａ）に示
すようにセットする。そして同時にアライメントを行う
投光手段を収納しているピックアップ筐体16を移動し同
様に参照マーク100を投射光束L2で照射する。そして前
述のSx，Syを求め相対位置ずれ値を算出し、この値にも
とずきピックアップ筐体16を移動させる。又必要に応じ
て再度Sx，Syの確認再駆動を行い投射光束７と参照マー
ク100との相対位置合わせを行う。このときの参照マー
ク100とアライメントマーク5,6の相対位置はマスクパタ
ーン作成時より既知の値であるからその値にもとずき投
光手段を駆動することが可能である。このようにして第
１物体と投光手段を含むピックアップ筐体16を初期セッ
トすることにより、後の第１物体と第２物体の精密な位
置合わせが可能となる。
またセンサ300a〜300dとしてマスク１とウエハ２の相
対位置ずれを検出する為の第1,第２検出部11及び12を用
いることも可能である。即ち第８図（Ａ），（Ｂ）に示
すように第1,第２検出部11及び12を例えば２列の１次元
ラインセンサから構成し、マスク１とウエハ２の相対位
置ずれを算出する際は第８図（Ａ）に示すような光束7,
8で示す信号光束の第1,第２検出部11,12面上の位置情報
を計算処理により求め、はじめに説明した原理方法によ
り求める。
対位置ずれを検出する為の第1,第２検出部11及び12を用
いることも可能である。即ち第８図（Ａ），（Ｂ）に示
すように第1,第２検出部11及び12を例えば２列の１次元
ラインセンサから構成し、マスク１とウエハ２の相対位
置ずれを算出する際は第８図（Ａ）に示すような光束7,
8で示す信号光束の第1,第２検出部11,12面上の位置情報
を計算処理により求め、はじめに説明した原理方法によ
り求める。
一方、参照マーク100に投射光束７を略々照射した際
に参照マーク100からの反射回折光200a〜200dの回折角
を、第８図（Ｂ）に示すように各々の第1,第２検出部1
1,12に入射し、且つ検出面上でも分離可能な角度に設定
する。こうすることで検出部11,12からの出力信号に対
し適切な処理エリア（各信号光のピークを含みクロスト
ークが少なくなる適当なラインセンサのビット数）を定
め、そこでの積算される信号強度を求めることにより、
前述のセンサ300a〜300dの代替えが可能となる。このよ
うにすると２系統の受光部を設ける必要がなくなりピッ
クアップ筐体が簡素化される。
に参照マーク100からの反射回折光200a〜200dの回折角
を、第８図（Ｂ）に示すように各々の第1,第２検出部1
1,12に入射し、且つ検出面上でも分離可能な角度に設定
する。こうすることで検出部11,12からの出力信号に対
し適切な処理エリア（各信号光のピークを含みクロスト
ークが少なくなる適当なラインセンサのビット数）を定
め、そこでの積算される信号強度を求めることにより、
前述のセンサ300a〜300dの代替えが可能となる。このよ
うにすると２系統の受光部を設ける必要がなくなりピッ
クアップ筐体が簡素化される。
又、参照マーク100として第６図に示す枠形状以外に
第９図に示すような中央部のパターンを除いた枠構成
（101a〜101d）でも良い。この場合単位投射光量に対す
るセンサ面に到達する光量比は低下するが、投射光束L2
と参照マーク100の各マーク（101a〜101d）の相対ずれ
に対する敏感度を増し、分解能を向上させることができ
る。従って投射光学系の光量に余裕がある場合は特に有
効である。
第９図に示すような中央部のパターンを除いた枠構成
（101a〜101d）でも良い。この場合単位投射光量に対す
るセンサ面に到達する光量比は低下するが、投射光束L2
と参照マーク100の各マーク（101a〜101d）の相対ずれ
に対する敏感度を増し、分解能を向上させることができ
る。従って投射光学系の光量に余裕がある場合は特に有
効である。
以上はマスク１と投射光束L2の位置ずれ検出を同時に
Ｘ方向,Y方向の２次元で行う例を示したが、１次元ずつ
時系列に行なっても良い。即ち第10図に示すように参照
マーク100をマーク102aとマーク102bの組とマーク102c
とマーク102dの組の２個所に分け、まずマーク102a,102
bの組に投射光束７を略々当て前述までの方法でＹ方向
の位置ずれを求める。
Ｘ方向,Y方向の２次元で行う例を示したが、１次元ずつ
時系列に行なっても良い。即ち第10図に示すように参照
マーク100をマーク102aとマーク102bの組とマーク102c
とマーク102dの組の２個所に分け、まずマーク102a,102
bの組に投射光束７を略々当て前述までの方法でＹ方向
の位置ずれを求める。
次に投光手段を移動して再びマーク102c,102dの組で
Ｘ方向の位置ずれを求める。そして以下では前述までの
方法でアライメントマーク5,6を用いて第１物体１と第
２物体２との位置合わせを行う。この方法は投射光量が
充分でない場合に各々のセンサへ反射光量が増せる点
や、例えばマーク201aとマーク201c,マーク201bとマー
ク201dの回折角を等しくすることで受光素子を２つに出
き系の簡略化に有効である。
Ｘ方向の位置ずれを求める。そして以下では前述までの
方法でアライメントマーク5,6を用いて第１物体１と第
２物体２との位置合わせを行う。この方法は投射光量が
充分でない場合に各々のセンサへ反射光量が増せる点
や、例えばマーク201aとマーク201c,マーク201bとマー
ク201dの回折角を等しくすることで受光素子を２つに出
き系の簡略化に有効である。
以上はマスク１と投光手段の位置合わせを行う例とし
て本発明を説明してきたが全く同様の手続きでマスク１
の代わりにウエハステージと一体化された部材上に前述
までの参照マークを設けることで投光手段とウエハステ
ージ系との相対的位置合わせも行なえる。
て本発明を説明してきたが全く同様の手続きでマスク１
の代わりにウエハステージと一体化された部材上に前述
までの参照マークを設けることで投光手段とウエハステ
ージ系との相対的位置合わせも行なえる。
（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参照マ
ークを設け、該参照マークから生ずる所定次数の回折光
を利用することにより、投光手段と第１物体との位置関
係又は投光手段と第２物体との位置関係を適切に設定す
ることができる為、後に行う第１物体と第２物体との相
対的な位置検出を高精度に行うことのできる位置検出装
置を達成することができる。
ークを設け、該参照マークから生ずる所定次数の回折光
を利用することにより、投光手段と第１物体との位置関
係又は投光手段と第２物体との位置関係を適切に設定す
ることができる為、後に行う第１物体と第２物体との相
対的な位置検出を高精度に行うことのできる位置検出装
置を達成することができる。
第１図は本発明の位置検出装置の位置検出の際の原理説
明図、第２図，第３図（Ａ），（Ｂ）は第１図に基づく
本発明の一実施例の要部概略図、第4,第5,第６図は本発
明の一部分の説明図、第７図は本発明に係るセンサから
の出力信号の説明図、第８図は本発明に係る検出部の説
明図、第9,第10図は本発明に係るセンサの他の一実施例
の説明図、第11図は従来のレーザから放射される光束の
概略図である。 図中、１は第１物体、２は第２物体、3,4,5,6は各々ア
ライメントマーク、100は参照マーク、L1,L2は光束、7,
8は各々信号光束、11は第１検出部、12は第２検出部、1
3は光源、14はコリメーターレンズ、15はミラー、22は
センサである。
明図、第２図，第３図（Ａ），（Ｂ）は第１図に基づく
本発明の一実施例の要部概略図、第4,第5,第６図は本発
明の一部分の説明図、第７図は本発明に係るセンサから
の出力信号の説明図、第８図は本発明に係る検出部の説
明図、第9,第10図は本発明に係るセンサの他の一実施例
の説明図、第11図は従来のレーザから放射される光束の
概略図である。 図中、１は第１物体、２は第２物体、3,4,5,6は各々ア
ライメントマーク、100は参照マーク、L1,L2は光束、7,
8は各々信号光束、11は第１検出部、12は第２検出部、1
3は光源、14はコリメーターレンズ、15はミラー、22は
センサである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−90006（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−1503（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−1504（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01B 11/00
Claims (3)
- 【請求項１】相異なる位置に参照マークと第１アライメ
ントマークが形成された第１物体と、第２アライメント
マークが形成された第２物体との相対的な位置検出を行
う位置検出装置において、 前記第１物体に光を照射し、前記第１物体からの光を検
出しかつ移動可能なピックアップと、 前記ピックアップからの光を前記参照マークに入射さ
せ、該参照マークからの光を前記ピックアップにより検
出させ、前記ピックアップからの出力信号に基づいて前
記ピックアップを移動させることにより、前記ピックア
ップと前記第１アライメントマークを位置合せし、前記
ピックアップからの光を前記第１、第２アライメントマ
ークに入射させ、前記第１、第２アライメントマークを
介した光を前記ピックアップにより検出し、前記ピック
アップからの出力信号に基づいて、前記第１物体と前記
第２物体との相対的位置を検出する信号処理手段とを有
することを特徴とする位置検出装置。 - 【請求項２】前記第１、第２アライメントマークは物理
光学素子であって、前記第１、第２アライメントマーク
を介した光は前記ピックアップの検出面上に集光し、前
記ピックアップは、前記検出面上の集光位置を検出する
ことを特徴とする請求項１の位置検出装置。 - 【請求項３】前記ピックアップは、前記参照マークの光
の強度分布を検出することを特徴とする請求項２の位置
検出装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2115447A JP2910151B2 (ja) | 1990-05-01 | 1990-05-01 | 位置検出装置 |
| EP19910303849 EP0455446B1 (en) | 1990-05-01 | 1991-04-29 | Position detecting method and apparatus |
| DE1991627223 DE69127223T2 (de) | 1990-05-01 | 1991-04-29 | Verfahren und Vorrichtung zur Positionsdetektion |
| US07/892,732 US5200800A (en) | 1990-05-01 | 1992-05-29 | Position detecting method and apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2115447A JP2910151B2 (ja) | 1990-05-01 | 1990-05-01 | 位置検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0412207A JPH0412207A (ja) | 1992-01-16 |
| JP2910151B2 true JP2910151B2 (ja) | 1999-06-23 |
Family
ID=14662778
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2115447A Expired - Fee Related JP2910151B2 (ja) | 1990-05-01 | 1990-05-01 | 位置検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2910151B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4784822B2 (ja) | 2005-11-29 | 2011-10-05 | ブラザー工業株式会社 | 画像形成装置 |
| JP2008009260A (ja) | 2006-06-30 | 2008-01-17 | Brother Ind Ltd | 画像形成装置 |
| JP2008009262A (ja) | 2006-06-30 | 2008-01-17 | Brother Ind Ltd | 画像形成装置 |
| JP5324309B2 (ja) * | 2009-05-12 | 2013-10-23 | ボンドテック株式会社 | アライメント装置、アライメント方法および半導体装置 |
-
1990
- 1990-05-01 JP JP2115447A patent/JP2910151B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0412207A (ja) | 1992-01-16 |
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