JP3513304B2 - Position shift detection method and semiconductor device manufacturing method using the same - Google Patents

Position shift detection method and semiconductor device manufacturing method using the same

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JP3513304B2
JP3513304B2 JP02199996A JP2199996A JP3513304B2 JP 3513304 B2 JP3513304 B2 JP 3513304B2 JP 02199996 A JP02199996 A JP 02199996A JP 2199996 A JP2199996 A JP 2199996A JP 3513304 B2 JP3513304 B2 JP 3513304B2
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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は位置ずれ検出方法及
びそれを用いた半導体デバイスの製造方法に関し、例え
ば半導体素子製造用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の相対的な
面内の位置決め(アライメント)を行なう場合に好適な
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a positional deviation detecting method and a semiconductor device manufacturing method using the positional deviation detecting method. For example, in an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor element, a mask or a reticle (hereinafter referred to as "mask") or the like is used. 1 Fine electronic circuit pattern formed on the object surface
This is suitable for performing relative in-plane positioning (alignment) between the mask and the wafer when the exposure transfer is performed on the object surface.

【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
を図るための重要な一要素となっている。半導体集積回
路で代表的なDRAMにおいては解像パターン像の最小線幅
の1/3から1/4程度の総合重ね合わせ精度が必要と
されている。特に最近の露光装置の位置合わせにおいて
は、半導体の高集積化のために、20nm以下の位置合わ
せ精度が要求されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor, relative alignment between a mask and a wafer has been an important factor for improving performance. In a typical DRAM of a semiconductor integrated circuit, a total overlay accuracy of about 1/3 to 1/4 of the minimum line width of a resolution pattern image is required. Particularly in the recent alignment of the exposure apparatus, alignment accuracy of 20 nm or less is required for high integration of semiconductors.

【0003】例えば現在研究レベルである1GbitDRAMで
は総合重ね合わせ精度が40nmから50nmが要求され、
そのうち位置合わせ精度に割り当てられる精度は10nm
から15nmになる。
For example, the 1Gbit DRAM which is currently in the research level requires a total overlay accuracy of 40 nm to 50 nm,
The accuracy assigned to the positioning accuracy is 10 nm
To 15 nm.

【0004】多くの露光装置にはマスクとウエハそれぞ
れに位置合わせ用のマーク、所謂アライメントマークを
設けておいて各々のアライメントマークの位置ずれを光
学的に検出してその値に基づいてマスクとウエハの位置
合わせ(アライメント)を行っている。アライメントマ
ークの検出の方法としては、マークを光学的に拡大して
CCD 上に投影して画像処理によるもの、マークに直線回
折格子を用いてその回折光の位相を計測するもの、また
はマークにゾーンプレートを用いてそのゾーンプレート
で回折した光を所定面で検出し、その光の位置ずれを検
出するもの等がある。
Many exposure apparatuses are provided with alignment marks, so-called alignment marks, respectively on the mask and the wafer, and optically detect the positional deviation of each alignment mark, and based on the value, the mask and the wafer are aligned. Is being aligned. The method of detecting the alignment mark is to enlarge the mark optically.
Projected on a CCD for image processing, measuring the phase of the diffracted light using a linear diffraction grating for the mark, or using a zone plate for the mark and detecting the light diffracted by the zone plate on a predetermined surface. , There is a device that detects the positional deviation of the light.

【0005】これらの検出方法のうちアライメントマー
クとして直線回折格子やゾーンプレートを用いる方式
は、マーク内の欠陥に影響されにくいという意味で半導
体プロセスに強い比較的高精度のアライメントができる
という特徴がある。
Among these detection methods, the method using a linear diffraction grating or a zone plate as an alignment mark is characterized in that relatively high precision alignment that is resistant to a semiconductor process can be performed in the sense that it is hardly affected by defects in the mark. .

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】一般にマスクとウエハ
との面内での相対的な位置ずれを検出し、双方のアライ
メントを行うには、マスクとウエハとが所定の範囲内の
間隔となるように制御した後に、マスク及びウエハ面上
に設けた位置合わせ用の所謂アライメントパターンを介
したときにセンサーから得られる位置情報を利用してこ
れにより双方のアライメントを行なっている。
Generally, in order to detect the relative positional shift between the mask and the wafer and to perform the alignment between them, the mask and the wafer should be spaced from each other within a predetermined range. After the control, the position information obtained from the sensor when the so-called alignment pattern for alignment provided on the mask and the wafer surface is used to perform both alignments.

【0007】その際、マスクとウエハとの間隔が所定範
囲より外れるとセンサーから得られる信号波形が崩れて
くる。特にマスクとウエハとの間隔が所定範囲から大き
く外れてくるとマスクとウエハの間隔の変動に対してセ
ンサーで得られる検出信号が大きく変化してきて、即ち
敏感度が増加してきて、アライメント精度が大きく低下
してくる。
At this time, if the distance between the mask and the wafer deviates from the predetermined range, the signal waveform obtained from the sensor is broken. In particular, when the distance between the mask and the wafer deviates significantly from the predetermined range, the detection signal obtained by the sensor changes greatly with respect to the change in the distance between the mask and the wafer, that is, the sensitivity increases, and the alignment accuracy increases. It is decreasing.

【0008】本発明は、第1物体(マスク)と第2物体
(ウエハ)上に設けるアライメントマークの光学的性質
を適切に設定すると共に、アライメントマークへの光束
の照射条件及びアライメントマークからの光束を受光す
るセンサーの受光条件等を適切に設定することにより第
1物体と第2物体との間隔が種々変化しても、第1物体
と第2物体との相対的な位置ずれを高精度に検出するこ
とができ、高精度なアライメントを行うことのできる位
置ずれ検出方法及びそれを用いた半導体デバイスの製造
方法の提供を目的とする。
According to the present invention, the optical properties of the alignment marks provided on the first object (mask) and the second object (wafer) are appropriately set, and the irradiation condition of the light beam to the alignment mark and the light beam from the alignment mark are set. Even if the distance between the first object and the second object changes variously by appropriately setting the light receiving conditions of the sensor that receives the light, the relative positional deviation between the first object and the second object can be accurately performed. An object of the present invention is to provide a position shift detection method that can detect and perform highly accurate alignment, and a semiconductor device manufacturing method using the same.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明の位置ず
れ検出方法は、第1物体と第2物体とを対向させて、双
方の所定方向の相対的な位置ずれを検出する際、位置ず
れ検出方向にパワーを持つ第1のゾーンプレートを該第
1物体面上に、第2のゾーンプレートを第2物体に各々
設け、投光手段より光束を該第1物体面に投光角θで照
射したとき、該第1のゾーンプレートで透過回折し、該
第2のゾーンプレートで反射回折し、第1物体を透過し
た110光と該第1物体を透過し、該第2のゾーンプレ
ートで反射回折し、該第1のゾーンプレートで透過回折
した011光の双方を投光角θと同じ角度の受光角θで
センサーで検出し、該センサー上のスポットの位置情報
を利用して、双方の相対的な位置ずれを検出しているこ
とを特徴としている。
According to another aspect of the present invention, there is provided a positional deviation detecting method, wherein when a first object and a second object are opposed to each other to detect a relative positional deviation between them in a predetermined direction. A first zone plate having power in the direction of deviation detection is provided on the first object surface, and a second zone plate is provided on the second object, and a light beam is projected from the light projecting means onto the first object surface at an angle θ. When the light is irradiated with, the first zone plate transmits and diffracts the light, and the second zone plate reflects and diffracts the 110 light that has passed through the first object and the first object, and the second zone plate. Both of the 011 light reflected and diffracted by the first zone plate and transmitted and diffracted by the first zone plate are detected by the sensor at the light receiving angle θ which is the same angle as the light projecting angle θ, and the positional information of the spot on the sensor is used, Characterized by detecting the relative displacement of both

【0010】請求項2の発明は、請求項1の発明におい
前記投光角θが5度から85度の範囲内であるように
各要素を設定したことを特徴としている。 請求項3の発
明は、請求項1又は2の発明において前記110光の前
記第2のゾーンプレートへの入射角が0度±20度とな
るように各要素を設定したことを特徴としている。
The invention of claim 2 is the same as the invention of claim 1.
It is characterized by setting each element to said light projecting angle θ is within the range of 85 degrees 5 degrees Te. Origination of claim 3
In the invention according to claim 1 or 2 , each element is set so that the incident angle of the 110 lights to the second zone plate is 0 ° ± 20 ° .

【0011】請求項4の発明の位置ずれ検出方法は第1
物体と第2物体とを対向配置させて、第1,第3のゾー
ンプレートを第1物体面上に、第2,第4のゾーンプレ
ートを第2物体面上に各々設け、投光手段より光束のう
ち該第1,第2のゾーンプレートを介した後に所定面に
入射する第1光束の位置情報と該第3,第4のゾーンプ
レートを介した後に所定面に入射する第2光束の位置情
報とを用いて前記第1物体と前記第2物体の相対的な位
置ずれを検出する際、第1物体と第2物体との間隔変
化に対して該第1光束と第2光束の所定面上における入
射位置が同じ感度で変化するように前記第1、第4のゾ
ーンプレートには正、第2、第3のゾーンプレートには
負の屈折力を設定していることを特徴としている。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a first method for detecting a positional deviation .
The object and the second object are arranged so as to face each other, the first and third zone plates are provided on the first object surface, and the second and fourth zone plates are provided on the second object surface. The positional information of the first light flux that enters the predetermined surface after passing through the first and second zone plates and the second light flux that enters the predetermined surface after passing through the third and fourth zone plates of the light flux The relative position of the first object and the second object using the position information.
When detecting the location shift, varying distance between the first and second objects
Of the first light flux and the second light flux on a predetermined surface with respect to
The first and fourth zones are set so that the shooting position changes with the same sensitivity.
For the zone plate, for the second and third zone plates
It is characterized by setting a negative refractive power .

【0012】請求項5の発明は、請求項4の発明におい
前記第1,第4のゾーンプレートは正のパワーを有
し、前記第2,第3のゾーンプレートは負の屈折力を有
していることを特徴としている。請求項6の発明は、請
求項4又は5の発明において前記第1光束と第2光束の
前記所定面上での入射位置の間隔を用いて、双方の相対
的な位置ずれを検出していることを特徴としている。
The invention of claim 5 is the same as the invention of claim 4.
The first, fourth zone plate Te has a positive power, the second, third zone plate is characterized by having a negative refractive power. The invention of claim 6 is a contract
The invention of claim 4 or 5 is characterized in that the relative positional deviation between the first light flux and the second light flux is detected by using the distance between the incident positions of the first light flux and the second light flux on the predetermined surface.

【0013】請求項7の発明の位置ずれ検出方法は第1
物体と第2物体とを対向配置させて、第1,第3のゾー
ンプレートを第1物体面上に、第2,第4のゾーンプレ
ートを第2物体面上に各々設け、投光手段より光束を該
第1物体面に投光角θで照射したとき、該第1,第2の
ゾーンプレートを介した後に所定面上に入射する第1光
束の位置情報と該第3,第4のゾーンプレートを介した
後に所定面上に入射する第2光束の位置情報を該投光角
θと同じ角度の受光角θでセンサーで検出し、該センサ
ーからの位置情報を用いて前記第1物体と前記第2物体
の相対的な位置ずれを検出する際、該第1物体と第2物
体との間隔変化に対して該第1光束と第2光束の所定面
上における入射位置が同じ感度で変化するように前記第
1、第4のゾーンプレートには正、第2、第3のゾーン
プレートには負の屈折力を設定していることを特徴とし
ている。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a first method for detecting a positional deviation .
The object and the second object are arranged so as to face each other, the first and third zone plates are provided on the first object surface, and the second and fourth zone plates are provided on the second object surface. When the light flux is applied to the first object surface at a projection angle θ, the positional information of the first light flux incident on the predetermined surface after passing through the first and second zone plates and the third and fourth light fluxes. The position information of the second light flux incident on the predetermined surface after passing through the zone plate is detected by the sensor at the light receiving angle θ which is the same angle as the light projecting angle θ, and the position information from the sensor is used to detect the first object. And the second object
When detecting the relative positional deviation, the so incident position in the first light beam and the predetermined surface of the second light flux with respect to the spacing variation between the first and second objects changes with the same sensitivity First
The first, fourth zone plate has positive, second and third zones
The plate is characterized by having a negative refractive power.

【0014】請求項8の発明の位置ずれ検出方法は第1
物体と第2物体とを対向配置させて、第1,第3のゾー
ンプレートを第1物体面上に、第2,第4のゾーンプレ
ートを第2物体面上に各々設け、投光手段からの光束の
うち該第1物体と第2物体とが所定間隔のときに該第1
のゾーンプレートで透過回折し、該第2のゾーンプレー
トで反射回折し、該第1物体を透過した110光が所定
面上に集光し、該第1物体と第2物体とが該所定間隔と
異なる間隔にしたときに、該第3のゾーンプレートで透
過回折し、該第4のゾーンプレートで反射回折し、該第
1物体を透過した110光が所定面上に集光するように
各要素を設定し、該第1光束と第2光束の所定面上に入
射する位置情報を用いて前記第1物体と前記第2物体の
相対的な位置ずれを検出する際、該第1物体と第2物体
との間隔変化に対して該第1光束と第2光束の所定面上
における入射位置が同じ感度で変化するように前記第
1、第4のゾーンプレートには正、第2、第3のゾーン
プレートには負の屈折力を設定していることを特徴とし
ている。
A first aspect of the present invention is a position shift detecting method .
The object and the second object are arranged so as to face each other, the first and third zone plates are provided on the first object surface, and the second and fourth zone plates are provided on the second object surface. Of the luminous flux of the first object and the second object at a predetermined interval, the first object
110 is transmitted and diffracted by the second zone plate, reflected and diffracted by the second zone plate, and 110 lights transmitted through the first object are condensed on a predetermined surface, and the first object and the second object are separated by the predetermined distance. The third zone plate transmits and diffracts the light and the fourth zone plate reflects and diffracts the light so that the 110 lights transmitted through the first object are condensed on a predetermined surface. An element is set, and the position information of the first light flux and the second light flux incident on a predetermined surface is used to detect the first object and the second object.
When detecting a relative positional shift, the first light flux and the second light flux are incident on the predetermined surface at the same sensitivity with respect to a change in the distance between the first and second objects, so that the incident positions change with the same sensitivity .
The first, fourth zone plate has positive, second and third zones
The plate is characterized by having a negative refractive power.

【0015】請求項9の発明の半導体デバイスの製造方
法は請求項1〜8の何れか1項記載の位置ずれ検出方法
を用いて第1物体と第2物体との相対的な位置ずれを求
める工程を介してマスクとウエハとの相対的な位置検出
を行なった後、該マスク面上のパターンをウエハ面上に
転写し、次いで現像処理工程を介して半導体デバイスを
製造したことを特徴としている。 請求項10の発明の位
置検出装置は請求項1〜8の何れか1項記載の位置ずれ
検出方法を用いて第1物体と第2物体との相対的な位置
ずれを求めていることを特徴としている。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the invention of claim 9
The method obtains the relative positional deviation between the first object and the second object by using the positional deviation detection method according to any one of claims 1 to 8.
Relative position detection between mask and wafer
Then, the pattern on the mask surface is formed on the wafer surface.
Transfer and then the semiconductor device through the development process
It is characterized by being manufactured. The position of the invention of claim 10
The position detection device is the position shift according to any one of claims 1 to 8.
Using the detection method, the relative position of the first object and the second object
It is characterized by seeking the deviation .

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】図1は本発明の実施形態1の要部
概略図、図2は図1の位置ずれ検出方法の光学系の光路
を展開したときの説明図、図3は図1のアライメント光
学ユニットの概略図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a schematic view of a main part of a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory view when an optical path of an optical system of a position shift detecting method of FIG. 1 is developed, and FIG. 2 is a schematic view of the alignment optical unit of FIG.

【0017】本実施形態は本発明をX線を露光光源とす
る半導体露光装置に適用したときを示している。図中、
1は第1物体としてのマスク、2は第2物体としてのウ
エハであり、アライメント光学ユニット19からの光束
を用いて双方のアライメント(位置合わせ)を行う場合
を示している。
This embodiment shows a case where the present invention is applied to a semiconductor exposure apparatus using an X-ray as an exposure light source. In the figure,
Reference numeral 1 is a mask as a first object, and 2 is a wafer as a second object, and shows a case where both are aligned (positioned) using a light beam from the alignment optical unit 19.

【0018】図1において、マスク1上には、マスク1
とウエハ2との位置ずれ検出方向であるX方向にのみパ
ワーをもつフレネルゾーンプレートからなるアライメン
トマーク(第1のゾーンプレート)3L,3Rがあり、
ウエハ2上にはアライメントマーク3Lと3Rとそれぞ
れ位置決めされるべきX方向にのみパワーをもつフレネ
ルゾーンプレートからなるアライメントマーク(第2の
ゾーンプレート)4L,4Rがある。
In FIG. 1, the mask 1 is on the mask 1.
And alignment marks (first zone plates) 3L and 3R, which are Fresnel zone plates having power only in the X direction, which is the direction of detecting the positional deviation between the wafer and the wafer 2,
On the wafer 2, there are alignment marks 3L and 3R and alignment marks (second zone plates) 4L and 4R which are Fresnel zone plates having power only in the X direction to be positioned respectively.

【0019】19L,19Rはそれぞれ、アライメント
マーク3L,4Lとアライメントマーク3R,4Rの位
置ずれを検出するアライメント光学ユニットであり、X
Y方向に移動可能なステージに載っている。アライメン
ト光学ユニット19Lと19Rは同じ構成をしているの
で、以下アライメント光学ユニット19Lについて説明
する。
Reference numerals 19L and 19R denote alignment optical units for detecting the positional deviation between the alignment marks 3L and 4L and the alignment marks 3R and 4R, respectively.
It is mounted on a stage that can move in the Y direction. Since the alignment optical units 19L and 19R have the same configuration, the alignment optical unit 19L will be described below.

【0020】10Lは半導体レーザー(光源)であり、
光源10Lから出射された光は投光用レンズ11Lとハ
ーフミラー13Lを介し、レンズ14Lで集光されミラ
ー15Lで反射してマスク1上のアライメントマーク3
Lに投光角θで照射される。アライメントマーク3Lは
集光作用を有しており、さらに出射光をマスク1の法線
方向(−Z方向)に射出させ、アライメントマーク4L
に入射させている。マーク4Lは反射型の発散作用をし
ており、さらに投光角θと同じ角度θで回折される。回
折光はマスク1を透過して、ミラー15Lで反射され、
レンズ14Lとハーフミラー13Lを透過してセンサー
12Lに集光する。センサー12Lは1次元のラインセ
ンサーを使用している。
10L is a semiconductor laser (light source),
The light emitted from the light source 10L passes through the projection lens 11L and the half mirror 13L, is condensed by the lens 14L, is reflected by the mirror 15L, and is reflected by the alignment mark 3 on the mask 1.
The L is irradiated with the projection angle θ. The alignment mark 3L has a light condensing function, and further emits outgoing light in the normal direction (−Z direction) of the mask 1 to produce the alignment mark 4L.
Is incident on. The mark 4L has a reflection type divergence action, and is diffracted at the same angle θ as the projection angle θ. The diffracted light passes through the mask 1 and is reflected by the mirror 15L,
The light passes through the lens 14L and the half mirror 13L and is focused on the sensor 12L. The sensor 12L uses a one-dimensional line sensor.

【0021】なお、図1中の5はウエハチャックであ
り、ウエハ1を吸着しており、6はXYZステージを示
している。マスク1とウエハ2はZステージを駆動する
ことにより所定の間隔で保持されている。
Incidentally, reference numeral 5 in FIG. 1 denotes a wafer chuck, which sucks the wafer 1, and 6 denotes an XYZ stage. The mask 1 and the wafer 2 are held at a predetermined interval by driving the Z stage.

【0022】図1には図示していないが、X方向のずれ
検出用の2つのアライメント光学ユニット19L,19
Rのほかに、本実施形態ではY方向の位置ずれを検出す
るために、Y方向にパワーを持つフレネルゾーンプレー
トからなるアライメントマークをマスク1とウエハ2の
スクライブライン上に設けてあり、そのアライメントマ
ーク検出用の第3のアライメント光学ユニットがある。
Although not shown in FIG. 1, two alignment optical units 19L and 19L for detecting a deviation in the X direction are provided.
In addition to R, in the present embodiment, in order to detect the positional deviation in the Y direction, an alignment mark formed of a Fresnel zone plate having a power in the Y direction is provided on the scribe line between the mask 1 and the wafer 2, and the alignment mark There is a third alignment optical unit for mark detection.

【0023】各アライメント光学ユニット内のセンサー
からの信号はCPU16に入り、X方向検出用の2つ光
学ユニットのセンサー出力の平均値からX方向ずれ量を
求め、出力の差から回転量を求め、Y方向のアライメン
ト光学ユニットのセンサー出力からY方向のずれ量を算
出して、マスク1とウエハ2を位置合わせするようにス
テージ駆動ドライバーに信号を送るようにしている。ア
ライメント光学ユニット19L,19Rは、何れも露光
光であるX線を露光領域内は遮光しない位置におかれて
いる。
The signal from the sensor in each alignment optical unit enters the CPU 16, the X direction deviation amount is obtained from the average value of the sensor outputs of the two X direction optical units, and the rotation amount is obtained from the difference between the outputs. The displacement amount in the Y direction is calculated from the sensor output of the alignment optical unit in the Y direction, and a signal is sent to the stage drive driver so as to align the mask 1 and the wafer 2. Each of the alignment optical units 19L and 19R is located at a position where X-rays, which are exposure light, are not shielded in the exposure area.

【0024】次に本実施形態における位置ずれ検出方法
の原理について図2を用いて説明する。図2は図1のマ
スク1とウエハ2を通る光路を展開したものであり、光
束はマスク1を2度とおるので2つ示している。
Next, the principle of the positional deviation detecting method in this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a developed optical path that passes through the mask 1 and the wafer 2 in FIG. 1, and two light fluxes are shown because the light flux passes through the mask 1 twice.

【0025】本実施形態におけるアライメントマーク3
(3L,3R)とアライメントマーク4(4L,4R)
のパワー配置は図で示すとおりとなっている。23は集
光面であり、マスク1のアライメントマーク3で集光さ
れ、ウエハ2上のアライメントマーク4で発散作用を受
け、マスク1を透過した光(110光)が集光してい
る。
Alignment mark 3 in this embodiment
(3L, 3R) and alignment mark 4 (4L, 4R)
The power distribution of is as shown in the figure. A light condensing surface 23 is condensed by the alignment mark 3 of the mask 1, diverged by the alignment mark 4 on the wafer 2, and the light (110 light) transmitted through the mask 1 is condensed.

【0026】今、マスク1のアライメントマーク3の焦
点距離をFm、ウエハ2のアライメントマーク4の焦点
距離をFwとして、マスク1とウエハ2の間隔をg、マ
スク1から集光面23までの距離をLとすると、マスク
1とウエハ2のX方向のずれ量xにより、集光面23の
X方向の110光の集光点の位置S1は S1=(1−L/(Fm−g))・x ‥‥‥(1) となる。
Now, assuming that the focal length of the alignment mark 3 of the mask 1 is Fm and the focal length of the alignment mark 4 of the wafer 2 is Fw, the distance between the mask 1 and the wafer 2 is g, and the distance from the mask 1 to the light collecting surface 23. Is L, the position S1 of the condensing point of 110 light in the X direction on the condensing surface 23 is S1 = (1−L / (Fm−g)) depending on the shift amount x between the mask 1 and the wafer 2 in the X direction.・ X becomes (1).

【0027】一方、マスク1を透過して、ウエハ2上の
マーク4で発散作用をうけ、マスク1上のマーク3で集
光作用を受ける光(011光)の集光面23でのX方向
の集光点の位置S0は、マスク1から集光面23までの
距離をL’とすると、 S0=(L’/(Fw−g))・x ‥‥‥(2) となる。
On the other hand, the X-direction of the light (011 light) which is transmitted through the mask 1, diverged by the mark 4 on the wafer 2 and received by the mark 3 on the mask 1 on the light condensing surface 23. If the distance from the mask 1 to the light condensing surface 23 is L ′, the position S0 of the light condensing point is S0 = (L ′ / (Fw−g)) · x (2)

【0028】また、110光を集光面23に集光させる
条件として、 1/(Fm−g)+1/L=−1/Fw ‥‥‥(3) が必要である。
Further, 1 / (Fm-g) + 1 / L = -1 / Fw (3) is required as a condition for condensing 110 light on the condensing surface 23.

【0029】本実施形態では、位置S1のマスク1とウ
エハ2の位置ずれxに対する倍率が100倍になるよう
にL=20mm、g=15μmとし、Fm=213μ
m、Fw=−196μmとしている。
In this embodiment, L = 20 mm, g = 15 μm, and Fm = 213 μ so that the magnification for the positional deviation x between the mask 1 and the wafer 2 at the position S1 is 100 times.
m and Fw = −196 μm.

【0030】次に図3を用いて図1のアライメント光学
ユニット19(19L,19R)内の投光用レンズ11
(11L,11R)および、受光レンズ14(14L,
14R)の働きについて説明する。
Next, referring to FIG. 3, the projection lens 11 in the alignment optical unit 19 (19L, 19R) shown in FIG.
(11L, 11R) and the light receiving lens 14 (14L,
14R) will be described.

【0031】光源10からの光20は投光用レンズ11
で一度集光され、ハーフミラー13で反射されて、レン
ズ14に入射する。ここで、レンズ11とレンズ14
は、レンズ14に関して、レンズ11による集光点11
aがマスク1と概略共役になるように設計している。こ
のようにして、マスク1上の投射ビームスポットがアラ
イメントマーク3L,3Rより少し大きめになるように
している。一方受光側は、110光の集光面23をレン
ズ14によって等倍でセンサー12にリレーするように
設計してある。
The light 20 from the light source 10 is projected by the lens 11 for projecting light.
Is condensed once, reflected by the half mirror 13, and enters the lens 14. Here, the lens 11 and the lens 14
Is the condensing point 11 by the lens 11 with respect to the lens 14.
It is designed so that a is substantially conjugate with the mask 1. In this way, the projection beam spot on the mask 1 is made slightly larger than the alignment marks 3L, 3R. On the other hand, the light receiving side is designed so that the condensing surface 23 of 110 lights is relayed to the sensor 12 at the same magnification by the lens 14.

【0032】図4はこのときセンサー12で得られる信
号波形を示している。図4に示すようにセンサー12で
得られる信号は良好になっている。このときの光束のス
ポット位置のずれはマスク1とウエハ2の位置ずれに対
し107倍の感度である。したがって、センサー12上
のスポットの位置を計測して、その値を107で割った
値がマスク1上のアライメントマークとウエハ2上のア
ライメントマークの相対的な位置ずれに相当する。
FIG. 4 shows a signal waveform obtained by the sensor 12 at this time. As shown in FIG. 4, the signal obtained by the sensor 12 is good. The deviation of the spot position of the light flux at this time is 107 times as sensitive as the deviation of the mask 1 and the wafer 2. Therefore, the position of the spot on the sensor 12 is measured, and the value obtained by dividing the value by 107 corresponds to the relative positional deviation between the alignment mark on the mask 1 and the alignment mark on the wafer 2.

【0033】本実施形態ではマスク1上のアライメント
マーク3で回折した後のウエハ2での回折角に特徴があ
る。例えば図5は従来の位置ずれ検出方法で用いられる
光路図である。同図では入射角θmとマスク1、ウエハ
2のアライメントマークでの回折角を示しており、マス
ク1への入射角θin=17. 5度、マスク1からの射出
角θout =13度となっている。この場合、マスク1上
のアライメントマークに入射した光がウエハ2上のアラ
イメントマークで回折され再びマスク1に戻ってくる光
の光路長を考えると、110光(ABC )と011光(AD
E )では異なる。
This embodiment is characterized by the diffraction angle on the wafer 2 after being diffracted by the alignment mark 3 on the mask 1. For example, FIG. 5 is an optical path diagram used in a conventional positional deviation detection method. In the figure, the incident angle θm and the diffraction angle at the alignment mark of the mask 1 and the wafer 2 are shown. The incident angle to the mask 1 θin = 17.5 degrees and the exit angle from the mask 1 θout = 13 degrees. There is. In this case, considering the optical path lengths of the light incident on the alignment mark on the mask 1 and returning to the mask 1 after being diffracted by the alignment mark on the wafer 2, 110 light (ABC) and 011 light (AD)
E) is different.

【0034】図6は入射角度θinを17. 5度に固定し
て、マスク1上のアライメントマークから垂直に回折し
た光がウエハ2上のアライメントマークで回折される回
折角θout を変化させた時の011光と110光の位相
差をマスクとウエハの間隔(GAP )が15μmと30μ
mの場合について計算したものである。このグラフを見
ると、 GAP30μmでは位相差が約2πrad であるのに
対し、GAP が15μmになると位相差がπrad になって
いる。
FIG. 6 shows the case where the incident angle θin is fixed at 17.5 degrees and the diffraction angle θout at which the light vertically diffracted from the alignment mark on the mask 1 is diffracted by the alignment mark on the wafer 2 is changed. The phase difference between 011 light and 110 light is 15μm and 30μ between the mask and the wafer gap (GAP).
It is calculated for the case of m. Looking at this graph, the phase difference is about 2πrad at 30 μm GAP, while it becomes πrad at GAP of 15 μm.

【0035】すなわち、GAP 15μmでの信号波形の乱
れは110光と011光が干渉しており、その位相差が
πrad であるため、光が打ち消されて生じる。さらに、
マスク1とウエハ2の間隔設定誤差により位置ずれ検出
信号のだまされることの一要因として、110光と01
1光が干渉しており、両光束の位相差が間隔変動により
変化してくる。
That is, the disturbance of the signal waveform at GAP 15 μm is caused by the cancellation of the light because the 110 light and 011 light interfere with each other and the phase difference between them is π rad. further,
As one of the factors that the misregistration detection signal is fooled by the gap setting error between the mask 1 and the wafer 2,
One light beam is interfering with each other, and the phase difference between the two light beams changes due to the variation in the interval.

【0036】一方、図6においてもう一つの重要なポイ
ントは回折角が入射角の17. 5度と同じ場合にはGAP
が変わろうと位相差は常にゼロになる。これは入射角が
17. 5度以外でも同じである。そこで本実施形態で
は、入射角θinと110光のウエハ側アライメントマー
クの回折角が同じになるようにしている。これにより位
相差をゼロとし、その結果、マスクとウエハの間隔設定
誤差の影響の少ない更に高精度なアライメントを可能と
している。
On the other hand, another important point in FIG. 6 is that when the diffraction angle is the same as the incident angle of 17.5 degrees, GAP
The phase difference will always be zero as the value changes. This is the same even when the incident angle is other than 17.5 degrees. Therefore, in this embodiment, the incident angle θin and the diffraction angle of the 110-light wafer-side alignment mark are set to be the same. As a result, the phase difference is set to zero, and as a result, it is possible to perform more accurate alignment with less influence of the gap setting error between the mask and the wafer.

【0037】また、いろいろな露光ギャップでアライメ
ント性能を維持できるようにしている。更に、投射角度
を変えてもアライメント性能が変わらないので、アライ
メント光学ユニット内での、または露光装置にアライメ
ント光学ユニットを組み込む際の、設計の自由度が増す
と言う効果を得ている。
Further, the alignment performance can be maintained at various exposure gaps. Furthermore, since the alignment performance does not change even if the projection angle is changed, the degree of freedom in design is increased in the alignment optical unit or when the alignment optical unit is incorporated in the exposure apparatus.

【0038】本実施形態の場合、アライメントマークに
入射角θinとして17. 5度で入射させ、マスクのアラ
イメントマークで垂直に回折させ、ウエハのアライメン
トマークで17. 5度に回折させて射出角θout 17.
5度としているが、この場合のY方向(位置ずれ検出方
向と直交方向)の格子エレメントの配列ピッチは、マス
ク上アライメントマークの配列ピッチとウエハ上アライ
メントマークの配列ピッチを同じピッチpにすればよ
く、λを波長として(785nmを使用)p=λ/sin
(17. 5度)より、 p=2. 61μm になる。
In the case of the present embodiment, the light beam is incident on the alignment mark at an incident angle θin of 17.5 degrees, is vertically diffracted by the mask alignment mark, and is diffracted by the wafer alignment mark at 17.5 degree, and the exit angle θout. 17.
Although it is set to 5 degrees, the arrangement pitch of the lattice elements in the Y direction (direction orthogonal to the position shift detection direction) in this case is set by setting the arrangement pitch of the alignment marks on the mask and the arrangement pitch of the alignment marks on the wafer to the same pitch p. Well, λ is the wavelength (785 nm is used) p = λ / sin
From (17.5 degrees), p = 2.61 μm.

【0039】さらに本実施形態の場合、回折されてきた
信号光がハーフミラー13L(13R)で反射されて光
源にもどることによって、光源の安定性を悪化させない
ように、ウエハ上のアライメントマーク4L,4Rをマ
スク上のマーク3L,3Rに対してX方向に偏心させた
位置に配置してあり、位置ずれを検出する範囲において
は、光源の出射部と回折光はX方向に離れており戻り光
の心配がないようにしている。特に本実施形態では入射
角度θinが5度から85度の範囲内になるようにしてい
る。又110光が第2のゾーンプレート4に入射する角
度が0±20度の範囲内になるようにしている。
Further, in the case of the present embodiment, the diffracted signal light is reflected by the half mirror 13L (13R) and returns to the light source, so that the stability of the light source is not deteriorated and the alignment marks 4L, 4R is arranged at a position eccentric in the X direction with respect to the marks 3L and 3R on the mask, and in the range where the positional deviation is detected, the emission part of the light source and the diffracted light are separated in the X direction, and the return light I try not to worry. Particularly, in the present embodiment, the incident angle θin is set within the range of 5 degrees to 85 degrees. Further, the angle at which 110 rays are incident on the second zone plate 4 is set within the range of 0 ± 20 degrees.

【0040】以上のようにして、本実施形態ではマスク
1とウエハ2との位置ずれを検出し、双方のアライメン
トを高精度に行っている。
As described above, in the present embodiment, the positional deviation between the mask 1 and the wafer 2 is detected, and the alignment of both is performed with high accuracy.

【0041】図7,図8は本発明の実施形態2の要部概
略図であり、マスク1とウエハ2との位置ずれ検出方法
の光路を示している。
FIG. 7 and FIG. 8 are schematic views of the essential portions of the second embodiment of the present invention, showing the optical paths of the method for detecting the positional deviation between the mask 1 and the wafer 2.

【0042】まず図8において、マスク1上には、スク
ライブライン上にX方向にのみパワーを持つフレネルゾ
ーンプレートからなるアライメントマーク(第1のゾー
ンプレート)30aがあり、その透過1次回折光は集光
作用を受け、マスク1の法線方向(−Z方向)に射出す
る。アライメントマーク(第2のゾーンプレート)30
bはウエハ2上のスクライブライン上に設けられてお
り、X方向のみにパワーをもつフレネルゾーンプレート
からなり、これにより反射回折光は発散作用を受ける。
First, in FIG. 8, on the mask 1, there is an alignment mark (first zone plate) 30a consisting of a Fresnel zone plate having power only in the X direction on the scribe line, and the transmitted first-order diffracted light is collected. It is irradiated with light and is emitted in the normal direction (−Z direction) of the mask 1. Alignment mark (second zone plate) 30
b is provided on the scribe line on the wafer 2 and is composed of a Fresnel zone plate having a power only in the X direction, whereby reflected diffracted light is diverged.

【0043】さらにYZ面では投光角と異なる角度で回
折される。回折光はマスクを透過して、センサー12に
集光する。このように、マスク側のアライメントマーク
30aで凸レンズ作用を受け、ウエハ側のアライメント
マーク30bで凹レンズ作用を受けるようなゾーンプレ
ートの組み合わせ(30aと30b)を以下、凸凹系と
呼ぶことにする。
Further, on the YZ plane, the light is diffracted at an angle different from the projection angle. The diffracted light passes through the mask and is focused on the sensor 12. Such a combination of zone plates (30a and 30b) that receives the convex lens action at the mask-side alignment mark 30a and the concave lens action at the wafer-side alignment mark 30b is hereinafter referred to as a convex-concave system.

【0044】またマスク1とウエハ2のぞれぞれのスク
ライブライン上に凸凹系のアライメントマーク30a,
30b対に隣接する位置にX方向にのみパワーを持つフ
レネルゾーンプレートからなるアライメントマーク(第
3のゾーンプレート)31aおよびアライメントマーク
(第4のゾーンプレート)31bを設けている。マスク
1上のアライメントマーク31aは、その透過1次回折
光に発散作用を与え、ウエハ2上のアライメントマーク
31bはその反射回折光に集光作用を与える。
Further, on the scribe lines of the mask 1 and the wafer 2, respectively, uneven alignment marks 30a,
An alignment mark (third zone plate) 31a and a alignment mark (fourth zone plate) 31b, which are Fresnel zone plates having power only in the X direction, are provided adjacent to the pair of 30b. The alignment mark 31a on the mask 1 gives a diverging action to the transmitted first-order diffracted light, and the alignment mark 31b on the wafer 2 gives a focusing action to the reflected diffracted light.

【0045】このようにマスク側で凹レンズ作用を、ウ
エハ側で凸レンズ作用を受けるようなゾーンプレートの
組み合わせ(31aと31b)を以下、凹凸系と呼ぶ。
凹凸系を通った光は、凸凹系を通った光と同様にセンサ
ー12上に集光する。
The combination of zone plates (31a and 31b) that receives the concave lens action on the mask side and the convex lens action on the wafer side in this manner is hereinafter referred to as a concavo-convex system.
The light that has passed through the uneven system is focused on the sensor 12 in the same manner as the light that has passed through the uneven system.

【0046】以上はマスク側マークで1次回折され、ウ
エハ側マークで1次回折され、マスクを透過する光(1
10光)で、先に述べたように実際にはマスク側マーク
を透過し、先にウエハ側マークで1次回折され、次にマ
スク側マークで回折される光(011光)が、110光
に近い位置に概略集光する。
The above-mentioned light is first-order diffracted by the mask-side mark, first-order diffracted by the wafer-side mark, and transmitted through the mask (1
As described above, the light (10 light) is actually transmitted through the mask-side mark, first-order diffracted by the wafer-side mark, and then diffracted by the mask-side mark (011 light). Concentrate light at a position close to.

【0047】図7はこのときの様子を示したものであ
る。23は(110光)の集光面である。マスク1のア
ライメントマーク30a,31aのそれぞれの焦点距離
をFm1,Fm2、ウエハ2のアライメントマーク30
b,31bのそれぞれの焦点距離をFw1,Fw2とし
て、マスク1とウエハ2の間隔をg、マスク1から集光
面23までの距離をLとすると、マスク1とウエハ2の
X方向のずれxにより、集光面X方向の凸凹系、凹凸系
の110光の集光点の位置S1,S2はそれぞれ、 S1=(1−L/(Fm1−g))・x ‥‥‥(4) S2=(1−L/(Fm2−g))・x ‥‥‥(5) となる。
FIG. 7 shows the situation at this time. Reference numeral 23 denotes a (110 light) condensing surface. The focal lengths of the alignment marks 30a and 31a of the mask 1 are Fm1 and Fm2, respectively, and the alignment marks 30 of the wafer 2 are
If the focal lengths of b and 31b are Fw1 and Fw2, the distance between the mask 1 and the wafer 2 is g, and the distance from the mask 1 to the light condensing surface 23 is L, the shift in the X direction between the mask 1 and the wafer 2 is x. Thus, the positions S1 and S2 of the condensing points of the uneven light and the concavo-convex 110 light in the light converging surface X direction are respectively S1 = (1−L / (Fm1−g)) · x (4) S2 = (1-L / (Fm2-g)) x ... (5).

【0048】一方、集光面23上におけるX方向の凸凹
系、凹凸系の011光の集光点の位置S3,S4はそれ
ぞれ、 S3=(L’/(Fw1−g))・x ‥‥‥(6) S4=(L”/(Fw2−g))・x ‥‥‥(7) となる。
On the other hand, the positions S3 and S4 of the X-direction convex-concave and concave-convex 011 light condensing points on the condensing surface 23 are S3 = (L '/ (Fw1-g)). (6) S4 = (L ″ / (Fw2-g)) · x (7)

【0049】ここで、L’、L”はそれぞれ凸凹系と凹
凸系の011光が集光する位置と、マスク1までの距離
である。
Here, L ′ and L ″ are the distances to the mask 1 and the position where the 011 light of the uneven system and the uneven system are condensed, respectively.

【0050】また、110光を集光面23に集光させる
条件として、 1/(Fm1−g)+1/L=−1/Fw1 ‥‥‥(8) 1/(Fm2−g)+1/L=−1/Fw2 ‥‥‥(9) が必要である。
Further, as conditions for condensing 110 lights on the condensing surface 23, 1 / (Fm1-g) + 1 / L = -1 / Fw1 (8) 1 / (Fm2-g) + 1 / L = -1 / Fw2 (9) is required.

【0051】本実施形態では、位置S1のマスクとウエ
ハの位置ずれxに対する倍率が−100倍になるように
L=20mm、g=30μmとし、Fm1=228μ
m、Fw1=−196μmとしている。一方、位置S2
の倍率については、第5式から、第9式を満たすように
種々の倍率のマークをあらかじめ作製しておいて、この
中から、マスクとウエハの間隔変動(GAP 変動)によっ
てセンサー上でスポットの変化する量が符号を含めて凸
凹系と同じになるような倍率のものを選定している。
In this embodiment, L = 20 mm, g = 30 μm, and Fm1 = 228 μ so that the magnification with respect to the positional shift x between the mask at the position S1 and the wafer becomes −100 times.
m and Fw1 = −196 μm. On the other hand, position S2
As for the magnification of, the marks of various magnifications are prepared in advance so as to satisfy the equations 5 to 9, and the spot of the spot on the sensor is changed by the gap variation (GAP variation) between the mask and the wafer. A magnification is selected so that the amount of change including the sign is the same as that of the uneven system.

【0052】図9は凹凸系の110光の倍率を変えた時
のGAP 1μm当たりのスポット位置変化量を測定したも
のであり、倍率が低くなるほど変化量が徐々に少なくな
っている。凸凹系のGAP 1μm当たりのセンサー上での
スポット変化量は、10μmあったため、凹凸系110
光の倍率は70倍のものを使用した。このときアライメ
ントマーク31a,31bの焦点距離の設計値Fm2,
Fw2はそれぞれ−260μm、294μmである。
FIG. 9 shows a change in spot position per 1 μm of GAP when the magnification of 110 light in the concave-convex system is changed, and the variation becomes smaller as the magnification becomes lower. Since the spot change amount on the sensor per 1 μm of uneven GAP was 10 μm, the uneven system 110
The magnification of light was 70. At this time, the design value Fm2 of the focal lengths of the alignment marks 31a and 31b
Fw2 is -260 μm and 294 μm, respectively.

【0053】この凸凹系と凹凸系のゾーンプレートより
成るアライメントマークを使用し、マスク1とウエハ2
を位置ずれ検出方向に相対的に移動させて、両スポット
の間隔D を計測したところ相対位置ずれに対し、間隔D
は167倍の倍率で変化し直線性も良好であった。した
がって、センサー上のスポット間隔D を計測して、その
距離を167で割ることにより、マスク1とウエハ2の
相対的位置ずれ検出信号とすることができる。
By using the alignment mark composed of the uneven and uneven zone plates, the mask 1 and the wafer 2 are
Was moved relative to the position deviation detection direction and the distance D between both spots was measured.
Was changed at a magnification of 167 times and the linearity was also good. Therefore, by measuring the spot distance D 1 on the sensor and dividing the distance by 167, a relative positional deviation detection signal between the mask 1 and the wafer 2 can be obtained.

【0054】なお、図6に示すように、GAP が30μm
においては110光と011光の位相差は2πrad であ
り、互いの光が強め合う干渉条件になっているため波形
は良好であった。
As shown in FIG. 6, GAP is 30 μm.
In, the phase difference between 110 light and 011 light was 2π rad, and the waveform was good because it was an interference condition that mutually strengthened each other.

【0055】本実施形態ではマスクとウエハのGAPが
変化した時凸凹系による第1光束と凹凸系による第2光
束のセンサー面上での入射位置が同じ感度で変化するよ
うにしている。
In this embodiment, when the GAP of the mask and the wafer are changed, the incident positions on the sensor surface of the first light flux due to the concave-convex system and the second light flux due to the concave-convex system are changed with the same sensitivity.

【0056】図10はマスクとウエハのGAP が変化した
時の位置ずれ検出信号の変動の様子を示している。図の
ようにGAP が1μm変動しても、位置ずれ検出信号の変
動量は0. 01μm(10nm)以下であり、位置ずれ
検出信号は安定している。
FIG. 10 shows how the positional deviation detection signal fluctuates when the GAP of the mask and the wafer change. As shown in the figure, even if the GAP fluctuates by 1 μm, the fluctuation amount of the positional deviation detection signal is 0.01 μm (10 nm) or less, and the positional deviation detection signal is stable.

【0057】また、図11はアライメントマーク(30
a,30b,31a,31b)に対しアライメント光学
ユニットがY方向に移動した時の位置ずれ検出信号の変
化を示したものであり、アライメント光学ユニットが1
0μm変動しても、位置ずれ検出信号の変化は3nmと
少なくアライメント光学ユニットの位置決め設定誤差に
よるアライメント誤差を低減することができた。
FIG. 11 shows an alignment mark (30
a, 30b, 31a, 31b), the alignment optical unit changes when the alignment optical unit moves in the Y direction.
Even if it fluctuates by 0 μm, the change in the positional deviation detection signal is as small as 3 nm, and the alignment error due to the positioning setting error of the alignment optical unit can be reduced.

【0058】なお、アライメント光学ユニットの変動に
より生じるアライメント誤差は、投射ビームがアライメ
ントマークに対し変動する際に、110光と011光の
光量比変化するために生じる分けであるが、この光量比
変化は半導体プロセスによるウエハ側のアライメントマ
ークの膜厚ムラによっても生じる。すなわち本実施形態
を適用すれば半導体プロセスの影響によるアライメント
誤差も低減することができる。
The alignment error caused by the fluctuation of the alignment optical unit is caused by the change of the light quantity ratio of 110 light and 011 light when the projection beam changes with respect to the alignment mark. Is also caused by unevenness of the film thickness of the alignment mark on the wafer side due to the semiconductor process. That is, if this embodiment is applied, the alignment error due to the influence of the semiconductor process can be reduced.

【0059】図12は本発明の実施形態3の要部概略図
である。
FIG. 12 is a schematic view of the essential portions of Embodiment 3 of the present invention.

【0060】本実施形態では実施形態1のように投光角
と受光角を同じにし、更に実施形態2のように間隔変動
によるセンサー面上でのスポット変異量が等しい凸凹系
と凹凸系のペアのアライメントマークを用いている。
In this embodiment, as in the first embodiment, the projection angle and the light reception angle are the same, and as in the second embodiment, a pair of a concave-convex system and a concave-convex system in which the spot variation amount on the sensor surface due to the interval variation is equal. The alignment mark of is used.

【0061】先の実施形態1ではマスク1からウエハ2
に垂直に回折させていた光を用いていたのに対し、本実
施形態ではY方向に若干角度を持たせている。このよう
に構成することによってマスク1上のアライメントマー
ク3からダイレクトに反射回折される2次の回折光(図
中点線の矢印)が、センサー面上あるいは、光源に入り
にくくなるようにしている。したがって、信号光である
マスク上のアライメントマーク3の透過1次回折光に比
べ反射2次の回折光の回折効率が相対的に高くなる場合
においても位置ずれ検出精度を高精度に維持している。
In the first embodiment, the mask 1 to the wafer 2 are used.
While the light diffracted perpendicularly to is used, in the present embodiment, the Y direction is slightly angled. With this configuration, the second-order diffracted light (dotted arrow in the figure) directly reflected and diffracted from the alignment mark 3 on the mask 1 is less likely to enter the sensor surface or the light source. Therefore, even when the diffraction efficiency of the reflected second-order diffracted light is relatively higher than the transmitted first-order diffracted light of the alignment mark 3 on the mask, which is the signal light, the positional deviation detection accuracy is maintained with high accuracy.

【0062】本実施形態では、マスク1上のアライメン
トマーク3に入射角θin17. 5度で入射させ、マスク
のアライメントマーク3で4.5度Y方向に回折させ、
ウエハ2のアライメントマーク4で17. 5度に回折さ
せているが、この場合のY方向(位置ずれ検出方向と直
交方向)の格子エレメントの配列ピッチは、マスク1上
のアライメントマーク3の配列ピッチPmとウエハ2上
のアライメントマーク4の配列ピッチPwで異なり、λ
を波長(785nmを使用)として、マスク側のアライメ
ントメントマーク3のピッチPmは、Pm=λ/((s
in(17. 5度)+sin(4. 5度))より Pm=2. 07μm になる。
In the present embodiment, the light is incident on the alignment mark 3 on the mask 1 at an incident angle θin of 17.5 degrees, and is diffracted by the alignment mark 3 on the mask in the Y direction by 4.5 degrees.
The alignment marks 4 on the wafer 2 are diffracted at 17.5 degrees. In this case, the arrangement pitch of the lattice elements in the Y direction (the direction orthogonal to the position shift detection direction) is the arrangement pitch of the alignment marks 3 on the mask 1. Pm is different from the alignment pitch Pw of the alignment marks 4 on the wafer 2,
Is used as the wavelength (using 785 nm), the pitch Pm of the alignment mark 3 on the mask side is Pm = λ / ((s
From in (17.5 degrees) + sin (4.5 degrees)), Pm = 2.07 μm.

【0063】一方、ウエハ側のアライメントマーク4の
ピッチPwはPw=λ/((sin(17. 5度)−s
in(4. 5度))より Pw=3. 53μm になる。
On the other hand, the pitch Pw of the alignment mark 4 on the wafer side is Pw = λ / ((sin (17.5 degrees) -s
in (4.5 degrees), Pw = 3.53 μm.

【0064】図13は実施形態3による装置でマスク1
とウエハ2のGAP が20μm になる時に最適になるよう
に設計したアライメントマークを計測した時の凸凹系の
信号波形を示している。図13のように設計GAP から数
μmないし10μm異なるGAP で使用しても、アライメ
ント信号用の波形は悪化せず、良好なアライメント信号
を得ることができた。また、実施形態2で示した特性と
同じように、各GAP においてGAP 変動によるアライメン
ト誤差、及びアライメント光学ユニットの変動によるア
ライメント誤差を低減させる効果がある。
FIG. 13 shows the mask 1 in the apparatus according to the third embodiment.
And the signal waveform of the unevenness system when the alignment mark designed to be optimum when the GAP of the wafer 2 becomes 20 μm is measured. Even when a GAP different from the designed GAP by several μm to 10 μm as shown in FIG. 13 is used, the waveform for the alignment signal is not deteriorated and a good alignment signal can be obtained. Further, similar to the characteristics shown in the second embodiment, there is an effect of reducing the alignment error due to the GAP variation and the alignment error due to the variation of the alignment optical unit in each GAP.

【0065】さらに本実施形態の場合、回折されてきた
信号光がハーフミラー13L(13R)で反射されて光
源にもどることによって、光源の安定性を悪化させない
ように、アライメントマーク4L,4Rをマーク3L,
3Rに対してX方向に偏心させた位置に配置してあり、
位置ずれを検出する範囲においては、光源の出射部と回
折光はX方向に離れており戻り光は影響しないようにし
ている。
Further, in this embodiment, the alignment marks 4L and 4R are marked so that the diffracted signal light is reflected by the half mirror 13L (13R) and returns to the light source, so that the stability of the light source is not deteriorated. 3L,
It is placed at a position eccentric to the 3R in the X direction,
In the range where the positional deviation is detected, the emission part of the light source and the diffracted light are separated from each other in the X direction, and the return light is not affected.

【0066】図14は本発明の実施形態4の要部概略図
である。先の実施形態1,2ではアライメント光学ユニ
ット19内で、投光と受光の分離をハーフミラー13
L,13Rで行ったのに対し、本実施形態ではセンサー
12の中央部分に穴を開けて、そこに光源10からの光
を通している点が異なっており、その他の構成は同じで
ある。
FIG. 14 is a schematic view of the essential portions of Embodiment 4 of the present invention. In the first and second embodiments described above, in the alignment optical unit 19, the separation of light projection and light reception is performed by the half mirror
In contrast to the case of L and 13R, the present embodiment is different in that a hole is made in the central portion of the sensor 12 and the light from the light source 10 passes therethrough, and the other configurations are the same.

【0067】アライメントマーク31a,31b,30
a,30bからの回折光は、センサー12に図のように
集光する。この両方のスポットの間隔をもとにマスクと
ウエハの位置ずれを検出するようにしている。このよう
にすることにより、ハーフミラーでの光量のロスを防ぐ
ことができ、実施形態2に比べて約4倍の信号光量を得
ている。
Alignment marks 31a, 31b, 30
The diffracted light from a and 30b is condensed on the sensor 12 as shown in the figure. The positional deviation between the mask and the wafer is detected based on the distance between the two spots. By doing so, it is possible to prevent the loss of the light quantity at the half mirror, and obtain the signal light quantity that is about four times that of the second embodiment.

【0068】図15は半導体デバイス(ICやLSI等
の半導体チップ、或は液晶パネルやCCD等)の製造の
フローを示す。
FIG. 15 shows a flow of manufacturing a semiconductor device (semiconductor chip such as IC or LSI, liquid crystal panel, CCD or the like).

【0069】ステップ1(回路設計)では半導体デバイ
スの回路設計を行う。ステップ2(マスク製作)では設
計した回路パターンを形成したマスクを製作する。
In step 1 (circuit design), a semiconductor device circuit is designed. In step 2 (mask manufacturing), a mask having the designed circuit pattern is manufactured.

【0070】一方、ステップ3(ウエハ製造)ではシリ
コン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ4
(ウエハプロセス)は前工程と呼ばれ、上記用意したマ
スクとウエハを用いてリソグラフィ技術によってウエハ
上に実際の回路を形成する。
On the other hand, in step 3 (wafer manufacturing), a wafer is manufactured using a material such as silicon. Step 4
The (wafer process) is called a pre-process, and an actual circuit is formed on the wafer by a lithography technique using the mask and the wafer prepared above.

【0071】次のステップ5(組立)は後工程と呼ば
れ、ステップ4によって作製されたウエハを用いて半導
体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程(ダイシ
ング、ボンディング)、パッケージング工程(チップ封
入)等の工程を含む。
The next step 5 (assembly) is called a post-process, and is a process of forming a semiconductor chip by using the wafer manufactured in step 4, an assembly process (dicing, bonding), a packaging process (chip encapsulation). Etc. are included.

【0072】ステップ6(検査)ではステップ5で作製
された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト
等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイス
が完成し、これが出荷(ステップ7)される。
In step 6 (inspection), the semiconductor device manufactured in step 5 undergoes inspections such as an operation confirmation test and a durability test. Through these steps, the semiconductor device is completed and shipped (step 7).

【0073】図16は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップ11(酸化)ではウエハの表面を酸
化させる。ステップ12(CVD)ではウエハ表面に絶
縁膜を形成する。
FIG. 16 shows a detailed flow of the wafer process. In step 11 (oxidation), the surface of the wafer is oxidized. In step 12 (CVD), an insulating film is formed on the wafer surface.

【0074】ステップ13(電極形成)ではウエハ上に
電極を蒸着によって形成する。ステップ14(イオン打
込み)ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ15
(レジスト処理)ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ16(露光)では上記説明した露光装置によってマ
スクの回路パターンをウエハに焼付露光する。
In step 13 (electrode formation), electrodes are formed on the wafer by vapor deposition. In step 14 (ion implantation), ions are implanted in the wafer. Step 15
In (resist processing), a photosensitive agent is applied to the wafer. In step 16 (exposure), the circuit pattern of the mask is printed and exposed on the wafer by the exposure apparatus described above.

【0075】ステップ17(現像)では露光したウエハ
を現像する。ステップ18(エッチング)では現像した
レジスト像以外の部分を削り取る。ステップ19(レジ
スト剥離)ではエッチングがすんで不要となったレジス
トを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうこと
によってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
In step 17 (development), the exposed wafer is developed. In step 18 (etching), parts other than the developed resist image are removed. In step 19 (resist peeling), the resist that has become unnecessary due to etching is removed. By repeating these steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer.

【0076】本実施例の製造方法を用いれば、従来は製
造が難しかった高集積度の半導体デバイスを製造するこ
とができる。
By using the manufacturing method of this embodiment, it is possible to manufacture a highly integrated semiconductor device which has been difficult to manufacture in the past.

【0077】[0077]

【発明の効果】本発明によれば以上のように、第1物体
(マスク)と第2物体(ウエハ)上に設けるアライメン
トマークの光学的性質を適切に設定すると共に、アライ
メントマークへの光束の照射条件及びアライメントマー
クからの光束を受光するセンサーの受光条件等を適切に
設定することにより第1物体と第2物体との間隔が種々
変化しても、第1物体と第2物体との相対的な位置ずれ
を高精度に検出することができ、高精度なアライメント
を行うことのできる位置ずれ検出方法及びそれを用いた
半導体デバイスの製造方法を達成することができる。
As described above, according to the present invention, the optical properties of the alignment marks provided on the first object (mask) and the second object (wafer) are appropriately set, and the light flux to the alignment marks is changed. Even if the distance between the first object and the second object changes variously by appropriately setting the irradiation condition and the light receiving condition of the sensor that receives the light flux from the alignment mark, the relative relationship between the first object and the second object It is possible to achieve a positional deviation detection method that can detect a positional deviation with high accuracy and perform highly accurate alignment, and a semiconductor device manufacturing method using the positional deviation detection method.

【0078】特に本発明によれば、第1物体と第2物体
の相互位置ずれを検出する際、第1物体と第2物体に位
置ずれ検出方向にパワーをもつそれぞれ第1、第2のゾ
ーンプレートを設け、前記ゾーンプレートに投光角θで
光を照射し、第1のゾーンプレートで透過回折し、第2
のゾーンプレートで反射回折し、第1物体を透過した光
(110 光)と、第1物体を透過し、第2のゾーンプレー
トで反射回折し、第1のゾーンプレートで透過回折した
光(011 光)と、の双方を投光角と同じ受光角θでセン
サーで検出し、センサー上のスポットの位置情報をもと
に位置ずれを検出することにより、第1物体と第2物体
の間隔変動による位置ずれ検出誤差を低減し、第1物体
と第2物体の間隔を特定することなく位置ずれを検出す
ることができるという効果がある。
In particular, according to the present invention, when detecting the mutual positional deviation between the first object and the second object, the first and second zones having power in the positional deviation detection direction are respectively applied to the first object and the second object. A plate is provided, the zone plate is irradiated with light at a projection angle θ, and the first zone plate transmits and diffracts the light.
Light that is reflected and diffracted by the first zone plate (110 light), and light that is transmitted by the first object, reflected and diffracted by the second zone plate, and transmitted and diffracted by the first zone plate (011 Both the light) and the light are detected by the sensor at the light receiving angle θ that is the same as the light projecting angle, and the positional deviation is detected based on the position information of the spot on the sensor, thereby changing the interval between the first object and the second object. There is an effect that the positional deviation detection error due to is reduced and the positional deviation can be detected without specifying the interval between the first object and the second object.

【0079】この他本発明によれば、第1物体と第2物
体の相互位置ずれを検出する際、第1物体と第2物体に
位置ずれ検出方向にパワーをもつそれぞれ第1、第2の
ゾーンプレートを設け、更に、第1、第2のゾーンプレ
ートに隣接する場所に位置ずれ検出方向にパワーをもつ
それぞれ第3、第4のゾーンプレートを設け、第1、第
2のゾーンプレートを介した第1の光と、第3、第4の
ゾーンプレートを介した第2の光との所定面における位
置情報をもとに第1物体と第2物体のずれ量を求めるも
のであって、第1物体と第2物体の間隔の変化に対して
第1の光と第2の光が同じ感度で変化するように第1お
よび第3の焦点距離を設定ずることにより、第1物体と
第2物体の間隔変動による位置ずれ検出誤差を低減し、
位置ずれ検出マークであるゾーンプレートと投光ビーム
との相対位置ずれにより生じる位置ずれ検出誤差を低減
でき、さらにゾーンプレートの形状のばらつきにより生
じる位置ずれ検出誤差を低減できると言う効果がある。
In addition, according to the present invention, when the mutual positional deviation between the first object and the second object is detected, the first object and the second object each have power in the positional deviation detection direction. A zone plate is provided, and further, third and fourth zone plates having power in the displacement detection direction are provided adjacent to the first and second zone plates, respectively, and the first and second zone plates are interposed. The amount of deviation between the first object and the second object is obtained based on position information of the first light and the second light that has passed through the third and fourth zone plates on a predetermined surface, By setting the first and third focal lengths so that the first light and the second light change with the same sensitivity with respect to the change in the distance between the first object and the second object, It reduces the error of position shift detection due to the variation of the distance between two objects,
It is possible to reduce the positional deviation detection error caused by the relative positional deviation between the zone plate, which is the positional deviation detection mark, and the projection beam, and further it is possible to reduce the positional deviation detection error caused by the variation in the shape of the zone plate.

【0080】さらにこれらの各発明を組み合わせること
により更にいっそう高精度に位置ずれ検出できるという
効果がある。
Further, by combining these inventions, there is an effect that the positional deviation can be detected with higher accuracy.

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

【図1】本発明を半導体露光装置のアライメント系に適
用したときの実施形態1の説明図
FIG. 1 is an explanatory diagram of a first embodiment when the present invention is applied to an alignment system of a semiconductor exposure apparatus.

【図2】図1でアライメントマークでの回折の様子の説
明図
FIG. 2 is an explanatory view of a state of diffraction at an alignment mark in FIG.

【図3】図1でアライメント光学ユニットの投光レン
ズ,受光レンズの説明図
FIG. 3 is an explanatory view of a light projecting lens and a light receiving lens of the alignment optical unit in FIG.

【図4】本発明の実施形態1で得られる信号波形の説明
FIG. 4 is an explanatory diagram of signal waveforms obtained in the first embodiment of the present invention.

【図5】従来例のアライメントマークからの回折光の進
路を示す説明図
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a path of diffracted light from an alignment mark of a conventional example.

【図6】図5の従来例において回折光の位相差を示す説
明図
6 is an explanatory diagram showing a phase difference of diffracted light in the conventional example of FIG.

【図7】本発明の実施形態2におけるアライメントマー
クでの回折の様子の説明図
FIG. 7 is an explanatory diagram showing how the alignment mark diffracts in the second embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施形態2を表わすアライメントマー
クの配置と回折光の光路を示す説明図
FIG. 8 is an explanatory view showing an arrangement of alignment marks and an optical path of diffracted light that represents Embodiment 2 of the present invention.

【図9】本発明の実施形態2を表わすゾーンプレートの
倍率と位置ずれ検出信号の変化量の関係を示す説明図
FIG. 9 is an explanatory diagram showing the relationship between the magnification of the zone plate and the amount of change in the misregistration detection signal, which represents the second embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施形態2でマスクとウエハのGAP
変動による位置ずれ検出信号の変化の様子を示す説明図
FIG. 10 is a GAP of a mask and a wafer according to the second embodiment of the present invention.
Explanatory diagram showing how the position shift detection signal changes due to fluctuations

【図11】本発明の実施形態2でアライメント光学ユニ
ットの変動による位置ずれ検出信号の変化の様子を示す
説明図
FIG. 11 is an explanatory diagram showing how the misregistration detection signal changes due to a change in the alignment optical unit according to the second embodiment of the present invention.

【図12】本発明の実施形態3を表わすアライメントマ
ークでの回折の様子の説明図
FIG. 12 is an explanatory diagram of a state of diffraction at an alignment mark that represents Embodiment 3 of the present invention.

【図13】本発明の実施形態3での信号波形の説明図FIG. 13 is an explanatory diagram of signal waveforms according to the third embodiment of the present invention.

【図14】本発明の実施形態4でのアライメント光学ユ
ニットを示す説明図
FIG. 14 is an explanatory diagram showing an alignment optical unit according to a fourth embodiment of the present invention.

【図15】本発明の半導体デバイスの製造方法のフロー
チャート
FIG. 15 is a flowchart of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図16】本発明の半導体デバイスの製造方法のフロー
チャート
FIG. 16 is a flowchart of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 マスク 2 ウエハ 3(3L,3R) アライメントマーク 4(4L,4R) アライメントマーク 5 ウエハチャック 6 ウエハステージ 7(7L,7R) XYステージ 10(10L,10R) 光源 11(11L,11R) 投光レンズ 12(12L,12R) 75 センサー 13(13L,13R) ハーフミラー 14(14L,14R) 受光レンズ 15(15L,15R) ミラー 16 CPU 17 ステージ駆動ドライバ 19(19L,19R) アライメント光学ユニット 30a 透過型ゾーンプレート(凸レンズ作用) 31a 透過型ゾーンプレート(凹レンズ作用) 30b 反射型ゾーンプレート(凹レンズ作用) 31b 反射型ゾーンプレート(凸レンズ作用) 30s 凸凹系ビームスポット 31s 凹凸系ビームスポット 1 mask 2 wafers 3 (3L, 3R) alignment mark 4 (4L, 4R) alignment mark 5 Wafer chuck 6 Wafer stage 7 (7L, 7R) XY stage 10 (10L, 10R) light source 11 (11L, 11R) Projection lens 12 (12L, 12R) 75 sensor 13 (13L, 13R) Half mirror 14 (14L, 14R) light receiving lens 15 (15L, 15R) mirror 16 CPU 17 Stage drive driver 19 (19L, 19R) Alignment optical unit 30a Transmission type zone plate (convex lens function) 31a Transmission type zone plate (concave lens function) 30b Reflective zone plate (concave lens function) 31b Reflective zone plate (convex lens action) 30s uneven beam spot 31s uneven beam spot

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−211629(JP,A) 特開 平7−130636(JP,A) 特開 平7−86122(JP,A) 特開 平7−86121(JP,A) 特開 平5−243118(JP,A) 特開 平5−234852(JP,A) 特開 平5−217849(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03F 1/08 G03F 7/20 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-7-211629 (JP, A) JP-A-7-130636 (JP, A) JP-A-7-86122 (JP, A) JP-A-7- 86121 (JP, A) JP-A-5-243118 (JP, A) JP-A-5-234852 (JP, A) JP-A-5-217849 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/027 G03F 1/08 G03F 7/20

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 第1物体と第2物体とを対向させて、双
方の所定方向の相対的な位置ずれを検出する際、位置ず
れ検出方向にパワーを持つ第1のゾーンプレートを該第
1物体面上に、第2のゾーンプレートを第2物体に各々
設け、投光手段より光束を該第1物体面に投光角θで照
射したとき、該第1のゾーンプレートで透過回折し、該
第2のゾーンプレートで反射回折し、第1物体を透過し
た110光と該第1物体を透過し、該第2のゾーンプレ
ートで反射回折し、該第1のゾーンプレートで透過回折
した011光の双方を投光角θと同じ角度の受光角θで
センサーで検出し、該センサー上のスポットの位置情報
を利用して、双方の相対的な位置ずれを検出しているこ
とを特徴とする位置ずれ検出方法。
1. When a first object and a second object are opposed to each other to detect a relative positional deviation between the first object and the second object, a first zone plate having power in the positional deviation detection direction is used as the first object. A second zone plate is provided on each of the second objects on the object plane, and when a light beam is emitted from the light projecting means onto the first object plane at a projection angle θ, the light is transmitted and diffracted by the first zone plate, 011 light reflected and diffracted by the second zone plate, transmitted by the first object and transmitted by the first object, reflected and diffracted by the second zone plate, and transmitted and diffracted by the first zone plate 011 Both of the lights are detected by a sensor at a light receiving angle θ that is the same as the projection angle θ, and relative positional deviation between the two is detected by using position information of the spot on the sensor. Position shift detection method.
【請求項2】 前記投光角θが5度から85度の範囲内
であるように各要素を設定したことを特徴とする請求項
1の位置ずれ検出方法。
2. The positional deviation detecting method according to claim 1, wherein each element is set such that the projection angle θ is within a range of 5 degrees to 85 degrees.
【請求項3】 前記110光の前記第2のゾーンプレー
トへの入射角が0度±20度となるように各要素を設定
したことを特徴とする請求項1又は2の位置ずれ検出方
法。
3. The misalignment detection method according to claim 1, wherein each element is set so that an incident angle of the 110 light on the second zone plate is 0 ° ± 20 °.
【請求項4】 第1物体と第2物体とを対向配置させ
て、第1,第3のゾーンプレートを第1物体面上に、第
2,第4のゾーンプレートを第2物体面上に各々設け、
投光手段より光束のうち該第1,第2のゾーンプレート
を介した後に所定面に入射する第1光束の位置情報と該
第3,第4のゾーンプレートを介した後に所定面に入射
する第2光束の位置情報とを用いて前記第1物体と前記
第2物体の相対的な位置ずれを検出する際、第1物体
と第2物体との間隔変化に対して該第1光束と第2光束
の所定面上における入射位置が同じ感度で変化するよう
に前記第1、第4のゾーンプレートには正、第2、第3
のゾーンプレートには負の屈折力を設定していることを
特徴とする位置ずれ検出方法。
4. A first object and a second object are arranged to face each other.
Then, the first and third zone plates are provided on the first object plane, and the second and fourth zone plates are provided on the second object plane, respectively.
The position information of the first light flux of the light flux from the light projecting device that passes through the first and second zone plates and then enters the predetermined surface, and the light flux that enters the predetermined surface after passing through the third and fourth zone plates. Using the position information of the second light flux, the first object and the
When detecting relative positional deviation of the second object, said first object
The first light flux and the second light flux with respect to the change in the distance between the second light flux and the second light flux.
So that the incident position on the given surface of the changes with the same sensitivity
In addition, the first, fourth zone plate has positive, second, third
The positional deviation detection method is characterized in that the zone plate has a negative refractive power .
【請求項5】 前記第1,第4のゾーンプレートは正の
パワーを有し、前記第2,第3のゾーンプレートは負の
屈折力を有していることを特徴とする請求項4の位置ず
れ検出方法。
5. The first and fourth zone plates have a positive power, and the second and third zone plates have a negative refracting power. Displacement detection method.
【請求項6】 前記第1光束と第2光束の前記所定面上
での入射位置の間隔を用いて、双方の相対的な位置ずれ
を検出していることを特徴とする請求項4又は5の位置
ずれ検出方法。
6. The relative positional deviation between the first light flux and the second light flux is detected using the distance between the incident positions of the first light flux and the second light flux on the predetermined surface. Displacement detection method.
【請求項7】 第1物体と第2物体とを対向配置させ
て、第1,第3のゾーンプレートを第1物体面上に、第
2,第4のゾーンプレートを第2物体面上に各々設け、
投光手段より光束を該第1物体面に投光角θで照射した
とき、該第1,第2のゾーンプレートを介した後に所定
面上に入射する第1光束の位置情報と該第3,第4のゾ
ーンプレートを介した後に所定面上に入射する第2光束
の位置情報を該投光角θと同じ角度の受光角θでセンサ
ーで検出し、該センサーからの位置情報を用いて前記第
1物体と前記第2物体の相対的な位置ずれを検出する
際、該第1物体と第2物体との間隔変化に対して該第1
光束と第2光束の所定面上における入射位置が同じ感度
で変化するように前記第1、第4のゾーンプレートには
正、第2、第3のゾーンプレートには負の屈折力を設定
していることを特徴とする位置ずれ検出方法。
7. A first object and a second object are arranged to face each other.
Then, the first and third zone plates are provided on the first object plane, and the second and fourth zone plates are provided on the second object plane, respectively.
When the light beam is emitted from the light projecting means to the first object surface at the light projecting angle θ, the positional information of the first light beam which is incident on the predetermined surface after passing through the first and second zone plates and the third light beam. , The position information of the second light flux incident on the predetermined surface after passing through the fourth zone plate is detected by the sensor at the light receiving angle θ which is the same angle as the light projecting angle θ, and the position information from the sensor is used. The above
Detect relative displacement between one object and the second object
At this time, when the distance between the first object and the second object changes, the first object
The first and fourth zone plates are provided so that the incident positions of the light flux and the second light flux on a predetermined surface change with the same sensitivity.
A positional deviation detecting method characterized in that negative refractive powers are set in the positive, second and third zone plates .
【請求項8】 第1物体と第2物体とを対向配置させ
て、第1,第3のゾーンプレートを第1物体面上に、第
2,第4のゾーンプレートを第2物体面上に各々設け、
投光手段からの光束のうち該第1物体と第2物体とが所
定間隔のときに該第1のゾーンプレートで透過回折し、
該第2のゾーンプレートで反射回折し、該第1物体を透
過した110光が所定面上に集光し、該第1物体と第2
物体とが該所定間隔と異なる間隔にしたときに、該第3
のゾーンプレートで透過回折し、該第4のゾーンプレー
トで反射回折し、該第1物体を透過した110光が所定
面上に集光するように各要素を設定し、該第1光束と第
2光束の所定面上に入射する位置情報を用いて前記第1
物体と前記第2物体の相対的な位置ずれを検出する際、
該第1物体と第2物体との間隔変化に対して該第1光束
と第2光束の所定面上における入射位置が同じ感度で変
化するように前記第1、第4のゾーンプレートには正、
第2、第3のゾーンプレートには負の屈折力を設定して
いることを特徴とする位置ずれ検出方法。
8. A first object and a second object are arranged to face each other.
Then, the first and third zone plates are provided on the first object plane, and the second and fourth zone plates are provided on the second object plane, respectively.
Of the light flux from the light projecting means, when the first object and the second object have a predetermined distance, they are transmitted and diffracted by the first zone plate,
The 110 rays that have been reflected and diffracted by the second zone plate and transmitted through the first object are condensed on a predetermined surface, and the first object and the second object
When the distance from the object is different from the predetermined distance, the third
The respective elements are set so that the 110 rays that are diffracted by the zone plate of No. 1 and that are reflected and diffracted by the fourth zone plate and that are transmitted through the first object are condensed on a predetermined surface, Using the position information of the two light beams incident on the predetermined surface, the first
When detecting the relative displacement between the object and the second object,
The first and fourth zone plates are positive so that the incident positions on the predetermined surface of the first light flux and the second light flux change with the same sensitivity with respect to changes in the distance between the first object and the second object. ,
A positional deviation detecting method characterized in that negative refracting power is set in the second and third zone plates .
【請求項9】 請求項1〜8の何れか1項記載の位置ず
れ検出方法を用いて第1物体と第2物体との相対的な位
置ずれを求める工程を介してマスクとウエハとの相対的
な位置検出を行なった後、該マスク面上のパターンをウ
エハ面上に転写し、次いで現像処理工程を介して半導体
デバイスを製造したことを特徴とする半導体デバイスの
製造方法。
9. A mask and wafer relative to each other through a step of obtaining a relative positional deviation between a first object and a second object by using the positional deviation detecting method according to claim 1. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the pattern on the mask surface is transferred onto the wafer surface after performing a specific position detection, and then the semiconductor device is manufactured through a developing process.
【請求項10】 請求項1〜8の何れか1項記載の位置
ずれ検出方法を用いて第1物体と第2物体との相対的な
位置ずれを求めていることを特徴とする位置検出装置。
10. A position detecting device, characterized in that a relative position deviation between a first object and a second object is obtained by using the position deviation detecting method according to any one of claims 1 to 8. .
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