JPH02165003A - Position detecting method - Google Patents

Position detecting method

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Publication number
JPH02165003A
JPH02165003A JP63321146A JP32114688A JPH02165003A JP H02165003 A JPH02165003 A JP H02165003A JP 63321146 A JP63321146 A JP 63321146A JP 32114688 A JP32114688 A JP 32114688A JP H02165003 A JPH02165003 A JP H02165003A
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JP
Japan
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signal
mark
position detection
output
detecting
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Application number
JP63321146A
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsuo Tabata
光雄 田畑
Toru Tojo
東条 徹
Koji Nakajima
幸次 中嶋
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Toshiba Corp
Topcon Corp
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Toshiba Corp
Topcon Corp
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Publication date
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Publication of JPH02165003A publication Critical patent/JPH02165003A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To obtain approximately constant level of a detecting output without adversely influencing detecting time and detecting accuracy by detecting a peak value of an output signal of a beam detector thereby to form a reference signal, dividing said output signal of the beam detector by said reference signal thereby to obtain a signal and synchronously detecting said signal. CONSTITUTION:Light beams radiated from a beam source comprised of a light source 1, a condensing lens 2 and the like are irradiated onto an object to be tested via a half mirror 3 and an objective lens 4. The light beams are irradiated, for example, to the vicinity of a linear mark 6 on the object 5 which mark is drawn for detecting the position of the object. The reflecting light from the mark 6 moves upwards through the objective lens 4 and half mirror 3, going through a very small gap 7a of a slit plate 7 to be received by a photoelectric converter 8. The converted signal passes through a preamplifier 9, an AGC circuit 14 and a synchronous detection circuit 10 and is output to an indicating meter 13. In this case, if the signal is not larger than the allowable value at the circuit 14, a limiter circuit 22 outputs a predetermined value, and no division by the value not larger than the allowable value is executed by a divider 23. Therefore, even if the light amount is changed, the detecting output does not change.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は1位置検出方法に関する。[Detailed description of the invention] [Purpose of the invention] (Industrial application field) The present invention relates to a method for detecting one position.

(従来の技術) 2つの部材間の相対的な位置を検出する方法は幾つかあ
る。その中に振動型位置検出方法および差動スリット型
位置検出方法がある。これらの位置検出方法は、光電顕
微鏡等に応用されている。
(Prior Art) There are several methods for detecting the relative position between two members. Among them, there are a vibration type position detection method and a differential slit type position detection method. These position detection methods are applied to photoelectron microscopes and the like.

振動型位置検出方法および差動スリット型位置検出方法
は、高い検出感度を得易いことから、最近では半導体製
造工程等の各種の自動位置決め工程の位置検出法として
利用されている。
Since the vibration type position detection method and the differential slit type position detection method can easily obtain high detection sensitivity, they have recently been used as position detection methods in various automatic positioning processes such as semiconductor manufacturing processes.

振動型位置検出方法の原理を光電顕微鏡に利用した例を
用いて簡単に説明する。その基本構成は第11図に示す
通りである。すなわち1図中1は光源、2は集束レンズ
、3はハーフミラ−14は対物レンズ、5はマーク6の
付された被検査物。
The principle of the vibration-type position detection method will be briefly explained using an example in which it is used in a photoelectron microscope. Its basic configuration is as shown in FIG. That is, in the figure, 1 is a light source, 2 is a focusing lens, 3 is a half mirror 14 is an objective lens, and 5 is an object to be inspected with a mark 6 attached thereto.

7ぼスリット板、8は光電変換器、9はプリアンプ、1
0は同期検波回路、11は発振器、12は振動子、13
は指示メータを示している。この例ではスリット板7を
振動させる機構として振動子12を使用している。
7 is a slit plate, 8 is a photoelectric converter, 9 is a preamplifier, 1
0 is a synchronous detection circuit, 11 is an oscillator, 12 is a resonator, 13
indicates an indicator meter. In this example, a vibrator 12 is used as a mechanism for vibrating the slit plate 7.

マーク6によって反射された光は、ハーフミラ−3,ス
リット板7を通って光電変換器8で検出される。スリッ
ト板7が振動しているので、光電変換器8の出力信号の
波形は、マーク6の位置によって異なる。光電変換器8
の出力信号波形とマーク6の位ffi xとの関係を示
すと、第12図(Sl)〜(S9)のようになる。第1
2図から判るように、出力信号の波形は振動周波数と等
しい周波数あるいはその倍周波数の同期信号となる。
The light reflected by the mark 6 passes through the half mirror 3 and the slit plate 7 and is detected by the photoelectric converter 8. Since the slit plate 7 is vibrating, the waveform of the output signal of the photoelectric converter 8 differs depending on the position of the mark 6. Photoelectric converter 8
The relationship between the output signal waveform and the position ffi x of mark 6 is shown in FIGS. 12 (Sl) to (S9). 1st
As can be seen from FIG. 2, the waveform of the output signal is a synchronizing signal with a frequency equal to the vibration frequency or a frequency multiple thereof.

そして、マーク6の位置がスリットの振動中心位置に一
致したとき、すなわち、(Ss)点では2倍の周波数の
信号となり、基本周波数成分がゼロとなる。この位置検
出方法では、基本周波数成分を同期検波回路10で検出
している。マーク6の位置Xの変化に対して、基本周波
数成分awがどのように変化するかを示したのが右図で
ある。この基本周波数成分の変化の仕方(出力特性曲線
)は、マークの幅、スリットの幅および振動振幅等によ
って変化するが、マーク6の位置がスリットの振動中心
に一致した(Ss)点ではゼロで、その前後で符号が逆
転する。したがって、同期検波回路10の出力からスリ
ット板7と被検査物5との相対的な位置を検出できるこ
とになる。この方法では9両部材の相対的な位置の変化
に伴って同期検波回路10の出力が上記のように変化す
るので、ゼロメータによる検出が可能であるばかりか。
Then, when the position of the mark 6 coincides with the vibration center position of the slit, that is, at point (Ss), the signal becomes a signal with twice the frequency, and the fundamental frequency component becomes zero. In this position detection method, the fundamental frequency component is detected by the synchronous detection circuit 10. The figure on the right shows how the fundamental frequency component aw changes with respect to a change in the position X of the mark 6. The way this fundamental frequency component changes (output characteristic curve) varies depending on the mark width, slit width, vibration amplitude, etc., but it is zero at the point (Ss) where the position of mark 6 coincides with the vibration center of the slit. , the sign is reversed before and after that. Therefore, the relative position of the slit plate 7 and the object to be inspected 5 can be detected from the output of the synchronous detection circuit 10. In this method, since the output of the synchronous detection circuit 10 changes as described above as the relative positions of the two members change, detection using a zero meter is not only possible.

サーボ系を駆動するような場合も有利である。It is also advantageous when driving a servo system.

ところで、同期検波回路10の出力、つまり出力特性曲
線の形は、マークの幅、マークのコントラスト、走査(
振動)振幅および照明の明るさ等によって変動する。し
たがって、正しい位置情報を得るには、その都度キャリ
ブレーションを行なう必要がある。そうしない場合には
、不正確な位置検出しか行なえないことになる。たとえ
ば、この位置検出方法で光露光工程に代表される半導体
製造′工程での位置検出を行なった場合を例にとると、
半導体製造工程では多種多様の処理工程を挟んで露光が
繰り返されるため、マークのコントラストが工程の違い
やレジスト条件の違い等により毎回異なり、その都度、
第13図に示す如く出力aft、af2.af3.af
、1のピーク値PI rP2.P3.P4や傾きが異な
ったものとなる。
By the way, the output of the synchronous detection circuit 10, that is, the shape of the output characteristic curve, depends on the width of the mark, the contrast of the mark, and the scanning (
Vibration) varies depending on amplitude and brightness of lighting, etc. Therefore, in order to obtain correct position information, it is necessary to perform calibration each time. Otherwise, only inaccurate position detection will be possible. For example, if we use this position detection method to detect a position in a semiconductor manufacturing process typified by a light exposure process,
In the semiconductor manufacturing process, exposure is repeated across a wide variety of processing steps, so the contrast of the mark varies each time due to differences in the process and resist conditions.
As shown in FIG. 13, the outputs aft, af2. af3. af
, 1 peak value PI rP2. P3. The P4 and slope will be different.

このように出力の形が異なると、出力のレベル値に基い
て位置検出を行なっていることからして正確な位置検出
を行なえないことになる。
If the output forms differ in this way, accurate position detection cannot be performed since position detection is performed based on the level value of the output.

そこで、このような不具合を解消するために。Therefore, in order to eliminate such problems.

工程の違いによるマークのコントラスト情報を予め計算
機に入れておき、この情報を基にして出力を補正する方
法が考えられる。しかし、この方法では、マークのコン
トラスト情報が予M1によるものであるため精度の高い
補正はできない。さらに。
One possible method is to input contrast information of marks due to differences in processes into a computer in advance and correct the output based on this information. However, with this method, since the contrast information of the mark is based on the pre-M1, highly accurate correction cannot be performed. moreover.

上記出力は照度のふらつきによっても不安定になる。こ
のため、照度の安定性が十分得られない場合には、やは
り出力のピーク値および傾きが変化する。このような経
時的な変化は予測が難しいため、結局、出力を高精度に
補正することは困難となる。
The above output also becomes unstable due to fluctuations in illuminance. Therefore, if sufficient illuminance stability cannot be obtained, the peak value and slope of the output will still change. Since such changes over time are difficult to predict, it becomes difficult to correct the output with high precision.

一方、差動スリット型位置検出方法に関しても同様のこ
とが言える。第14図は差動スリット型位置検出方法で
縮小投影露光装置のマスク・ウェハの位置合せを行なう
場合の例である。図中31は第1の部材としてのマスク
、32は縮小投影レンズ、33は第2の部材としてのウ
ェハ、34は移動テーブルである。位置信号検出系は、
レーザ光源41.AOD素子43.AODドライバ44
、発振器45.ハーフミラ−471反射ミラー47′、
光電変換器51.プリアンプ52および同期検波回路5
3等から構成される。なお。
On the other hand, the same can be said about the differential slit type position detection method. FIG. 14 shows an example of aligning a mask and a wafer in a reduction projection exposure apparatus using a differential slit type position detection method. In the figure, 31 is a mask as a first member, 32 is a reduction projection lens, 33 is a wafer as a second member, and 34 is a moving table. The position signal detection system is
Laser light source 41. AOD element 43. AOD driver 44
, oscillator 45. Half mirror 471 reflection mirror 47',
Photoelectric converter 51. Preamplifier 52 and synchronous detection circuit 5
Consists of 3rd class. In addition.

図示されてはいないが、マスク31の上方に露光用の光
源が配置される。
Although not shown, an exposure light source is arranged above the mask 31.

マスク31の下面には位置検出用の一対のマーク35が
設けてあり、またウェハ33の上面には位置検出用の一
対のマーク36が設けである。マスクマーク35は、第
15図(a)に示す如く一対の長方形パターンを、その
長手方向と直交する方財に距離g1だけ離して形成され
る。ウェハマーク36も同様に、第15図(b)に示す
如く。
A pair of marks 35 for position detection are provided on the lower surface of the mask 31, and a pair of marks 36 for position detection are provided on the upper surface of the wafer 33. As shown in FIG. 15(a), the mask mark 35 is formed by separating a pair of rectangular patterns by a distance g1 in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the patterns. Similarly, the wafer mark 36 is as shown in FIG. 15(b).

一対の長方形パターンを距離fI2 (g2−Fg])
だけ離して形成される。
Distance between a pair of rectangular patterns fI2 (g2-Fg])
are formed with a distance of

上記構成において、レーザ光源41から出射された光ビ
ームは、AOD素子43およびミラー47.47’を通
してマスクマーク35に照射される。ここで、AOD素
子43によるビーム偏向量を適当に定めておき、マスク
マーク35を交互に照明する。マーク35を通過した光
ビームは投影レンズ32を介してウェハ33上に照射さ
れ。
In the above configuration, the light beam emitted from the laser light source 41 is irradiated onto the mask mark 35 through the AOD element 43 and the mirrors 47 and 47'. Here, the amount of beam deflection by the AOD element 43 is determined appropriately, and the mask marks 35 are alternately illuminated. The light beam passing through the mark 35 is irradiated onto the wafer 33 via the projection lens 32.

ウェハ33からの反射光が投影レンズ32.マスク31
およびハーフミラ−47を介して光電変換器51で受光
される。光電変換器51の検出信号は、同期検波回路5
3によって交互の照射に同期して検波される。ここで、
マスクマーク35の一方(A領域)を照明したときと、
他方(B領域)を照明したときの光電変換器51で得ら
れる位置ずれに対する出力特性は第16図(a)に示す
如くなる。図から判かるように、A領域とB領域の出力
最大(ピーク)位置が異なり、交わった点Poで2つの
光量がバランスする。
The reflected light from the wafer 33 is transmitted to the projection lens 32. mask 31
The light is then received by the photoelectric converter 51 via the half mirror 47. The detection signal of the photoelectric converter 51 is transmitted to the synchronous detection circuit 5
3, the waves are detected in synchronization with the alternate irradiation. here,
When one side (area A) of the mask mark 35 is illuminated,
The output characteristics with respect to positional deviation obtained by the photoelectric converter 51 when the other side (area B) is illuminated are as shown in FIG. 16(a). As can be seen from the figure, the output maximum (peak) positions of area A and area B are different, and the two light amounts are balanced at the intersection point Po.

そこで、レーザ照射光の光路の途中にAOD素子43を
設置し、この素子43にAODドライバ44で所定の高
周波信号を印加する。これによって、照射ビームの方向
が周期的に変化し、A領域。
Therefore, an AOD element 43 is installed in the optical path of the laser irradiation light, and a predetermined high frequency signal is applied to this element 43 by an AOD driver 44. As a result, the direction of the irradiation beam changes periodically, and the direction of the irradiation beam changes periodically.

B領域を交互に照明することになる。この場合。Area B will be illuminated alternately. in this case.

光電変換器51の出力信号のAC成分のみを考えると、
第16図(a)に示す実線と破線との差が最大のときに
最大となり、バランス位置Poではゼロとなる。したが
って、同期検波を行って得た出力特性は第16図(c)
に示す曲線となり、2曲線が交わるバランス位置Poで
位置合わせを行うと、ゼロ点サーボが可能であるばかり
か、直線性の良い理想的な位置合わせが可能となる。し
かも2機械的な振動を与えずに同期検波型の位置検出が
可能となるため、ドリフト等の影響を受は難く、高精度
な位置検出が可能となる。
Considering only the AC component of the output signal of the photoelectric converter 51,
It becomes maximum when the difference between the solid line and the broken line shown in FIG. 16(a) is maximum, and becomes zero at the balance position Po. Therefore, the output characteristics obtained by performing synchronous detection are shown in Figure 16(c).
If the alignment is performed at the balance position Po where the two curves intersect, not only zero point servo is possible, but also ideal alignment with good linearity is possible. In addition, since synchronous detection type position detection is possible without applying mechanical vibration, it is less susceptible to effects such as drift, and highly accurate position detection is possible.

しかしながら、上述した位置検出方法においても、前述
した振動型位置検出方法と同様の問題か生ビる。すなわ
ち、半導体製造工程では多種多様の処理工程をはさんで
露光が繰り返されるため。
However, the above-described position detection method also suffers from the same problems as the above-described vibration-type position detection method. That is, in the semiconductor manufacturing process, exposure is repeated across a wide variety of processing steps.

マークのコントラストが工程の違いやレジスト条件の違
い等により毎回異なり、結局、第13図に示した状態と
ほぼ同様の結果しか得られないことになる。
The contrast of the mark differs each time due to differences in the process, resist conditions, etc., and in the end, the result is almost the same as that shown in FIG. 13.

このようなことから、最近では、より高精度な位置検出
を実現するために、信号のAGC(オートゲインコント
ロール二自動利得調節)を行い。
For this reason, recently, in order to achieve more accurate position detection, signal AGC (auto gain control) has been implemented.

出力特性曲線の傾きを常に一定にする必要性が生じてき
た。AGCの方法としては、マークを常に一方向から近
づけ、出力特性曲線のピーク値が一定になるようにゲイ
ンをコントロールすることが簡単である。しかしながら
、この方法では、マークをある期間走査しながら検出を
行う必要があり。
It has become necessary to keep the slope of the output characteristic curve constant. A simple AGC method is to always approach the mark from one direction and control the gain so that the peak value of the output characteristic curve is constant. However, with this method, it is necessary to perform detection while scanning the mark for a certain period of time.

位置検出時間の遅延につながり、装置のスルーブツトの
低下を招く。しかも、出力特性曲線のピーク値を検出す
る間の経時的な信号の変化に対応できず、短時間に精密
な位置検出を行なうことは困難である。
This leads to a delay in position detection time, resulting in a reduction in the throughput of the device. Furthermore, it is difficult to respond to changes in the signal over time while detecting the peak value of the output characteristic curve, and it is difficult to perform accurate position detection in a short time.

従来、リアルタイムでAGCを行なう方法としては、信
号のAC成分の実効値や波高値を検出し。
Conventionally, the method of performing AGC in real time is to detect the effective value and peak value of the AC component of the signal.

その値が常に一定になるようにゲインを調整する方法が
考えられている。しかしながら、振動型位置検出方法に
おける検出信号には、基本波成分だけではなく高次の周
波数成分が含まれており、またマーク位置によりそれら
の出力成分が大きく異なる等複雑な信号波形となる。し
たがって、このような方法では位置情報をなくさずに高
精度にAGCを行うことが困難である。
A method of adjusting the gain so that its value is always constant has been considered. However, the detection signal in the vibration-type position detection method includes not only the fundamental wave component but also higher-order frequency components, and has a complex signal waveform, with the output components greatly varying depending on the mark position. Therefore, with such a method, it is difficult to perform AGC with high accuracy without losing position information.

一方、差動スリット型位置検出方法においては。On the other hand, in the differential slit type position detection method.

その検出信号は基本波成分のみの矩形波となるが。The detection signal is a rectangular wave with only the fundamental wave component.

そのAC成分の大きさがマーク位置情報を持って現われ
る。この場合、AC成分の実効値や波高値が一定になる
ようゲイン調整することは1位置情報そのものを失うこ
とになるため1位置検出そのものが不可能となる。
The magnitude of the AC component appears with mark position information. In this case, if the gain is adjusted so that the effective value and peak value of the AC component are constant, one position information itself will be lost, and therefore one position detection itself will become impossible.

(発明が解決しようとする課題) 上述の如く、従来の位置検出方法では、短時間に高精度
な位置検出を行なうことが困難であった。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, with the conventional position detection method, it is difficult to perform highly accurate position detection in a short time.

そこで本発明は、検出時間や検出精度を損うことなく、
シかも入力位置信号のレベルが変化しても位置検出出力
特性を一定にできる位置検出方法を提供することを目的
としている。
Therefore, the present invention provides the following advantages:
Another object of the present invention is to provide a position detection method that can keep position detection output characteristics constant even if the level of an input position signal changes.

[発明の構成コ (課題を解決するための手段) 本発明者等は鋭意研究を重ねた結果、振動等により変調
された位置信号のピーク値が位置信号のレベルを代表す
る基準となり得ることを見い出した。
[Structure of the Invention (Means for Solving the Problem) As a result of extensive research, the present inventors have discovered that the peak value of a position signal modulated by vibration etc. can serve as a standard representing the level of the position signal. I found it.

すなわち1本発明は、第1の部材にマーク部を設け、こ
のマーク部を介して得られるビームをマーク部材もしく
はスリットを有する第2の部材に照射し、この第2の部
材から得られるビームをビーム検出器で検出するととも
に上記ビームと上記第2の部材とを相対的に振動せし、
め、この振動に同期させて上記ビーム検出器の出力信号
を同期検波し、この検波出力を用いて上記第1の部材と
上記第2の部材との相対位置を検出する位置検出方法に
おいて、前記ビーム検出器の出力信号のピーク値を検出
して基準信号を作り、この基準信号で−[―記ビーム検
出器の出力信号を割算して得た信号を同期検波するよう
にしている。
That is, one aspect of the present invention is to provide a mark section on a first member, irradiate a beam obtained through the mark section to a mark member or a second member having a slit, and emit a beam obtained from the second member. detecting with a beam detector and relatively vibrating the beam and the second member;
In the position detection method, the output signal of the beam detector is synchronously detected in synchronization with this vibration, and the relative position of the first member and the second member is detected using the detected output. A reference signal is created by detecting the peak value of the output signal of the beam detector, and a signal obtained by dividing the output signal of the beam detector by this reference signal is synchronously detected.

(作 用) −h記方法であれば、変調された位置信号のレベルが一
時的に変化しても、それを代表するピーク値に基いて作
られた基準信号で上記位置信号を割算して得られた信号
を同期検波しているので。
(Function) - With method h, even if the level of the modulated position signal changes temporarily, the position signal is divided by the reference signal created based on the peak value that represents it. This is because the signals obtained are synchronously detected.

同期検波出力のレベルはおおよそ一定となる。したがっ
て、検出時間や検出精度を損うことなしに位置検出が可
能となる。
The level of the synchronous detection output is approximately constant. Therefore, position detection is possible without impairing detection time or detection accuracy.

(実施例) 以下1図面を参照しながら本発明方法を説明する。(Example) The method of the present invention will be explained below with reference to one drawing.

第1図は本発明を振動型位置検出方法に適用した例の概
略構成図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of an example in which the present invention is applied to a vibration type position detection method.

光源1および集束レンズ2等からなるビーム照射源から
放射された先ビームは、ハーフミラ−3および対物レン
ズ4を介して被検査物5(第1の部材)上に照射される
。被検査物5上には、たとえば直線状の位置検出用のマ
ーク6が形成されており、上記光ビームはマーク6の近
傍に照射される。光ビーム照射によるマーク6からの反
射光は。
A forward beam emitted from a beam irradiation source consisting of a light source 1, a focusing lens 2, etc. is irradiated onto an object to be inspected 5 (first member) via a half mirror 3 and an objective lens 4. For example, a linear position detection mark 6 is formed on the object 5 to be inspected, and the light beam is irradiated near the mark 6. The reflected light from the mark 6 due to the light beam irradiation is as follows.

対物レンズ4およびハーフミラ−3を介して上方に進み
、スリット板7(第2部材)の微小間隙7aを通過して
光電変換器8で受光される。
The light travels upward through the objective lens 4 and the half mirror 3, passes through the minute gap 7a of the slit plate 7 (second member), and is received by the photoelectric converter 8.

光電変換器8で変換された検出信号は、プリアンプ9.
AGC回路14.同期検波回路1oを通って指示メータ
13に出力される。ここで。
The detection signal converted by the photoelectric converter 8 is sent to a preamplifier 9.
AGC circuit 14. The signal is output to the indicator meter 13 through the synchronous detection circuit 1o. here.

AGC回路14を除く他の構成および信号処理原理等に
ついては従来例で述べたものと同じであり。
The other configurations, signal processing principles, etc. except for the AGC circuit 14 are the same as those described in the conventional example.

その詳細な説明は省略する。従来と異なる点は。A detailed explanation thereof will be omitted. What is different from conventional methods?

AGC回路]4で信号処理を行なわせるようにしたこと
にある。
AGC circuit] 4 is arranged to perform signal processing.

第2図はAGC回路14の概略構成を示すブロック図で
ある。入力信号は2つに分岐され、一方はバイパスフィ
ルタ20を経由して割算器231;入る。これをHとす
る。他方はピークディテクタ21、リミッタ回路22を
経由して割算器23に入る。これをPとする。割算器2
3はH/Pの演算を行ない、その結果を出力する。これ
がAGC回路14の出力となる。
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the AGC circuit 14. The input signal is branched into two, one of which passes through the bypass filter 20 and enters the divider 231; Let this be H. The other signal enters a divider 23 via a peak detector 21 and a limiter circuit 22. Let this be P. Divider 2
3 performs H/P calculation and outputs the result. This becomes the output of the AGC circuit 14.

このAGC回路14の動作を第3図を使って説明する。The operation of this AGC circuit 14 will be explained using FIG.

入力信号はマーク6の位置に応じて様々な波形となるが
、第3図には第12図における(S3 ) 、  (S
4 ) 、  (Ss )点に相当する位置の信号だけ
が示しである。まず、(S3)の位置について考える。
The input signal has various waveforms depending on the position of the mark 6, but in FIG. 3, (S3) and (S
4), only the signal at the position corresponding to point (Ss) is shown. First, consider the position (S3).

前述の如く、入力信号のレベルはマーク部の反射率の違
い等による光量変化に対応して、■[入力信号コに実線
、破線、−点鎖線で示すような異なったものとなる。こ
の信号が)1イパスフイルタ20を通ると、■[バイパ
ス出力コに示す波形となる。一方、ピークディテクタ2
1は、入力信号のピーク値が到来する度にピーク値を検
出してホールドし、■[ピークディテクタ出力]に示す
直流出力を送出する。ここで、光量変化に対する各々の
信号のレベル比は一定の関係となる。すなわち、■[バ
イパス出力コでは振幅(P−P値)が光量変化に応じて
変化し、■[ピークディテクタ出力]のレベルも光量変
化に応じて変化する。したがって1割算器23で割算し
た結果は、■[割算器出力]に示すように光量変化に依
存しないAC成分の波形となる。マーク位置(S、i 
) 、  (Ss )についても、同様に考えることが
でき7割算器23の出力は光量変化に依存しないAC成
分の波形となる。図では省略されているが、マーク位置
(S6 ) 、  (S? )においても同じ効果が得
られる。マーク位置(Sl)(S2 )、(S8)、(
Sg )で得られる信号では、DC成分が小さくなるた
め1割算器23の分母が許容値以下となることが考えら
れるが、この実施例ではリミッタ回路22でこれを解決
している。すなわち、許容値以下の場合にはリミッタ回
路22が一定値を出力し1割算器23では許容値以下に
よる割算が行なわれない構成となっている。
As described above, the level of the input signal varies as shown by the solid line, broken line, and dashed-dotted line in accordance with the change in the amount of light due to the difference in the reflectance of the mark part. When this signal passes through the )1 pass filter 20, it becomes the waveform shown in (2) [bypass output]. On the other hand, peak detector 2
1 detects and holds the peak value of the input signal every time it arrives, and sends out the DC output shown in (2) [Peak detector output]. Here, the level ratio of each signal with respect to the change in light amount has a constant relationship. That is, the amplitude (P-P value) of (2) [bypass output] changes in accordance with the change in the amount of light, and the level of (2) [peak detector output] also changes in accordance with the change in the amount of light. Therefore, the result of division by the 1 divider 23 is an AC component waveform that does not depend on changes in the amount of light, as shown in (2) [divider output]. Mark position (S, i
) and (Ss) can be considered in the same way, and the output of the divider by 7 becomes an AC component waveform that does not depend on changes in the amount of light. Although omitted in the figure, the same effect can be obtained at mark positions (S6) and (S?). Mark position (Sl) (S2), (S8), (
In the signal obtained by Sg), since the DC component becomes small, it is conceivable that the denominator of the divider 23 becomes less than the allowable value, but in this embodiment, the limiter circuit 22 solves this problem. That is, the limiter circuit 22 outputs a constant value when the value is less than the allowable value, and the divider 23 does not perform division by less than the allowable value.

このように構成されたAGC回路14を経た信号に対し
て同期検波処理を行った結果の出力特性を第4図に示す
。この図での実線、破線、−点鎖線が第3図に対応した
入力信号の違い(光量変化による違い)を示している。
FIG. 4 shows the output characteristics as a result of performing synchronous detection processing on the signal that has passed through the AGC circuit 14 configured in this manner. In this figure, solid lines, broken lines, and dashed-dotted lines indicate differences in input signals (differences due to changes in light amount) corresponding to FIG. 3.

この図から判るように、特に位置検出で問題となるマー
ク位置(S3)〜(S7)の範囲では光量に違いが生じ
ても検出出力には違いが生じない。つまり、光量に違い
が生じてもAGCの効果により1問題とすべき検出範囲
においてその検出出力は変化しない。
As can be seen from this figure, even if there is a difference in the amount of light, there is no difference in the detection output in the range of mark positions (S3) to (S7), which are particularly problematic in position detection. In other words, even if there is a difference in the amount of light, the detection output does not change within the detection range that should be considered as one problem due to the effect of AGC.

したがって、上述した位置検出方法では、光量の違いよ
って入力信号に変化があっても自動利得調整(AGC)
された位置検出信号が得られことになる。このため、半
導体製造装置等における位置決めに適用すると絶大な効
果が得られる。
Therefore, in the position detection method described above, even if there is a change in the input signal due to a difference in the amount of light, automatic gain adjustment (AGC) is not performed.
This means that a position detection signal is obtained. Therefore, tremendous effects can be obtained when applied to positioning in semiconductor manufacturing equipment and the like.

なお、本発明は上述した例に限定されるものではない。Note that the present invention is not limited to the above-mentioned example.

第5図は縮小投影露光装置において、マスク・ウェハの
位置合せに差動スリット型位置検出方法を採用したもの
に本発明方法を適用した例を示す概略構成図である。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing an example in which the method of the present invention is applied to a reduction projection exposure apparatus that employs a differential slit type position detection method for mask/wafer alignment.

この例の場合もAGC回路14を除く他の(1M成につ
いては従来例で示したものと同じであり、同一番号を付
してその説明は省略する。
In this example as well, the other (1M) components except for the AGC circuit 14 are the same as those shown in the conventional example, so the same numbers are given and the explanation thereof will be omitted.

この例において、前述した第3図に相当する入力信号お
よび検出信号の変化は第6図に示すようになる。入力信
号の波形としては、第3図の場合と異なりAC成分はす
べて矩形波成分のみ−・となる。
In this example, changes in the input signal and detection signal corresponding to those shown in FIG. 3 described above are as shown in FIG. 6. As for the waveform of the input signal, unlike the case of FIG. 3, all AC components are rectangular wave components only.

しかし、ピーク値のレベルは光量変化に応じて変化して
おり、■[バイパス出力コを■[ピークディテクタ出力
]で割算することにより、第3図の場合と同様のAGC
効果が働く。つまり得られる出力信号は光量変化に係わ
らない矩形波成分のみとなる。
However, the level of the peak value changes according to the change in light intensity, and by dividing ■[bypass output] by ■[peak detector output], AGC
The effect works. In other words, the output signal obtained is only a rectangular wave component that is not related to changes in the amount of light.

したがって、この例の場合も光量の違いによって人力信
号レベルに変化が生じても自動利得調整(AGC)され
た位置検出信号が得られ、高精度な位置検出および位置
合せが可能となる。
Therefore, in this example as well, even if the human input signal level changes due to a difference in the amount of light, a position detection signal subjected to automatic gain control (AGC) can be obtained, making it possible to perform highly accurate position detection and alignment.

第7図はAGC回路の変形例であり、このAGC回路1
4aが第2図に示すAGC回路と異なる点は割算器23
の分母に入力する信号から予め求めた所定のオフセット
量を減算すべく減算器25を付加したことにある。この
ように減算器25を付加した目的は、入力信号が第8図
に示すようにオフセットを含んでいる場合に対応するた
めである。このオフセットの原因としては、遮断しきれ
ない外部からの光の影響や電気回路で生じるノイズ等が
考えられる。このオフセット量を予め測定しておき、減
算回路25でピークディテクタ21の出力成分からオフ
セット量を差引く。その結果1割算器23の分母に人力
する成分には。
FIG. 7 shows a modification of the AGC circuit, and this AGC circuit 1
4a is different from the AGC circuit shown in FIG.
The reason is that a subtracter 25 is added to subtract a predetermined offset amount determined in advance from the signal inputted to the denominator. The purpose of adding the subtracter 25 in this way is to cope with the case where the input signal includes an offset as shown in FIG. Possible causes of this offset include the influence of external light that cannot be completely blocked and noise generated in electrical circuits. This offset amount is measured in advance, and a subtraction circuit 25 subtracts the offset amount from the output component of the peak detector 21. As a result, the component input to the denominator of the 1 divider 23 is as follows.

オフセットが含まれないことになる。したがってオフセ
ット量によって位置検出の精度が低下するのを防止でき
ることになる。
No offset will be included. Therefore, it is possible to prevent the accuracy of position detection from decreasing due to the amount of offset.

なお、オフセット量の測定方法としては、入力光をカッ
トした状態で信号(人力信号)のレベルを測定すればよ
い。また、これをリアルタイムで行うには、WR動数に
比べて十分に高い周波数で輝度変調をかけること等が考
えられる。第9図は輝度変調をかけたときの入力信号波
形の例であり。
Note that the offset amount may be measured by measuring the level of the signal (human input signal) while cutting off the input light. Further, in order to perform this in real time, it is possible to apply brightness modulation at a frequency sufficiently higher than the WR dynamic number. FIG. 9 shows an example of an input signal waveform when brightness modulation is applied.

変調信号に同期してVl−V2を測定すれば、オフセッ
ト量を求めることができる。
By measuring Vl-V2 in synchronization with the modulation signal, the amount of offset can be determined.

前記各側ではマークのパターン形状としては通常用いら
れる1本の直線状のパターンの場合で説明し゛たが、こ
のマークパターン形状は第10図に示すような格子状の
ものであってもよい。
Although the shape of the mark pattern on each side has been described as a single linear pattern, which is commonly used, the shape of the mark pattern may also be a lattice shape as shown in FIG. 10.

また、前記光ビームを振動させるためのスリット板を光
入射側、つまりビーム照射源とマークとの間に配置する
ようにしてもよい。さらに、検出光として反射光の代り
にマークおよび試料を通過した透過光を用いることも可
能である。また、ビーム照射源は光の代りに電子ビーム
を放射するものであってもよい。この場合、ビームの振
動手段としては電子ビームを偏向すればよい。さらに。
Further, a slit plate for vibrating the light beam may be disposed on the light incidence side, that is, between the beam irradiation source and the mark. Furthermore, it is also possible to use transmitted light that has passed through the mark and the sample instead of reflected light as the detection light. Further, the beam irradiation source may emit an electron beam instead of light. In this case, the electron beam may be deflected as a means for vibrating the beam. moreover.

検出ビームとしては反射電子、2次電子あるいはX線等
を用いればよい。その他2本発明の要旨を逸脱しない範
囲で2種々変形して実施することができる。
As the detection beam, reflected electrons, secondary electrons, X-rays, etc. may be used. Two other modifications may be made without departing from the gist of the present invention.

[発明の効果] 以上詳述したように本発明によれば、比較的簡単な手段
でマークや試料の反射率の違い等によって起こる位置検
出特性の劣化を防止でき、検出時間や検出精度を損なう
ことなしに位置検出特性を常に一定化できる。したかっ
て、多種にわたる工程を経た試料に対して、高い精度で
マーク位置を検出したり位置合せすることかでき、たと
えばう 半導体製造工程等においてそ猫効果はきわめて大きい。
[Effects of the Invention] As detailed above, according to the present invention, deterioration of position detection characteristics caused by differences in reflectance of marks and samples can be prevented by relatively simple means, and detection time and detection accuracy are impaired. The position detection characteristics can be kept constant without any problems. Therefore, it is possible to detect and align mark positions with high precision for samples that have gone through a wide variety of processes, and this is extremely effective in, for example, semiconductor manufacturing processes.

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

第1図は本発明方法を振動型光電顕微鏡の位置検出に適
用した例を説明するための概略構成図。 第2図はAGC回路の具体的構成を示すブロック図、第
3図はAGC効果を説明するための信号波形図、第4図
は入力信号のレベルが変化したときのAGC回路による
特性曲線の変化を示す波形図。 第5図は本発明方法の別の適用例を説明するための概略
構成図、第6図は同側におけるAGC効果を説明するた
めの信号波形図、第7図はAGC回路の変形例を示すブ
ロック図、第8図はオフセットを含んだ入力信号の波形
図、第9図は輝度変調をかけたときの入力信号の波形図
、第10図はマークパターンの変形例を示す平面図、第
11乃至第16図は従来方法を説明するための図である
。 1・・・光源、2・・・集束レンズ、3・・・ハーフミ
ラ−4・・・対物レンズ、5・・・被検査物(試料)、
6・・・位置検出用マーク、7・・・スリット板、8・
・・光電変換器、9・・・プリアンプ、10.53・・
・同期検波回路。 11.45・・・発振器、12・・・振動子、13・・
・指示メータ、14,14a−AGC回路、20−/−
イバスフィルタ、21・・・ピークディテクタ、22・
・・リミッタ回路、23・・・割算器、25・・・減算
器。 26・・・オフセット設定回路、31・・・マスク、3
2・・・投影レンズ、33・・・ウェハ、41・・・レ
ーザ光源。 43・・・音響光学偏向素子(AOD)。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第 図 第 図 第 図 第 図 入カイ宮号 第 図 入カイ言号 第 図 第 図 第 図 第 図
FIG. 1 is a schematic configuration diagram for explaining an example in which the method of the present invention is applied to position detection of a vibrating photoelectron microscope. Figure 2 is a block diagram showing the specific configuration of the AGC circuit, Figure 3 is a signal waveform diagram to explain the AGC effect, and Figure 4 is the change in characteristic curve due to the AGC circuit when the level of the input signal changes. FIG. FIG. 5 is a schematic configuration diagram for explaining another application example of the method of the present invention, FIG. 6 is a signal waveform diagram for explaining the AGC effect on the same side, and FIG. 7 is a modified example of the AGC circuit. 8 is a waveform diagram of an input signal including an offset, FIG. 9 is a waveform diagram of an input signal when brightness modulation is applied, FIG. 10 is a plan view showing a modified example of the mark pattern, and FIG. 16 to 16 are diagrams for explaining the conventional method. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Light source, 2... Focusing lens, 3... Half mirror 4... Objective lens, 5... Inspection object (sample),
6... Position detection mark, 7... Slit plate, 8...
...Photoelectric converter, 9...Preamplifier, 10.53...
・Synchronous detection circuit. 11.45... Oscillator, 12... Vibrator, 13...
・Indication meter, 14, 14a-AGC circuit, 20-/-
Ibus filter, 21...Peak detector, 22.
...Limiter circuit, 23...Divider, 25...Subtractor. 26... Offset setting circuit, 31... Mask, 3
2... Projection lens, 33... Wafer, 41... Laser light source. 43... Acousto-optic deflection element (AOD). Applicant's representative Patent attorney Takehiko Suzue

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)第1の部材にマーク部を設け、このマーク部を介
して得られるビームをマーク部材もしくはスリットを有
する第2の部材に照射し、この第2の部材から得られる
ビームをビーム検出器で検出するとともに上記ビームと
上記第2の部材とを相対的に振動せしめ、この振動に同
期させて上記ビーム検出器の出力信号を同期検波し、こ
の検波出力を用いて上記第1の部材と上記第2の部材と
の相対位置を検出する方法において、前記ビーム検出器
の出力信号のピーク値を検出して基準信号を作り、この
基準信号で上記ビーム検出器の出力信号を割算して得た
信号を同期検波するようにしたことを特徴とする位置検
出方法。
(1) A mark part is provided on the first member, a beam obtained through the mark part is irradiated onto a mark member or a second member having a slit, and the beam obtained from the second member is sent to a beam detector. At the same time, the beam and the second member are vibrated relatively, the output signal of the beam detector is synchronously detected in synchronization with this vibration, and the detected output is used to detect the beam and the second member. In the method of detecting the relative position with respect to the second member, a reference signal is generated by detecting the peak value of the output signal of the beam detector, and the output signal of the beam detector is divided by this reference signal. A position detection method characterized in that the obtained signals are synchronously detected.
(2)前記ビームとして光を用いている請求項1に記載
の位置検出方法。
(2) The position detection method according to claim 1, wherein light is used as the beam.
(3)前記基準信号は、前記ピーク値から所定のオフセ
ット量を減算したレベルの信号である請求項1に記載の
位置検出方法。
(3) The position detection method according to claim 1, wherein the reference signal is a signal having a level obtained by subtracting a predetermined offset amount from the peak value.
(4)前記所定のオフセット量は、位置検出用信号とは
無関係に混入する信号成分である請求項3に記載の位置
検出方法。
(4) The position detection method according to claim 3, wherein the predetermined offset amount is a signal component that is mixed in regardless of the position detection signal.
(5)第1の部材に所定の距離l_1だけ隔てて一対の
長方形パターンあるいは回折格子状パターンからなる第
1のマーク部を設け、第2の部材に所定の距離l_2だ
け隔てて一対の長方形パターンあるいは回折格子状パタ
ーンからなる第2のマーク部を設け、上記第1のマーク
部に光ビームを一定周期で交互に照射し、上記第1のマ
ーク部から上記第2のマーク部を経由して得られる光ビ
ームを光電変換器で検出し、この光電変換器の出力信号
を光ビーム照射の周期に同期させて同期検波し、この検
波出力に基いて上記第1の部材と第2の部材との相対的
な位置ずれ量を求める位置検出方法において、前記光電
変換器の出力信号のピーク値を検出して基準信号を作り
、この基準信号で上記光電変換器の出力信号を割算して
得た信号を同期検波するようにしたことを特徴とする位
置検出方法。
(5) A first mark portion consisting of a pair of rectangular patterns or a diffraction grating pattern is provided on the first member at a predetermined distance l_1, and a pair of rectangular patterns are provided at a predetermined distance l_2 on the second member. Alternatively, a second mark section consisting of a diffraction grating pattern is provided, and the first mark section is irradiated with a light beam alternately at a constant period, so that the light beam is emitted from the first mark section via the second mark section. The obtained light beam is detected by a photoelectric converter, the output signal of this photoelectric converter is synchronously detected in synchronization with the period of light beam irradiation, and the first member and the second member are connected based on this detection output. In the position detection method for determining the relative positional deviation amount of the photoelectric converter, a reference signal is created by detecting the peak value of the output signal of the photoelectric converter, and the output signal of the photoelectric converter is divided by this reference signal. A position detection method characterized by synchronously detecting a signal.
(6)前記基準信号は、前記光電変換器の出力信号のピ
ーク値から位置検出には無関係な外乱光成分、回路によ
って決まる成分等のオフセット量を減算したレベルの信
号である請求項5に記載の位置検出方法。
(6) The reference signal is a signal having a level obtained by subtracting an offset amount of a disturbance light component unrelated to position detection, a component determined by a circuit, etc. from the peak value of the output signal of the photoelectric converter. position detection method.
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