JP3265546B2 - 近接露光に適用される位置検出方法及び装置 - Google Patents
近接露光に適用される位置検出方法及び装置Info
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- JP3265546B2 JP3265546B2 JP25378697A JP25378697A JP3265546B2 JP 3265546 B2 JP3265546 B2 JP 3265546B2 JP 25378697 A JP25378697 A JP 25378697A JP 25378697 A JP25378697 A JP 25378697A JP 3265546 B2 JP3265546 B2 JP 3265546B2
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アライメント時の
位置検出方法、及び位置合わせ装置に関し、特に、近接
露光のスループット向上に適した位置検出方法、及び位
置合わせ装置に関する。
位置検出方法、及び位置合わせ装置に関し、特に、近接
露光のスループット向上に適した位置検出方法、及び位
置合わせ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】レンズ系と画像処理系とを組み合わせた
アライメント装置において、アライメント時のウエハと
マスクの位置合わせ方法として、垂直検出法と斜方検出
法が知られている。垂直検出法は、アライメントマーク
をマスク面に垂直な方向から観測する方法であり、斜方
検出法は、斜めから観測する方法である。
アライメント装置において、アライメント時のウエハと
マスクの位置合わせ方法として、垂直検出法と斜方検出
法が知られている。垂直検出法は、アライメントマーク
をマスク面に垂直な方向から観測する方法であり、斜方
検出法は、斜めから観測する方法である。
【０００３】垂直検出法で用いられる合焦方法として、
色収差二重焦点法が知られている。色収差二重焦点法
は、マスクに形成されたマスクマークとウエハに形成さ
れたウエハマークとを異なる波長の光で観測し、レンズ
系の色収差を利用して同一平面に結像させる方法であ
る。色収差二重焦点法は、原理的にレンズの光学的な分
解能を高く設定できるため、絶対的な位置検出精度を高
めることができる。
色収差二重焦点法が知られている。色収差二重焦点法
は、マスクに形成されたマスクマークとウエハに形成さ
れたウエハマークとを異なる波長の光で観測し、レンズ
系の色収差を利用して同一平面に結像させる方法であ
る。色収差二重焦点法は、原理的にレンズの光学的な分
解能を高く設定できるため、絶対的な位置検出精度を高
めることができる。
【０００４】一方、アライメントマークを垂直方向から
観測するために、観測のための光学系が露光領域に入り
込む。このままで露光すると、光学系が露光光を遮るこ
とになるため、露光時には光学系を露光領域から退避さ
せる必要がある。退避させるための移動時間が必要にな
るため、スループットが低下する。また、露光時にアラ
イメントマークを観測できないため位置検出ができなく
なる。これは、露光中のアライメント精度低下の原因に
なる。
観測するために、観測のための光学系が露光領域に入り
込む。このままで露光すると、光学系が露光光を遮るこ
とになるため、露光時には光学系を露光領域から退避さ
せる必要がある。退避させるための移動時間が必要にな
るため、スループットが低下する。また、露光時にアラ
イメントマークを観測できないため位置検出ができなく
なる。これは、露光中のアライメント精度低下の原因に
なる。
【０００５】斜方検出法は、光軸がマスク面に対して斜
めになるように光学系を配置するため、露光光を遮らな
いように配置することができる。このため、露光中に光
学系を退避させる必要がなく、露光中でもアライメント
マークを観測することができる。従って、スループット
を低下させることなく、かつ露光中の位置ずれを防止す
ることができる。
めになるように光学系を配置するため、露光光を遮らな
いように配置することができる。このため、露光中に光
学系を退避させる必要がなく、露光中でもアライメント
マークを観測することができる。従って、スループット
を低下させることなく、かつ露光中の位置ずれを防止す
ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】斜方検出法は、アライ
メントマークとマスクマークを斜方から観測して結像さ
せるため、像歪により位置検出の絶対精度が低下する。
また、照明光の光軸と観測光の光軸が一致していないた
め、照明光の光軸を観測光の光軸と同軸に配置すること
ができない。従って、照明光軸が理想的な光軸からずれ
易くなる。照明光軸が理想的な光軸からずれると、像が
変化し正確な位置検出を行うことが困難になる。
メントマークとマスクマークを斜方から観測して結像さ
せるため、像歪により位置検出の絶対精度が低下する。
また、照明光の光軸と観測光の光軸が一致していないた
め、照明光の光軸を観測光の光軸と同軸に配置すること
ができない。従って、照明光軸が理想的な光軸からずれ
易くなる。照明光軸が理想的な光軸からずれると、像が
変化し正確な位置検出を行うことが困難になる。
【０００７】本発明の目的は、スループットを落とすこ
となく、露光中も位置検出が可能な高精度なアライメン
トを行うことができる位置検出方法及び装置を提供する
ことである。
となく、露光中も位置検出が可能な高精度なアライメン
トを行うことができる位置検出方法及び装置を提供する
ことである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、入射光を散乱させる位置合わせ用の第１のマークが
形成された主表面を有する第１の部材と、入射光を散乱
させる位置合わせ用の第２のマークが形成された第２の
部材とを、前記主表面が前記第２の部材に対向するよう
に間隙を挟んで配置する工程と、前記第１のマーク及び
第２のマークに照明光を照射し、該第１のマーク及び第
２のマークからの散乱光を、前記主表面に対して斜めの
光軸を有する収束光学系を通して受光面上に結像させる
工程であって、該受光面に行列状に受光画素が配置さ
れ、前記収束光学系の光軸に垂直な仮想平面と前記主表
面との交線方向が該受光面の行方向に対応するように結
像させる工程と、前記受光面に結像した前記第１のマー
クからの散乱光による像及び前記第２のマークからの散
乱光による像から、それぞれ基準パターンに近似した第
１の部分２次元画像及び第２の部分２次元画像を抽出す
る工程と、前記第１の部分２次元画像を含む第１の領域
内、及び前記第２の部分２次元画像を含む第２の領域内
の各画素の画像信号を列方向に同期積算して１次元合成
画像信号を得る工程と、前記１次元合成画像信号に基づ
いて、前記第１のマークと第２のマークとの相対位置関
係を求める工程とを有する位置検出方法が提供される。
と、入射光を散乱させる位置合わせ用の第１のマークが
形成された主表面を有する第１の部材と、入射光を散乱
させる位置合わせ用の第２のマークが形成された第２の
部材とを、前記主表面が前記第２の部材に対向するよう
に間隙を挟んで配置する工程と、前記第１のマーク及び
第２のマークに照明光を照射し、該第１のマーク及び第
２のマークからの散乱光を、前記主表面に対して斜めの
光軸を有する収束光学系を通して受光面上に結像させる
工程であって、該受光面に行列状に受光画素が配置さ
れ、前記収束光学系の光軸に垂直な仮想平面と前記主表
面との交線方向が該受光面の行方向に対応するように結
像させる工程と、前記受光面に結像した前記第１のマー
クからの散乱光による像及び前記第２のマークからの散
乱光による像から、それぞれ基準パターンに近似した第
１の部分２次元画像及び第２の部分２次元画像を抽出す
る工程と、前記第１の部分２次元画像を含む第１の領域
内、及び前記第２の部分２次元画像を含む第２の領域内
の各画素の画像信号を列方向に同期積算して１次元合成
画像信号を得る工程と、前記１次元合成画像信号に基づ
いて、前記第１のマークと第２のマークとの相対位置関
係を求める工程とを有する位置検出方法が提供される。
【０００９】本発明の他の観点によると、入射光を散乱
させる位置合わせ用の第１のマークが形成された主表面
を有する第１の部材と、入射光を散乱させる位置合わせ
用の第２のマークが形成され、該第２のマークが形成さ
れた面を前記主表面に対向するように間隙を挟んで保持
された第２の部材に、照明光を照射する照明手段と、行
列状に配置された受光画素からなる受光面を有し、各画
素に照射された光の強度に応じて画素対応の画像信号を
生成する像検出手段と、前記主表面に対して斜めの光軸
を有し、前記第１のマーク及び第２のマークからの散乱
光を前記受光面上に結像させる収束光学系と、基準パタ
ーンを記憶する基準パターン記憶手段と、前記受光面に
結像した前記第１のマークからの散乱光による像及び前
記第２のマークからの散乱光による像から、それぞれ前
記基準パターン記憶手段に記憶されている基準パターン
に近似した第１の部分２次元画像及び第２の部分２次元
画像を抽出し、前記第１の部分２次元画像を含む第１の
部分領域内、及び前記第２の部分２次元画像を含む第２
の部分領域内の各画素の画像信号を列方向に同期積算し
て１次元合成画像信号を生成し、前記１次元合成画像信
号に基づいて、前記第１のマークと第２のマークとの相
対位置関係を求める制御手段とを有する位置検出装置が
提供される。
させる位置合わせ用の第１のマークが形成された主表面
を有する第１の部材と、入射光を散乱させる位置合わせ
用の第２のマークが形成され、該第２のマークが形成さ
れた面を前記主表面に対向するように間隙を挟んで保持
された第２の部材に、照明光を照射する照明手段と、行
列状に配置された受光画素からなる受光面を有し、各画
素に照射された光の強度に応じて画素対応の画像信号を
生成する像検出手段と、前記主表面に対して斜めの光軸
を有し、前記第１のマーク及び第２のマークからの散乱
光を前記受光面上に結像させる収束光学系と、基準パタ
ーンを記憶する基準パターン記憶手段と、前記受光面に
結像した前記第１のマークからの散乱光による像及び前
記第２のマークからの散乱光による像から、それぞれ前
記基準パターン記憶手段に記憶されている基準パターン
に近似した第１の部分２次元画像及び第２の部分２次元
画像を抽出し、前記第１の部分２次元画像を含む第１の
部分領域内、及び前記第２の部分２次元画像を含む第２
の部分領域内の各画素の画像信号を列方向に同期積算し
て１次元合成画像信号を生成し、前記１次元合成画像信
号に基づいて、前記第１のマークと第２のマークとの相
対位置関係を求める制御手段とを有する位置検出装置が
提供される。
【００１０】散乱光を斜方から観測するため、第１及び
第２のマークが形成されている領域上に収束光学系を配
置する必要がない。このため、収束光学系を退避させる
ことなく、第１及び第２のマークが形成された領域を露
光することができる。列方向に同期積算することによ
り、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。一部の領域に
ついてのみ同期積算するため、処理時間を短縮すること
ができる。
第２のマークが形成されている領域上に収束光学系を配
置する必要がない。このため、収束光学系を退避させる
ことなく、第１及び第２のマークが形成された領域を露
光することができる。列方向に同期積算することによ
り、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。一部の領域に
ついてのみ同期積算するため、処理時間を短縮すること
ができる。
【００１１】本発明の他の観点によると、受光量に対応
して画像信号を発生する受光画素が行列状に配置された
受光面上に、その列方向に関して相互に異なる位置に、
２つの像を結像させる工程と、前記２つの像のそれぞれ
と少なくとも一部において重なる２つの領域内の画素の
画像信号を列方向に同期積算する工程と、前記同期積算
する工程で得られた画像信号に基づいて、前記２つの像
の相対位置関係を求める工程とを有する位置検出方法が
提供される。
して画像信号を発生する受光画素が行列状に配置された
受光面上に、その列方向に関して相互に異なる位置に、
２つの像を結像させる工程と、前記２つの像のそれぞれ
と少なくとも一部において重なる２つの領域内の画素の
画像信号を列方向に同期積算する工程と、前記同期積算
する工程で得られた画像信号に基づいて、前記２つの像
の相対位置関係を求める工程とを有する位置検出方法が
提供される。
【００１２】本発明の他の観点によると、受光量に対応
して画像信号を発生する受光画素が行列状に配置された
受光面と、前記受光面上に形成された２つの像のそれぞ
れと少なくとも一部において重なる２つの領域を決定
し、該２つの領域内の画素の画像信号を列方向に同期積
算し、得られた画像信号に基づいて、前記２つの像の相
対位置関係を求める制御手段とを有する位置検出装置が
提供される。
して画像信号を発生する受光画素が行列状に配置された
受光面と、前記受光面上に形成された２つの像のそれぞ
れと少なくとも一部において重なる２つの領域を決定
し、該２つの領域内の画素の画像信号を列方向に同期積
算し、得られた画像信号に基づいて、前記２つの像の相
対位置関係を求める制御手段とを有する位置検出装置が
提供される。
【００１３】列方向に同期積算することにより、Ｓ／Ｎ
比を向上させることができる。一部の領域についてのみ
同期積算するため、処理時間を短縮することができる。
比を向上させることができる。一部の領域についてのみ
同期積算するため、処理時間を短縮することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施例による位
置検出装置の概略断面図を示す。実施例による位置検出
装置はウエハ／マスク保持部１０、光学系２０、及び制
御装置３０を含んで構成されている。
置検出装置の概略断面図を示す。実施例による位置検出
装置はウエハ／マスク保持部１０、光学系２０、及び制
御装置３０を含んで構成されている。
【００１５】ウエハ／マスク保持部１０は、ウエハ保持
台１５、マスク保持台１６、駆動機構１７及び１８を含
んで構成されている。位置合わせ時には、ウエハ保持台
１５の上面にウエハ１１を保持し、マスク保持台１６の
下面にマスク１２を保持する。ウエハ１１とマスク１２
とは、ウエハ１１の露光面とマスク１２のウエハ側の面
（マスク面）との間に一定の間隙が形成されるようにほ
ぼ平行に配置される。ウエハ１１の露光面には、位置合
わせ用のウエハマークが形成され、マスク１２のマスク
面には位置合わせ用のマスクマークが形成されている。
台１５、マスク保持台１６、駆動機構１７及び１８を含
んで構成されている。位置合わせ時には、ウエハ保持台
１５の上面にウエハ１１を保持し、マスク保持台１６の
下面にマスク１２を保持する。ウエハ１１とマスク１２
とは、ウエハ１１の露光面とマスク１２のウエハ側の面
（マスク面）との間に一定の間隙が形成されるようにほ
ぼ平行に配置される。ウエハ１１の露光面には、位置合
わせ用のウエハマークが形成され、マスク１２のマスク
面には位置合わせ用のマスクマークが形成されている。
【００１６】駆動機構１７は、ウエハ１１とマスク１２
との露光面内に関する相対位置が変化するように、ウエ
ハ保持台１５若しくはマスク保持台１６を移動させるこ
とができる。駆動機構１８は、ウエハ１１の露光面とマ
スク１２のマスク面との間隔が変化するように、ウエハ
保持台１５を移動させることができる。図の左から右に
Ｘ軸、紙面に垂直な方向に表面から裏面に向かってＹ
軸、露光面の法線方向にＺ軸をとると、駆動機構１７
は、ウエハ１１とマスク１２の、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、
Ｚ軸の回りの回転方向（θZ 方向）に関する相対位置を
調整し、駆動機構１８は、Ｚ軸方向、Ｘ軸及びＹ軸の回
りの回転（あおり）方向（θX 及びθY 方向）の相対位
置を調整する。
との露光面内に関する相対位置が変化するように、ウエ
ハ保持台１５若しくはマスク保持台１６を移動させるこ
とができる。駆動機構１８は、ウエハ１１の露光面とマ
スク１２のマスク面との間隔が変化するように、ウエハ
保持台１５を移動させることができる。図の左から右に
Ｘ軸、紙面に垂直な方向に表面から裏面に向かってＹ
軸、露光面の法線方向にＺ軸をとると、駆動機構１７
は、ウエハ１１とマスク１２の、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、
Ｚ軸の回りの回転方向（θZ 方向）に関する相対位置を
調整し、駆動機構１８は、Ｚ軸方向、Ｘ軸及びＹ軸の回
りの回転（あおり）方向（θX 及びθY 方向）の相対位
置を調整する。
【００１７】光学系２０は、像検出装置２１Ａ、２１
Ｂ、レンズ２２、２８、ハーフミラー２３、２６Ａ、光
ファイバ２４、ミラー２６Ｂを含んで構成される。光学
系２０の光軸２５はＸＺ面に平行であり、かつ露光面に
対して斜めになるように配置されている。
Ｂ、レンズ２２、２８、ハーフミラー２３、２６Ａ、光
ファイバ２４、ミラー２６Ｂを含んで構成される。光学
系２０の光軸２５はＸＺ面に平行であり、かつ露光面に
対して斜めになるように配置されている。
【００１８】光ファイバ２４から放射された照明光はハ
ーフミラー２３で反射して光軸２５に沿った光線束とさ
れ、レンズ２２を通して露光面に斜入射される。レンズ
２２を透過した照明光は平行光線束になる。
ーフミラー２３で反射して光軸２５に沿った光線束とさ
れ、レンズ２２を通して露光面に斜入射される。レンズ
２２を透過した照明光は平行光線束になる。
【００１９】ウエハ１１及びマスク１２に設けられたウ
エハマーク及びマスクマークがエッジ若しくは頂点等の
散乱箇所を有する場合には、これらの散乱箇所で照明光
が散乱される。散乱光のうちレンズ２２に入射する光は
レンズ２２で収束され、その一部がハーフミラー２３と
２６Ａを透過して像検出装置２１Ａの受光面２９Ａ上に
結像する。受光面２９Ａ上への結像倍率は、例えば２０
倍である。散乱光のうちハーフミラー２６Ａで反射した
光は、ミラー２６Ｂで反射し、リレーレンズ２８で収束
されて像検出装置２１Ｂの受光面２９Ｂ上に結像する。
受光面２９Ｂ上への結像倍率は、例えば８０〜１００倍
である。このように、相互に倍率の異なる２つの観測光
学系が配置されている。
エハマーク及びマスクマークがエッジ若しくは頂点等の
散乱箇所を有する場合には、これらの散乱箇所で照明光
が散乱される。散乱光のうちレンズ２２に入射する光は
レンズ２２で収束され、その一部がハーフミラー２３と
２６Ａを透過して像検出装置２１Ａの受光面２９Ａ上に
結像する。受光面２９Ａ上への結像倍率は、例えば２０
倍である。散乱光のうちハーフミラー２６Ａで反射した
光は、ミラー２６Ｂで反射し、リレーレンズ２８で収束
されて像検出装置２１Ｂの受光面２９Ｂ上に結像する。
受光面２９Ｂ上への結像倍率は、例えば８０〜１００倍
である。このように、相互に倍率の異なる２つの観測光
学系が配置されている。
【００２０】像検出装置２１Ａ及び２１Ｂの受光面に
は、受光画素が行列状に配置されている。各画素は、当
該画素に照射された光の強度に応じて画素対応の画像信
号を生成する。この画像信号は制御装置３０に入力され
る。
は、受光画素が行列状に配置されている。各画素は、当
該画素に照射された光の強度に応じて画素対応の画像信
号を生成する。この画像信号は制御装置３０に入力され
る。
【００２１】制御装置３０は、基準パターン記憶手段３
１に記憶されている基準パターンを参照し、像検出装置
２１Ａ及び２１Ｂから入力された画像信号を処理して、
ウエハ１１とマスク１２とのＹ軸方向に関する相対位置
を検出する。さらに、ウエハ１１とマスク１２が所定の
相対位置関係になるように、駆動機構１７及び１８に対
して制御信号を送出する。駆動機構１７は、この制御信
号に基づいてマスク保持台１６をＸＹ面内で平行移動さ
せ、Ｚ軸の回りに回転させる。駆動機構１８は、この制
御信号に基づいてウエハ保持台１５をＺ軸方向に平行移
動させ、Ｘ軸とＹ軸の回りに微小回転させる。
１に記憶されている基準パターンを参照し、像検出装置
２１Ａ及び２１Ｂから入力された画像信号を処理して、
ウエハ１１とマスク１２とのＹ軸方向に関する相対位置
を検出する。さらに、ウエハ１１とマスク１２が所定の
相対位置関係になるように、駆動機構１７及び１８に対
して制御信号を送出する。駆動機構１７は、この制御信
号に基づいてマスク保持台１６をＸＹ面内で平行移動さ
せ、Ｚ軸の回りに回転させる。駆動機構１８は、この制
御信号に基づいてウエハ保持台１５をＺ軸方向に平行移
動させ、Ｘ軸とＹ軸の回りに微小回転させる。
【００２２】ＸＺ面に平行な斜光軸を有する２つの光学
系と、ＹＺ面に平行な斜光軸を有する１つの光学系を配
置することにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びθZ 方向
に関する相対位置を検出することができる。
系と、ＹＺ面に平行な斜光軸を有する１つの光学系を配
置することにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びθZ 方向
に関する相対位置を検出することができる。
【００２３】図２（Ａ）は、ウエハマーク及びマスクマ
ークの相対位置関係を示す平面図である。長方形パター
ンをＹ軸方向に３個、Ｘ軸方向に１４個、行列状に配列
して各ウエハマーク１３Ａ及び１３Ｂが構成されてい
る。同様の長方形パターンをＹ軸方向に３個、Ｘ軸方向
に５個、行列状に配置して１つのマスクマーク１４が構
成されている。位置合わせが完了した状態では、マスク
マーク１４は、Ｙ軸方向に関してウエハマーク１３Ａと
１３Ｂとのほぼ中央に配置される。
ークの相対位置関係を示す平面図である。長方形パター
ンをＹ軸方向に３個、Ｘ軸方向に１４個、行列状に配列
して各ウエハマーク１３Ａ及び１３Ｂが構成されてい
る。同様の長方形パターンをＹ軸方向に３個、Ｘ軸方向
に５個、行列状に配置して１つのマスクマーク１４が構
成されている。位置合わせが完了した状態では、マスク
マーク１４は、Ｙ軸方向に関してウエハマーク１３Ａと
１３Ｂとのほぼ中央に配置される。
【００２４】ウエハマーク１３Ａ、１３Ｂ、及びマスク
マーク１４の各長方形パターンの長辺はＸ軸と平行にさ
れ、短辺はＹ軸と平行にされている。各長方形パターン
の長辺の長さは２μｍ、短辺の長さは１μｍであり、各
マーク内における長方形パターンのＸ軸及びＹ軸方向の
配列ピッチは４μｍである。ウエハマーク１３Ａと１３
Ｂとの中心間距離は、５６μｍである。
マーク１４の各長方形パターンの長辺はＸ軸と平行にさ
れ、短辺はＹ軸と平行にされている。各長方形パターン
の長辺の長さは２μｍ、短辺の長さは１μｍであり、各
マーク内における長方形パターンのＸ軸及びＹ軸方向の
配列ピッチは４μｍである。ウエハマーク１３Ａと１３
Ｂとの中心間距離は、５６μｍである。
【００２５】図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の一点鎖線Ｂ２
−Ｂ２における断面図を示す。ウエハマーク１３Ａ及び
１３Ｂは、例えば露光面上に形成したＳｉＮ膜、ポリシ
リコン膜等をパターニングして形成される。マスクマー
ク１４は、例えばＳｉＣ等からなるメンブレンのマスク
面上に形成したＴａ4 Ｂ膜をパターニングして形成され
る。
−Ｂ２における断面図を示す。ウエハマーク１３Ａ及び
１３Ｂは、例えば露光面上に形成したＳｉＮ膜、ポリシ
リコン膜等をパターニングして形成される。マスクマー
ク１４は、例えばＳｉＣ等からなるメンブレンのマスク
面上に形成したＴａ4 Ｂ膜をパターニングして形成され
る。
【００２６】図２（Ｃ）は、図２（Ａ）の一点鎖線Ｃ２
−Ｃ２における断面図を示す。光軸２５に沿ってウエハ
マーク１３Ａ、１３Ｂ及びマスクマーク１４に入射した
照明光は、図２（Ｃ）の各長方形パターンの短辺側のエ
ッジで散乱される。エッジ以外の領域に照射された光は
正反射し、図１のレンズ２２には入射しない。従って、
像検出装置２１でエッジからの散乱光のみを検出するこ
とができる。
−Ｃ２における断面図を示す。光軸２５に沿ってウエハ
マーク１３Ａ、１３Ｂ及びマスクマーク１４に入射した
照明光は、図２（Ｃ）の各長方形パターンの短辺側のエ
ッジで散乱される。エッジ以外の領域に照射された光は
正反射し、図１のレンズ２２には入射しない。従って、
像検出装置２１でエッジからの散乱光のみを検出するこ
とができる。
【００２７】図１の光学系２０の物空間において光軸２
５に垂直な１つの仮想平面上の点からの散乱光が、像検
出装置２１Ａ及び２１Ｂの受光面２９Ａ及び２９Ｂ上に
同時に結像する。受光面２９Ａ及び２９Ｂ上に結像して
いる物空間内の物点の集合した平面を「物面」と呼ぶこ
ととする。
５に垂直な１つの仮想平面上の点からの散乱光が、像検
出装置２１Ａ及び２１Ｂの受光面２９Ａ及び２９Ｂ上に
同時に結像する。受光面２９Ａ及び２９Ｂ上に結像して
いる物空間内の物点の集合した平面を「物面」と呼ぶこ
ととする。
【００２８】収束光学系２０の対物レンズの開口数をＮ
Ａ、照明光の波長をλとすると、収束光学系２０の焦点
深度δは、
Ａ、照明光の波長をλとすると、収束光学系２０の焦点
深度δは、
【００２９】
【数１】δ＝λ／ＮＡ2 …（１） と表される。物面２７を中心とし焦点深度δ内に位置す
るエッジから散乱された散乱光は、像検出装置２１Ａ及
び２１Ｂの受光面２９Ａ及び２９Ｂ上に結像する。図２
（Ａ）に示すように、ウエハマーク１３Ａ、１３Ｂ、及
びマスクマーク１４のエッジがＸ軸方向に複数配置され
ているため、いずれかの散乱箇所からの散乱光が受光面
上に結像する。焦点深度δの外側に位置するエッジから
の散乱光は合焦せず物面２７から遠ざかるに従ってピン
トがぼける。
るエッジから散乱された散乱光は、像検出装置２１Ａ及
び２１Ｂの受光面２９Ａ及び２９Ｂ上に結像する。図２
（Ａ）に示すように、ウエハマーク１３Ａ、１３Ｂ、及
びマスクマーク１４のエッジがＸ軸方向に複数配置され
ているため、いずれかの散乱箇所からの散乱光が受光面
上に結像する。焦点深度δの外側に位置するエッジから
の散乱光は合焦せず物面２７から遠ざかるに従ってピン
トがぼける。
【００３０】図３（Ａ）は、エッジからの散乱光による
受光面２９Ａまたは２９Ｂ上の像のスケッチである。図
３（Ａ）の縦方向（列方向）が図２（Ｃ）における物面
２７とＸＺ面との交線方向に相当し、横方向（行方向）
が図２（Ｃ）におけるＹ軸方向、すなわち、光軸２５に
垂直な仮想平面と露光面との交線方向に相当する。受光
面２９Ａ及び２９Ｂ上には、行列状に受光画素が配置さ
れており、各画素ごとに受光量に応じた画像信号を発生
する。
受光面２９Ａまたは２９Ｂ上の像のスケッチである。図
３（Ａ）の縦方向（列方向）が図２（Ｃ）における物面
２７とＸＺ面との交線方向に相当し、横方向（行方向）
が図２（Ｃ）におけるＹ軸方向、すなわち、光軸２５に
垂直な仮想平面と露光面との交線方向に相当する。受光
面２９Ａ及び２９Ｂ上には、行列状に受光画素が配置さ
れており、各画素ごとに受光量に応じた画像信号を発生
する。
【００３１】図３（Ａ）の最上行を第１行とし、上から
ｎ行目の画素行を第ｎ行と呼ぶ。また、図３（Ａ）の最
左列を第１列とし、左からｍ列目の画素列を第ｍ列と呼
ぶ。実施例で使用した像検出装置２９Ａ及び２９Ｂは、
４９８行７６８列の画素を有する。ウエハマーク１３Ａ
及び１３Ｂからの散乱光による像４０Ａ及び４０Ｂが行
方向に離れて現れ、その間にマスクマーク１４からの散
乱光による像４１が現れる。像４０Ａ及び４０Ｂと、像
４１とは、列方向に関して相互に異なる位置に現れる。
ｎ行目の画素行を第ｎ行と呼ぶ。また、図３（Ａ）の最
左列を第１列とし、左からｍ列目の画素列を第ｍ列と呼
ぶ。実施例で使用した像検出装置２９Ａ及び２９Ｂは、
４９８行７６８列の画素を有する。ウエハマーク１３Ａ
及び１３Ｂからの散乱光による像４０Ａ及び４０Ｂが行
方向に離れて現れ、その間にマスクマーク１４からの散
乱光による像４１が現れる。像４０Ａ及び４０Ｂと、像
４１とは、列方向に関して相互に異なる位置に現れる。
【００３２】各長方形パターンの前方のエッジと後方の
エッジによる散乱光が観測されるため、１つの長方形パ
ターンに対して２つの点状もしくは短い線状の像が現れ
る。各像において、図２（Ｃ）の物面２７を中心として
焦点深度δ内に位置するエッジからの散乱光による像が
はっきりと現れ、それから離れるに従ってぼけた像とな
る。また、図２（Ｃ）に示すように、観測光軸２５が露
光面に対して傾いているため、ウエハマークからの散乱
光による像４０Ａ及び４０Ｂの最もピントの合っている
位置とマスクマークからの散乱光による像４１の最もピ
ントの合っている位置とは、列方向に関して一致しな
い。
エッジによる散乱光が観測されるため、１つの長方形パ
ターンに対して２つの点状もしくは短い線状の像が現れ
る。各像において、図２（Ｃ）の物面２７を中心として
焦点深度δ内に位置するエッジからの散乱光による像が
はっきりと現れ、それから離れるに従ってぼけた像とな
る。また、図２（Ｃ）に示すように、観測光軸２５が露
光面に対して傾いているため、ウエハマークからの散乱
光による像４０Ａ及び４０Ｂの最もピントの合っている
位置とマスクマークからの散乱光による像４１の最もピ
ントの合っている位置とは、列方向に関して一致しな
い。
【００３３】次に、受光面上に形成された像４０Ａ、４
０Ｂ、及び４１から、ウエハマーク１３Ａ、１３Ｂとマ
スクマーク１４との相対位置関係を検出方法について説
明する。
０Ｂ、及び４１から、ウエハマーク１３Ａ、１３Ｂとマ
スクマーク１４との相対位置関係を検出方法について説
明する。
【００３４】マスク及びウエハを、それぞれ図１に示す
マスク保持台１６及びウエハ保持台１５に保持し、所定
のギャップになるようにウエハの高さを調節する。この
とき、マスクとウエハとのＸＹ面内に関する相対位置を
±１００μｍ程度の精度で位置合わせし、Ｚ軸回りの回
転方向に関する相対位置を±２００秒程度の精度で位置
合わせすることができる。
マスク保持台１６及びウエハ保持台１５に保持し、所定
のギャップになるようにウエハの高さを調節する。この
とき、マスクとウエハとのＸＹ面内に関する相対位置を
±１００μｍ程度の精度で位置合わせし、Ｚ軸回りの回
転方向に関する相対位置を±２００秒程度の精度で位置
合わせすることができる。
【００３５】以下、図３（Ａ）が、低倍率の像検出装置
２１Ａの受光面２９Ａ上の画像を表しているものとして
説明する。制御装置３０が、基準パターン記憶手段３１
から基準パターンを読み出す。
２１Ａの受光面２９Ａ上の画像を表しているものとして
説明する。制御装置３０が、基準パターン記憶手段３１
から基準パターンを読み出す。
【００３６】図３（Ｂ）に基準パターンの例を示す。基
準パターンは、図２（Ｃ）の物面２７を中心として焦点
深度δ内に位置するエッジからの散乱光による像に基づ
いて作成される。
準パターンは、図２（Ｃ）の物面２７を中心として焦点
深度δ内に位置するエッジからの散乱光による像に基づ
いて作成される。
【００３７】受光面２９Ａ上の画像から、基準パターン
に近似する画像を抽出する。ウエハマーク１３Ａ、１３
Ｂによる像４０Ａ及び４０Ｂの一部分を含む部分画像４
２Ａおよび４２Ｂが抽出され、マスクマーク１４による
像４１の一部分を含む部分画像４３が抽出される。ウエ
ハマーク部分２次元画像４２Ａ、４２Ｂ及びマスクマー
ク部分２次元画像４３の受光面内の座標を求める。この
座標からウエハマーク１３Ａ、１３Ｂとマスクマーク１
４との相対位置関係を検出することができる。
に近似する画像を抽出する。ウエハマーク１３Ａ、１３
Ｂによる像４０Ａ及び４０Ｂの一部分を含む部分画像４
２Ａおよび４２Ｂが抽出され、マスクマーク１４による
像４１の一部分を含む部分画像４３が抽出される。ウエ
ハマーク部分２次元画像４２Ａ、４２Ｂ及びマスクマー
ク部分２次元画像４３の受光面内の座標を求める。この
座標からウエハマーク１３Ａ、１３Ｂとマスクマーク１
４との相対位置関係を検出することができる。
【００３８】この検出結果に基づいて、図１の駆動機構
１７を駆動し、マスクマーク１４がＹ軸方向に関してウ
エハマーク１３Ａと１３Ｂとの中央に位置するようにウ
エハを移動させる。このようにして、Ｙ軸方向に関して
±０．５μｍ程度の精度で粗い位置合わせを行うことが
できる。
１７を駆動し、マスクマーク１４がＹ軸方向に関してウ
エハマーク１３Ａと１３Ｂとの中央に位置するようにウ
エハを移動させる。このようにして、Ｙ軸方向に関して
±０．５μｍ程度の精度で粗い位置合わせを行うことが
できる。
【００３９】次に、高倍率の像検出装置２１Ｂにより得
られる画像に基づいて高精度の位置合わせを行う。
られる画像に基づいて高精度の位置合わせを行う。
【００４０】以下、図３（Ａ）が、高倍率の像検出装置
２１Ｂの受光面２９Ｂ上の画像を表しているものとして
説明する。制御装置３０が、基準パターン記憶手段３１
から高倍率用の基準パターンを読み出す。
２１Ｂの受光面２９Ｂ上の画像を表しているものとして
説明する。制御装置３０が、基準パターン記憶手段３１
から高倍率用の基準パターンを読み出す。
【００４１】図３（Ｂ）に基準パターンの例を示す。基
準パターンは、粗い位置合わせの場合と同様に、図２
（Ｃ）の物面２７を中心として焦点深度δ内に位置する
エッジからの散乱光による像に基づいて作成される。
準パターンは、粗い位置合わせの場合と同様に、図２
（Ｃ）の物面２７を中心として焦点深度δ内に位置する
エッジからの散乱光による像に基づいて作成される。
【００４２】受光面２９Ｂ上の画像から、基準パターン
に近似する画像を抽出する。ウエハマーク１３Ａ、１３
Ｂによる像４０Ａ及び４０Ｂから、それぞれ基準パター
ンに近似したウエハマーク部分２次元画像４２Ａおよび
４２Ｂが抽出され、マスクマーク１４による像４１か
ら、基準パターンに近似したマスクマーク部分２次元画
像４３が抽出される。なお、像のぼけの程度が少なく、
近似した画像の抽出が可能であるならば、焦点深度δか
ら外れたエッジからの散乱光による像まで含んで基準パ
ターンを作成してもよい。
に近似する画像を抽出する。ウエハマーク１３Ａ、１３
Ｂによる像４０Ａ及び４０Ｂから、それぞれ基準パター
ンに近似したウエハマーク部分２次元画像４２Ａおよび
４２Ｂが抽出され、マスクマーク１４による像４１か
ら、基準パターンに近似したマスクマーク部分２次元画
像４３が抽出される。なお、像のぼけの程度が少なく、
近似した画像の抽出が可能であるならば、焦点深度δか
ら外れたエッジからの散乱光による像まで含んで基準パ
ターンを作成してもよい。
【００４３】ウエハマーク部分２次元画像４２Ａ、４２
Ｂが、第ａ行〜第ｂ行までの範囲内に位置し、マスクマ
ーク部分２次元画像４３が、第ｃ行〜第ｄ行までの範囲
内に位置する場合を考える。ウエハマーク部分２次元画
像４２Ａとマスクマーク部分２次元画像４３との間を第
ｑ列が通過し、ウエハマーク部分２次元画像４２Ｂとマ
スクマーク部分２次元画像４３との間を第ｐ列が通過し
ているとする。
Ｂが、第ａ行〜第ｂ行までの範囲内に位置し、マスクマ
ーク部分２次元画像４３が、第ｃ行〜第ｄ行までの範囲
内に位置する場合を考える。ウエハマーク部分２次元画
像４２Ａとマスクマーク部分２次元画像４３との間を第
ｑ列が通過し、ウエハマーク部分２次元画像４２Ｂとマ
スクマーク部分２次元画像４３との間を第ｐ列が通過し
ているとする。
【００４４】第１列〜第ｐ列の範囲内、及び第ｑ＋１列
〜最終列の範囲内の画素の画像信号を、第ａ行から第ｂ
行まで同期積算する。ここで、同期積算とは、同一列内
のある行から他のある行までの画素の画像信号を累積す
ることを意味する。次に、第ｐ＋１列〜第ｑ列の範囲内
の画素について、第ｃ行から第ｄ行まで同期積算する。
２つの同期積算によって得られた画像信号を合成し、１
つの１次元合成画像信号を得る。
〜最終列の範囲内の画素の画像信号を、第ａ行から第ｂ
行まで同期積算する。ここで、同期積算とは、同一列内
のある行から他のある行までの画素の画像信号を累積す
ることを意味する。次に、第ｐ＋１列〜第ｑ列の範囲内
の画素について、第ｃ行から第ｄ行まで同期積算する。
２つの同期積算によって得られた画像信号を合成し、１
つの１次元合成画像信号を得る。
【００４５】図４は、１次元合成画像信号の一例を示
す。図４の横軸は画素列の列番号を表し、縦軸は光強度
を相対目盛りで表す。図の中央に、マスクマーク部分２
次元画像４３に対応する３本の鋭いピークが現れ、その
両側に、それぞれウエハマーク部分２次元画像４２Ａ及
び４２Ｂに対応する３本の鋭いピークが現れている。な
お、第ｐ列及び第ｑ列に対応する位置に段差が現れてい
る。これは、第１列〜第ｐ列、及び第ｑ＋１列〜最終列
の範囲においては、第ａ行〜第ｂ行の範囲の画素につい
て同期積算し、第ｐ＋１列〜第ｑ列の範囲においては、
第ｃ行〜第ｄ行の範囲の画素について同期積算している
ためである。
す。図４の横軸は画素列の列番号を表し、縦軸は光強度
を相対目盛りで表す。図の中央に、マスクマーク部分２
次元画像４３に対応する３本の鋭いピークが現れ、その
両側に、それぞれウエハマーク部分２次元画像４２Ａ及
び４２Ｂに対応する３本の鋭いピークが現れている。な
お、第ｐ列及び第ｑ列に対応する位置に段差が現れてい
る。これは、第１列〜第ｐ列、及び第ｑ＋１列〜最終列
の範囲においては、第ａ行〜第ｂ行の範囲の画素につい
て同期積算し、第ｐ＋１列〜第ｑ列の範囲においては、
第ｃ行〜第ｄ行の範囲の画素について同期積算している
ためである。
【００４６】このように、複数行の画像信号を同期積算
することにより、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
次に、Ｓ／Ｎ比の改善の程度について説明する。
することにより、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
次に、Ｓ／Ｎ比の改善の程度について説明する。
【００４７】図２（Ｃ）に示すように、光学系２０の光
軸２５と露光面の法線方向とのなす角をθとする。焦点
深度がδである場合、マスクマーク１４のうち受光面２
９Ｂに鮮明に結像する範囲は、焦点深度δ内の範囲であ
る。この範囲を物面２７へ垂直投影した像の幅Ｌは、
軸２５と露光面の法線方向とのなす角をθとする。焦点
深度がδである場合、マスクマーク１４のうち受光面２
９Ｂに鮮明に結像する範囲は、焦点深度δ内の範囲であ
る。この範囲を物面２７へ垂直投影した像の幅Ｌは、
【００４８】
【数２】Ｌ＝δ／ｔａｎθ …（２） である。
【００４９】図３（Ａ）に示す高倍率の受光面２９Ｂ上
の像の光学倍率をＮ、受光面２９Ｂの列方向の画素ピッ
チをＰとすると、鮮明な画像部分４３を通過する行数ｄ
−ｃ＋１は、
の像の光学倍率をＮ、受光面２９Ｂの列方向の画素ピッ
チをＰとすると、鮮明な画像部分４３を通過する行数ｄ
−ｃ＋１は、
【００５０】
【数３】ｄ−ｃ＋１＝Ｌ／（Ｐ／Ｎ） …（３） と表される。式（３）に式（１）及び（２）を代入し
て、
て、
【００５１】
【数４】 ｄ−ｃ＋１＝Ｎ×λ／（ＮＡ2 ×Ｐ×ｔａｎθ） …（４） が得られる。実施例で用いた位置合わせ装置の場合、Ｎ
＝１００、λ＝０．６μｍ、ＮＡ＝０．３５、Ｐ＝１３
μｍ、θ＝３０°である。この数値を式（４）に代入す
ると、ｄ−ｃ＋１≒６５行となる。６５行分の画像信号
を同期積算すると、Ｓ／Ｎ比は約６５1/2 ≒８倍に向上
する。
＝１００、λ＝０．６μｍ、ＮＡ＝０．３５、Ｐ＝１３
μｍ、θ＝３０°である。この数値を式（４）に代入す
ると、ｄ−ｃ＋１≒６５行となる。６５行分の画像信号
を同期積算すると、Ｓ／Ｎ比は約６５1/2 ≒８倍に向上
する。
【００５２】以下、図４に示す波形から、マスクマーク
とウエハマークとの相対位置を検出する方法の一例を簡
単に説明する。まず、マスクマークに対応するピーク波
形を行方向にずらせながら２つのウエハマークの各々に
対応するピーク波形との相関係数を計算する。最大の相
関係数を与えるずらし量が、ウエハマークとマスクマー
クとの中心間距離に対応する。なお、補間演算により、
（Ｐ／Ｎ）μｍ以下の精度で中心間距離を求めることが
できる。
とウエハマークとの相対位置を検出する方法の一例を簡
単に説明する。まず、マスクマークに対応するピーク波
形を行方向にずらせながら２つのウエハマークの各々に
対応するピーク波形との相関係数を計算する。最大の相
関係数を与えるずらし量が、ウエハマークとマスクマー
クとの中心間距離に対応する。なお、補間演算により、
（Ｐ／Ｎ）μｍ以下の精度で中心間距離を求めることが
できる。
【００５３】マスクマークに対応するピーク波形とその
両側のウエハマークの各々に対応するピーク波形との間
隔を求めることにより、２つのウエハマークの中央から
のマスクマークのずれ量が得られる。このずれ量に相当
する距離だけウエハもしくはマスクを移動することによ
り、マスクマークが２つのウエハマークの中央に位置す
るように、位置合わせすることができる。この高精度の
位置合わせにより、±２〜３ｎｍの精度で位置合わせす
ることができる。
両側のウエハマークの各々に対応するピーク波形との間
隔を求めることにより、２つのウエハマークの中央から
のマスクマークのずれ量が得られる。このずれ量に相当
する距離だけウエハもしくはマスクを移動することによ
り、マスクマークが２つのウエハマークの中央に位置す
るように、位置合わせすることができる。この高精度の
位置合わせにより、±２〜３ｎｍの精度で位置合わせす
ることができる。
【００５４】上記実施例では、図３（Ａ）に示す受光面
２９Ｂ内の画素のうち第ａ行〜第ｂ行の同期積算処理に
おいて、第ｐ＋１列〜第ｑ列の範囲の画素については積
算処理を行わない。また、第ｃ行〜第ｄ行までの同期積
算処理において、第１列〜第ｐ列及び第ｑ＋１列〜最終
列の範囲の画素については積算処理を行わない。このた
め、積算処理のための演算時間を短縮することができ
る。
２９Ｂ内の画素のうち第ａ行〜第ｂ行の同期積算処理に
おいて、第ｐ＋１列〜第ｑ列の範囲の画素については積
算処理を行わない。また、第ｃ行〜第ｄ行までの同期積
算処理において、第１列〜第ｐ列及び第ｑ＋１列〜最終
列の範囲の画素については積算処理を行わない。このた
め、積算処理のための演算時間を短縮することができ
る。
【００５５】なお、上記実施例では、同期積算処理を行
う積算対象領域を上述のように決定したが、その他の部
分領域を積算対象領域としてもよい。このとき、ウエハ
マーク部分２次元画像４２Ａ、４２Ｂ、及びマスクマー
ク部分２次元画像４３の各々が、いずれかの積算対象領
域と少なくとも一部において重なるように積算対象領域
を決定する。このように積算対象領域を決定することに
より、演算時間を短縮し、かつ高精度の位置合わせを行
うことができる。
う積算対象領域を上述のように決定したが、その他の部
分領域を積算対象領域としてもよい。このとき、ウエハ
マーク部分２次元画像４２Ａ、４２Ｂ、及びマスクマー
ク部分２次元画像４３の各々が、いずれかの積算対象領
域と少なくとも一部において重なるように積算対象領域
を決定する。このように積算対象領域を決定することに
より、演算時間を短縮し、かつ高精度の位置合わせを行
うことができる。
【００５６】また、上記実施例では、２つのウエハマー
クに対応する２つの像と、１つのマスクマークに対応す
る１つの像とを受光面上に形成する場合を例に説明した
が、２つの像を受光面上に形成し、両者の相対位置関係
を求めることも可能である。この場合には、２つの像の
それぞれと少なくとも一部において重なる２つの領域内
の画素の画像信号を列方向に同期積算し、得られた画像
信号に基づいて、２つの像の相対位置関係を求める。
クに対応する２つの像と、１つのマスクマークに対応す
る１つの像とを受光面上に形成する場合を例に説明した
が、２つの像を受光面上に形成し、両者の相対位置関係
を求めることも可能である。この場合には、２つの像の
それぞれと少なくとも一部において重なる２つの領域内
の画素の画像信号を列方向に同期積算し、得られた画像
信号に基づいて、２つの像の相対位置関係を求める。
【００５７】図１に示す位置検出装置では、ウエハマー
ク及びマスクマークを斜方から観測するため、光学系２
０を露光範囲内に配置する必要がない。このため、露光
時に光学系２０を露光範囲外に退避させる必要がない。
また、位置合わせ完了後にウエハを露光する場合、露光
中も常時位置検出が可能である。さらに、照明光軸と観
測光軸を同軸にしているため、軸ずれがなく常に安定し
た像を得ることができる。
ク及びマスクマークを斜方から観測するため、光学系２
０を露光範囲内に配置する必要がない。このため、露光
時に光学系２０を露光範囲外に退避させる必要がない。
また、位置合わせ完了後にウエハを露光する場合、露光
中も常時位置検出が可能である。さらに、照明光軸と観
測光軸を同軸にしているため、軸ずれがなく常に安定し
た像を得ることができる。
【００５８】上記実施例では、ウエハとマスクとの位置
合わせを行う場合を例に説明したが、上記実施例は、ウ
エハとマスクに限らず、主表面を有する第１の部材と、
その主表面に間隙をおいて対向する第２の部材との位置
合わせを行う場合にも適用可能である。
合わせを行う場合を例に説明したが、上記実施例は、ウ
エハとマスクに限らず、主表面を有する第１の部材と、
その主表面に間隙をおいて対向する第２の部材との位置
合わせを行う場合にも適用可能である。
【００５９】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
【００６０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ウエハマーク及びマスクマークからの散乱光を斜方から
観測して、高精度に位置検出することができる。位置合
わせを行った後にウエハを露光する場合、露光範囲に光
学系を配置する必要がないため、露光期間中も常時位置
検出を行うことができる。このため、高精度な露光が可
能になる。また、行列状に配置された画素の画像信号を
列方向に同期積算しているため、Ｓ／Ｎ比を向上させる
ことができる。このとき、一部の領域についてのみ同期
積算するため、処理時間を短縮することができる。
ウエハマーク及びマスクマークからの散乱光を斜方から
観測して、高精度に位置検出することができる。位置合
わせを行った後にウエハを露光する場合、露光範囲に光
学系を配置する必要がないため、露光期間中も常時位置
検出を行うことができる。このため、高精度な露光が可
能になる。また、行列状に配置された画素の画像信号を
列方向に同期積算しているため、Ｓ／Ｎ比を向上させる
ことができる。このとき、一部の領域についてのみ同期
積算するため、処理時間を短縮することができる。
【図１】本発明の実施例による位置検出装置の基本構成
を示す図である。
を示す図である。
【図２】ウエハマークとマスクマークの平面図及び断面
図である。
図である。
【図３】ウエハマークとマスクマークからの散乱光によ
る像が現れた受光面を模式的に示す平面図である。
る像が現れた受光面を模式的に示す平面図である。
【図４】ウエハマークとマスクマークからの散乱光によ
る像から得られる１次元合成画像信号を示すグラフであ
る。
る像から得られる１次元合成画像信号を示すグラフであ
る。
１０ ウエハ／マスク保持部 １１ ウエハ １２ マスク １３Ａ、１３Ｂ ウエハマーク １４ マスクマーク １５ ウエハ保持台 １６ マスク保持台 １７、１８ 駆動機構 ２０ 光学系 ２１Ａ、２１Ｂ 像検出装置 ２２ レンズ ２３、２６Ａ ハーフミラー ２４ 光ファイバ ２５ 光軸 ２６Ｂ ミラー ２７ 物面 ２８ リレーレンズ ２９Ａ、２９Ｂ 結像面 ３０ 制御装置 ３１ 基準パターン記憶手段 ４０Ａ、４０Ｂ ウエハマークからの散乱光による像 ４１ マスクマークからの散乱光による像 ４２Ａ、４２Ｂ ウエハマーク部分２次元画像 ４３ マスクマーク部分２次元画像
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１０ (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 11/00 H01L 21/027 G03F 9/00 G03F 7/20 521
Claims (8)
- 【請求項１】 入射光を散乱させる位置合わせ用の第１
のマークが形成された主表面を有する第１の部材と、入
射光を散乱させる位置合わせ用の第２のマークが形成さ
れた第２の部材とを、前記主表面が前記第２の部材に対
向するように間隙を挟んで配置する工程と、 前記第１のマーク及び第２のマークに照明光を照射し、
該第１のマーク及び第２のマークからの散乱光を、前記
主表面に対して斜めの光軸を有する収束光学系を通して
受光面上に結像させる工程であって、該受光面に行列状
に受光画素が配置され、前記収束光学系の光軸に垂直な
仮想平面と前記主表面との交線方向が該受光面の行方向
に対応するように結像させる工程と、 前記受光面に結像した前記第１のマークからの散乱光に
よる像及び前記第２のマークからの散乱光による像か
ら、それぞれ基準パターンに近似した第１の部分２次元
画像及び第２の部分２次元画像を抽出する工程と、 前記第１の部分２次元画像を含む第１の領域内、及び前
記第２の部分２次元画像を含む第２の領域内の各画素の
画像信号を列方向に同期積算して１次元合成画像信号を
得る工程と、 前記１次元合成画像信号に基づいて、前記第１のマーク
と第２のマークとの相対位置関係を求める工程とを有す
る位置検出方法。 - 【請求項２】 前記基準パターンが、前記第１のマーク
もしくは第２のマークの散乱箇所のうち前記収束光学系
の焦点深度内にある散乱源から散乱された散乱光による
像に基づいて作成されている請求項１に記載の位置検出
方法。 - 【請求項３】 前記第１のマーク及び第２のマークの各
々が散乱箇所を複数個有し、該散乱箇所が前記照明光の
入射面に平行な直線に沿って配置されており、 前記結像させる工程において、前記第１のマーク及び第
２のマークの各々の複数の散乱箇所のうち少なくとも１
つの散乱箇所から散乱された散乱光を前記受光面上に結
像させる請求項１または２に記載の位置検出方法。 - 【請求項４】 前記第１のマーク及び第２のマークのう
ち少なくとも一方のマークが、前記受光面の行方向に相
当する方向に離れて２つ配置されており、 前記部分２次元画像を抽出する工程において、前記一方
のマークの部分２次元画像を２つ抽出し、 前記１次元合成画像信号を得る工程において、前記一方
のマークの２つの部分２次元画像の間の領域の画素を同
期積算の対象から除いて同期積算する請求項１〜３のい
ずれかに記載の位置検出方法。 - 【請求項５】 入射光を散乱させる位置合わせ用の第１
のマークが形成された主表面を有する第１の部材と、入
射光を散乱させる位置合わせ用の第２のマークが形成さ
れ、該第２のマークが形成された面を前記主表面に対向
するように間隙を挟んで保持された第２の部材に、照明
光を照射する照明手段と、 行列状に配置された受光画素からなる受光面を有し、各
画素に照射された光の強度に応じて画素対応の画像信号
を生成する像検出手段と、 前記主表面に対して斜めの光軸を有し、前記第１のマー
ク及び第２のマークからの散乱光を前記受光面上に結像
させる収束光学系と、 基準パターンを記憶する基準パターン記憶手段と、 前記受光面に結像した前記第１のマークからの散乱光に
よる像及び前記第２のマークからの散乱光による像か
ら、それぞれ前記基準パターン記憶手段に記憶されてい
る基準パターンに近似した第１の部分２次元画像及び第
２の部分２次元画像を抽出し、前記第１の部分２次元画
像を含む第１の部分領域内、及び前記第２の部分２次元
画像を含む第２の部分領域内の各画素の画像信号を列方
向に同期積算して１次元合成画像信号を生成し、前記１
次元合成画像信号に基づいて、前記第１のマークと第２
のマークとの相対位置関係を求める制御手段とを有する
位置検出装置。 - 【請求項６】 前記第１のマーク及び第２のマークのう
ち少なくとも一方のマークが、前記受光面の行方向に相
当する方向に離れて２つ配置されている場合には、前記
制御手段が、前記一方のマークの部分２次元画像を２つ
抽出し、前記一方のマークの２つの部分２次元画像の間
の領域の画素を同期積算の対象から除いて同期積算する
請求項５に記載の位置検出装置。 - 【請求項７】 受光量に対応して画像信号を発生する受
光画素が行列状に配置された受光面上に、その列方向に
関して相互に異なる位置に、２つの像を結像させる工程
と、 前記２つの像のそれぞれと少なくとも一部において重な
る２つの領域内の画素の画像信号を列方向に同期積算す
る工程と、 前記同期積算する工程で得られた画像信号に基づいて、
前記２つの像の相対位置関係を求める工程とを有する位
置検出方法。 - 【請求項８】 受光量に対応して画像信号を発生する受
光画素が行列状に配置された受光面と、 前記受光面上に形成された２つの像のそれぞれと少なく
とも一部において重なる２つの領域を決定し、該２つの
領域内の画素の画像信号を列方向に同期積算し、得られ
た画像信号に基づいて、前記２つの像の相対位置関係を
求める制御手段とを有する位置検出装置。
Priority Applications (9)
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| JP25378697A JP3265546B2 (ja) | 1997-09-18 | 1997-09-18 | 近接露光に適用される位置検出方法及び装置 |
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| DE19808707A DE19808707C2 (de) | 1997-02-28 | 1998-03-02 | Auf nahe Belichtung angewendetes Positionsdetektionsverfahren |
| TW087112341A TW434716B (en) | 1997-02-28 | 1998-07-28 | Position detection technique, device, semiconductor substrate and exposure mask |
| KR10-1998-0032130A KR100463095B1 (ko) | 1997-09-18 | 1998-08-07 | 에지산란광을이용한위치검출방법및장치 |
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| US09/480,779 US6295120B1 (en) | 1997-02-28 | 2000-01-10 | Position detection technique applied to proximity exposure |
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