JPH021508A - Position detecting device - Google Patents

Position detecting device

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JPH021508A
JPH021508A JP1036741A JP3674189A JPH021508A JP H021508 A JPH021508 A JP H021508A JP 1036741 A JP1036741 A JP 1036741A JP 3674189 A JP3674189 A JP 3674189A JP H021508 A JPH021508 A JP H021508A
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謙治 斉藤
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優和 真継
Shigeyuki Suda
須田 繁幸
Yukichi Niwa
丹羽 雄吉
Akira Kuroda
亮 黒田
Tetsushi Nose
哲志 野瀬
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Abstract

PURPOSE:To exactly detect the misalignment between two objects by forming two alignment marks on two objects and detecting the misalignment between deflection luminous fluxes of an alignment light beam and a reference light beam which have passed through these marks. CONSTITUTION:A first alignment mark 5 is formed on a mask 1, and a second alignment mark 3 is formed on a wafer 2, respectively. In this state, an incident light 6 is made incident on the alignment mark 5, an alignment luminous flux 7 which have been deflected by both the alignment mark 5 and the alignment mark 3 is detected by a first detector 11, and also, a position of a reference light 8 which has been deflected by each alignment mark 5, 3 is detected by a second detector 12. Subsequently, based on both signals which have been obtained by the detectors 11, 12, a misalignment between the mask 1 and the wafer 2 is detected. In such a way, the misalignment can be detected exactly without being influenced by an inclination of the surface of the wafer.

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
の露光装置において、マスクやレチクル(以下「マスク
」と総称する。)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ェハ等の第2物体面上に露光
転写する際にマスクとウェハとの水平方向や垂直方向の
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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to a position detection device, and for example, in an exposure device for manufacturing semiconductor elements, a first object such as a mask or a reticle (hereinafter collectively referred to as "mask"), etc. Suitable for relative positioning (alignment) of the mask and wafer in the horizontal and vertical directions when exposing and transferring a fine electronic circuit pattern formed on a surface onto a second object surface such as a wafer. The present invention relates to a position detection device.

(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
ウェ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。
(Prior Art) Conventionally, in exposure apparatuses for semiconductor manufacturing, relative alignment between a mask and a wafer has been an important element for improving performance. Particularly in alignment in recent exposure apparatuses, alignment accuracy of, for example, submicron or less is required due to the high integration of semiconductor devices.

多くの位置合わせ装置においては、マスク及びウェハ面
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4
037969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。
In many alignment devices, a so-called alignment pattern for alignment is provided on the mask and wafer surface.
Alignment of both is performed using the position information obtained from them. As an alignment method at this time, for example, the amount of deviation between both alignment patterns may be detected by performing image processing, or U.S. Pat.
As proposed in No. 037969 and JP-A-56-157033, a zone plate is used as an alignment pattern and a light beam is irradiated onto the zone plate, and at this time, the light beam emitted from the zone plate is focused at a focal point on a predetermined surface. This is done by detecting the position.

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121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。
In general, alignment methods using zone plates are
Compared to a method using a simple alignment pattern, this method has the advantage of being able to perform alignment with relatively high precision without being affected by defects in the alignment pattern.

第11図はゾーンプレートを利用した従来の位置合わせ
装置の概略図である。
FIG. 11 is a schematic diagram of a conventional alignment device using a zone plate.

同図において光源72から射出した平行光束はハーフミ
ラ−74を通過後、集光レンズ76で集光点78に集光
された後、マスク68面上のマスクアライメントパター
ン68a及び支持台62に載置したウェハ60面上のウ
ェハアライメントパターン60aを照射する。これらの
アライメントパターン68a、60aは反射型のゾーン
プレートより構成され、各々集光点78を含む光軸と直
交する平面上に集光点を形成する。このときの平面上の
集光点位置のずれ量を集光レンズ76とレンズ80によ
り検出面82上に導光して検出している。そして検出器
82からの出力信号に基づいて制御回路84により駆動
回路64を駆動させてマスク68をウェハ60の相対的
な位置決めを行っている。
In the same figure, a parallel light beam emitted from a light source 72 passes through a half mirror 74 and is condensed at a condensing point 78 by a condensing lens 76, after which it is placed on a mask alignment pattern 68a on the surface of a mask 68 and a support base 62. The wafer alignment pattern 60a on the surface of the wafer 60 is irradiated. These alignment patterns 68a and 60a are composed of reflective zone plates, and each form a focal point on a plane perpendicular to the optical axis including the focal point 78. At this time, the amount of deviation of the focal point position on the plane is detected by guiding the light onto the detection surface 82 using the condensing lens 76 and the lens 80. Based on the output signal from the detector 82, the control circuit 84 drives the drive circuit 64 to position the mask 68 relative to the wafer 60.

第12図は第11図に示したマスクアライメントパター
ン68aとウェハアライメントパターン60aからの光
束の結像関係を示した説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing the imaging relationship between the light beams from the mask alignment pattern 68a and the wafer alignment pattern 60a shown in FIG. 11.

同図において集光点78から発散した光束はマスクアラ
イメントパターン68aよりその一部の光束が回折し、
信号光束として集光点78近傍にマスク位置を示す集光
点78aを形成する。又、その他の一部の光束はマスク
68を0次透過光とTノで透過し、波面を変えずにウェ
ハ60面上のウェハアライメントパターン60aに入射
する。このとき光束はウェハアライメントパターン60
aにより回折された後、信号光束として再びマスク68
を0次透過光として透過し、集光点78近傍に集光しウ
ェハ位置をあられす集光点78bを形成する。同図にお
いてはウェハ60により回折された光束が集光点を形成
する際には、マスク68は単なる素通し状態としての作
用をする。
In the figure, a part of the light beam diverging from the condensing point 78 is diffracted by the mask alignment pattern 68a,
A focal point 78a indicating the mask position is formed near the focal point 78 as a signal light beam. In addition, the other part of the light flux passes through the mask 68 as zero-order transmitted light and T, and enters the wafer alignment pattern 60a on the surface of the wafer 60 without changing its wavefront. At this time, the light beam is aligned with the wafer alignment pattern 60.
After being diffracted by a, the mask 68 returns as a signal beam.
The light is transmitted as zero-order transmitted light and condensed near the condensing point 78 to form a condensing point 78b that focuses on the wafer position. In the figure, when the light beam diffracted by the wafer 60 forms a condensing point, the mask 68 simply acts as a transparent state.

このようにして形成されたウェハアライメントパターン
60aによる集光点78bの位置は、ウェハ60のマス
ク68に対するずれ↑■Δσに応じて集光点78を含む
光軸と直交する下面に沿って該ずれ量Δ0に対応した量
のずれ量Δ0′として形成される。
The position of the focal point 78b due to the wafer alignment pattern 60a formed in this way is determined by the shift of the wafer 60 with respect to the mask 68 along the lower surface perpendicular to the optical axis including the focal point 78 according to the deviation ↑■Δσ. It is formed as a deviation amount Δ0' corresponding to the amount Δ0.

このような方法においては、マスク面や半導体露光装置
内のマスクホルダー面等の基準面、そして露光装置の接
地面等に対してウェハ面か傾斜しているとセンサ上に入
射する光束の重心位置が変化し、アライメント誤差とな
ってくる。
In this method, if the wafer surface is tilted with respect to a reference plane such as a mask surface, a mask holder surface in a semiconductor exposure device, or a ground plane of an exposure device, the center of gravity of the light beam incident on the sensor is changes, resulting in an alignment error.

般にセンサ上に絶対座標系を設け、その基準原点を設定
し、これを基に評価することは他のアライメント誤差要
因、例えばウェハ面のそりやたわみ等を有する傾斜、レ
ジストの塗布ムラによる光束の重心位置の変動、アライ
メント光源の発振波長、発振出力、光束出射角の変動、
センサ特性の変動、そしてアライメントヘット位置の繰
り返しによる変動等により、その原点の設定を高精度に
行うのが大変難しくなるという問題点があった。この問
題点を解決する為にマスクとウェハ間の間隔やウェハの
傾き等を別途計測する必要かあった。
In general, an absolute coordinate system is provided on the sensor, a reference origin is set, and evaluation is performed based on this because of other alignment error factors, such as tilting of the wafer surface due to warping or deflection, and luminous flux due to uneven resist coating. fluctuations in the center of gravity, oscillation wavelength of the alignment light source, oscillation output, and luminous flux output angle,
There has been a problem in that it is very difficult to set the origin with high precision due to variations in sensor characteristics and variations due to repeated alignment head positions. In order to solve this problem, it was necessary to separately measure the distance between the mask and the wafer, the inclination of the wafer, etc.

このうち特にアライメントマーク程度の領域の局所的な
基板の傾き変化による影習は重要となっている。これは
ウェハ面上のマークの位置がどこにあるかによって誤差
を発生する原因となっている。これは別途設けた測定系
の評価領域がずれていると、その間の形状変化が測定誤
差の原因となってくる。
Among these, it is particularly important to study the effects caused by local changes in substrate inclination in areas such as alignment marks. This causes errors depending on the position of the mark on the wafer surface. This is because if the evaluation area of a separately provided measurement system is misaligned, changes in shape during that time will cause measurement errors.

第13図は例えばウェハ面上の局所的な傾きによる光束
の重心位置の変化を示す説明図である。
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a change in the center of gravity of a light beam due to, for example, a local inclination on the wafer surface.

同図(A)はウェハ26がθ傾いている場合の検出面2
7面上の光束の重心位置の変動を示し、同図(B)はウ
ェハ26が場所によって異った傾きのある断面状態を示
している。
The same figure (A) shows the detection surface 2 when the wafer 26 is tilted by θ.
This figure shows the variation of the center of gravity position of the light beam on the seven surfaces, and FIG. 3B shows a cross-sectional state in which the wafer 26 has a different inclination depending on the location.

今、同図(A)のようにマスクを通過したアライメント
光束がウェハ26に入射するとする。
Now, assume that the alignment light beam that has passed through the mask is incident on the wafer 26 as shown in FIG. 2A.

このとき、ウェハのアライメントマーク26′のある場
所では角度θだけ平均的に面が傾いているとすれば、検
出面27上での光量重心位置はPθとなり、傾きがなか
った場合の集光点P。より、Δδθだけ移動したことに
なる。これを式で表わせば Δδθ=bw−Lan2θ Δ とすれば Δδθ= 18.7X 10+3x 2  X 10−
’= 3.74μmとなる。
At this time, if the surface of the wafer is tilted by an angle θ on average at the location where the alignment mark 26' is located, the center of gravity of the light amount on the detection surface 27 is Pθ, which is the focal point when there is no tilt. P. Therefore, it has moved by Δδθ. Expressing this in the form of Δδθ=bw-Lan2θ Δ, then Δδθ= 18.7X 10+3x 2 X 10-
' = 3.74 μm.

即ち、3.74μmの位置ずれ誤差となり、マスクとウ
ェハをこれ以上の精度で位置合わせをすることが出来な
くなる。
That is, the positional deviation error is 3.74 μm, and it becomes impossible to align the mask and wafer with higher precision.

(発明が解決しようとする問題点) 本発明はマスク等の第1物体に対するウェハ等の第2物
体の水平方向や垂直方向の位置検出を行う際の局所的な
基板の影晋を受けずに高精度な位置検出を可能とした位
置検出装置の提供を特徴とする 特に本発明ではマスク、又はウェハ面上に設けるアライ
メントマークとしての物理光学素子(クレーティング等
、光の波動としての特徴を利用した波面変換素子)を同
一領域内に複数個重複して設け、該領域から射出される
複数の光束を利用し高粒度な位置検出を可能とした位置
検出装置の提供を目的とする。
(Problems to be Solved by the Invention) The present invention is capable of detecting the horizontal or vertical position of a second object such as a wafer with respect to a first object such as a mask without being affected by local substrate effects. In particular, the present invention is characterized by providing a position detection device that enables highly accurate position detection.In particular, the present invention utilizes physical optical elements (such as crating) that utilize the characteristics of light waves as alignment marks provided on a mask or wafer surface. The object of the present invention is to provide a position detection device that enables high-granularity position detection by providing a plurality of overlapping wavefront conversion elements in the same area and utilizing a plurality of light beams emitted from the area.

この他本発明ではマスク又はウェハに設けたアライメン
トマークから射出される複数の光束のうちの1つをマス
クとウェハの横ずれ信号を有するアライメント光束とし
、他の1つをマスクとウェハの横ずれには影晋されない
基準光束として利用し、このとき基準光束(参照光束)
のウニへ面の傾斜に対するセンサ上での重心移動の作用
がアライメント光束(信号光束)と全く等しくなるよう
にし、又、アライメントヘッドの位置の変動に対しても
基準光束がアライメント光束と全く等しい重心移動の作
用を受けるように設定し、これにより基準光束とアライ
メント光束のセンサ上での相対的な位置の変動が原理的
にマスクとウェハとの位置ずれのみに依存するようにし
、高精度な位置合わせを可能とした位置検出装置の提供
を目的としている。
In addition, in the present invention, one of the plurality of light beams emitted from the alignment mark provided on the mask or wafer is an alignment light beam having a lateral deviation signal between the mask and the wafer, and the other one is used as an alignment light beam having a lateral deviation signal between the mask and the wafer. It is used as a reference light flux that is not affected, and at this time, the reference light flux
The effect of the movement of the center of gravity on the sensor with respect to the inclination of the surface is made to be exactly equal to the alignment light flux (signal light flux), and the reference light flux is made to be exactly the same as the alignment light flux even when the position of the alignment head is changed. This allows the variation in the relative positions of the reference light beam and alignment light beam on the sensor to depend only on the misalignment between the mask and the wafer, allowing for highly accurate positioning. The purpose is to provide a position detection device that allows alignment.

(問題点を解決するための手段) 本発明は位置検出を行う2つの物体面上に各々光を偏向
させる各々異った光学的性質を有する複数のマーク(例
えば物理光学素子や光を反射偏向させる反射面等)を同
一の領域内に重複に形成し、この1つの領域に形成した
マークを介した光束より2種類以上の位置検出に関する
信号を得、これより2つの物体の横ずれ方向である水平
方向や間隔方向である垂直方向の位置検出を行っている
ことを特徴としている。
(Means for Solving the Problems) The present invention provides a plurality of marks (for example, a physical optical element or a reflective deflection device that deflects light on two object surfaces for position detection, each having different optical properties). Reflective surfaces, etc.) are formed overlappingly in the same area, and two or more types of position detection signals are obtained from the light flux passing through the mark formed in this one area, and from this, it is possible to detect the direction of lateral displacement of the two objects. It is characterized by performing position detection in the horizontal direction and the vertical direction, which is the interval direction.

具体的には第1物体面上に第1アライメントマークを形
成し、第2物体面上に第2アライメントマークを形成し
、該第1アライメントマークと該第2アライメントマー
クの双方で偏向された第1光束の位置を第1検出手段で
検出し、得られる第1信号と、該第1アライメントマー
クと第2アライメントマークで偏向される該第1光束と
は異なった第2光束の光束位置を第2検出手段で検出し
、得られる第2信号の双方の信号を利用して、該第1物
体に対する第2物体の位置検出を行う際、該第1アライ
メントマーク又は/及び第2アライメントマークを光学
的性質を異にする少なくとも2つのマークを同一領域内
に重複して形成して構成したことを特徴としている。
Specifically, a first alignment mark is formed on a first object plane, a second alignment mark is formed on a second object plane, and the second alignment mark is deflected by both the first alignment mark and the second alignment mark. The position of one light beam is detected by a first detection means, and the obtained first signal and the light beam position of a second light beam that is different from the first light beam and is deflected by the first alignment mark and the second alignment mark are detected. When detecting the position of the second object with respect to the first object by using both of the second signals detected by the second detection means, the first alignment mark and/or the second alignment mark are optically detected. It is characterized in that at least two marks with different physical properties are formed overlappingly in the same area.

(実施例) 第1図は本発明の第1実施例の第1物体と第2物体の横
ずれである水平方向(X方向又はY方向)の位置合わせ
をアライメント光束の他に参照光束を用いて行う場合の
要部概略図である。
(Example) Figure 1 shows how to align the horizontal direction (X direction or Y direction), which is the lateral shift between the first object and the second object, in the first embodiment of the present invention using a reference beam in addition to the alignment beam. FIG.

図中、1は第1物体で、例えばマスクである。In the figure, 1 is a first object, for example a mask.

2は第2物体で、例えばマスク1と位置合わせされるウ
ェハである。5,3は各々第1.第2アライメントマー
クであり、各々マスク1面上とウェハ2面上に設けられ
ている。第1.第2アライメントマーク5.3は後述す
るように光学的性質の異なる少なくとも2つのマークを
同一領域内に重複して形成して構成されている。このと
きのマークは例えば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っている。そして第1゜第2アラ
イメントマーク5.3はマスク1面上とウェハ2面上の
スクライブライン9.10上に設けられている。6は入
射光、7は信号光としてのアライメント光束、8は参照
光束であり、光束6は不図示のアライメントヘット内の
光源から出射し、所定のビーム径にコリメートされてい
る。
2 is a second object, for example a wafer to be aligned with the mask 1; 5 and 3 are respectively the 1st. These are second alignment marks, and are provided on the first surface of the mask and the second surface of the wafer, respectively. 1st. The second alignment mark 5.3 is configured by forming at least two marks having different optical properties overlappingly in the same area, as will be described later. The mark at this time is made of a grating lens such as a Fresnel zone plate, for example. The first and second alignment marks 5.3 are provided on the scribe line 9.10 on the first surface of the mask and the second surface of the wafer. 6 is an incident light, 7 is an alignment light beam as a signal light, and 8 is a reference light beam. The light beam 6 is emitted from a light source in an alignment head (not shown) and is collimated to a predetermined beam diameter.

本実施例において、光源の種類としては半導体レーザー
、H、−N eレーザー、A、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ある。11.12は各々
第1検出手段と第2検出手段としてのセンサ(受光器)
であり、アライメント光束7と参照光束8を受光する例
えば1次元CCD等より成っている。
In this embodiment, the types of light sources include semiconductor lasers, H, -Ne lasers, A, lasers, and other light sources that emit coherent light beams, and light sources that emit non-coherent light beams, such as light emitting diodes. 11 and 12 are sensors (light receivers) as the first detection means and the second detection means, respectively.
It is made up of, for example, a one-dimensional CCD, etc., which receives the alignment light beam 7 and the reference light beam 8.

本実施例では入射光6はマスク1面上の第1アライメン
トマーク5に所定の角度で入射した後、複数の偏向され
た光束、即ち複数の回折光が透過回折し、これらの回折
光のうち所定の2つの回折光(同図では主光線のみを示
した為、重なっている。)が更にウェハ2面上の第2ア
ライメントマーク3で偏向され、即ち反射回折し、セン
サ11.12面上に各々入射している。そしてセンサ1
1,12で該センサ面上に入射したアライメント光束7
と参照光束8の重心位置を検出し、該センサ11,12
からの出力信号を利用してマスり1とウェハ2をスクラ
イブライン9,10方向(×方向)について位置合わせ
を行ってしする。
In this embodiment, after the incident light 6 enters the first alignment mark 5 on the mask 1 surface at a predetermined angle, a plurality of deflected light beams, that is, a plurality of diffracted lights are transmitted and diffracted, and among these diffracted lights, Two predetermined diffracted lights (in the figure, only the principal rays are shown, so they overlap) are further deflected by the second alignment mark 3 on the wafer 2 surface, that is, reflected and diffracted, and are reflected and diffracted onto the sensor 11 and 12 surfaces. are incident on each. and sensor 1
The alignment light beam 7 incident on the sensor surface at 1 and 12
and the center of gravity of the reference beam 8, and the sensors 11 and 12
The mass 1 and the wafer 2 are aligned in the scribe lines 9 and 10 direction (x direction) using the output signals from the wafer 2.

次に本実施例における第1.第2アライメントマーク5
,3について説明する。
Next, the first example in this embodiment. 2nd alignment mark 5
, 3 will be explained.

アライメントマーク3.5は所定の値の焦点距離な有す
るフレネルゾーンプレート(又はグレーティングレンズ
)を同一領域内に複数重ね合わせたものより成っている
。これらのマークの寸法は各々スクライブライン方向に
180μm1スクライブライン幅方向(y方向)に50
μmである。
The alignment mark 3.5 is made up of a plurality of Fresnel zone plates (or grating lenses) having a focal length of a predetermined value superimposed in the same area. The dimensions of each of these marks are 180 μm in the scribe line direction and 50 μm in the scribe line width direction (y direction).
It is μm.

本実施例においては入射光6は、マスク1に対して入射
角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(×方向)に直交するように入射している
In this embodiment, the incident light 6 is incident on the mask 1 at an incident angle of 17.5° so that the projected component onto the mask 1 surface is orthogonal to the scribe line direction (x direction).

この所定角度でマスク1に入射した入射光6はグレーテ
ィングレンズ5の回折作用とレンズ作用を受けて複数の
回折した収束(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
射出している。
The incident light 6 that has entered the mask 1 at this predetermined angle is subjected to the diffraction and lens effects of the grating lens 5 and becomes a plurality of diffracted convergent (or diverging) lights, whose chief rays are directed from the mask 1 to the normal line of the mask 1. It is ejected at a predetermined angle.

そして第1アライメントマーク5を透過回折した複数の
回折光、例えばアライメント光束7と参照光束8を各々
ウェハ面2の鉛直下方217μmと18.7mmの点に
集光させている。このときのマスク1とウェハ2との間
隔は30μmである。
A plurality of diffracted lights transmitted through the first alignment mark 5, for example, an alignment light beam 7 and a reference light beam 8, are focused on points 217 μm and 18.7 mm vertically below the wafer surface 2, respectively. The distance between the mask 1 and the wafer 2 at this time is 30 μm.

アライメントマーク5で透過回折した複数の回折光のう
ちアライメント光はウェハ2面上の第2アライメントマ
ーク3でレンズ作用を受け、第1検出手段としてのセン
サ11面上の一点に集光している。このときセンサ11
面上へは光束かアライメントマーク5.3の位置ずれ、
即ちレンズ中心のずれ昨を拡大比例した量だけ、重心位
置が変動して入射する。
Among the plurality of diffracted lights transmitted and diffracted by the alignment mark 5, the alignment light is subjected to a lens action by the second alignment mark 3 on the wafer 2 surface, and is focused on a single point on the sensor 11 surface as the first detection means. . At this time, sensor 11
On the surface, the light beam or the alignment mark 5.3 is misaligned,
In other words, the center of gravity position changes by an amount proportional to the magnification of the shift of the center of the lens.

ここで光束の重心とは光束断面内において、断面円各点
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
たものを受光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。
Here, the center of gravity of the luminous flux is the point within the luminous flux cross section where the integral value becomes 0 vector when the product of the position vector of each point of the cross-sectional circle from that point multiplied by the light intensity of that point is integrated over the entire light receiving surface. It is about.

別の実施例として、光強度がピークとなる点の位置を検
出してもよい。
As another example, the position of the point where the light intensity is at its peak may be detected.

本実施例ではマスク1とウェハ2の位置ずれがOのとき
、即ちマスク1上のアライメントマーク5とウェハ2上
のアライメントマーク3とが共軸系をなしたとき、アラ
イメント光束の主光線のウェハ2からの出射角が13度
であり、所定位置、例えばウェハ2面から18.7mm
の高さに位置しているセンサ11面上に集光するように
設定している。
In this embodiment, when the misalignment between the mask 1 and the wafer 2 is O, that is, when the alignment mark 5 on the mask 1 and the alignment mark 3 on the wafer 2 form a coaxial system, the principal ray of the alignment light beam The emission angle from 2 is 13 degrees, and the distance is 18.7 mm from a predetermined position, for example, the 2nd surface of the wafer.
The light is set to be focused on the surface of the sensor 11 located at a height of .

又、アライメントマーク5で透過回折した複数の回折光
のうち参照先はウェハ2面上の第2アライメントマーク
3で単なる偏向作用を受け、出射角7度で射出し、第2
検出手段としてのセンサ12面上の一点に集光している
Further, among the plurality of diffracted lights transmitted and diffracted by the alignment mark 5, the reference destination is simply deflected by the second alignment mark 3 on the wafer 2 surface, and is emitted at an exit angle of 7 degrees,
The light is focused on one point on the surface of a sensor 12 serving as a detection means.

このとき参照光束は第2アライメントマーク3によりレ
ンズ作用を受けない為に、マスク1とウェハ2との間に
位置ずれの変動があってもセンサ12面への入射光束の
重心位置は常に一定となっている。
At this time, since the reference light beam is not subjected to the lens action by the second alignment mark 3, the center of gravity of the light beam incident on the sensor 12 surface is always constant even if there is a change in positional deviation between the mask 1 and the wafer 2. It has become.

グレーティングレンズ5.3のパターンAI。Pattern AI of grating lens 5.3.

B1はマスク1とウェハ2が位置ずれを起こすとそれぞ
れの光軸が相対的にずれる、所謂レンズの軸ずれと同様
の状態となる。この場合パターンA1からの出射光の主
光線は位置ずれを起こす前と後でパターンBl上の入射
位置が異なるので出射角も変動し、よってアライメント
光束の集光位置が変動する。この集光位置変動量は位置
ずれ量に比例する。
In B1, when the mask 1 and the wafer 2 are misaligned, their respective optical axes are relatively misaligned, which is similar to the so-called axis misalignment of a lens. In this case, since the principal ray of the light emitted from the pattern A1 has a different incident position on the pattern Bl before and after the positional shift occurs, the output angle also changes, and therefore the condensing position of the alignment light beam changes. The amount of variation in the focusing position is proportional to the amount of positional shift.

これに対しパターンA2から出射した参照光束はパター
ンB2に入射し、所定角度で出射する。
On the other hand, the reference light flux emitted from pattern A2 enters pattern B2 and exits at a predetermined angle.

マスクとウェハが位置ずれを起こすとパターンA2から
の出射光の主光線のパターンB2への入射位置も変化す
るが、どこへ入射してもパターンB2からの出射光の出
射角は変化しない。マスクとウェハの位;ξずれ検出の
場合、一般にマスクは装置に固定されているので、この
マスクのパターンA2によって参照光束が集光するセン
サ12面の位置は位置ずれが発生しても変化しない。こ
れよりアライメント光束と参照光束の間隔は位置ずれ量
に比例することがわかる。
When the mask and the wafer are misaligned, the incident position of the principal ray of the light emitted from the pattern A2 on the pattern B2 also changes, but the exit angle of the light emitted from the pattern B2 does not change no matter where it is incident. Position of the mask and wafer: In the case of ξ misalignment detection, the mask is generally fixed to the device, so the position of the sensor 12 surface on which the reference beam is focused by pattern A2 of this mask does not change even if misalignment occurs. . From this, it can be seen that the interval between the alignment light beam and the reference light beam is proportional to the amount of positional deviation.

従って、本実施例ではマスクとウェハの位置(アライメ
ント)ずれがOの場合のアライメント光束と参照光束の
重心位置の位置検出方向に沿った間隔を予め求めておき
、位置検出時にアライメント光束と参照光束の重心位置
の位置検出方向に沿った間隔を検出し、この間隔のずれ
が0のときの間隔に対する変動量からマスクとウェハの
アライメントずれをCPU11aで求める。
Therefore, in this embodiment, when the position (alignment) deviation between the mask and the wafer is O, the interval between the centroid positions of the alignment light beam and the reference light beam along the position detection direction is determined in advance, and the alignment light beam and the reference light beam are The CPU 11a detects the interval between the center of gravity positions along the position detection direction, and determines the alignment deviation between the mask and the wafer from the amount of variation with respect to the interval when the deviation of the interval is 0.

次に本発明の位置ずれ量検知方法の原理を第22図〜第
24図を用いて更に詳細に説明する。
Next, the principle of the positional deviation amount detection method of the present invention will be explained in more detail using FIGS. 22 to 24.

第22図は本発明に係るマスター、ウェハ2及びセンサ
ー1の光学配置を示す説明図である。同図は第1光束と
しての信号光束の光路を示している。
FIG. 22 is an explanatory diagram showing the optical arrangement of the master, wafer 2, and sensor 1 according to the present invention. This figure shows the optical path of the signal light beam as the first light beam.

今、マスク1とウェハ2とが平行方向にΔσずれており
、ウェハ2からウェハ2のグレーティングレンズ3で反
射した信号光束の集光点までの距離をb1マスク1のパ
ターンA1を通過した信号光束の集光点までの距離をa
とすると検出面11上での集光点の重心ずれ量Δδは Δδ=Δσx(−+1)   ・・・・−−−−−(a
)となる。即ち重心ずれ量Δδは(b / a + 1
 )倍に拡大される。
Now, the mask 1 and the wafer 2 are shifted by Δσ in the parallel direction, and the distance from the wafer 2 to the convergence point of the signal beam reflected by the grating lens 3 of the wafer 2 is b1 The signal beam that has passed through the pattern A1 of the mask 1 The distance to the focal point of
Then, the deviation amount Δδ of the center of gravity of the condensing point on the detection surface 11 is Δδ=Δσx(-+1) . . .
). In other words, the center of gravity shift amount Δδ is (b / a + 1
) will be magnified twice.

例えば、a = 0 、 5 mm、 b = 50 
+nmとすれば重心ずれ量Δδは(a)式より101倍
に拡大される。
For example, a = 0, 5 mm, b = 50
+nm, the center of gravity shift amount Δδ is expanded by a factor of 101 according to equation (a).

尚、このときの重心ずれ量Δδと位置ずれ量Δσは(a
)式より明らかのように比例関係となる。検出器11の
分解能が0.1μmであるとすると位置ずれ量Δaは0
.001μmの位置分解能となる。
In addition, the center of gravity shift amount Δδ and position shift amount Δσ at this time are (a
) As is clear from the equation, there is a proportional relationship. Assuming that the resolution of the detector 11 is 0.1 μm, the amount of positional deviation Δa is 0.
.. The position resolution is 0.001 μm.

次に本発明に係る第2光束としての参照光束を用いた位
置ずれ量検知の基本手順について説明する。
Next, a basic procedure for detecting the amount of positional deviation using the reference light beam as the second light beam according to the present invention will be explained.

本発明において参照光束を発生する手段として第23図
に示すようにマスク1面上にパターンA2を設定し、ウ
ェハ2面上にレンズ作用のない物理光学素子4(例えば
直線格子、反射面など)を設定する。
In the present invention, as a means for generating a reference light beam, a pattern A2 is set on the first surface of the mask as shown in FIG. Set.

パターンA2に入射する所定の波面形状を有する光束(
例えば平面波、球面波など)はパターンA2を出射後、
所定面上で結像(集光)する収束光となってウェハ2上
の物″埋光学素子で反射してセンサ12に到達する。
A light beam (
For example, plane waves, spherical waves, etc.) after emitting pattern A2,
The convergent light forms an image (focuses) on a predetermined surface, is reflected by the object-embedded optical element on the wafer 2, and reaches the sensor 12.

この光束のセンサ12上での入射位置(R,とする)を
基準点とし、アライメント信号光のセンサ11上での入
射位置(S、とする)を測定することによってマスク1
、ウェハ2の位置ずれ量を求める。
By using the incident position (R,) of this light beam on the sensor 12 as a reference point, and measuring the incident position (S,) of the alignment signal light on the sensor 11, the mask 1
, the amount of positional deviation of the wafer 2 is determined.

本発明においては、例えば第22図の光学配置て決まる
位置ずれ検出感度をAとすると位置ずれ量dは d= (Sg−R,)/A と求まり、位置ずれidが0となるように位置合わせを
行なう物体のいずれか一方を動かせばよい。
In the present invention, for example, if the positional deviation detection sensitivity determined by the optical arrangement in FIG. All you have to do is move one of the objects to be aligned.

ただし、位置ずれidの値は必ずしも0に収束するよう
に光学系及び信号処理系を設定し、制御しなくてもよく
例えば位置ずれidが0のとき位置ずれ量dが所定の目
標値ε(有限値)に収束するようにしてもよい。以上の
手順を第14図に示す。この目標値は例えばマスクパタ
ーンの露光転写の後、重ね合わせ精度を評価して決定し
もよい。
However, the optical system and signal processing system are set so that the value of the positional deviation id necessarily converges to 0, and the control does not need to be performed. For example, when the positional deviation id is 0, the positional deviation amount d is set to a predetermined target value ε( It may be possible to converge to a finite value). The above procedure is shown in FIG. This target value may be determined, for example, by evaluating the overlay accuracy after exposure and transfer of the mask pattern.

尚、本実施例において第1アライメントマーク5からの
所定次数の1つの回折光が第2アライメントマーク3に
入射し、このとき生ずる複数の回折光のうち2つの回折
光をアライメント光7と参照光8として取扱い各々セン
サ11,12に導光させても良い。
In this embodiment, one diffracted light of a predetermined order from the first alignment mark 5 enters the second alignment mark 3, and two of the plurality of diffracted lights generated at this time are used as the alignment light 7 and the reference light. 8, and the light may be guided to the sensors 11 and 12, respectively.

第2図は第1図に示した第1実施例における光学系の基
本原理を示す説明図である。同図においては相対的な位
置ずれを評価したい第1物体1と第2物体2に各々ゾー
ンプレート等の第1.第2アライメントマーク5.3を
設けている。第1アライメントマーク5へ光束6を入射
させ、それからの出射光21を第2アライメントマーク
3に入射させている。そして第2アライメントマーク3
からの出射光22をポジションセンサー等の検出器の検
出面27上に集光させている。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the basic principle of the optical system in the first embodiment shown in FIG. 1. In the figure, a first object 1 and a second object 2 whose relative positional deviations are to be evaluated are each connected to a first object such as a zone plate. A second alignment mark 5.3 is provided. A light beam 6 is made incident on the first alignment mark 5, and an emitted light 21 is made incident on the second alignment mark 3. and second alignment mark 3
The emitted light 22 is focused on a detection surface 27 of a detector such as a position sensor.

このとき第1物体1と第2物体2との相対的な位置ずれ
1Δσに応じて検出面27上においては、光量の重心ず
れ量Δδが生じてくる。
At this time, a center-of-gravity shift amount Δδ of the amount of light occurs on the detection surface 27 in accordance with the relative positional shift 1Δσ between the first object 1 and the second object 2.

本実施例では同図において、点線で示す光束24による
検出面27上の光量の重心位置を基準として、実線で示
す光束22による検出面27上における光量の重心ずれ
量Δδを求め、これより第1物体1と第2物体2との相
対的な位(lずれ■Δσを検出している。
In this embodiment, in the same figure, the center of gravity shift amount Δδ of the light amount on the detection surface 27 due to the light beam 22 shown by the solid line is calculated based on the center of gravity position of the light amount on the detection surface 27 due to the light beam 24 shown by the dotted line, and from this The relative position (l deviation ■Δσ) between the first object 1 and the second object 2 is detected.

第3図はこのときの第1物体1と第2物体2との相対的
な位置ずれ量Δσと、検出面27上における光束の重心
ずれ量Δδとの関係を示す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the relationship between the relative displacement amount Δσ between the first object 1 and the second object 2 and the gravity center displacement amount Δδ of the light beam on the detection surface 27 at this time.

本実施例では以上のような基本原理を利用して第1物体
1と第2物体2との相対的な位置関係を検出している。
In this embodiment, the relative positional relationship between the first object 1 and the second object 2 is detected using the basic principle as described above.

ここで、今第1アライメントマーク5を基準とし、第2
アライメントマーク3が第1アライメントマーク5と平
行方向にΔσずれていたとすると検出面27上での集光
点の重心ずれ惜Δδはw となる。即ち重心ずれ量Δδは(−+ 1 )倍に W 拡大される。
Now, using the first alignment mark 5 as a reference, the second
If the alignment mark 3 is deviated by Δσ in the parallel direction to the first alignment mark 5, the deviation Δδ of the center of gravity of the focal point on the detection surface 27 is w. That is, the center of gravity shift amount Δδ is expanded by (-+ 1) times W.

例えばa w = 0.5mm 、 b w=50mm
とすれば重心ずれ量Δδは(1)式より101倍に拡大
される。
For example, a w = 0.5mm, b w = 50mm
Then, the center of gravity shift amount Δδ is expanded by a factor of 101 from equation (1).

尚、このときの重心ずれ量Δδと位置ずれ量Δσは(1
)式より明らかのように、例えば第4図に示すような比
例関係となる。検出器8の分解能が0.1μmであると
すると位置ずれ量Δσは0.001μmの位置分解能と
なる。
In addition, the center of gravity shift amount Δδ and position shift amount Δσ at this time are (1
) As is clear from the equation, there is a proportional relationship as shown in FIG. 4, for example. Assuming that the resolution of the detector 8 is 0.1 μm, the positional deviation amount Δσ has a positional resolution of 0.001 μm.

このようにして求めた位置ずれ■Δ0をもとに第2物体
を移動させれば第1物体と第2物体の位置決めを高精度
に行うことができる。
If the second object is moved based on the positional deviation ■Δ0 thus obtained, the first object and the second object can be positioned with high precision.

本実施例において位置合わせを行う手順としては、例え
ば次に方法を採ることができる。
In this embodiment, the following method can be adopted as a procedure for performing alignment, for example.

第1の方法としては2つの物体間の位置ずれ量Δσに対
する検出器の検出面27上での光量の重心ずれ信号Δδ
Sとの関係を示す曲線を予め決めておき、重心ずれ信号
ΔδSの値から双方の物体間との位置ずれ量Δσ求め、
そのときの位置ずれ量Δσに相当する量だけ第1物体若
しくは第2物体を移動させる。
The first method is to use a center of gravity shift signal Δδ of the amount of light on the detection surface 27 of the detector with respect to the amount of positional shift Δσ between the two objects.
A curve showing the relationship with S is determined in advance, and the amount of positional deviation Δσ between both objects is determined from the value of the center of gravity deviation signal ΔδS,
The first object or the second object is moved by an amount corresponding to the positional deviation amount Δσ at that time.

第2の方法としては検出器からの重心ずれ信号ΔδSか
ら位置ずれ量Δσを打ち消す方向を求め、その方向に第
1物体若しくは第2物体を移動させて位置ずれ量Δσが
許容範囲内になるまで繰り返して行う。
The second method is to find a direction that cancels the positional deviation amount Δσ from the gravity center deviation signal ΔδS from the detector, and move the first object or the second object in that direction until the positional deviation amount Δσ falls within the allowable range. Repeat.

次に本実施例における第1.第2アライメントマーク5
,3(グレーティングレンズ)の製造方法の一実施例を
述べる。
Next, the first example in this embodiment. 2nd alignment mark 5
, 3 (grating lens) will be described.

まず、マスク用のマーク5は所定のビーム径の平行光束
か所定の角度で入射し、所定の位置に集光するように設
計される。一般にグレーティングレンズのパターンは光
源(物点)と像点にそれぞれ可干渉性の光源を置いたと
きのレンズ面における干渉縞パターンとなる。今、第1
図のようにマスク1面上の座標系を定める。ここに原点
はスクライブライン幅の中央にあり、スクライブライン
方向にX limb、幅方向にy軸、マスク面1の法線
方向に2軸をとる。マスク面1の法線に対しαの角度で
入射し、その射影成分がスクライブライン方向と直交す
る平行光束がマスク用のマークを透過回折後、集光点(
XI * yI + Zl )の位置で結像するような
グレーティングレンズの曲線群の方程式は、グレーティ
ングの輪郭位置をx、yで表わし ysin  a    P、(x、y)−P2  =m
λ/ 2−(1)P +(x、y)=  (x−xi)
”  ”  (y−3’+)2” Zl”P2  =5
コア77y了7 で与えられる。ここにλはアライメント光の波長、mは
整数である。
First, the mask mark 5 is designed so that a parallel beam of light having a predetermined beam diameter enters at a predetermined angle and is focused at a predetermined position. In general, the pattern of a grating lens is an interference fringe pattern on the lens surface when coherent light sources are placed at the light source (object point) and image point, respectively. Now, the first
Define the coordinate system on one surface of the mask as shown in the figure. Here, the origin is located at the center of the scribe line width, with the X limb in the scribe line direction, the Y axis in the width direction, and the two axes in the normal direction of the mask surface 1. A parallel beam of light that is incident at an angle α with respect to the normal line of the mask surface 1 and whose projected component is orthogonal to the scribe line direction passes through the mask mark and is diffracted.
The equation of the curve group of a grating lens that forms an image at the position of
λ/2-(1)P+(x,y)=(x-xi)
""(y-3'+)2"Zl"P2 =5
Core 77y completed 7 is given. Here, λ is the wavelength of the alignment light, and m is an integer.

主光線を角度αで入射し、マスク面1上の原点を通り、
集光点(xl 、yI 、Zl )に達する光線とする
と(1)式の右辺はmの値によって主光線に対して波長
のm / 2倍光路長が長い(短い)ことを示し、左辺
は主光線の光路に対しマスク上の点(x、y、0)を通
り点(XI 、 yI 、Zl )に到達する光線の光
路の長さの差を表わす。
The chief ray is incident at an angle α, passes through the origin on the mask surface 1,
Assuming that the ray reaches the focal point (xl, yI, Zl), the right side of equation (1) indicates that the optical path length is longer (shorter) by m/2 times the wavelength with respect to the principal ray depending on the value of m, and the left side is It represents the difference in the length of the optical path of the ray that passes through the point (x, y, 0) on the mask and reaches the point (XI, yI, Zl) with respect to the optical path of the principal ray.

方、ウェハ2上のグレーティングレンズ3は所定の点光
源から出た球面波を所定の位置(センサ面上)に集光さ
せるように設計される。点光源はマスク1とウェハ2の
露光時のギャップをgとおくと(X+、 y++ z+
  g)で表わされる。
On the other hand, the grating lens 3 on the wafer 2 is designed to condense a spherical wave emitted from a predetermined point light source onto a predetermined position (on the sensor surface). For a point light source, let g be the gap between mask 1 and wafer 2 during exposure (X+, y++ z+
g).

(yは変数)マスク1とウェハ2の位置合わせはX軸あ
るいはy軸方向に行なわれるとし、アライメント完了時
にセンサ面上の点(x2 、y2+22)の位置にアラ
イメント光が集光するものとすれば、ウェハ上のグレー
ティングレンズの曲線群の方程式は先に定めた座標系で 十mλ/2           ・・・・・・・−(
2)と表わされる。
(y is a variable) It is assumed that the alignment of the mask 1 and the wafer 2 is performed in the X-axis or y-axis direction, and that the alignment light is focused on the position of the point (x2, y2+22) on the sensor surface when the alignment is completed. For example, the equation of the curve group of the grating lens on the wafer is 10mλ/2 in the coordinate system determined earlier.
2).

(2)式はウェハ面がz=−gにあり、主光線がマスク
面上原点及びウェハ面上の点(0,0゜−g)、更にセ
ンサ面上の点(X2 + y2Z2)を通る光線である
として、ウェハ面上のグレーティング(x、y、−g)
を通る光線と主光線との光路長の差が半波長の整数倍と
なる条件を満たす方程式である。
Equation (2) indicates that the wafer surface is at z=-g, and the principal ray passes through the origin on the mask surface, a point on the wafer surface (0,0°-g), and a point on the sensor surface (X2 + y2Z2). As a light beam, the grating (x, y, -g) on the wafer surface
This is an equation that satisfies the condition that the difference in optical path length between the ray passing through and the principal ray is an integral multiple of a half wavelength.

以上のようにして求めたアライメント用と参照用のパタ
ーンを重ねて1つのアライメントマークを作成している
One alignment mark is created by overlapping the alignment and reference patterns obtained as described above.

第5図(A) 、 (B)は本実施例におけるマスク用
の第1アライメントマークとウェハ用の第2アライメン
トマークのパターン図である。
FIGS. 5A and 5B are pattern diagrams of a first alignment mark for a mask and a second alignment mark for a wafer in this embodiment.

同図において(AI) 、 (81)はマスク用とウェ
ハ用のアライメント用パターン、(A2) 、 (B2
)はマスク用とウェハ用の参照用パターン、(A3)は
パターン(AI)とパターン(A2)を重ね合わせたパ
ターンで第1アライメントマークを形成し、(B3)は
パターン(Ill)とパターン(口2)を重ね合わせた
パターンで第2アライメントマークを形成している。
In the same figure, (AI) and (81) are alignment patterns for masks and wafers, (A2) and (B2
) is a reference pattern for masks and wafers, (A3) is a pattern obtained by overlapping pattern (AI) and pattern (A2) to form the first alignment mark, and (B3) is a pattern (Ill) and pattern ( A second alignment mark is formed by a pattern in which the openings 2) are overlapped.

−fJ2にマスク用のゾーンプレート(グレーティング
レンズ)は、光線の透過する領域(透明部)と光線の透
過しない領域(遮光部)の2つの領域が交互に形成され
る0、1の振幅型グレーティング素子として作成されて
いる。又、ウェハ用のゾーンプレートは、例えば矩形断
面の位相格子パターンとして作成される。 (1) 、
 (2)式において主光線に対して半波長の整数倍の位
置で、グレーティングの輪郭を規定したことは、マスク
1上のグレーティングレンズでは透明部と遮光部の線幅
の比が1:1であること、ウェハ2上のグレーティング
レンズでは矩形格子のラインとスペースの比が1=1で
あることを意味している。
- The zone plate (grating lens) for the mask at fJ2 is a 0, 1 amplitude grating in which two areas are alternately formed: a region through which light rays pass (transparent part) and a region through which light rays do not pass (shade part). It is created as an element. Further, a zone plate for a wafer is formed, for example, as a phase grating pattern with a rectangular cross section. (1),
In equation (2), the contour of the grating is defined at a position that is an integer multiple of a half wavelength with respect to the principal ray. This means that the ratio of the line width of the transparent part and the light-shielding part of the grating lens on mask 1 is 1:1. This means that in the grating lens on the wafer 2, the ratio of the lines and spaces of the rectangular grating is 1=1.

マスク1上のグレーティングレンズはポリイミド製の有
機薄膜上に予めEB露光で形成したレチクルのグレーテ
ィングレンズパターンを転写して形成した。
The grating lens on the mask 1 was formed by transferring a grating lens pattern of a reticle previously formed by EB exposure onto an organic thin film made of polyimide.

又、ウェハ1の上マークはマスク上にウェハの露光パタ
ーンを形成したのち露光転写して形成した。
Further, the upper mark on the wafer 1 was formed by forming an exposure pattern of the wafer on a mask and then transferring it by exposure.

次に本実施例における検出手段としてのセンサ(例えば
1次元の蓄積型の1次元CCD等)に入射するアライン
メント光である信号光と参照光との関係について説明す
る。
Next, a description will be given of the relationship between the signal light, which is alignment light, and the reference light, which are incident on a sensor (for example, a one-dimensional storage type one-dimensional CCD) as a detection means in this embodiment.

本実施例においては参照光とアラインメント用の信号光
はウェハ面の法線に対して各々7013°の角度で出射
する。センサ11,12の空間的配置は、予めアライメ
ント完了時に光束がセンサのほぼ中央の位置に入射する
ようにセツティングされている。
In this embodiment, the reference light and the alignment signal light are each emitted at an angle of 7013° with respect to the normal to the wafer surface. The spatial arrangement of the sensors 11 and 12 is set in advance so that the light beam will be incident on the approximately central position of the sensor upon completion of alignment.

センサ11,12の中心間隔は1.96501111で
あり、約0.1μm精度でSiの同一基板上に設定され
ている。又、センサ11,12の配置されたSi基板は
、その法線が位置すれがOのときのアライメント光出射
角と参照先出射角の2等分線と略平行に配置されている
The center distance between the sensors 11 and 12 is 1.96501111, and they are set on the same Si substrate with an accuracy of about 0.1 μm. Further, the Si substrates on which the sensors 11 and 12 are arranged are arranged so that their normal lines are substantially parallel to the bisector of the alignment light emission angle and the reference destination emission angle when the positional deviation is O.

センサ11,12のサイズは信号充用のセンサ11か幅
1+1101、長さ601111、又参照充用のセンサ
12が幅1mm、長さ1mmである。又、各画素のサイ
ズは25μm x 500μmである。
The size of the sensors 11 and 12 is that the sensor 11 for signal use has a width of 1+1101 and the length of 601111, and the sensor 12 for reference use has a width of 1 mm and a length of 1 mm. Further, the size of each pixel is 25 μm x 500 μm.

各々のセンサは入射光束の重心位置を測定し、センサの
出力は受光領域の全光量で規格化されるように信号処理
される。これによりアライメント光源の出力が多少変動
しても、センサ系から出力される測定値は正確に重心位
置を示すように設定している。尚、センサの重心位1N
の分解能はアライメント光のパワーにもよるが、例えば
50mW、波長0,83μmの半導体レーザーを用いて
測定した結果、約0.2μmであった。
Each sensor measures the position of the center of gravity of the incident light flux, and signal processing is performed so that the output of the sensor is normalized by the total amount of light in the light receiving area. As a result, even if the output of the alignment light source varies somewhat, the measurement value output from the sensor system is set to accurately indicate the position of the center of gravity. In addition, the center of gravity of the sensor is 1N
Although the resolution depends on the power of the alignment light, it was approximately 0.2 μm when measured using a semiconductor laser of 50 mW and a wavelength of 0.83 μm, for example.

本実施例に係るマスク用のグレーティングレンズとウェ
ハ用のグレーティングレンズの設計例では、マスクとウ
ェハの位置ずれを100倍に拡大して信号光束がセンサ
面上で重心位置を移動する。従って、マスクとウェハ間
に0.01μmの位置ずれがあったとすると、センサ面
上では1μmの実効的な重心移動が起こり、センサ系は
これを0.2μmの分解能で測定することができる。
In the design example of the grating lens for a mask and the grating lens for a wafer according to this embodiment, the positional deviation between the mask and the wafer is magnified by 100 times, and the center of gravity of the signal light beam moves on the sensor surface. Therefore, if there is a misalignment of 0.01 μm between the mask and the wafer, an effective center of gravity shift of 1 μm occurs on the sensor surface, which the sensor system can measure with a resolution of 0.2 μm.

本実施例において、ウニへ面2がxz面内で1 mra
d傾斜したとすると、センサ11」二では信号光束は約
37.4μm重心移動を起こす。一方、参照光束8も信
号光束7と同様の角度変化を受はセンサ12上では、信
号光と同様の重心移動を起す。
In this example, the sea urchin surface 2 is 1 mra in the xz plane.
If the sensor 11'' is tilted, the center of gravity of the signal light beam shifts by approximately 37.4 μm. On the other hand, since the reference light beam 8 also undergoes the same angular change as the signal light beam 7, the center of gravity shifts on the sensor 12 in the same way as the signal light beam.

これによりセンサ系では各々センサからの実効的重心位
置の変動の信号の差をX方向のマスク、ウェハの位置ず
れ量の真の値として出力するように信号処理をすると、
ウェハ而がxz面内で傾斜してもセンサ系からの出力信
号は変わらない。
As a result, the sensor system performs signal processing so that the difference between the signals of the fluctuation of the effective center of gravity position from each sensor is output as the true value of the amount of positional deviation of the mask and wafer in the X direction.
Even if the wafer is tilted in the xz plane, the output signal from the sensor system does not change.

又、ウェハがyz面内で傾斜した場合も、信号光束、参
照光束ともに重心移動を起こすので同様に1 mrad
程度の微少な傾きでは実効的なアライメント誤差にはな
らない。
Also, if the wafer is tilted in the yz plane, the center of gravity of both the signal and reference beams will shift, so the 1 mrad
A slight inclination does not result in an effective alignment error.

更に、アライメント用光源、及び投光用レンズ系及びセ
ンサなどを内蔵するアライメントヘッドか、マスク−ウ
ェハ系に対して位置の変動を起こした場合、X方向の位
置変動はマーク領域の周辺にも略−様に投光光束を当て
ることで原理的にアライメント誤差を回避している。
Furthermore, if the position of the alignment head containing the alignment light source, light projection lens system, sensor, etc. changes, or the mask-wafer system changes, the position change in the X direction will also occur around the mark area. In principle, alignment errors can be avoided by applying the projected light beam in the same manner as -.

四柱にマスク面とヘッドとの間に2方向の変動も投光系
をマスクに平行光が当たる系とすることで先のX方向の
変動と等価となり、原理的にアライメント誤差を回避し
ている。
Fluctuations in two directions between the mask surface and the head on the four pillars are equivalent to the fluctuations in the X direction by using a light projecting system that directs parallel light to the mask, and in principle alignment errors are avoided. .

又、X軸方向の位置の変動は信号光と参照先の対の移動
となりアライメント誤差とならないことかわかる。
It can also be seen that the change in position in the X-axis direction results in movement of the pair of signal light and reference destination, and does not result in an alignment error.

次にマーク基板の傾きの影響は第1実施例においては信
号充用と参照充用のマークが全く同一領域に設定されて
いる為、各々平均的なマーク基板の傾きは等しくなり、
この影響は受けない。
Next, regarding the influence of the inclination of the mark substrate, in the first embodiment, since the marks for signal use and reference use are set in exactly the same area, the average inclination of each mark substrate is equal.
It is not affected by this.

第6図(A)、第7図(A)は各々本発明の第2.第3
実施例の概略図である。第2.第3実施例において入射
光6がマスク1面上の第1アライメントマーク5に入射
し、回折した後、ウェハ2面上の第2アライメントマー
ク3に入射し、該第2アライメントマーク3から射出し
たアライメント光7と参照光8が各々センサ11,12
に入射する状態は第1図の第1実施例と同様である。
FIG. 6(A) and FIG. 7(A) respectively show the second embodiment of the present invention. Third
FIG. 2 is a schematic diagram of an example. Second. In the third embodiment, incident light 6 enters the first alignment mark 5 on the first surface of the mask, is diffracted, then enters the second alignment mark 3 on the second surface of the wafer, and is emitted from the second alignment mark 3. The alignment light 7 and the reference light 8 are connected to the sensors 11 and 12, respectively.
The state in which the light is incident on the light source is the same as that in the first embodiment shown in FIG.

第6図(A)の第2実71ζ例は第1.第2アライメン
トマーク5.3を構成するグレーティングの遮光部と透
過部の線幅の比を1:2にし、透過部を広げている。
The second example 71ζ in FIG. 6(A) is the first example. The line width ratio of the light shielding part and the transmitting part of the grating constituting the second alignment mark 5.3 is set to 1:2, and the transmitting part is widened.

第6図(B)はマスク用の第1アライメントマークのパ
ターン、第6図(C)はウェハ用の第2アライメントマ
ークのパターンを示している。
FIG. 6(B) shows the pattern of the first alignment mark for the mask, and FIG. 6(C) shows the pattern of the second alignment mark for the wafer.

第7図(A)の第3実施例は第1.第2アライメントマ
ーク5.3を構成するグレーティングの遮光部と透過部
の比が異なっている。第1アライメントマーク5の遮光
部と透過部の線幅の比は1:1、参照用の第2アライメ
ントマーク3の遮光部と透過部の線幅の比は1:2であ
る。
The third embodiment shown in FIG. 7(A) is similar to the first embodiment. The ratio of the light-shielding part to the transmitting part of the grating constituting the second alignment mark 5.3 is different. The line width ratio between the light shielding part and the transmitting part of the first alignment mark 5 is 1:1, and the line width ratio between the light shielding part and the transmitting part of the second alignment mark 3 for reference is 1:2.

第7図(B)は第1アライメントマークのパターン、第
7図(C)はウェハ用の第2アライメントマークのパタ
ーンを示している。
FIG. 7(B) shows the pattern of the first alignment mark, and FIG. 7(C) shows the pattern of the second alignment mark for the wafer.

尚、本発明においては第1物体1と第2物体2との間隔
及び第1.第2アライメントマークの開口の大きさに応
じて各マークの屈折力を選択するのが良い。
In addition, in the present invention, the distance between the first object 1 and the second object 2 and the distance between the first object 1 and the second object 2 and the distance between the first object 1 and the second object 2 are determined. It is preferable to select the refractive power of each mark depending on the size of the aperture of the second alignment mark.

例えば、第1.第2アライメントマークの開口に比較し
て間隔が大きい場合は凸曲系が良い。
For example, 1st. If the interval is larger than the opening of the second alignment mark, a convex curved type is preferable.

又、逆に開口にYヒ較して間隔が小さい場合は第9図に
示す凹凸系、又は第8図に示す凸凹系が良い。
On the other hand, if the distance between the openings and the Y is small, the uneven system shown in FIG. 9 or the uneven system shown in FIG. 8 is preferable.

更に第8.第9図に示すように第2アライメントマーク
が第1アライメントマークよりも開口を大きくとれる場
合は第9図に示す凹凸系が良く、逆に第1アライメント
マークが第2アライメントマークよりも開口を大きくと
れる場合は第8図に示す凸凹系が良い。
Furthermore, the 8th. As shown in Fig. 9, if the second alignment mark can have a larger opening than the first alignment mark, the uneven system shown in Fig. 9 is better; conversely, the first alignment mark can make the opening larger than the second alignment mark. If possible, the uneven system shown in FIG. 8 is preferable.

以上の各実施例においては、透過型の物理光学素子につ
いて示したが反射型の物理光学素子を用いても同様に本
発明の目的を達成することができる。
In each of the above embodiments, a transmissive physical optical element is shown, but the object of the present invention can be similarly achieved using a reflective physical optical element.

第10図は本発明の第4実施例の概略図である。本実施
例は所謂プロキシミティー法による半導体製造用の露光
装置において、マスクとウェハとのアライメントを行う
位置合わせ装置に関し、特にそのうちのアライメント光
のみを示すものである。
FIG. 10 is a schematic diagram of a fourth embodiment of the present invention. This embodiment relates to an alignment device for aligning a mask and a wafer in an exposure apparatus for semiconductor manufacturing using a so-called proximity method, and specifically shows only the alignment light.

第10図において第1図で示した要素と同一要素には同
一符番な付しである。図中、1はマスク、2はウェハで
あり各々相対的な位置合わせを行う第1物体と第2物体
に相当している。5はマスク面上のマスクアライメント
パターンで第1物理光学素子に相当し、3はウェハ2面
上のウェハアライメントパターンで反射型の第2物理光
学素子に相当している。
In FIG. 10, the same elements as those shown in FIG. 1 are given the same reference numerals. In the figure, 1 is a mask, and 2 is a wafer, which respectively correspond to a first object and a second object for relative positioning. Reference numeral 5 denotes a mask alignment pattern on the mask surface, which corresponds to the first physical optical element, and numeral 3 denotes a wafer alignment pattern on the wafer 2 surface, which corresponds to the reflective second physical optical element.

同図において光源91から出射された光束を投光レンズ
系92で平行光束とし、ハーフミラ−93を介してマス
ク用のアライメントパターン5を照射している。マスク
アライメントパターン5は入射光束をウェハの前方の点
Qで集光させるゾーンプレートより成っている。点Qに
集光した光束はその後発散し、ウェハ用のアライメント
パターン3に入射する。アライメントパターン3は反射
型のゾーンプレートより成っており、入射光束を反射さ
せマスクとハーフミラ−93とを通過させた後、検出面
11上に集光している。
In the figure, a light beam emitted from a light source 91 is converted into a parallel light beam by a projection lens system 92, and is irradiated onto an alignment pattern 5 for a mask via a half mirror 93. The mask alignment pattern 5 consists of a zone plate that focuses the incident light beam at a point Q in front of the wafer. The light beam condensed at the point Q then diverges and enters the alignment pattern 3 for the wafer. The alignment pattern 3 is composed of a reflective zone plate, which reflects the incident light beam, passes through a mask and a half mirror 93, and then focuses the light onto the detection surface 11.

これによりアライメント信号を得ている。尚、参照先に
よる参照信号も同様の方法で得ている。
This provides an alignment signal. Note that the reference signal from the reference destination is also obtained in the same manner.

第14図ぐA)は本発明の第5実施例の要部概略図であ
る。第14図(B)は同図(A)のマスク1面上の第1
アライメントマークの概略図、第14図(C)は同図(
A)のウェハ2面上の第2アライメントマークの概略図
である。
FIG. 14A) is a schematic diagram of a main part of a fifth embodiment of the present invention. Figure 14 (B) shows the first mask on one side of the mask in Figure 14 (A).
A schematic diagram of the alignment mark, Figure 14 (C) is the same figure (
FIG. 3 is a schematic diagram of the second alignment mark on the second surface of the wafer in FIG.

本実施例では前述の第1実施例における参照先の代わり
に前述の信号光(第1の信号光、アライメント光)と逆
向きの感度を有するような第2の信号光を用いた系であ
る所謂逆向きの2信号系を利用し、双方の信号光の検出
面上のスポット位置からマスクとウェハの位置ずれ量を
検出している。
In this embodiment, a second signal light having a sensitivity opposite to that of the signal light (first signal light, alignment light) described above is used instead of the reference target in the first embodiment. Using a so-called two-signal system with opposite directions, the amount of positional deviation between the mask and the wafer is detected from the spot positions of both signal lights on the detection surface.

次に本実施例で用いている所謂逆向き2信号系の原理及
び構成要件等について第15図を用いて説明する。
Next, the principle and structural requirements of the so-called reverse two-signal system used in this embodiment will be explained using FIG. 15.

図中、lは第1の物体、2は第2の物体、205.20
3は第1の信号光を得る為のアライメントマークであり
、各々第1物体lと第2物体2の上に設けである。同様
に206,204は第2の信号光を得る為のアライメン
トマークであり、同じく各々第1物体1と第2物体2の
上に設けである。
In the figure, l is the first object, 2 is the second object, 205.20
Reference numeral 3 designates alignment marks for obtaining the first signal light, which are provided on the first object 1 and the second object 2, respectively. Similarly, 206 and 204 are alignment marks for obtaining the second signal light, which are similarly provided on the first object 1 and the second object 2, respectively.

同図では説明の都合上2つの信号系を上下にずらしてい
るが実際はアライメントマーク205゜206の中心及
びアライメントマーク203゜204の中心は一致して
いる。アライメントマーク205と206を重ね合わせ
てアライメントマーク205aを形成し、アライメント
マーク203と204を重ね合わせてアライメントマー
ク203aを形成してる。そしてこの重ね合わしたアラ
イメントマーク205a、、203aは重ね合わせる前
の2つのアライメントマークの機能を各々有している。
In the figure, the two signal systems are shifted vertically for convenience of explanation, but in reality, the centers of the alignment marks 205° and 206 and the centers of the alignment marks 203° and 204 coincide. Alignment marks 205 and 206 are overlapped to form an alignment mark 205a, and alignment marks 203 and 204 are overlapped to form an alignment mark 203a. The overlaid alignment marks 205a, 203a each have the functions of two alignment marks before being overlaid.

各アライメントマーク203,204゜205.206
は1次元又は2次元のレンズ作用のある物理光学素子の
機能を有している。
Each alignment mark 203, 204° 205, 206
has the function of a physical optical element with one-dimensional or two-dimensional lens action.

207.208は前述の第1及び第2のアライメント信
号光束を示す。211,212は各々第1及び第2の信
号光束を検出する為の第1及び第2の検出部であり、物
体2からの光学的な距離を説明の便宜上同じ値りとする
。更に物体1と物体2の距離をδ、アライメントマーク
205及び206の焦点距離を各々fal+fa2とし
、物体1と物体2の相対位置ずれ量を6とし、そのとき
の第1及び第2の信号光束重心の合致状態からの変位1
を各々s、、S2とする。尚、物体201に入射するア
ライメント光束は便宜上平面波とし、符号は図中に示す
通りとする。
207 and 208 indicate the aforementioned first and second alignment signal beams. Reference numerals 211 and 212 are first and second detection units for detecting the first and second signal light beams, respectively, and the optical distances from the object 2 are assumed to be the same value for convenience of explanation. Furthermore, the distance between object 1 and object 2 is δ, the focal length of alignment marks 205 and 206 is each fal+fa2, and the amount of relative positional deviation between object 1 and object 2 is 6, and the center of gravity of the first and second signal beams at that time is Displacement 1 from the matching state of
are respectively s, , S2. Note that the alignment light flux incident on the object 201 is assumed to be a plane wave for convenience, and the symbols are as shown in the figure.

信号光束重心の変位ffi s +及びS2はアライメ
ントマーク205及び206の焦点F、、F2とアライ
メントマーク203,204の光軸中心を結び直線と、
検出部211及び212の受光面との交点として幾何学
的に求められる。従って、物体1と物体2の相対位置ず
れに対して各信号光束重心の変位is1.s2を互いに
逆方向に得る為にはアライメントマーク203,204
の光学的な結像倍率の符号を互いに逆とすることで達成
できる。また、定量的には s、=  L−f、けδ fal−δ  6 s2=  L−f、計δ f。2−δ  6 と表わせ、ずれ倍率としてβ1=S1/ε。
The displacement ffi s + and S2 of the center of gravity of the signal beam are defined by a straight line connecting the focal points F, , F2 of the alignment marks 205 and 206 and the optical axis centers of the alignment marks 203 and 204,
It is determined geometrically as the intersection with the light receiving surfaces of the detection units 211 and 212. Therefore, with respect to the relative positional deviation between object 1 and object 2, the displacement is1. In order to obtain s2 in opposite directions, alignment marks 203 and 204 are used.
This can be achieved by reversing the signs of the optical imaging magnifications. Also, quantitatively, s, = L-f, δ fal-δ 6 s2 = L-f, total δ f. 2-δ 6 , and the deviation magnification is β1=S1/ε.

β2=S2/εと定義できる。従って、ずれ倍率を逆符
号とするには を満たせば良い。この内、実用的に適切な構成条件の1
つとして L>lf、1 f a+/ f β2< 0 If−+I>δ lf、zl>δ の条件がある。
It can be defined as β2=S2/ε. Therefore, in order to make the deviation magnification have the opposite sign, it is sufficient to satisfy the following. Among these, one of the practically appropriate configuration conditions
One of the conditions is L>lf, 1 f a+/f β2<0 If-+I>δ lf, zl>δ.

即ち、アライメントマーク205,206の焦点路@f
a、、  fa□に対して検出部までの距11iLを大
きく、且つ物体1,2の間隔δを小さくし、更にアライ
メントマークの一方を凸レンズ、他方を凹レンズとする
構成である。
That is, the focal path of the alignment marks 205 and 206 @f
The configuration is such that the distance 11iL to the detection unit is made larger than that of a, fa□, the distance δ between the objects 1 and 2 is made small, and one of the alignment marks is a convex lens and the other is a concave lens.

第15図の上側にはアライメントマーク205で入射光
束を集光光束とし、その集光点F、に至る前にアライメ
ントマーク203に光束を照射し、これを更に第1の検
出部211に結像させているアライメントマーク203
の焦点路1!1 f b Iはレンズの式 を満たす様に定められる。同様に第15図の下側にはア
ライメントマーク206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204を介して第2の検出部212に結像させる
アライメントマーク204の焦点路alfbzは を満たす様に定められる。
On the upper side of FIG. 15, an alignment mark 205 condenses the incident light flux, and before reaching the convergence point F, the light flux is irradiated onto the alignment mark 203, which is then imaged on the first detection unit 211. alignment mark 203
The focal path 1!1 f b I of is determined to satisfy the lens equation. Similarly, on the lower side of FIG. 15, an alignment mark 206 changes the incident light flux into a light flux that diverges from the point F2 on the incident side, and this is imaged on the second detection unit 212 via the alignment mark 204. The focal path alfbz of the mark 204 is determined so as to satisfy.

以上の構成条件でアライメントマーク203、アライメ
ントマーク205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、物体2の移動εと検出部211
の光点変位量S、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206
の点像(虚像)に対するアライメントマーク204の結
像倍率は負であり、物体2の移動6と検出部212上の
光点変位ffi S 2の方向は同方向で、ずれ倍率β
2は正となる。
Under the above configuration conditions, the imaging magnification for the condensed images of the alignment marks 203 and 205 is clearly positive as shown in the figure, and the movement ε of the object 2 and the detection unit 211
The direction of the light spot displacement amount S is reversed, and the shift magnification β1 defined earlier becomes negative. Similarly, alignment mark 206
The imaging magnification of the alignment mark 204 with respect to the point image (virtual image) is negative, the movement 6 of the object 2 and the direction of the light spot displacement ffi S 2 on the detection unit 212 are in the same direction, and the deviation magnification β
2 is positive.

従って、物体1と物体2の相対ずれεに対してアライメ
ントマーク205,203の系とアライメントマーク2
06,204の系の信゛号光束ずれS、、S、は互いに
逆方向となる。
Therefore, for the relative deviation ε between object 1 and object 2, the system of alignment marks 205 and 203 and the alignment mark 2
The signal beam deviations S, , S, of the 06 and 204 systems are in opposite directions.

第14図(A)に示す第5実施例は以上の逆向き2信号
系の原理を用いて第1物体と第2物体の位置合わせを行
っている。
In the fifth embodiment shown in FIG. 14(A), the first object and the second object are aligned using the principle of the above-described two-signal system in opposite directions.

次に第14図(A)の第5実施例を説明する。Next, the fifth embodiment shown in FIG. 14(A) will be described.

図中、1は第1物体で、例えばマスクである。In the figure, 1 is a first object, for example a mask.

2は第2物体で、例えばマスク1と位置合わせされるウ
ェハである。第15図で示した各アライメントマーク2
03.204と205,206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面上とウェハ2面上
のスクライブライン10.9上にアライメントマーク2
05゜206は重ね合わされてアライメントマーク20
5aとして、アライメントマーク203゜204は重ね
合わされてアライメントマーク203aとして設けられ
ている。
2 is a second object, for example a wafer to be aligned with the mask 1; Each alignment mark 2 shown in Fig. 15
03.204, 205, and 206 are composed of grating lenses such as one-dimensional or two-dimensional Fresnel zone plates, and alignment marks 2 are placed on the scribe line 10.9 on the mask 1 side and the wafer 2 side, respectively.
05°206 are overlapped and alignment marks 20
As shown in FIG. 5a, alignment marks 203 and 204 are overlapped to form an alignment mark 203a.

207は第1光束、208は第2光束であり、これらの
光束(信号光束)207,208は不図示のアライメン
トヘット内の光源から出射し、所定のビーム径にコリメ
ートされている。
Reference numeral 207 denotes a first light beam, and 208 a second light beam. These light beams (signal light beams) 207 and 208 are emitted from a light source in an alignment head (not shown) and are collimated to a predetermined beam diameter.

本実施例において、光源の種類としては半導体レーザー
 Ha−N、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ある。211,212は各
々第1検出部と第2検出部としてのセンサ(充電変換素
子)であり、光束207及び208を受光する、例えば
1次元CCD等より成っている。
In this embodiment, the types of light sources include a light source that emits a coherent light beam such as a semiconductor laser (Ha-N) and an Ar laser, and a light source that emits a non-coherent light beam such as a light emitting diode. 211 and 212 are sensors (charge conversion elements) as a first detection section and a second detection section, respectively, and are made of, for example, a one-dimensional CCD or the like, which receive the light beams 207 and 208.

本実施例では光束207及び208は各々マスク1面上
のアライメントマーク205aに所定の角度で入射した
後、透過回折し、更にウェハ2面上のアライメントマー
ク203aで反射回折し、センサ211,212面上に
入射している。そしてセンサ211,212で該センサ
面上に入射したアライメント光束重心位置を検出し、該
センサ211.212からの出力信号を利用してマスク
1とウェハ2について位置ずれ検出を行っている。
In this embodiment, each of the light beams 207 and 208 enters the alignment mark 205a on the first surface of the mask at a predetermined angle, is transmitted and diffracted, is further reflected and diffracted by the alignment mark 203a on the second surface of the wafer, and is reflected on the sensor 211, 212 surface. It is incident on the top. The sensors 211 and 212 detect the center of gravity of the alignment light flux incident on the sensor surface, and the positional deviation between the mask 1 and the wafer 2 is detected using the output signals from the sensors 211 and 212.

次に重ね合わされる前の各アライメントマーク203.
204,205.206のパターン形状について説明す
る。
Each alignment mark 203 before being superimposed next.
The pattern shapes of 204, 205, and 206 will be explained.

アライメントマーク203,204,205゜206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。
The alignment marks 203, 204, 205, 206 are each made of Fresnel zone plates (or grating lenses) having different focal lengths.

第14図CB)のアライメントマーク205aはアライ
メントマーク205,206を重ね合わせたマスク上の
マークであり、第14図(C)のアライメントマーク2
03aはアライメントマーク203,204を重ね合わ
せたウェハ上のマークである。
The alignment mark 205a in FIG. 14(CB) is a mark on a mask made by overlapping the alignment marks 205 and 206, and is the same as the alignment mark 2 in FIG. 14(C).
03a is a mark on the wafer in which alignment marks 203 and 204 are superimposed.

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50〜300μm5スクライブライン幅方向(X方向
)に20〜100μmが実用的に適当なサイズである。
Practically appropriate dimensions of the marks are 50 to 300 .mu.m in the direction of the scribe lines 9 and 10, and 20 to 100 .mu.m in the scribe line width direction (X direction).

本実施例においては光束207と208は、いずれもマ
・スフ1に対して入射角駒17.5””(マスク1面へ
の射影成分がスクライプライン方向くX方向)に直交す
るように入射している。
In this embodiment, the light beams 207 and 208 are both incident on the mask 1 so as to be orthogonal to the incident angle frame 17.5'' (the projected component onto the mask 1 surface is in the scribe line direction, the X direction). are doing.

これらの所定角度でマスクlに入射したアライメント光
束207及び208は各々グレーティングレンズ205
a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。
The alignment light beams 207 and 208 that are incident on the mask l at these predetermined angles are each passed through the grating lens 205.
The light becomes converging or diverging light under the lens action of a, and is emitted from the mask 1 with its chief ray at a predetermined angle with respect to the normal line of the mask 1.

そして、アライメントマーク205aを透過回折した光
束207と208は各々ウニへ面2の鉛直下方184.
7228μm、鉛直上方188.4545μmの点に集
光点、発散原点をもつ。このときのアライメントマーク
205aの焦点距離は各々214.7228.−158
.4545 μmである。又、マスク1とウェハ2との
間隔は30μmである、第1信号光束はアライメントマ
ーク205aのうち重ね合う前のマーク205の作用で
透過回折し、ウェハ2面上のアライメントマーク203
aのうち重ね合される前のマーク203の作用で凹レン
ズ作用を受け、第1検出部としてのセンサ211面上の
一点に集光している。このとき、センサ211面上のへ
は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205,203のX方向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211で検出される。
The light beams 207 and 208 that have been transmitted and diffracted through the alignment mark 205a are directed to the vertically downward direction 184 of the surface 2, respectively.
It has a focal point and a divergence origin at a point 7228 μm and 188.4545 μm vertically upward. The focal lengths of the alignment marks 205a at this time are 214.7228. -158
.. It is 4545 μm. Further, the distance between the mask 1 and the wafer 2 is 30 μm.The first signal light beam is transmitted and diffracted by the mark 205 of the alignment marks 205a before being overlapped, and is reflected by the alignment mark 203 on the wafer 2 surface.
It receives a concave lens effect due to the effect of the mark 203 before being superimposed in a, and the light is focused on one point on the surface of the sensor 211 serving as the first detection section. At this time, the amount of change in the incident position of the light beam onto the surface of the sensor 211 corresponds to the amount of positional deviation in the X direction of the alignment marks 205 and 203, that is, the amount of axial deviation, and the amount is expanded. becomes incident. As a result, the sensor 211 detects a change in the center of gravity position of the incident light beam.

本実施例ではマスク1とウェハ2の位置ずれが0のとき
、即ちマスク1上のアライメントマーク205とウェハ
2上のアライメントマーク203とが共軸系をなしたと
き、アライメント光束の主光線のウェハ2からの出射角
入射面射影成分が13度、xz面内射影成分が3度、又
、このときの出射光のウェハ2面上への射影成分がスク
ライブライン幅方向(X方向)と直交した所定位置、例
えばウェハ2面から18.65711101の高さに位
置しているセンサ211面上に集光するように設定して
いる。
In this embodiment, when the misalignment between the mask 1 and the wafer 2 is 0, that is, when the alignment mark 205 on the mask 1 and the alignment mark 203 on the wafer 2 form a coaxial system, the principal ray of the alignment light beam Output angle from 2 The incident surface projected component is 13 degrees, the xz in-plane projected component is 3 degrees, and the projected component of the emitted light onto the wafer 2 surface at this time is perpendicular to the scribe line width direction (X direction) The light is set to be focused on a predetermined position, for example, on the sensor 211 surface located at a height of 18.65711101 from the wafer 2 surface.

又第2信号光束はアライメントマーク205aのうち重
ね合わせ前のアライメントマーク206の作用で透過回
折し、ウェハ2面上のアライメントマーク203aのう
ち重ね合わせ前のアライメントマーク204の作用で結
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、かつ出射角入射面内成分13度、xz面内成
分が一3度で出射し、第2検出部としてのセンサ212
面上の一点に集光している。
The second signal light beam is transmitted and diffracted by the alignment mark 206 of the alignment mark 205a before superimposition, and is reflected at the imaging point by the action of the alignment mark 204 of the alignment mark 203a on the second surface of the wafer before superimposition. The spot position is moved in a direction different from that of the first signal beam, and the outgoing angle in-plane component is 13 degrees, the xz-plane component is 13 degrees, and the sensor 212 serves as a second detection section.
The light is focused on one point on the surface.

以上のアライメントマークのレンズパラメータにより物
体1と物体2の相対位置ずれに対する検出部上の2つの
信号光束重心の変位量が100倍で、且つ互いに逆方向
に設定できる。即ち、ずれ倍率β、=−100,β2=
+100となる。センサ211,212上に得られた光
束位置のX方向の移動量が、アライメントのずれ量を与
える。
By using the lens parameters of the alignment mark described above, the amount of displacement of the centers of gravity of the two signal beams on the detection unit with respect to the relative positional deviation between object 1 and object 2 can be set to be 100 times larger and in opposite directions. That is, the deviation magnification β, = -100, β2 =
It becomes +100. The amount of movement in the X direction of the light beam positions obtained on the sensors 211 and 212 gives the amount of alignment shift.

アライメントのずれが0の場合の2つの光束のスポット
211a、212aのX方向の間隔りを設計値あるいは
実焼等によりあらかじめ求めておき、それに対する2つ
のスポット211a。
The distance in the X direction between the two light beam spots 211a and 212a when the misalignment is 0 is determined in advance from a design value or actual firing, and the two spots 211a are set accordingly.

212aの間隔の値のDからのずれからX方向のアライ
メントずれが求まる。
The alignment deviation in the X direction is determined from the deviation of the distance value 212a from D.

本実施例においては物体2.3が傾斜することに起因す
る誤差を原理的に補償する利点がある。
This embodiment has the advantage of compensating for errors caused by the inclination of the object 2.3 in principle.

本実施例においてウェハ面2が第14図(A)のXZ面
内で1 mrad傾斜したとすると、センサ211上で
は第1の信号光束207は約37.3μm重心穆動移動
こす。
In this embodiment, if the wafer surface 2 is tilted by 1 mrad in the XZ plane of FIG.

一方、第2信号光束20日も信号光束207との間でy
z面と平行な対称面を有し、且つ光路長の等しい光路を
通るようにし、センサ212上では信号光207と全く
等しい重心移動を起こすようにしている。これによりセ
ンサ系では各々センサからの実効的重心位置の信号の差
を出力するように信号処理をすると、ウェハ面がyz面
内で傾斜してもセンサ系からの出力信号は変わらない。
On the other hand, the second signal beam 20 also has y
It has a plane of symmetry parallel to the z-plane and passes through an optical path with the same optical path length, so that the center of gravity shifts exactly the same as the signal light 207 on the sensor 212. As a result, if the sensor system performs signal processing to output the difference between the signals of the effective center of gravity position from each sensor, the output signal from the sensor system will not change even if the wafer surface is tilted in the yz plane.

一方、ウェハがyz面内で傾斜すると、2つの信号光束
207,208ともにセンサの長手方向と直交する幅方
向に重心移動を起こすが、これはセンサ上で検出する、
位置ずれに伴う光束の重心移動の方向と直交する方向な
ので、2光束でなくても実効的なアライメント誤差には
ならない。
On the other hand, when the wafer is tilted in the yz plane, the center of gravity of both the two signal beams 207 and 208 shifts in the width direction perpendicular to the longitudinal direction of the sensor, but this is detected on the sensor.
Since the direction is perpendicular to the direction of the movement of the center of gravity of the light beams due to positional deviation, there will be no effective alignment error even if there are not two light beams.

更に、アライメント用光源、及び投光用レンズ系及びセ
ンサなどを内蔵するアライメントヘットが、マスターウ
ェハ系に対して位置の変動を起こした場合は1対1に変
化する。例えば、ヘットをマスクに対して5μmy方向
に移動したとすると、信号光はセンサ211上で5μm
の実効的重心移動を起こし、これに対してもせフサ21
2上で全く等しく5μmの重心移動を起こす。
Furthermore, when the alignment head, which contains the alignment light source, the light projecting lens system, the sensor, etc., changes its position with respect to the master wafer system, the position changes on a one-to-one basis. For example, if the head is moved in the direction of 5 μm with respect to the mask, the signal light will be transmitted 5 μm on the sensor 211.
This causes the effective center of gravity to shift, and in response to this, the
2, the center of gravity shifts by 5 μm in exactly the same way.

従って、最終的なセンサ系からの出力、即ち、第1の信
号光の重心位置出力と第2の信号光の重心位置出力の差
信号は何ら変動しない。
Therefore, the final output from the sensor system, that is, the difference signal between the gravity center position output of the first signal light and the gravity center position output of the second signal light does not change at all.

又、z +I’qb方向の位置の変動は2光束なくても
本質的なアライメント誤差にはならないことがわかる。
Furthermore, it can be seen that the variation in position in the z+I'qb direction does not result in an essential alignment error even if there are no two light beams.

以上の各実施例では第1物体と第2物体の水平方向の位
置検出をアライメント光束と参照光束の2つの光束を用
いて行った場合を示した。
In each of the above embodiments, the horizontal positions of the first object and the second object are detected using two light beams, an alignment light beam and a reference light beam.

本発明はこの他第1物体と第2物体に設けた2つのアラ
イメントマークを用いて第1物体と第2物体の水平方向
の位置検出と共に対向する垂直方向の位置検出、即ち第
1物体と第2物体の間隔検出を行うことも可能である。
In addition, the present invention uses two alignment marks provided on the first object and the second object to detect the positions of the first object and the second object in the horizontal direction as well as the positions of the opposing vertical direction. It is also possible to detect the distance between two objects.

例えば第1.第2物体面上に設けた第1.第2アライメ
ントマークのうち一方の種類のマークより水平方向の位
置検出を行う為のアライメント信号を得、他方の種類の
マークより垂直方向の間隔信号を得、これより水平方向
と垂直方向の双方の位置検出を行うこともできる。
For example, the first. The first one provided on the second object plane. An alignment signal for horizontal position detection is obtained from one type of second alignment mark, and a vertical interval signal is obtained from the other type of mark. Position detection can also be performed.

尚、このときは参照信号は第1.第2アライメントマー
ク中に設けた他のマークから得るようにしても良く、又
参照信号を用いずに第1物体に対する第2物体の位置検
出を行うようにしても良い 第16図は第1物体と第2物体との間隔検出を行う場合
の一部分を示す本発明の第6実施例の要部概略図である
In this case, the reference signal is the first. The position of the second object may be obtained from another mark provided in the second alignment mark, or the position of the second object relative to the first object may be detected without using the reference signal. FIG. 7 is a schematic view of a main part of a sixth embodiment of the present invention, showing a part of the case where the distance between the object and the second object is detected.

本実施例では第1物体1面上に設けた2つの間隔検出用
マーク4 inn 5outを用いて第1物体と第2物
体との間隔検出を行う場合を示している。
This embodiment shows a case where the distance between the first object and the second object is detected using two distance detection marks 4 inn 5 out provided on the surface of the first object.

第17図は第16図の第1物体と第2物体近傍の拡大模
式図である。
FIG. 17 is an enlarged schematic diagram of the vicinity of the first object and second object in FIG. 16.

第16図、第17図において101は光束で例えばH、
−N 、レーザーや半導体レーザー等からの光束、10
2は板状の第1物体で例えばマスク、103は板状の第
2物体で例えばウェハである。
16 and 17, 101 is a luminous flux, for example H,
-N, luminous flux from laser, semiconductor laser, etc., 10
2 is a plate-shaped first object, for example a mask, and 103 is a plate-shaped second object, for example a wafer.

4、n、5゜、は各々マスク102面上の一部に設けた
第1.第2物理光学素子で、これらの物理光学素子41
..5゜、は例えば回折格子やゾーンプレート等から成
っている。107は集光レンズであり、その焦点距離は
f3であり、163は集光レンズ107の光軸である。
4, n, and 5° are the first angles provided on a portion of the mask 102 surface. These physical optical elements 41 are the second physical optical elements.
.. .. 5° is made up of, for example, a diffraction grating or a zone plate. 107 is a condensing lens, the focal length of which is f3, and 163 is an optical axis of the condensing lens 107.

108は受光手段で集光レンズ107の焦点位置に配置
されており、ラインセンサーやPSD等から成り、入射
光束の重心位置を検出している。
Reference numeral 108 denotes a light receiving means, which is arranged at the focal point of the condensing lens 107, and is composed of a line sensor, a PSD, etc., and detects the center of gravity of the incident light beam.

109は信号処理回路であり、受光手段108からの信
号を用いて受光手段108面上に入射した光束の重心位
置を求め、後述するようにマスク102とウェハ103
との間隔d。を演算し求めている。
Reference numeral 109 denotes a signal processing circuit, which uses the signal from the light receiving means 108 to determine the center of gravity of the light beam incident on the surface of the light receiving means 108, and calculates the position of the center of gravity of the light beam incident on the surface of the light receiving means 108, and as will be described later,
The distance d. is calculated and found.

100は光プローブであり、集光レンズ107や受光手
段108、そして必要に応じて信号処理回路109を有
しており、マスク102やウェハ103とは相対的に移
動可能となっている。
Reference numeral 100 denotes an optical probe, which has a condensing lens 107, a light receiving means 108, and, if necessary, a signal processing circuit 109, and is movable relative to the mask 102 and the wafer 103.

本実施例においては半導体レーザーLDからの光束10
1(波長λ=830nm )をマスク102面上の第1
フレネルゾーンプレート(以下FZPと略記する)4□
。面上の点Aに垂直に入射させている。そして第1のF
ZP4+nからの角度θ1で偏向する、即ち回折する所
定次数の回折光なウェハ103面上の点B (C)で偏
向、即ち反射させている。このうち反射光131はウェ
ハ103がマスク102との間隔d0の位置P1に位置
しているときの反射光、反射光132はウェハ103が
位置P1から距JlIIdaだけ変位して、位置P2に
あるときの反射光である。
In this embodiment, the luminous flux from the semiconductor laser LD is 10
1 (wavelength λ = 830 nm) on the first surface of the mask 102.
Fresnel zone plate (hereinafter abbreviated as FZP) 4□
. The light is incident perpendicularly to point A on the surface. and the first F
Diffracted light of a predetermined order is deflected, ie, diffracted, at an angle θ1 from ZP4+n, and is deflected, ie, reflected, at a point B (C) on the surface of the wafer 103. Of these, reflected light 131 is reflected light when the wafer 103 is located at position P1 with a distance d0 from the mask 102, and reflected light 132 is reflected light when the wafer 103 is displaced from position P1 by a distance JlIIda and is located at position P2. This is the reflected light.

次いでウェハ103からの反射光を第1物体102面上
の第2のFZP5゜1面上の点D(ウェハ103が位置
P2にあるときは点E)に入射させている。
Next, the reflected light from the wafer 103 is made incident on a point D (point E when the wafer 103 is at position P2) on the second FZP 5°1 surface on the first object 102 surface.

尚、第2のFZP5゜utは集光レンズのように入射光
束の入射位置に応じて出射回折光の射出角を変化させる
光学作用を有している。
Note that the second FZP 5°ut has an optical function of changing the exit angle of the outgoing diffracted light according to the incident position of the incident light beam, like a condensing lens.

そして第2のFZP5゜、から角度θ2で回折した所定
次数の回折光161(ウェハ103が位置P2にあると
きは回折光162)を集光レンズ107を介して受光手
段108面上に導光している。
Then, diffracted light 161 of a predetermined order (diffracted light 162 when the wafer 103 is at position P2) diffracted at an angle θ2 from the second FZP 5° is guided onto the surface of the light receiving means 108 via the condensing lens 107. ing.

そして、このときの受光手段108面上における入射光
束161(ウェハ103が位置P2にあるときは回折光
162)の重心位置を検出してマスク102とウェハ1
03との間隔を演算し求めている。
Then, the center of gravity of the incident light beam 161 (diffracted light 162 when the wafer 103 is at position P2) on the surface of the light receiving means 108 at this time is detected, and the mask 102 and the wafer 1 are
03 is calculated and determined.

本実施例ではマスク102面上に設けた第1゜第2のF
ZP4ムno 5outは予め設定された既知のピッチ
で構成されており、それらに入射した光束の所定次数(
例えば±1次)の回折光の回折角度θ1.θ2は予め求
められている。
In this embodiment, the first and second F provided on the surface of the mask 102
ZP4mm no 5out is configured with a known pitch set in advance, and the predetermined order (
For example, the diffraction angle θ1 of diffracted light of ±1st order). θ2 is determined in advance.

第18図はマスク102面上の第1.第2のFZP4i
、、5゜、の機能及びマスク102とウェハ103との
間隔との関係を示す説明図である。
FIG. 18 shows the first image on the surface of the mask 102. Second FZP4i
, , 5°, and the relationship between the distance between the mask 102 and the wafer 103.

第18図(A)は物理光学素子4.n、5゜、の上面図
、第18図(B)は物理光学素子4in。
FIG. 18(A) shows the physical optical element 4. Figure 18 (B) is a top view of the physical optical element 4 inches.

5 outを通過する光路をB方向から見た説明図、第
18図(C)は同じくC方向から見た説明図である。
18(C) is an explanatory diagram of the optical path passing through 5 out viewed from direction B, and FIG. 18(C) is an explanatory diagram similarly viewed from direction C.

本実施例においては、第1のFZP4.。は単に入射光
を折り曲げる作用をしているが、この他収束、又は発散
作用を持たせるようにしても良い。
In this embodiment, the first FZP4. . has the effect of simply bending the incident light, but it may also have a converging or diverging effect.

同図(A) 、 (B) 、 ((:)に示すように第
2のFZP5゜utは場所によって回折方向が少しずつ
変えられる構成になっており、例えば点111はマスク
102とウェハ103との間隔が100μmのときの出
射光束の重心透過点でマスク102とウェハ103との
間隔が増すにつれて出射光束の透過点は同図(A)にお
いて右方に移動し、間隔が200μmになったときは点
112を透過するように設定している。
As shown in (A), (B), and ((:) in the same figure, the second FZP5゜ut has a structure in which the diffraction direction can be changed little by little depending on the location. For example, the point 111 is located between the mask 102 and the wafer 103. As the distance between the mask 102 and the wafer 103 increases, the transmission point of the outgoing light beam moves to the right in FIG. is set so that point 112 is transparent.

FZPのパターンは同図(A)においてB方向には収束
、発散のパワーを持たせていないが光束の拡がりを調整
する為に持たせても良い。
Although the FZP pattern does not have convergence or divergence power in the B direction in FIG.

本実施例では六方向に対しては第16図に示すように出
射角度5°方向に距1!if、=1000μmの位置に
集光するように第2のFZP5゜、に収束のパワーを持
たせている。
In this embodiment, for the six directions, as shown in FIG. 16, the distance is 1 in the direction of the emission angle of 5°! The second FZP 5° is given convergence power so as to condense the light at a position of if,=1000 μm.

尚、第18図においてマスク102とウェハ103との
間隔測定範囲を例えば100μm〜200μmとした場
合には、これに対応させて第1゜第2のFZP4.。、
5゜、の領域の大きさを設定すれば良い。
In FIG. 18, if the distance measurement range between the mask 102 and the wafer 103 is, for example, 100 μm to 200 μm, the 1° second FZP4. . ,
It is sufficient to set the size of the area at 5°.

次に第16図を用いてマスク102とウェハ103との
間隔を求める方法について説明する。
Next, a method for determining the distance between the mask 102 and the wafer 103 will be explained using FIG. 16.

第16図に示すように回折光161と回折光162との
交点Fからマスク102までの距離をfMとすると AD  −2dotan  θI AE  =  2(d、+  da)tanθl 。
As shown in FIG. 16, if the distance from the intersection F of the diffracted light 161 and the diffracted light 162 to the mask 102 is fM, AD -2 dotan θI AE = 2(d, + da) tan θl.

、°、dM −DE  −八E  −AD  −2d(
ltanθl  −−−−−−(3)dy −2・fM
’  tanθ2        −−−−−− (4
)である。間隔がd。からd。たけ変化したときの受光
手段108面上における入射光の動き量SはS =  
2・fs−tanθ2        −−−−−− 
(5)従フて(1) 、 (2) 、 (3)式よりと
なる。
, °, dM −DE −8E −AD −2d(
ltanθl --------(3)dy -2・fM
' tanθ2 -------- (4
). The interval is d. From d. The amount of movement S of the incident light on the surface of the light receiving means 108 when the height changes is S =
2・fs-tanθ2 --------
(5) According to equations (1), (2), and (3),

マスク102とウェハ103の単位ギャップ変化量に対
する受光手段108面上の入射光束のずれ量ΔS、即ち
感度ΔSは となる。
The deviation amount ΔS of the incident light beam on the surface of the light receiving means 108 with respect to the unit gap change amount between the mask 102 and the wafer 103, that is, the sensitivity ΔS is as follows.

本実施例では受光手段108面上の入射光束の位置ずれ
Sを検出することにより、(6)式より距51 a a
を求め、この値d。よりマスク102に対するウェハ1
03の所定間隔位置P1からの間隔ずれ量を求め、これ
によりマスク102とウェハ103との間隔を測定して
いる。
In this embodiment, by detecting the positional deviation S of the incident light beam on the surface of the light receiving means 108, the distance 51 a a
Find this value d. Wafer 1 with respect to mask 102
The distance between the mask 102 and the wafer 103 is measured by determining the distance deviation amount from the predetermined distance position P1 of 03.

マスク102とウェハ103は最初に例えば第18図に
示すように基準となる間隔doを隔てて対向配置されて
いる。このときの間隔doは例えばTM−23ON (
商品名:キヤノン株式会社製)等の装置を用いて測定さ
れている。
The mask 102 and the wafer 103 are first placed facing each other with a reference distance do therebetween, as shown in FIG. 18, for example. The interval do at this time is, for example, TM-23ON (
(trade name: manufactured by Canon Inc.).

本実施例では第1のFZP4.。に入射光を折り曲げる
偏向作用を持たせることで以下の様な効果を得ている。
In this embodiment, the first FZP4. . By imparting a deflection effect to bend the incident light, the following effects are obtained.

第1のFZP4.。からの出射光の角度θ1は(7)式
かられかる様に感度ΔSを設定する為のパラメータとな
る。第1のF Z P 4 inが無くマスクの透過光
を使用する状態ではこの角度θ1はマスクへの入射光の
入射角、即ち光源側の投射方向に一致する。この場合、
投光手段の配置は感度ΔSを考慮して制約を受ける。折
り曲げ偏向作用を有する第1のFZP4.。を設けるこ
とで投光手段からの入射角をどれだけに設計しても第1
のFZP4 + nの方で出射角を角度θ1にする様に
簡単に調整でき、これにより投光手段側の自由度を増し
ている。
1st FZP4. . The angle θ1 of the emitted light is a parameter for setting the sensitivity ΔS as shown in equation (7). In a state where the first F Z P 4 in is not present and the transmitted light of the mask is used, this angle θ1 corresponds to the incident angle of the incident light to the mask, that is, the projection direction on the light source side. in this case,
The arrangement of the light projecting means is restricted in consideration of the sensitivity ΔS. First FZP4 with bending deflection action. . By providing a
The output angle of FZP4 + n can be easily adjusted to angle θ1, thereby increasing the degree of freedom on the light projecting means side.

又本実施例では第1のF Z P 4 inに入射する
光束の大きさを第1のFZP4+、、の大きさより大き
くすることにより、入射光がマスク面方向に多少変動し
ても第1のF Z P 4 inからの出射する光束の
状態が変化しないようにしている。
In addition, in this embodiment, by making the size of the light beam incident on the first FZP4in larger than the size of the first FZP4+, , even if the incident light changes somewhat in the direction of the mask surface, the first The state of the luminous flux emitted from the F Z P 4 in is prevented from changing.

本実施例における感度ΔSは集光レンズ107の焦点距
Kn t sを30mmとすると(7)式よりΔS−□
・   −15(μm/μm)1000     +0
0 となり、マスク102とウェハ103との間隔1μm当
たりの変化に対して、受光手段108面上の光束は15
μm移動することになる。受光手段108として位置分
解能が0.3μmのPSDを用いると、原理的には0.
02μmの分解能でマスク102とウェハ103の間隔
を測定することが可能となる。
Sensitivity ΔS in this example is calculated from equation (7) when the focal length Knt s of the condensing lens 107 is 30 mm.
・ -15 (μm/μm) 1000 +0
0, and the luminous flux on the light receiving means 108 surface is 15% for a change per 1 μm of the distance between the mask 102 and the wafer 103.
It will move by μm. When a PSD with a positional resolution of 0.3 μm is used as the light receiving means 108, in principle, the position resolution is 0.3 μm.
It becomes possible to measure the distance between the mask 102 and the wafer 103 with a resolution of 0.2 μm.

本実施例ではウェハ103の1つの位置に対する第2物
理光学素子5゜utからの回折光は、光軸163に対し
て特定の角度をもって集光レンズ107に入射し、受光
手段108が集光レンズ107の焦点位置に設置されて
いるので光プローブ100を光軸163上の、どの位置
に設置しても、又、光軸と垂直方向に多少ズしていても
受光手段108への入射光位置は不変である。これによ
り光プローブの変動に伴う測定誤差の軽減させている。
In this embodiment, the diffracted light from the second physical optical element 5°ut for one position on the wafer 103 enters the condenser lens 107 at a specific angle with respect to the optical axis 163, and the light receiving means 108 Since the optical probe 100 is installed at the focal position of the optical axis 107, no matter where the optical probe 100 is installed on the optical axis 163, or even if it is slightly deviated in the direction perpendicular to the optical axis, the position of the incident light on the light receiving means 108 will remain unchanged. remains unchanged. This reduces measurement errors caused by fluctuations in the optical probe.

但し、光プローブ100の位置誤差がある程度許容され
ている場合や位置誤差が生じても別手段で補正された場
合には、受光手段108は集光レンズ107の焦点位置
に厳密に設置される必要はない。
However, if the positional error of the optical probe 100 is allowed to some extent, or if a positional error occurs but is corrected by another means, the light receiving means 108 needs to be placed strictly at the focal point of the condensing lens 107. There isn't.

尚、第16図の実施例において集光レンズ107を用い
ずに第19図(A) 、 (B)に示すように構成して
も第16図の実施例に比べて受光手段108に入射する
光束が多少大きくなるが本発明の目的を略達成すること
ができる。
Incidentally, even if the embodiment shown in FIG. 16 is configured as shown in FIGS. 19(A) and 19(B) without using the condensing lens 107, the amount of light incident on the light receiving means 108 is higher than in the embodiment shown in FIG. Although the luminous flux becomes somewhat larger, the object of the present invention can be substantially achieved.

第19図(A)は第16図の実施例において集光レンズ
107を省略したときの実施例の概略図である。
FIG. 19(A) is a schematic diagram of an embodiment in which the condenser lens 107 is omitted in the embodiment of FIG. 16.

第19図(B)は第19図(A)の実施例におけるマス
ク102面上の物理光学素子5゜、は入射光束に対して
一定方向に出射させる光学作用を有し、集光作用を有さ
ない実施例を示している。
FIG. 19(B) shows that the physical optical element 5° on the surface of the mask 102 in the embodiment of FIG. 19(A) has an optical function of emitting the incident light flux in a certain direction, and has a condensing function. This example shows an example in which the

具体的には物理光学素子、そして平行等間隔な線状格子
よりなる回折格子等が用いられる。この場合も第19図
(A)の実施例と同様、本発明の目的を略達成すること
ができる。
Specifically, a physical optical element, a diffraction grating made of parallel, equally spaced linear gratings, etc. are used. In this case as well, the object of the present invention can be substantially achieved as in the embodiment of FIG. 19(A).

尚、第19図(B)に示す実施例において回折格子5゜
、を省略し、ウェハ103から反射した光束がマスク1
02を透過する様にし、この透過光を受光する位置に受
光手段を配置するようにしても良い。又第19図(A)
 、 (B)の入射側の回折格子4.。を省略し、光源
LDからの入射光束がマスク102に入射する前からマ
スク面法線に対して傾斜している様に構成しても良い。
In the embodiment shown in FIG. 19(B), the diffraction grating 5° is omitted, and the light beam reflected from the wafer 103 is
02 may be transmitted, and a light receiving means may be arranged at a position to receive this transmitted light. Also, Figure 19 (A)
, (B) diffraction grating 4 on the incident side. . may be omitted, and the configuration may be such that the incident light beam from the light source LD is inclined with respect to the normal line of the mask surface even before it enters the mask 102.

更に第19図(A) 、 (8)におイテ、つ!ハ10
3上に回折格子を形成し、回折格子4.。からの回折光
を該回折格子で回折させて回折格子5゜utの方向に導
光する様に構成しても良い。
Furthermore, please refer to Figure 19 (A) and (8)! Ha10
A diffraction grating is formed on the diffraction grating 4. . The diffraction light from the diffraction grating may be diffracted by the diffraction grating and guided in the direction of the diffraction grating 5° out.

第20図(A)は本発明の第7実施例の要部概略図でる
FIG. 20(A) is a schematic diagram of a main part of a seventh embodiment of the present invention.

本実施例では第1物体と第2物体の水平方向(横ずれ方
向)と垂直方向(間隔方向)の双方の位置検出を行うも
のである。
In this embodiment, the positions of the first object and the second object are detected in both the horizontal direction (lateral displacement direction) and the vertical direction (interval direction).

同図(B)は同図(A)のマスク1面上の第1アライメ
ントマーク5の配置を示す概略図、同図(C)は同図(
A)のウェハ2面上の第2アライメントマーク3の配置
を示す概略図である。
The same figure (B) is a schematic diagram showing the arrangement of the first alignment mark 5 on the first surface of the mask in the same figure (A), and the same figure (C) is the same figure (
FIG. 3 is a schematic diagram showing the arrangement of second alignment marks 3 on the second surface of the wafer in FIG.

同図(B)に示すマスク1面上には横ずれ信号検出用の
マーク5Aと間隔検出用のマーク42、。、42゜、が
同一領域内に重複して設けられ第1アライメントマーク
5を形成している。
A mark 5A for detecting a lateral shift signal and a mark 42 for detecting an interval are provided on the surface of the mask shown in FIG. 1B. , 42° are provided overlappingly in the same area to form the first alignment mark 5.

(ここでinは入射用、outは出射用を各々示してい
る。) 又ウェハ2面上には第2アライメントマーク3として横
ずれ信号検出用のマーク3Aのみが設けられ、間隔検出
用には単に反射する0次回折光を用いている。
(Here, in indicates the input, and out indicates the output.) Also, only a mark 3A for detecting a lateral shift signal is provided as the second alignment mark 3 on the wafer 2 surface, and a mark 3A for detecting the interval is simply provided. It uses reflected 0th order diffracted light.

水平方向の位置検出方法は以下の如くである。The horizontal position detection method is as follows.

アライメント光束7はマスク1上のマーク5Aを透過回
折し、ウェハ2上のマーク3Aを反射回折することによ
って、マスクとウェハとのずれ量に対応した量、かつ拡
大された量だけ所定面への入射位置が変化する。
The alignment light beam 7 transmits and diffracts the mark 5A on the mask 1 and reflects and diffracts the mark 3A on the wafer 2, so that the alignment light beam 7 is directed to a predetermined surface by an amount corresponding to the amount of misalignment between the mask and the wafer and an enlarged amount. The incident position changes.

即ち、マスクとウェハ上のグレーティングレンズの間の
光軸のずれがn倍の入射光束重心位置すれとしてグレー
ティングレンズ系の倍率で拡大変換されて、アライメン
トヘッド内の受光@11に入射する。そして受光器11
によりその光束の重心位置を検出している。
That is, the misalignment of the optical axis between the mask and the grating lens on the wafer is magnified and converted by the magnification of the grating lens system as a misalignment of the center of gravity of the incident light beam by n times, and enters the light receiving @11 in the alignment head. and receiver 11
The center of gravity of the light beam is detected by

今、マスク1とウェハ2とが平行方向にΔσずれており
、ウェハ2からウェハ2のマーク3Aで反射した光束の
集光点までの距離をb、マスク1のマーク5Aを通過し
てウェハ2に入射する光束の集光点(あるいは発散原点
)までの距離をaとすると検出面11上での集光点の重
心ずれ量Δδは b Δδ=Δσx(−+1)    ・・・・・・・・・(
a)となる。即ち重心ずれ量Δδは(b / a + 
1 )倍に拡大される。
Now, the mask 1 and the wafer 2 are shifted by Δσ in the parallel direction, and the distance from the wafer 2 to the convergence point of the light beam reflected by the mark 3A on the wafer 2 is b. If the distance to the convergence point (or divergence origin) of the incident light beam is a, then the amount of gravity shift Δδ of the convergence point on the detection surface 11 is b Δδ=Δσx(-+1)・・・(
a). In other words, the center of gravity shift amount Δδ is (b / a +
1) Expanded twice.

例えば、a = 0 、5 mm、 b = 5011
101とすれば重ひずれ量Δδは(a)式より101倍
に拡大される。
For example, a = 0, 5 mm, b = 5011
If it is set to 101, the heavy strain amount Δδ will be expanded by a factor of 101 from equation (a).

尚、このときの重心ずれ量Δδと位置ずれ量Δσは(a
)式より明らかのように、比例関係となる。検出器11
の光束入射位置検出分解能が0.1μmであるとすると
位置ずれ量Δσはo、ootμmの位置分解能となる。
In addition, the center of gravity shift amount Δδ and position shift amount Δσ at this time are (a
) As is clear from the equation, there is a proportional relationship. Detector 11
If the luminous flux incident position detection resolution is 0.1 μm, the positional deviation amount Δσ has a position resolution of o,oot μm.

このようにして求めた位置ずれ量Δσをもとに第2物体
を移動させれば第1物体と第2物体の位置決めを高精度
に行うことができる。
If the second object is moved based on the positional deviation amount Δσ determined in this manner, the first object and the second object can be positioned with high precision.

検出面11上の基準位置(第1.第2物理光学素子が位
置ずれのない状態のときの光束の重心位置)は以下の様
にして求める。まず第1物理光学素子5Aを有する、例
えばマスクを適当な位置に固定する。次に第2物理光学
素子3Aを有する、例えばウェハをマスクに対して適当
な位置に配置する。このとき光束を第1.第2物理光学
素子に入射させて、この状態における検出面11上での
光束の重心位置を検出する。次にこの状態で、例えばマ
スク上のパターンをウェハ上に転写する。
The reference position on the detection surface 11 (the position of the center of gravity of the light beam when the first and second physical optical elements are in a state where there is no positional deviation) is determined as follows. First, for example, a mask having the first physical optical element 5A is fixed at an appropriate position. Next, for example, a wafer having the second physical optical element 3A is placed at an appropriate position with respect to the mask. At this time, the luminous flux is changed to the first. The light beam is made incident on the second physical optical element to detect the center of gravity position of the light beam on the detection surface 11 in this state. Next, in this state, for example, the pattern on the mask is transferred onto the wafer.

転写されたパターンを他の顕微鏡等で観察し、ずれの量
と方向を計測する。求めたずれ量及び方向が(a)式に
おける第2物理光学素子のずれΔσになる。従って(a
)式より前に検出した光束の重心位置が基準位置よりど
れだけずれていたか、即ちΔδが求められるので、この
Δδと検出した重心位置から基準位置を逆算する。
The transferred pattern is observed using another microscope, etc., and the amount and direction of the shift is measured. The obtained deviation amount and direction become the deviation Δσ of the second physical optical element in equation (a). Therefore (a
) Since it is possible to determine how much the center of gravity position of the luminous flux detected before was shifted from the reference position, that is, Δδ, the reference position is calculated backward from this Δδ and the detected center of gravity position.

垂直方向検出(間隔検出)方法は第16図に示した第6
実施例と同様である。尚、39.40は間隔検出用のセ
ンサーである。
The vertical direction detection (interval detection) method is as shown in Fig. 6.
This is similar to the example. Note that 39.40 is a sensor for detecting an interval.

第21図(A)は本発明の第8実施例の要部概略図であ
る。
FIG. 21(A) is a schematic diagram of a main part of an eighth embodiment of the present invention.

本実施例では′fJ1物体と第2物体の水平方向(横ず
れ方向)と垂直方向(間隔方向)の双方の位置検出を行
うものである。
In this embodiment, the positions of the 'fJ1 object and the second object are detected in both the horizontal direction (lateral displacement direction) and the vertical direction (interval direction).

同図(B)は同図(A)のマスク1面上の第1アライメ
ントマーク5の配置を示す概略図、同図(C)は同図(
A)のウェハ2面上の第2アライメントマーク3の配置
を示す概略図である。
The same figure (B) is a schematic diagram showing the arrangement of the first alignment mark 5 on the first surface of the mask in the same figure (A), and the same figure (C) is the same figure (
FIG. 3 is a schematic diagram showing the arrangement of second alignment marks 3 on the second surface of the wafer in FIG.

本実施例ではマスク(第1物体)とウェハ(第2物体)
が位置変化するとき受光手段11゜12.39.40面
上に入射する2つの光束が互いに逆方向に移動するよう
に各要素を設定し、この逆方向に動く2光束の間隔がそ
れぞれの方向の相対位置関係に対応するので、これを検
出して高精度な位置検出を行っている。この為、同図で
は各々の機能を有するマークを各々マスクとウェハに設
けている。
In this example, a mask (first object) and a wafer (second object)
Each element is set so that when the position of the light receiving means 11゜12.39.40 changes, the two light beams incident on the surface of the light receiving means move in opposite directions, and the interval between the two light beams moving in opposite directions is This corresponds to the relative positional relationship between the two positions, so this is detected to perform highly accurate position detection. For this reason, in the figure, marks having respective functions are provided on the mask and the wafer, respectively.

同図(B)に示すマスク1面上には互いに逆向きの感度
を有する横ずれ信号検出用のマーク5Aと間隔検出用の
マーク42.r、IA、42.、I B。
On the surface of the mask shown in FIG. 1B, there is a mark 5A for detecting a lateral shift signal and a mark 42 for detecting an interval, which have sensitivities in opposite directions. r, IA, 42. , I.B.

42out I A、 42out I Bが同一領域
内に重複して設けられ第1アライメントマーク5を形成
している。(ここでinは入射用、outは出射用を各
々示している。) 又ウェハ2面上には第2アライメントマーク3として横
ずれ信号検出用のマーク3Aのみが設けられ、間隔検出
用には単に反射する0次回折光を用いている。
42out IA and 42out IB are provided overlappingly in the same area to form the first alignment mark 5. (Here, in indicates the input, and out indicates the output.) Also, only a mark 3A for detecting a lateral shift signal is provided as the second alignment mark 3 on the wafer 2 surface, and a mark 3A for detecting the interval is simply provided. It uses reflected 0th order diffracted light.

水平方向の位置検出方法は第1図に示した第1実施例と
同様で、又垂直方向検出(間隔検出)方法は第16図に
示した第6実施例と同様である。
The horizontal position detection method is the same as in the first embodiment shown in FIG. 1, and the vertical direction detection (interval detection) method is the same as in the sixth embodiment shown in FIG.

(発明の効果) 本発明によれば第1物体と第2物体面上の第1.第2ア
ライメントマークを前述のような各々異った光学的性質
を有する複数のマークを同一領域内に重複して形成して
構成することにより、同一領域より複数の位置検出用の
信号を得るようにし、局所的なそり等に影ツされない高
精度な位置検出を可能とした位置検出装置を達成するこ
とができる。
(Effects of the Invention) According to the present invention, the first object and the first object on the second object plane. By forming the second alignment mark by overlappingly forming a plurality of marks each having different optical properties in the same area as described above, it is possible to obtain a plurality of position detection signals from the same area. Thus, it is possible to achieve a position detection device that enables highly accurate position detection that is not affected by local warping or the like.

この他前述の実施例によれば前述の光学的性質を有する
第1.第2アライメントマークを第1゜第2物体面上に
設け、各々のマークを介した光束を利用し、例えば第1
物体としてのマスクと第2物体としてのウェハの位置合
わせな行う際、次のような効果が得られる。
In addition, according to the above-mentioned embodiment, the first lens having the above-mentioned optical properties. A second alignment mark is provided on the first and second object planes, and the luminous flux passing through each mark is used to
When aligning the mask as an object and the wafer as a second object, the following effects can be obtained.

(イ)ウニへ面が傾斜するか、或はレジストの塗布むら
や、露光プロセス中に生じるそりなどのローカルな傾き
等によってアライメント光の重心位置が変動しても参照
信号光とアライメント信号光との相対的な重心位置検知
を行うことにより、ウニへ面の傾斜に左右されずに正確
に位置ずれを検出することができる。
(b) Even if the center of gravity of the alignment light changes due to an inclination of the surface, uneven coating of the resist, or local inclination such as warpage during the exposure process, the reference signal light and alignment signal light will not match. By detecting the relative center of gravity position of the sea urchin, it is possible to accurately detect the positional deviation without being affected by the inclination of the surface of the sea urchin.

(0)アライメントヘッドの位置がマスクに対して相対
的に変動した為に、アライメント信号光のセンサ上の重
心位置が変動しても参照信号光とアライメント信号光と
の相対的な重心位置検知を行うことにより、アライメン
トヘッドの位置ずれに左右されずに正確にマスク−ウェ
ハ間の位置ずれを検出することができる。
(0) Even if the position of the center of gravity of the alignment signal light on the sensor changes because the position of the alignment head changes relative to the mask, the relative center of gravity position of the reference signal light and alignment signal light cannot be detected. By doing so, it is possible to accurately detect the positional deviation between the mask and the wafer without being affected by the positional deviation of the alignment head.

(八)更にマスクとウェハ間のギャップが変動して、信
号光のアライメントセンサ上のアライメント検知方向の
重心位置が変動しても参照信号光とアライメント信号光
との相対的な重心位置検知を行うことにより、ギャップ
変動に左右されずに正確に位置ずれを検出することがで
きる。
(8) Furthermore, even if the gap between the mask and the wafer changes and the center of gravity position in the alignment detection direction on the signal light alignment sensor changes, the relative center of gravity position between the reference signal light and the alignment signal light is detected. This makes it possible to accurately detect positional deviations without being affected by gap fluctuations.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の第1実施例の光学系の概略図、第2図
、第3図は各々第1図の光学作用の原理を示す説明図、
第4図は本発明における位置ずれ量と重心ずれ量との関
係を示す説明図、第5図(八) 、 (B)は本発明に
係る第1アライメントマークと第2アライメントマーク
の説明図、第6.第7図は本発明の第2.第3実施例の
光学系の概略図、第8.第9図は各々第1図の一部分の
一変形を示す説明図、第10図は本発明をプロキシミテ
ィー法の半導体露光装置に適用したときの第4実施例の
概略図、第11.第12.第13図は各々従来のゾーン
プレートを用いた位置合わせ装置の説明図、第14図は
本発明の第5実施例の要部概略図、第15図は第14図
の第5実施例の位置検出原理を示す説明図、第16図は
本発明において間隔検出を行う様子を示す第6実Mi例
の要部概略図、第17.第18.第19図は第16図の
一部分の説明図、第20図、第21図は各々本発明の第
7.第8実施例の要部概略図、第22図〜第24図は本
発明の位置ずれ検知方法の原理説明図である。 図中、1,102は第1物体(マスク)、2゜103は
第2物体(ウェハ)、s、3は各々第1.第2アライメ
ントマーク、7はアライメント光、8は参照光、9,1
oはスクライブライン、11は第1検出系(センサ)、
12は第2検出系(センサ)である。 第 図
FIG. 1 is a schematic diagram of an optical system according to a first embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are explanatory diagrams showing the principle of the optical operation in FIG. 1, respectively.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the amount of positional deviation and the amount of center of gravity deviation in the present invention, FIG. 5 (8) and (B) are explanatory diagrams of the first alignment mark and the second alignment mark according to the present invention, 6th. FIG. 7 shows the second embodiment of the present invention. Schematic diagram of the optical system of the third embodiment, 8th. 9 is an explanatory diagram showing a modification of a portion of FIG. 1, FIG. 10 is a schematic diagram of a fourth embodiment when the present invention is applied to a semiconductor exposure apparatus using the proximity method, and FIG. 12th. FIG. 13 is an explanatory diagram of a positioning device using a conventional zone plate, FIG. 14 is a schematic diagram of a main part of a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 15 is a position of the fifth embodiment of FIG. 14. 16 is an explanatory diagram showing the detection principle; FIG. 16 is a schematic diagram of the main part of the sixth practical example Mi showing how interval detection is performed in the present invention; and FIG. 17. 18th. FIG. 19 is an explanatory diagram of a part of FIG. 16, and FIGS. 20 and 21 are respectively 7. A schematic view of the main parts of the eighth embodiment, and FIGS. 22 to 24 are explanatory diagrams of the principle of the positional deviation detection method of the present invention. In the figure, 1,102 is the first object (mask), 2°103 is the second object (wafer), and s and 3 are the first objects, respectively. 2nd alignment mark, 7 is alignment light, 8 is reference light, 9,1
o is the scribe line, 11 is the first detection system (sensor),
12 is a second detection system (sensor). Diagram

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)第1物体面上に第1アライメントマークを形成し
、第2物体面上に第2アライメントマークを形成し、該
第1アライメントマークと該第2アライメントマークの
双方で偏向された第1光束の位置を第1検出手段で検出
し、得られる第1信号と、該第1アライメントマークと
第2アライメントマークで偏向される該第1光束とは異
なった第2光束の光束位置を第2検出手段で検出し、得
られる第2信号の双方の信号を利用して、該第1物体に
対する第2物体の位置検出を行う際、該第1アライメン
トマーク又は/及び第2アライメントマークを光学的性
質を異にする少なくとも2つのマークを同一領域内に重
複して形成して構成したことを特徴とする位置検出装置
(1) A first alignment mark is formed on a first object plane, a second alignment mark is formed on a second object plane, and the first alignment mark is deflected by both the first alignment mark and the second alignment mark. The position of the light beam is detected by a first detection means, and the obtained first signal and the light beam position of the second light beam, which is different from the first light beam and is deflected by the first alignment mark and the second alignment mark, are detected by a second detection means. When detecting the position of the second object with respect to the first object using both signals detected by the detection means and the second signal obtained, the first alignment mark and/or the second alignment mark are optically A position detection device comprising at least two marks with different properties overlappingly formed in the same area.
(2)前記第1アライメントマーク又は/及び第2アラ
イメントマークに設けた2つのマークはいずれも物理光
学素子であり、前記第1光束又は/及び第2光束は該物
理光学素子で少なくとも1回の回折作用を受けているこ
とを特徴とする請求項1記載の位置検出装置。
(2) The two marks provided on the first alignment mark and/or the second alignment mark are both physical optical elements, and the first luminous flux and/or the second luminous flux are transmitted at least once by the physical optical element. 2. The position detecting device according to claim 1, wherein the position detecting device is subjected to a diffraction effect.
(3)前記第1信号と第2信号を利用して対向配置した
前記第1物体に対する第2物体の水平方向における位置
検出又は/及び双方が対向配置されている垂直方向の位
置検出を行ったことを特徴とする請求項1記載の位置検
出装置。
(3) Using the first signal and the second signal, the position of the second object in the horizontal direction with respect to the first object placed facing each other was detected and/or the position detected in the vertical direction where both objects were placed facing each other. The position detection device according to claim 1, characterized in that:
(4)所定の物体に対して対向して配置して位置検出を
行う為の位置検出用物体であって、該位置検出用物体は
その表面上の一領域には位置検出用の光束が光学的作用
を受ける光学的性質の異なる少なくとも2種類のマーク
が重複して形成されていることを特徴とする位置検出用
物体。
(4) A position detection object that is placed opposite to a predetermined object to perform position detection, and the position detection object has an optical beam for position detection in one area on its surface. 1. A position detection object characterized in that at least two types of marks having different optical properties that are subjected to an optical action are formed overlappingly.
(5)第1物体面上に物理光学素子としての機能を有す
る第1アライメントマークを形成し、第2物体面上に物
理光学素子としての機能を有する第2アライメントマー
クを形成し、該第1アライメントマークに光束を入射さ
せたときに生ずる回折光を該第2アライメントマークに
入射させ、該第2アライメントマークからの回折光の光
束位置を第1検出手段で検出し、得られる第1信号と、
該第1アライメントマーク、又は第2アライメントマー
クから生ずる複数の回折光のうち前記回折光とは異なる
回折光の光束位置を第2検出手段で検出し、該第2検出
手段から得られる第2信号を基準信号とし、双方の信号
を利用して、該第1物体と第2物体との位置決めを行っ
たことを特徴とする位置検出装置。
(5) forming a first alignment mark having a function as a physical optical element on a first object plane; forming a second alignment mark having a function as a physical optical element on a second object plane; The diffracted light generated when the light flux is incident on the alignment mark is made incident on the second alignment mark, the position of the light flux of the diffracted light from the second alignment mark is detected by the first detection means, and the obtained first signal and ,
A second detection means detects a beam position of a diffracted light different from the diffracted light among a plurality of diffracted lights generated from the first alignment mark or the second alignment mark, and a second signal obtained from the second detection means. A position detection device characterized in that the first object and the second object are positioned by using both signals as a reference signal.
(6)前記第1アライメントマーク、又は第2アライメ
ントマークのパターンを異った出射角度の光束を発生す
る複数の物理光学素子パターンを重ね合わせて形成した
ことを特徴とする請求項5記載の位置検出装置。
(6) The position according to claim 5, wherein the pattern of the first alignment mark or the second alignment mark is formed by overlapping a plurality of physical optical element patterns that generate light beams with different emission angles. Detection device.
(7)前記第2検出手段で検出される回折光は、前記第
1、又は第2アライメントマークによりレンズ作用を受
けていない光束であることを特徴とする請求項5記載の
位置検出装置。
(7) The position detection device according to claim 5, wherein the diffracted light detected by the second detection means is a light beam that is not subjected to a lens action by the first or second alignment mark.
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