JPH0367104A - Aligning device - Google Patents

Aligning device

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JPH0367104A
JPH0367104A JP1203054A JP20305489A JPH0367104A JP H0367104 A JPH0367104 A JP H0367104A JP 1203054 A JP1203054 A JP 1203054A JP 20305489 A JP20305489 A JP 20305489A JP H0367104 A JPH0367104 A JP H0367104A
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light
lens
detecting
wafer
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謙治 斉藤
Masakazu Matsugi
優和 真継
Shigeyuki Suda
須田 繁幸
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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
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    • GPHYSICS
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    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography

Abstract

PURPOSE:To prevent the degradation in S/N by scattered light and unnecessary diffracted light by forming the outer peripheral edge part of a mark to a curved shape so as to disperse the regular reflected and scattered light from the outer peripheral edge part. CONSTITUTION:The luminous flux emitted from a light source 17 is reflected by a reflecting mirror 18 via a projecting lens system 6 and is projected to a grating lens 15 whose peripheral shape is arc-shaped from the diagonal direc tion, provided on an object 2. This lens 15 has a condensing effect and the exit light is condensed to the point of a prescribed distance from the lens 15. The luminous flux diverged from this point is made incident to a grating lens 16 provided on the object 3 disposed at a prescribed distance. This lens 16 has the condensing effect similar to the lens 15 and the exit light from the lens 16 is passed through the lens 15 and is then condensed to a detecting sur face 14 by a condenser lens 7. The S/N by the scattered light and the unneces sary diffracted light is improved in this way.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は位置合せ装置に関し、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
」という。)等の第1物体面上に形成されている微細な
電子回路パターンをウェハ等の第2物体面上に露光転写
する際にマスクとウエハとの相対的な位置決め(アライ
メント)を行う場合に好適な位置合わせ装置に関するも
のである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an alignment device, for example, in an exposure device for manufacturing semiconductor devices, the alignment device is used to align a mask, reticle (hereinafter referred to as “mask”), or the like on a first object surface. This invention relates to an alignment device suitable for performing relative positioning (alignment) between a mask and a wafer when exposing and transferring a fine electronic circuit pattern formed on a second object surface such as a wafer. .

〔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マークを設け、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47
04033号、等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光量を検出すること等により行
っている。
In many alignment apparatuses, so-called alignment marks for alignment are provided on the mask and wafer surfaces, and position information obtained from the marks is used to align both. As an alignment method at this time, for example, detecting the amount of deviation between both alignment patterns by performing image processing, or US Pat.
As proposed in No. 04033, etc., this is done by using a zone plate as an alignment pattern, irradiating the zone plate with a light beam, and detecting the amount of light emitted from the zone plate on a predetermined surface. .

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マークを用いた方法に比べてアライ
メントマークの欠損に影響されずに比較的高精度のアラ
イメントが出来る特長がある。
In general, alignment methods using zone plates are
Compared to methods using simple alignment marks, this method has the advantage of being able to achieve relatively high-precision alignment without being affected by alignment mark defects.

第12図はゾーンプレートを利用した従来の位置合せ装
置の該略図である。第13図はそのアライメントマーク
を示すもので、マスク面2上にはリニアなゾーンプレー
ト15が形成され、ウェハー3には、等ピッチに矩形パ
ターン16がライン状に並んでいる。リニアゾーンプレ
ート15のパワーのある方向がアライメント検出方向で
、投射ビームlがこのゾーンプレート15にマークの中
心における法線及び、アライメント方向と直交する線を
含む平面内で法線に対しある角度Φで入射し、ゾーンプ
レート15により、ウェハ面3上に線状に集光し、さら
にウェハ3上のパターン16により回折され、上記入射
面内で別のウェハパターン16のピッチで決まるある角
度で信号光19として検出系へはいる。
FIG. 12 is a schematic diagram of a conventional alignment device using zone plates. FIG. 13 shows the alignment mark. A linear zone plate 15 is formed on the mask surface 2, and rectangular patterns 16 are arranged in a line shape on the wafer 3 at equal pitches. The direction in which the linear zone plate 15 has power is the alignment detection direction, and the projection beam l is directed to the zone plate 15 at an angle Φ with respect to the normal in a plane that includes the normal at the center of the mark and a line perpendicular to the alignment direction. The light is incident on the wafer surface 3 in a linear manner by the zone plate 15, and is further diffracted by the pattern 16 on the wafer 3, and a signal is generated at a certain angle determined by the pitch of another wafer pattern 16 within the incident surface. The light enters the detection system as light 19.

マスク2とウェハ3がアライメント方向にずれていれば
ウェハパターン16により回折される光量が変化するの
で、これを検知することによりマスク2とウェハ3の位
置ずれを制御することができる。
If the mask 2 and the wafer 3 are misaligned in the alignment direction, the amount of light diffracted by the wafer pattern 16 will change, so by detecting this, the misalignment between the mask 2 and the wafer 3 can be controlled.

〔発明が解決しようとしている課題〕[Problem that the invention is trying to solve]

しかしながら、上記従来例では、マークエッヂ部12の
パターンは直線で、入射光とほぼ直交するように設定さ
れ、しかも、検出方向が入射面内近傍にある為、第14
図に示すように強度的に強い正反射散乱光及び第15図
に示す不要回折光のフランホーファー回折パターンの強
度的に強い光がセンサーの検出面上に存在し、ノイズ光
となり、S/Nを低下させるという欠点があった。
However, in the above-mentioned conventional example, the pattern of the mark edge portion 12 is a straight line and is set to be almost orthogonal to the incident light, and the detection direction is near the entrance plane, so the 14th
As shown in the figure, the intensely specularly reflected scattered light and the intensely intense light of the Franhofer diffraction pattern of the unnecessary diffracted light shown in FIG. 15 exist on the detection surface of the sensor and become noise light, resulting in S/N It had the disadvantage of lowering the

ここで正反射エッチ散乱光とは、エッチ近傍で段面形状
により、発生する散乱光で、その配光特性がエッヂ部を
反射面とし、反射の法則に従い反射する光線を中心とし
た分布となるものであり、エッチの接線を軸とする半径
が無限小のシリンドリカル反射面として幾何光学的に求
められる方向を中心として散乱する性質を持つ。
Here, the specularly reflected etch scattered light is the scattered light generated by the step shape near the etch, and its light distribution characteristics are such that the edge part is the reflective surface and the distribution is centered around the reflected light rays according to the law of reflection. As a cylindrical reflecting surface with an infinitesimal radius centered on the tangent to the etch, it has the property of scattering in a direction determined by geometrical optics.

特にX線を対象とするマスクにおいてはマスクパターン
を形成する厚みが厚く、エッチ散乱光の影響を強く受け
る。
Particularly in a mask intended for X-rays, the thickness of the mask pattern is large, and the mask is strongly affected by etch scattered light.

第14図は従来例のエッヂ散乱原理図で、パターンエッ
ヂ部12に入射光lが照射されたとき、パターンエッチ
部12で散乱光13が発生する。このときx−7面(例
えばマスク面)への射影光路を考えると、第14図(b
)で示される様にエッチ部12で正反射する正反射散乱
光13′方向に強い散乱光が集中する。
FIG. 14 is a diagram showing the principle of edge scattering in a conventional example. When the pattern edge portion 12 is irradiated with the incident light 1, scattered light 13 is generated in the pattern etched portion 12. At this time, considering the projected optical path onto the x-7 plane (for example, the mask surface), Fig. 14 (b
), strong scattered light is concentrated in the direction of specularly reflected scattered light 13' that is specularly reflected by the etched portion 12.

第14図(b)、  (C)には散乱光13の角度毎の
強度分布を破線に示しである。第14図(a)には正反
射散乱光13’の入射面上での分布を示しである。信号
検出部14中央に強度の強い散乱光が存在することがわ
かる。
In FIGS. 14(b) and 14(c), the intensity distribution of the scattered light 13 for each angle is shown by the broken line. FIG. 14(a) shows the distribution of specularly reflected scattered light 13' on the incident surface. It can be seen that there is strong scattered light at the center of the signal detection section 14.

特にX線露光装置に用いられるマスクの場合、パターン
の膜厚は0.5μm〜1μmであり、散乱光は大きな問
題となる。
Particularly in the case of a mask used in an X-ray exposure device, the thickness of the pattern is 0.5 μm to 1 μm, and scattered light becomes a big problem.

次に、不要回折光のフランホーファー回折パターンのサ
イド光の影響について説明する。第12図。
Next, the influence of side light of the Fraunhofer diffraction pattern of unnecessary diffracted light will be explained. Figure 12.

第13図に示す系では、ウェハ3上の回折格子16のピ
ッチで定まる信号光19の回折次数をm次とすれば、m
 + 1次及びm −1次に対応する回折光が信ぢ光の
比較的近くに存在し、第15図に示すようにその回折に
よるフランホーファー回折パターンの強度集中された光
の一部がセンサー14に入射することになる。マスク2
.ウェハ3のアライメント方向位置ずれ以外の変動、た
とえばマスク・ウェハ回転により、この不要光のセンサ
ー14に入射する光量が変動し、誤差を生ずることにな
る。
In the system shown in FIG. 13, if the diffraction order of the signal light 19 determined by the pitch of the diffraction grating 16 on the wafer 3 is m-th order, then m
The diffracted lights corresponding to the +1st order and the m -1st order exist relatively close to the signal light, and as shown in Figure 15, a part of the light whose intensity is concentrated in the Fraunhofer diffraction pattern due to the diffraction reaches the sensor. It will be incident on 14. mask 2
.. Due to fluctuations other than the positional deviation of the wafer 3 in the alignment direction, such as mask/wafer rotation, the amount of unnecessary light incident on the sensor 14 fluctuates, resulting in an error.

又、マスクパターンは通常AuやTa等金属で形成され
ており、反射率は高く、マスク反射0次光の強度が強く
、反射方向は検出系とマーク出射角度的にはかなり離れ
ているにもかかわらずマスクパターン形状(この場合は
矩形)に伴なうフランホーファー回折パターンはマーク
の平行な2辺と直交する方向に長くすそを引き、検出系
へ一部が入射し、S 、、/ Nを低下させるという問
題があった。(第16図参照) 〔課題を解決するための手段〕 本発明はマークパターンへの入射光の方向、物理光学素
子の周辺形状を特定し、マークエツジ部から、散乱する
正反射散乱光及び不要回折次数のフランホーファー回折
像の強度集中領域が検出部に存在しないようにしたもの
である。
In addition, the mask pattern is usually made of metal such as Au or Ta, and has a high reflectance, and the intensity of the 0th order light reflected from the mask is strong, even though the direction of reflection is quite far from the detection system in terms of the mark emission angle. Regardless of the shape of the mask pattern (rectangular in this case), the Fraunhofer diffraction pattern has a long tail in the direction perpendicular to the two parallel sides of the mark, and a portion of it enters the detection system, resulting in S , , / N There was a problem of lowering the . (See Figure 16) [Means for Solving the Problems] The present invention specifies the direction of incident light on a mark pattern and the peripheral shape of a physical optical element, and removes specularly reflected scattered light and unnecessary diffracted light from the mark edge. The intensity concentration region of the Fraunhofer diffraction image of the order does not exist in the detection section.

具体的なマーク外周形状の例としては、第3図に示すよ
うに、マークパターンの外周部に成る曲率1/R(但し
、Rは曲率半径)をもたせ、エツジからの正反射散乱光
が一方向に集中しないようにしたものである。曲率は小
さくすればするほど散乱光の広がりは大きくなり、検出
面全面をカバーする程度は広げたほうが、各種の変動に
対する散乱光の影響をおさえる点で好ましい。これを第
3図(b)に示すパラメータで示せば次のようになる。
As a specific example of the shape of the mark's outer periphery, as shown in FIG. This is to avoid concentrating on the direction. The smaller the curvature, the wider the spread of the scattered light, and it is preferable to cover the entire detection surface as wide as possible in order to suppress the influence of the scattered light on various fluctuations. This can be expressed using the parameters shown in FIG. 3(b) as follows.

但し、lは考慮すべきマークの辺の長さβはマークから
検出系を見込む角 又、マーク外周形状を円弧状にすることにより、不要回
折次数による光のフランホーファーパターンの強度集中
が生じないようにした。第5図に円形開口牟七辷造丑の
フランホーファーパターンを示す。強度は中心から一様
に広がり、第3の光量ですでにピークの5/1000程
度に弱まっている。
However, l is the length of the side of the mark to be considered, and β is the angle from which the detection system is viewed from the mark.Also, by making the mark's outer circumference shape arc-shaped, intensity concentration of the Fraunhofer pattern of light due to unnecessary diffraction orders will not occur. I did it like that. Figure 5 shows the Fraunhofer pattern of a circular aperture. The intensity spreads uniformly from the center, and has already weakened to about 5/1000 of the peak at the third light intensity.

一方、マーク領域は通常スクライブライン等、互いに平
行な2辺25. 26で囲まれたもので、信号光端及び
プロセスのアライメントに与える影響除去の点から、マ
ーク領域全体を有効に利用することが要求される。
On the other hand, the mark area is usually two sides parallel to each other, such as a scribe line. 26, and it is required to effectively utilize the entire mark area from the viewpoint of eliminating the influence on the signal light end and process alignment.

マーク外周形状を一つの円弧とすると平行な2辺25、
26と円弧間の斜線で示す領域が第6図(a)に示すよ
うに広く、無駄な領域が多い。そこで、着目するマーク
の外周形状の曲率を小さくし、第6図(b) (c)の
ようにマーク領域を有効に利用することが必要となる。
If the outer circumferential shape of the mark is one circular arc, two parallel sides 25,
The area indicated by diagonal lines between 26 and the circular arc is wide as shown in FIG. 6(a), and there are many wasted areas. Therefore, it is necessary to reduce the curvature of the outer circumferential shape of the mark of interest and to effectively utilize the mark area as shown in FIGS. 6(b) and 6(c).

第7図に第6図(b)の場合のフランホーファー回折パ
ターンを示す。m第15図のような強度集中 はみられない。
FIG. 7 shows the Fraunhofer diffraction pattern in the case of FIG. 6(b). There is no intensity concentration as shown in Fig. 15.

具体的な曲率設定は第8図に示すように外周形状を円弧
状にした部分の平行2辺25.26と直交する軸への射
影成分をdとした時、次の式を満たすようにし、マーク
領域の効率的利用をはかった。
The specific curvature setting is as shown in Fig. 8, where the projection component to the axis perpendicular to the two parallel sides 25.26 of the part whose outer circumference is arcuate is d, and the following formula is satisfied. Aimed at efficient use of mark area.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明による第1の実施例で、従来例で示した
と同様の測定系を用い、しかもエッヂの正反射散乱光に
よる影響及びフランホーファー回折光の影響を低減する
アライメントマークの拡大図を示す。第1図(a)はマ
スク面上のアライメントマーク、(b)はウェハ面上の
アライメントマークを示す。第1図(a)のようにリニ
アゾーンプレートの周辺部を円弧状にカッティングをほ
どこし、入射光のエッヂによる散乱を分散させ、検出系
へ散乱光が集中しないように又、フランホーファー回折
光による不要光の影響も低減したものである。本実施例
においては、アライメント方向(AA方向)マーク幅5
0μmに対し、100μmの半径の円弧状カッティング
がほどこされている。第2図は本発明による第2の実施
例でウェハマークにも円弧状カッティングをほどこした
例である。
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention, which uses the same measurement system as that shown in the conventional example, and is an enlarged view of an alignment mark that reduces the effects of specularly reflected scattered light and Franhofer diffracted light from edges. shows. FIG. 1(a) shows alignment marks on the mask surface, and FIG. 1(b) shows alignment marks on the wafer surface. As shown in Figure 1 (a), the peripheral part of the linear zone plate is cut in an arc shape to disperse the scattering of the incident light due to the edges and prevent the scattered light from concentrating on the detection system. The influence of unnecessary light is also reduced. In this embodiment, the mark width in the alignment direction (AA direction) is 5.
An arcuate cut with a radius of 100 μm is made with respect to 0 μm. FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention in which the wafer mark is also cut in an arcuate shape.

第4図は本発明による第3の実施例である。FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention.

第1物体と第2物体とを対向配置し、相対的位置決めを
行う際、該第1物体面2上に第1物理光学素子15を第
2物体面3上に第2物理光学素子16をそれぞれ形成し
、該第1物理光学素子15に光を入射させたときに生ず
る回折光を該第2物理光学素子16に入射させ、該第2
物理光学素子16により所定面上に生ずる回折光を検出
手段により検出することにより、該第1物体2と該第2
物体3との相対的な位置決めを行う際、該第1及び第2
の物理光学素子15. 16に入射した光lによる正反
射エッチ散乱光が分散するように又、不要回折次数のフ
ランホーファーパターンの強度集中が生じないようにマ
ーク周辺形状に円弧状カッティングをほどこしたもので
ある。
When arranging a first object and a second object to face each other and performing relative positioning, the first physical optical element 15 is placed on the first object plane 2, and the second physical optical element 16 is placed on the second object plane 3, respectively. The diffracted light generated when light is incident on the first physical optical element 15 is made incident on the second physical optical element 16, and the second
The first object 2 and the second object are detected by detecting the diffracted light generated on a predetermined surface by the physical optical element 16.
When performing relative positioning with the object 3, the first and second
physical optical element 15. An arcuate cut is applied to the peripheral shape of the mark so that specularly reflected etch scattered light due to the light 1 incident on the mark 16 is dispersed and so as to prevent intensity concentration of the Fraunhofer pattern of unnecessary diffraction orders.

本実施例では光源16から出射された光束を投光1ノン
ズ系6を介し反射鏡18で反射させた後、第1物体2に
設けた振幅型、又は位相型のゾーンプレート等から成る
周辺形状が円弧状の第1物理光学素子15(グレーティ
ングレンズ)を斜め方向から照射している。
In this embodiment, after the light beam emitted from the light source 16 is reflected by the reflecting mirror 18 via the light projection 1 lens system 6, the peripheral shape is formed by an amplitude type or phase type zone plate provided on the first object 2. irradiates the arc-shaped first physical optical element 15 (grating lens) from an oblique direction.

第1物理光学素子15は集光作用を有しており出射光を
第1物理光学素子15から所定の距離の点に集光してい
る。そして点から発散した光束を所定の距離に配置した
第2物体3に設けられている位相型若しくは振幅型のゾ
ーンプレート等から成る第2物理光学素子16(グレー
ティングレンズ)に入射させている。第2物理光学素子
16は第1物理光学素子15と同様に集光作用を有して
おり、第2物理光学素子16からの出射光を第1物理光
学素子15を通過させた後、集光レンズ7により、検出
面14上に集光している。
The first physical optical element 15 has a light focusing function and focuses the emitted light onto a point at a predetermined distance from the first physical optical element 15. The light beam diverging from the point is made incident on a second physical optical element 16 (grating lens), which is a phase type or amplitude type zone plate, etc., provided on a second object 3 placed at a predetermined distance. The second physical optical element 16 has a light condensing function like the first physical optical element 15, and after the light emitted from the second physical optical element 16 passes through the first physical optical element 15, it condenses the light. The lens 7 focuses the light onto the detection surface 14 .

即ち、本実施例では第1の物理光学素子の回折像を第2
の物理光学素子で拡大結像させている。
That is, in this example, the diffraction image of the first physical optical element is
An enlarged image is formed using a physical optical element.

第9図は第4図に示した第3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2と第2物体3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15. 
16を設けている。第1アライメントマーク15へ光束
1を入射させ、それからの出射光を第2アライメントマ
ーク16に入射させている。そして第2アライメントマ
ーク16からの出射光19をポジションセンサー等の検
出器の検出面14上に集光させている。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing the basic principle of the optical system in the third embodiment shown in FIG. 4. In the figure, a first object 2 and a second object 3 whose relative positional deviations are to be evaluated are each connected to a first object such as a zone plate. Second alignment mark 15.
There are 16. The light beam 1 is made incident on the first alignment mark 15, and the emitted light is made incident on the second alignment mark 16. The emitted light 19 from the second alignment mark 16 is focused onto a detection surface 14 of a detector such as a position sensor.

このとき第1物体2と第2物体3との相対的な位置ずれ
量△σに応じて検出面14上においては、光量の重心ず
れ量△δが生じてくる。
At this time, a gravity center deviation amount Δδ of the amount of light occurs on the detection surface 14 in accordance with the relative positional deviation amount Δσ between the first object 2 and the second object 3.

本実施例では同図において、光束19による検出面14
上における光量の重心ずれ量△δを求め、これより第1
物体2と第2物体3との相対的な位置ずれ量△σを検出
している。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量
を乗算したものを断面全面で積分したときに積分値がO
ベクトルになる点のことであるが、別な例として光量が
ピークとなる点の位置を検出してもよい。
In this embodiment, in the same figure, the detection surface 14 by the light beam 19 is
The amount of gravity shift △δ of the light amount at the top is determined, and from this the first
A relative positional deviation amount Δσ between the object 2 and the second object 3 is detected. Here, the center of gravity of the luminous flux is within the cross section of the luminous flux,
When the position vector from each point of the cross-sectional circle is multiplied by the light intensity at that point and integrated over the entire cross-section, the integral value is O.
Although this refers to a point that becomes a vector, as another example, the position of a point where the amount of light reaches a peak may be detected.

ここで、金策1アライメントマーク15を基準とし、第
2アライメントマーク16が第1アライメントマーク1
5と平行方向に△σずれていたとすると検出面14上で
の集光点の重心ずれ量△δは拡大される。
Here, the first alignment mark 15 is used as a reference, and the second alignment mark 16 is aligned with the first alignment mark 1.
If it is deviated by Δσ in the direction parallel to 5, the amount of deviation Δδ of the center of gravity of the condensing point on the detection surface 14 will be enlarged.

但し、awはマークから入射側を正、bwはマーク出射
側を正とし、△δは△σと同方向の場合正、逆方向の場
合負で示される。
However, aw is positive on the incident side from the mark, bw is positive on the mark exit side, and Δδ is positive when it is in the same direction as Δσ, and negative when it is in the opposite direction.

このようにして求めた位置ずれ量△σ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 way, the first object and the second object can be positioned with high precision.

尚、位置ずれの基準となる位置ずれ0の時のセンサー面
14上の光束重心位置は、予め、試し焼等で求め、△δ
はその位置からのずれ量として評価する。
Note that the position of the center of gravity of the light beam on the sensor surface 14 when the positional deviation is 0, which is the reference for the positional deviation, is determined in advance by trial firing, etc., and is determined by △δ
is evaluated as the amount of deviation from that position.

第10図は第1.第2物理光学素子のマーク形状例であ
る。(a)はマスク、(b)はウェハ面上物理光学素子
を示す。
Figure 10 shows 1. It is an example of a mark shape of a 2nd physical optical element. (a) shows a mask, and (b) shows a physical optical element on the wafer surface.

本実施例においては、スクライブライン20M。In this embodiment, the scribe line is 20M.

20Wと垂直な面内に人出射光が存在し、アライメント
方向はスクライブライン20と平行で、入射角はマーク
面法線に対し、17.5°出射角は7°の斜入出射系と
なっている。第1物理光学素子I5による集光点はマス
ク下217μmである。マスク−ウェハ間キャップを3
0 μmとしくaw==−187μm)、ウェハからセ
ンサーまでbw=18700μmとすれば、センサー面
上の信号光の位置の移動倍率には次のようになる。
The human output light exists in a plane perpendicular to 20W, the alignment direction is parallel to the scribe line 20, the incident angle is 17.5 degrees with respect to the normal to the mark surface, and the output angle is 7 degrees, making it an oblique incidence/exit system. ing. The focal point of the first physical optical element I5 is 217 μm below the mask. 3 caps between mask and wafer
Assuming that aw==-187 μm) and bw=18700 μm from the wafer to the sensor, the moving magnification of the position of the signal light on the sensor surface is as follows.

又、マークの辺の長さは7 =90μmであり、検出系
を見込む角β=0.7 (rad)マーク外周の円弧状
カットの曲率半径Rは400μmでなので、となり ゆえに なる条件を満たしている。
Also, the length of the side of the mark is 7 = 90 μm, the angle β looking into the detection system = 0.7 (rad), and the radius of curvature R of the arc-shaped cut on the outer periphery of the mark is 400 μm, so the following condition is satisfied. There is.

以上、光スポツト位置検知によるアライメント方式の例
で説明したが、本発明は回折光を利用する任意の方式で
有効である。
Although an example of an alignment method using light spot position detection has been described above, the present invention is effective with any method using diffracted light.

第11図は本発明による第4の実施例で、第1物体2と
第2物体3の間隔を計測制御する場合に適用したもので
ある。
FIG. 11 shows a fourth embodiment of the present invention, which is applied to the case where the distance between the first object 2 and the second object 3 is measured and controlled.

物理光学素子を設けた第1物体2と第2物体3とを対向
配置し、該第1物体2上の物理光学素子4に光束lを入
射させ、該物理光学素子4によって所定方向に偏向した
光を該第2物体面3で反射させた後、受光手段面8上に
導光し、該受光手段面8上における光の入射位置を検出
することにより、該第1物体2と第2物体3との間隔を
求める際マークエッヂからの散乱光を分散させ、また不
要回折次数による光のフランホーファーパターンの強度
集中をおさえるように円弧状のカッティングをほどこし
たものである。
A first object 2 provided with a physical optical element and a second object 3 are placed facing each other, and a light beam l is incident on the physical optical element 4 on the first object 2, and is deflected in a predetermined direction by the physical optical element 4. After the light is reflected by the second object surface 3, the light is guided onto the light receiving means surface 8, and the incident position of the light on the light receiving means surface 8 is detected, thereby separating the first object 2 and the second object. When determining the distance from 3, an arc-shaped cut is made to disperse the scattered light from the mark edge and to suppress the intensity concentration of the Fraunhofer pattern of light due to unnecessary diffraction orders.

第11図(a)は本発明を半導体製造装置のマスクとウ
ェハとの間隔を測定する装置に適用した場合の一実施例
の光学系の概略図である。
FIG. 11(a) is a schematic diagram of an optical system of an embodiment in which the present invention is applied to a device for measuring the distance between a mask and a wafer in a semiconductor manufacturing device.

同図において1は不図示の例えばHe−N eレーザー
や半導体レーザー等からの光束、2は第1物体で例えば
マスク、3は第2物体で例えばウェハであり、マスク2
とウェハ3は最初に第11図(a)に示すように間隔d
。を隔てて対向配置されている。
In the figure, 1 is a light beam from a He-Ne laser or a semiconductor laser (not shown), 2 is a first object such as a mask, and 3 is a second object such as a wafer.
and wafer 3 are initially spaced apart by a distance d as shown in FIG. 11(a).
. are placed facing each other across the

4.5は各々マスク2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4,5は則えば回
折格子やゾーンプレート等から成っている。7は集光レ
ンズであり、その焦点距離はfsである。
4.5 are the first . The second physical optical elements 4 and 5 are generally composed of a diffraction grating, a zone plate, or the like. 7 is a condensing lens, the focal length of which is fs.

8は受光手段で集光レンズ7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。9は信号処理回路であり、受光
手段8からの信号を用いて受光手段8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2とウェハ
3との間隔d。を演算し求めている。
Reference numeral 8 denotes a light receiving means, which is arranged at the focal point of the condensing lens 7, and is composed of a line sensor, a PSD, etc., and detects the center of gravity of the incident light beam. Reference numeral 9 denotes a signal processing circuit, which uses the signal from the light receiving means 8 to determine the center of gravity position of the light beam incident on the surface of the light receiving means 8, and calculates the distance d between the mask 2 and the wafer 3 as described later. is calculated and found.

IOは光プローブであり、集光レンズ7や受光手段8、
そして必要に応じて信号処理回路9を有しており、マス
ク2やウェハ3とは相対的に移動可能となっている。
IO is an optical probe, which includes a condenser lens 7, a light receiving means 8,
It has a signal processing circuit 9 as required, and is movable relative to the mask 2 and wafer 3.

本実施例においては半導体レーザーLDからの光束1(
波長λ= 830 n m )をマスク2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FZP4
からの角度θ1で回折する所定次数の回折光をウェハ3
面上の点B (C)で反射させている。
In this embodiment, the luminous flux 1 (
Wavelength λ=830 nm) is perpendicularly incident on a point A on a first Fresnel zone plate (hereinafter abbreviated as FZP) 4 surface on a mask 2 surface. And the first FZP4
The diffracted light of a predetermined order is diffracted at an angle θ1 from the wafer 3.
It is reflected at point B (C) on the surface.

このうち反射光20はウェハ3がマスク2に近い位置P
1に位置しているときの反射光、反射光21はウェハ3
が位置Plから距離doだけ変位したときの反射光であ
る。
Of these, the reflected light 20 is at a position P where the wafer 3 is close to the mask 2.
The reflected light 21 when the wafer is located at the wafer 3
This is the reflected light when is displaced by a distance do from the position Pl.

次いでウェハ3からの反射光を第1物体2面上の第2の
FZP5面上の点D (E)に入射させている。
Next, the reflected light from the wafer 3 is made incident on a point D (E) on the second FZP 5 surface on the first object 2 surface.

尚、第2のFZP5は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。
The second FZP 5 has an optical function of changing the exit angle of the outgoing diffracted light depending on the incident position of the incident light beam.

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(22,23)を集光レンズ7を介して受光手
段8面上に導光している。
Then, the diffracted light (22, 23) of a predetermined order diffracted from the second FZP 5 at an angle θ2 is guided onto the surface of the light receiving means 8 via the condenser lens 7.

そして、このときの受光手段8面上における入射光束(
22,23)の重心位置を用いてマスク2とウェハ3と
の間隔を演算し求めている。
At this time, the incident light flux (
The distance between the mask 2 and the wafer 3 is calculated and determined using the center of gravity position of 22, 23).

本実施例ではマスク2面上に設けた第1.第2のFZP
4.5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θl、θ2は予め求められている。
In this example, the first . Second FZP
4.5 is configured with a known pitch set in advance, and the diffraction angles θl and θ2 of the diffracted light of a predetermined order (for example, ±1st order) of the light beam incident on them are determined in advance.

FZP5、集光レンズ7の焦点距離をfM、f、と・す
るとウェハがd。だけずれた時の受光手段上の重心位置
変動量Sは 8 S = 2 ・d G ・−tanθ1M で与えられる。この式を用いてdoを求めて間隔検出を
行う。ここで最初のマスク、ウェハ間隔d。は他の周知
の間隔検出手段で求め、この時の受光手段上の重心位置
を基準位置として記憶しておく。Sはこの基準位置から
の重心ずれとして検出され、計算で得たd。とd。より
間隔が求まる。
If the focal length of FZP5 and condenser lens 7 is fM, f, then the wafer is d. The amount of variation S in the position of the center of gravity on the light-receiving means when the light-receiving means is deviated by the same amount is given by 8S=2.dG.-tanθ1M. This equation is used to find do and perform interval detection. Here, the first mask, wafer spacing d. is determined by another well-known distance detection means, and the center of gravity position on the light receiving means at this time is stored as a reference position. S is detected as the deviation of the center of gravity from this reference position, and d is calculated. and d. The spacing can be determined by

第11図(b)はマスク面2上のマーク4,5を示すも
ので、入射側マーク4.出射側マーク5ともに周辺形状
を円弧状にカッティングをほどこし、エッチ散乱光を分
散させ、検出系を強度集中した正反射エッチ散乱光がこ
ないようにした。
FIG. 11(b) shows marks 4 and 5 on the mask surface 2, and marks 4 and 5 on the incident side. The peripheral shape of both the emission side marks 5 is cut into an arc shape to disperse the etch scattered light and prevent the specularly reflected etch scattered light with concentrated intensity from reaching the detection system.

以上本発明の実施例においては曲率をもたせたマーク周
辺形状として円弧の一部として示してきたが、円弧に限
らず放物線、双曲線、隋円等の2次曲線でもよく、さら
にこれらを部的につなげたものでもよい。
In the above embodiments of the present invention, the peripheral shape of the mark with curvature has been shown as a part of a circular arc, but it is not limited to a circular arc, but may also be a quadratic curve such as a parabola, hyperbola, or Sui circle. It can also be connected.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、マークエッヂ部から散乱する正反射散
乱光の強度集中領域及び不要回折光のフランホーパター
ンの強度集中領域が検出部に存在しないように設定され
る為、従来問題となっていた、散乱光及び不要回折光に
よるS/Nの低下を大幅に改善することが可能となった
According to the present invention, the intensity concentration area of specularly reflected scattered light scattered from the mark edge portion and the intensity concentration area of the Franchaux pattern of unnecessary diffracted light are set so as not to exist in the detection unit, which has been a problem in the past. In addition, it has become possible to significantly improve the reduction in S/N due to scattered light and unnecessary diffracted light.

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

第1図は本発明のよる第1の実施例の物理光学素子形状
。 第2図は本発明による第2の実施例の物理光学素子形状
。 第3図は本発明の原理図。 第4図は本発明による第3の実施例。 第5図は円形開口回折パターン。 第6図はマーク領域を示す図。 第7図は本発明による回折パターンの例。 第8図は本発明によるパターン周辺形状設定図。 第9図は本発明による第3の実施例の光路図。 第10図は本発明による第3の実施例の物理光学素子形
状。 第11図は本発明による第4の実施例。 第12図は従来例。 第13図は従来例の物理光学素子形状。 第14図は従来例のエッチ散乱原理図。 第15図、第16図は従来例の不要回折光フランホーフ
ァー回折パターン。 l;投光ビーム 2;第1物体(マスク) 3;第2物体(ウェハ) 4;入射側マーク 5;出射側マーク 6.7;レンズ 8;検出器 9;処理系 lO;光プローブ ll;マーク周辺形状 12;マークエッヂ部 13:エッヂ散乱光 14:検出領域 】5 16 7 8 9 20゜ 22゜ 24 ; 25゜ 第1の物理光学素子 第2の物理光学素子 光源 ハーフミラ− 検出光 21;反射光 23:回折光 1フー 26・平行な2辺 喘 回 鴨2図 笑l′7樫 喘 /4 しっ (0,) と (1)) ト1
FIG. 1 shows the shape of a physical optical element according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 shows the shape of a physical optical element according to a second embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram showing the principle of the present invention. FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention. Figure 5 shows a circular aperture diffraction pattern. FIG. 6 is a diagram showing the mark area. FIG. 7 is an example of a diffraction pattern according to the present invention. FIG. 8 is a diagram showing pattern peripheral shape setting according to the present invention. FIG. 9 is an optical path diagram of a third embodiment according to the present invention. FIG. 10 shows the shape of a physical optical element according to a third embodiment of the present invention. FIG. 11 shows a fourth embodiment of the present invention. Figure 12 shows a conventional example. Figure 13 shows the shape of a conventional physical optical element. FIG. 14 is a diagram showing the principle of etch scattering in a conventional example. FIGS. 15 and 16 are conventional Fraunhofer diffraction patterns of unnecessary diffracted light. l; Projection beam 2; First object (mask) 3; Second object (wafer) 4; Incident side mark 5; Output side mark 6.7; Lens 8; Detector 9; Processing system lO; Optical probe II; Mark peripheral shape 12; Mark edge portion 13: Edge scattered light 14: Detection area] 5 16 7 8 9 20° 22° 24; 25° First physical optical element Second physical optical element Light source half mirror Detection light 21; Reflected light 23: Diffracted light 1 Fu 26 Parallel 2 sides 2 illustration lol l'7 Kashi 4 / 4 Shi (0,) and (1)) To 1

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)回折格子より成る位置検出用のマークを有する物
体の該マークに光束を照射する光源手段と、該光源手段
からの光束を受けたマークからの回折光を受光して物体
の位置を検出する検出手段とを有し、前記マークの外周
エッジ部からの正反射散乱光を分散させるように前記外
周エッジ部を曲線形状としたことを特徴とする位置合せ
装置。
(1) A light source means for irradiating a light beam onto the mark of an object having a mark for position detection consisting of a diffraction grating, and detecting the position of the object by receiving the diffracted light from the mark that receives the light beam from the light source means. 1. A positioning device comprising: a detecting means for detecting the mark, and the outer peripheral edge portion of the mark has a curved shape so as to disperse specularly reflected and scattered light from the outer peripheral edge portion of the mark.
(2)回折格子より成る位置検出用のマークを有する物
体の該マークに光束を照射する光源手段と、該光源手段
からの光束を受けたマークからの回折光を受光して物体
の位置を検出する検出手段とを有し、該マークから生ず
る不要回折光を分散させるようにマーク外周形状を曲線
形状としたことを特徴とする位置合せ装置。
(2) A light source means for irradiating a light beam onto the mark of an object having a position detection mark made of a diffraction grating, and detecting the position of the object by receiving the diffracted light from the mark that receives the light beam from the light source means. What is claimed is: 1. A positioning device comprising a detecting means for detecting the mark, and having a mark having a curved outer circumferential shape so as to disperse unnecessary diffracted light generated from the mark.
(3)回折格子より成る位置検出用のマークを有する物
体の該マークに光束を照射する光源手段と、該光源手段
からの光束を受けたマークからの回折光を受光して物体
の位置を検出する検出手段とを有し、該マークの外周形
状に次式で示す曲率1/Rをつけたことを特徴とする位
置合せ装置。 ▲数式、化学式、表等があります▼ 但しlは曲率をつけるマークの辺の長さβはマークから
検出系を見込む角dは曲率をつける部分のマーク辺と直
交する軸への射影成分
(3) A light source means for irradiating a light beam onto the mark of an object having a position detection mark made of a diffraction grating, and detecting the position of the object by receiving the diffracted light from the mark that receives the light beam from the light source means. 1. A positioning device characterized in that the mark has a curvature of 1/R expressed by the following formula on the outer peripheral shape of the mark. ▲There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc.▼ However, l is the length of the side of the mark to which curvature is to be applied, β is the angle from the mark to the detection system, and d is the projected component of the part to be curvatured onto the axis orthogonal to the mark side.
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