JPH04207013A - Position detector - Google Patents

Position detector

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JPH04207013A
JPH04207013A JP2339908A JP33990890A JPH04207013A JP H04207013 A JPH04207013 A JP H04207013A JP 2339908 A JP2339908 A JP 2339908A JP 33990890 A JP33990890 A JP 33990890A JP H04207013 A JPH04207013 A JP H04207013A
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Japan
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alignment
light
wafer
mask
luminous flux
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JP2339908A
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Minoru Yoshii
実 吉井
Kenji Saito
斎藤 謙治
Naoto Abe
直人 阿部
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Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To eliminate the adverse influence of noise light so as to detect the relative positional deviation between a mask and wafer with high accuracy by oscillating an alignment luminous flux on the mask and wafer in a direction in which the oscillation is insensible from the detecting direction. CONSTITUTION:Alignment marks 5 on a mask 1 are scanned with a laser beam from a light source 10 by oscillating a mirror GM to which the laser loam is made incident through a collimator lens 12 and the transmit and diffracted luminous flux of the laser beam is made incident to an alignment mark 3 on the surface of a waver 2. The luminous flux made incident to the surface of the wafer 2 is condensed by means of a light receiving lens 13 and made incident to the surface of a detecting section 11. The luminous flux made incident to the section 11 is photoelectrically converted and an A/D-converting section 19 and computing means 20 find the relative in-plane positional deviation between the mask 1 and wafer 2 from the incident position of the alignment luminous flux to the detecting section 11. When the light noise caused by speckles is averaged by slightly oscillating the alignment luminous flux in a direction (y) which is insensible from the position detection, highly accurate positioning can be realized.

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ェハの相対的な面内の位置決め(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 apparatus for manufacturing semiconductor elements, the present invention relates to a position detection device that detects a position on a first object surface such as a mask or a reticle (hereinafter referred to as "mask"). This invention relates to a position detection device suitable for performing relative in-plane 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. It is.

(従来の技術) 従来より半導体素子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精度を有するものが要求さ
れている。
(Prior Art) Conventionally, in exposure apparatuses for manufacturing semiconductor devices, relative alignment between a mask and a wafer has been an important element for improving performance. Particularly in alignment in recent exposure apparatuses, precision of, for example, submicron or less is required due to the high integration of semiconductor devices.

その際マスクとウェハとの間隔を面間隔測定装置等で測
定し、所定の間隔となるように制御した後に、マスク及
びウニ八面上に設けた位置合わせ用の所謂アライメント
パターン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
4037969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。
At that time, the distance between the mask and the wafer is measured with a surface distance measuring device, etc., and after controlling the distance to a predetermined distance, position information is obtained from a so-called alignment pattern for positioning provided on the mask and the eight surfaces of the sea urchin. is used to align both sides. As an alignment method at this time, for example, the amount of deviation between both alignment patterns is detected by performing image processing, or alignment method as proposed in U.S. Pat. This is carried out by, for example, using a zone plate as a pattern, irradiating the zone plate with a light beam, and detecting the focal point position of the light beam 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しA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力5ある。
In general, alignment methods using zone plates are
Compared to the method A using a mere alignment mark, this method has the advantage of being able to perform alignment with relatively high precision without being affected by defects in the alignment mark.

第7図はゾーンプレートを利用した従来の位置検出装置
の概略図である。
FIG. 7 is a schematic diagram of a conventional position detection 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。
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 a mask 68 surface 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 condenser lens 76 and the lens 80.

そして検出器82からの出力信号に基づいて制御回路8
4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。
Based on the output signal from the detector 82, the control circuit 8
4 drives the drive circuit 64 to position the mask 68 relative to the wafer 60.

第8図は第7図に示したマスクアライメントパターン6
8a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。
Figure 8 shows the mask alignment pattern 6 shown in Figure 7.
8a and an explanatory diagram showing the imaging relationship between the light beams from the wafer alignment pattern 60a and the wafer alignment pattern 60a.

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、
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
光として透過し、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60aにより回折され
た後、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6ε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. Further, the other part of the light beam passes through the mask 68 as zero-order transmitted light 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 diffracted by the wafer alignment pattern 60a, and then passes through the mask 68 again as zero-order transmitted light, condensing near the converging point 78 and focusing on the wafer position.
form. In the figure, when the light beam diffracted by the wafer 60 forms a condensing point, the mask 6ε 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に対するマスク・ウニへ面に沿った方向(横方向
)のずれ量Δσに応じて集光点78を含む光軸と直交す
る平面に沿って該ずれ量Δσに対応した量のずれ量Δσ
′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 manner is determined according to the amount of deviation Δσ of the wafer 60 from the mask 68 in the direction (lateral direction) of the mask urchin. The amount of deviation Δσ corresponding to the amount of deviation Δσ along the plane orthogonal to the optical axis including
’.

このときのずれ量Δσ′を検出器82に設けた絶対座標
系を基準として求め、これによりずれ量Δσを検出して
いた。
The amount of deviation Δσ' at this time is determined using the absolute coordinate system provided in the detector 82 as a reference, and the amount of deviation Δσ is thereby detected.

(発明が解決しようとする課題) 前述した位置検出装置では、光源手段として光出力が大
きく、かつ指向性の良いレーザ光源が用いられている。
(Problems to be Solved by the Invention) In the above-described position detection device, a laser light source with a large optical output and good directivity is used as the light source means.

一方、レーザ光源は可干渉性が良い為、マスクとウェハ
間の多重反射による干渉縞やマスクとウェハの微細な凹
凸部からのスペックル散乱光による干渉縞等のノイズ光
の影響により検出面上に入射するレーザ光束の光強度分
布、或いは光束断面形状が検出面上への入射位置毎に変
化してくるという問題点があった。
On the other hand, since the laser light source has good coherence, noise light such as interference fringes due to multiple reflections between the mask and wafer and interference fringes due to speckle scattered light from minute unevenness of the mask and wafer may appear on the detection surface. There is a problem in that the light intensity distribution or cross-sectional shape of the laser beam incident on the detection surface changes depending on the position of incidence on the detection surface.

ノイズ光の検出面上への入射位置が一定であれば空間的
に固定されていることが多いので時間が経過しても検出
信号は変化せず、入射光束の光強度分布を時間平均して
もこのノイズ光を打ち消すことができない。従って検出
面上でのレーザ光束の集光点(例えば円光束の中心)や
光強度に基づいた基準点(例えば光強度がど−クの点)
等の移動を検出しようとすると、光束断面形状や光強度
が変動してしまう為、レーザ光束の入射点の移動量が実
際のレーザ光束の集光点の移動量と一致せず、この結果
位置ずれ検出誤差が生じてくるという問題点があった。
If the incident position of the noise light on the detection surface is constant, it is often spatially fixed, so the detection signal does not change over time, and the light intensity distribution of the incident light flux is averaged over time. However, this noise light cannot be canceled out. Therefore, the focal point of the laser beam on the detection surface (for example, the center of the circular beam) and the reference point based on the light intensity (for example, the point at which the light intensity is
If you try to detect the movement of the laser beam, the cross-sectional shape of the beam and the light intensity will change, so the amount of movement of the incident point of the laser beam will not match the amount of movement of the actual focal point of the laser beam, and as a result, the position There is a problem in that a deviation detection error occurs.

本発明は光源手段として可干渉性の良いレーザ光束を用
いたときのスペックル散乱光による検出誤差を少なくし
、対向配置した第1物体と第2物体の相対的位置ずれを
高精度に検出することかできる位置検出装置の提供を目
的とする。
The present invention reduces detection errors caused by speckle scattered light when a laser beam with good coherence is used as a light source, and detects with high precision the relative positional deviation between a first object and a second object arranged facing each other. The purpose is to provide a position detection device that can perform

(問題点を解決する為の手段) 本発明の位置検出装置は、対向配置した第1物体面上と
第2物体面上に各々双方の相対的な面内の位置ずれを検
出する為のアライメントマークを設け、投光手段からの
光束のうち該第1物体面上と該第2物体面上のアライメ
ントマークで各々作用を受けた光束を所定面上に導光し
、該所定面上における該光束の入射位置を検出手段で検
出することにより、該第1物体と第2物体の相対的位置
ずれを検出する際、該投光手段からの光束を駆動手段に
より相対的位置ずれ検出方向とは不感知な方向に第1及
び第2物体上で微少振動させたことを特徴としている。
(Means for Solving the Problems) The position detection device of the present invention provides alignment for detecting relative in-plane positional deviations on a first object plane and a second object plane, which are arranged opposite to each other. A mark is provided, and out of the light flux from the light projecting means, the light flux that has been affected by the alignment mark on the first object surface and the alignment mark on the second object surface is guided onto a predetermined surface, and the light flux on the predetermined surface is When detecting the relative positional deviation between the first object and the second object by detecting the incident position of the light beam with the detection means, the light beam from the light projecting means is driven by the driving means in the direction in which the relative positional deviation is detected. It is characterized in that minute vibrations are made on the first and second objects in an insensible direction.

ここで不感知方向とは例えば位置検出方向(アライメン
ト方向)と直交方向である。この方向に光束を振動させ
ることにより、検出手段面上の集光点内の光強度分布の
うちスペックルノイズを時間的に平均化して電子信号に
変換して光束の集光点の位置を検出している。
Here, the non-sensing direction is, for example, a direction orthogonal to the position detection direction (alignment direction). By vibrating the luminous flux in this direction, speckle noise in the light intensity distribution within the focal point on the detection means surface is averaged over time and converted into an electronic signal to detect the position of the focal point of the luminous flux. are doing.

(実施例) 第1図(A)、(C)は本発明の第1実施例の要部概略
図、第1図(B)は第1図(A)の主要部分を展開した
光路の概略図である。尚第1図(B)ではXY面内の位
置ずれ検出を行う場合を示している。
(Example) Figures 1 (A) and (C) are schematic diagrams of the main parts of the first embodiment of the present invention, and Figure 1 (B) is a schematic diagram of the optical path in which the main parts of Figure 1 (A) are expanded. It is a diagram. Note that FIG. 1(B) shows a case where positional deviation within the XY plane is detected.

本実施例ではプロキシミティ型半導体素子製造用の露光
装置に適用した場合を示している。
This embodiment shows a case in which the present invention is applied to an exposure apparatus for manufacturing proximity type semiconductor devices.

1は第1物体としてのマスクであり、その面上には電子
回路パターンが形成されている。2は第2物体としての
ウェハである。5はマスク1面上に設けたアライメント
マーク、3はウェハ2面上に設けたアライメントマーク
である。アライメントマーク3,5は各々1次元又は2
次元のレンズ作用をするグレーテインクレンズやフレネ
ルゾーンプレート又はレンズ作用のない回折格子等の物
理光学素子より成っている。
1 is a mask as a first object, and an electronic circuit pattern is formed on its surface. 2 is a wafer as a second object. 5 is an alignment mark provided on the first surface of the mask, and 3 is an alignment mark provided on the second surface of the wafer. The alignment marks 3 and 5 are each one-dimensional or two-dimensional.
It consists of physical optical elements such as grete lenses and Fresnel zone plates that act as dimensional lenses, or diffraction gratings that do not act as lenses.

本実施例ではアライメントマーク5,3で波面変換作用
を受けた光束を利用してマスク1とウェハ2とのXY面
内の相対的な位置ずれ検出を行っている。アライメント
マーク3.(5)をフレネルゾーンプレートより構成し
たときのパターンの一例を第2図に示す。
In this embodiment, the relative positional deviation between the mask 1 and the wafer 2 in the XY plane is detected using the light flux subjected to the wavefront conversion effect by the alignment marks 5 and 3. Alignment mark 3. An example of a pattern when (5) is constructed from a Fresnel zone plate is shown in FIG.

10はレーザ光源であり、指向性の良い、可干渉性の光
束を放射している。12はコリメーターレンズであり、
レーザ光源10からのレーザ光を平行光束にして微少振
動可能なミラーGMに入射させている。ミラーGMは入
射してきた光束でマスク1のアライメントマーク5面上
をアライメント方向(X方向)と直交する方向(X方向
)に振動走査している。11は検出部であり、例えばC
CD等のラインセンサから成っている。13は受光レン
ズでありマスク1面からの光束を受光し、検出部11に
導光している。17はウェハステージであり、ウェハ2
を載置している。18はステージ駆動手段であり、ウェ
ハステージ17を駆動させている。
A laser light source 10 emits a highly directional and coherent light beam. 12 is a collimator lens;
A laser beam from a laser light source 10 is made into a parallel beam and is made incident on a mirror GM capable of minute vibrations. The mirror GM vibrates and scans the alignment mark 5 surface of the mask 1 in a direction (X direction) perpendicular to the alignment direction (X direction) with the incident light beam. 11 is a detection unit, for example, C
It consists of line sensors such as CDs. Reference numeral 13 denotes a light-receiving lens that receives the light beam from one surface of the mask and guides it to the detection section 11. 17 is a wafer stage, and wafer 2
is listed. Reference numeral 18 denotes stage driving means, which drives the wafer stage 17.

本実施例におけるミラーGMは例えばガルバノミラ−よ
り成り、コリメーターレンズ12を通過後の光束が該ミ
ラー0M面上で反射する点を含み、かつ位置合わせ方向
(X方向)と平行な軸に関して駆動手段21により微少
に振動している。
The mirror GM in this embodiment is made of, for example, a galvanometer mirror, includes a point where the light beam after passing through the collimator lens 12 is reflected on the mirror 0M surface, and has a drive means with respect to an axis parallel to the alignment direction (X direction). 21 makes it vibrate slightly.

そしてミラーGMからの光束によりマスク1面上の照射
位置を所定の振幅と周期で振動走査している。
Then, the irradiation position on the mask surface is vibrated and scanned with a predetermined amplitude and period using the light beam from the mirror GM.

本実施例ではレーザ光源1oからのレーザ光をコリメー
ターレンズ11で平行光束としてミラーGMに入射させ
ている。そしてミラーGMを振動させることにより、該
ミラーGMを介した光束でマスク1面上のアライメント
マーク5面上を走査している。アライメントマーク5で
波面変換作用、例えば透過回折作用を受けた光束をウェ
ハ2面上のアライメントマーク3に入射させる。アライ
メントマーク3で光学的作用、例えば反射回折作用を受
けた光束はマスク1のアライメントマーりで回折作用を
受けずに透過して受光レンズ13で集光してアライメン
ト光束として検出部11面上に入射する。
In this embodiment, the laser beam from the laser light source 1o is made to enter the mirror GM as a parallel beam by the collimator lens 11. By vibrating the mirror GM, the light beam passing through the mirror GM scans the alignment mark 5 surface on the mask 1 surface. A light beam that has been subjected to a wavefront conversion effect, such as a transmission diffraction effect, at the alignment mark 5 is made incident on the alignment mark 3 on the surface of the wafer 2. A light beam that has been subjected to an optical action, such as a reflection and diffraction action, at the alignment mark 3 is transmitted through the alignment mark of the mask 1 without being subjected to a diffraction effect, and is condensed by the light-receiving lens 13, where it is delivered as an alignment light beam onto the surface of the detection unit 11. incident.

第3図は検出部11面上に入射したアライメント光の強
度分布の説明図である。検出部11に入射したアライメ
ント光束は充電変換され、例えば第3図に示すのと同様
な波形の信号が得られる。
FIG. 3 is an explanatory diagram of the intensity distribution of the alignment light incident on the surface of the detection unit 11. The alignment light flux incident on the detection unit 11 is charged and converted, and a signal having a waveform similar to that shown in FIG. 3, for example, is obtained.

検出部11からの出力信号はAD変換部19でA/D変
換されて演算手段20に送出される。そして演算手段2
0により検出部11へのアライメント光束の入射位置(
重心位置)よりマスク1とウェハ2との相対的な面内(
XY面内)の位置ずれを求めている。
The output signal from the detection section 11 is A/D converted by the AD conversion section 19 and sent to the calculation means 20. and calculation means 2
0, the position of incidence of the alignment light beam on the detection unit 11 (
The relative in-plane (
The positional shift (in the XY plane) is being calculated.

第1図(C)に示すように演算手段20からの信号に基
づいてステージ駆動手段18によりウェハステージ17
をアクチュエータ22を介し移動させてマスク1とウェ
ハ2との位置合わせを行っている。尚、DHは検出ヘッ
ドであり、レーザ光filO、ミラーGM、検出器11
が収納されている。
As shown in FIG. 1(C), the wafer stage 17 is driven by the stage drive means 18 based on the signal from the calculation means 20.
is moved via an actuator 22 to align the mask 1 and wafer 2. Note that DH is a detection head, which includes a laser beam filO, a mirror GM, and a detector 11.
is stored.

今、第1図(B)に示すようにマスク1とウェハ2とが
平行方向にΔσずれており、ウニA 2からウェハ2の
アライメントマーク3て反射した光束の集光点までの距
離をa、マスク1のアライメントマーク5を通過した光
束の集光点までの距離をbとすると検出部11面上での
アライメント光束の集光点の重心ずれ量Δδは Δδ=Δa x (−+ 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, as shown in FIG. 1(B), the mask 1 and the wafer 2 are shifted by Δσ in the parallel direction, and the distance from the sea urchin A 2 to the convergence point of the light beam reflected by the alignment mark 3 of the wafer 2 is a. , if the distance to the converging point of the light beam that has passed through the alignment mark 5 of the mask 1 is b, then the amount of gravity shift Δδ of the condensing point of the alignment light beam on the detection unit 11 surface is Δδ=Δa x (−+ 1 )・・・・・・・・・
...(a). In other words, the center of gravity shift amount Δδ is (b / a
+1) will be enlarged twice.

例えば、a=0.5mm、b=50mm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, if a=0.5 mm and b=50 mm, the center of gravity shift amount Δδ is 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
)式より明かのように比例関係となる。
In addition, the center of gravity shift amount Δδ and position shift amount Δσ at this time are (a
) It is clear from the equation that there is a proportional relationship.

検出部11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。
Assuming that the resolution of the detection unit 11 is 0.1 μm, the positional deviation amount Δσ has a position resolution of 0.001 μm.

本実施例において光束の重心とは検出部の受光面内にお
いて、受光面内各点の位置ベクトルにその点の光強度を
乗算したものを断面全面で積分した時に積分値が0ベク
トルになる点のことであるが代表点として光強度が最高
となる点を用いても良い。
In this example, the center of gravity of the light flux is the point within the light receiving surface of the detection unit where the integral value becomes 0 vector when the product of the position vector of each point on the light receiving surface multiplied by the light intensity at that point is integrated over the entire cross section. However, the point where the light intensity is the highest may be used as the representative point.

尚、本実施例におけるこの位置ずれ検出方法の原理とし
ては本出願人が例えば特開平1−233305号公報や
特開平2−1506号公報等で提案している。
The principle of this positional deviation detection method in this embodiment has been proposed by the present applicant in, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 1-233305 and 2-1506.

次に本実施例の特徴について説明する。Next, the features of this embodiment will be explained.

一般にマスク面上の微細な凹凸部やウェハー面上の表面
のA1皮膜されている微細な凹凸部(〜1000人)に
レーザ光束が入射すると、これらの凹凸部によりスペッ
クル散乱光が生じノイズ光となって検出部面上でアライ
メント光束に重畳してくる。このスペックル散乱光によ
るノイズ光の強度はレーザ光源の可干渉性が大きい程大
きくなってくる。このノイズ光め入射位置や大きさはマ
スクやウェハの相対的位置や間隔により変化してくる。
In general, when a laser beam enters a fine unevenness on a mask surface or a fine unevenness on a wafer surface coated with A1 (~1000 people), speckle scattered light is generated by these unevenness and noise light is generated. As a result, it is superimposed on the alignment beam on the detection surface. The intensity of noise light caused by this speckle scattered light increases as the coherence of the laser light source increases. The incident position and size of this noise light vary depending on the relative position and spacing of the mask and wafer.

レーザ光源、マスク、ウェハ等が相対的に変化しないと
ノイズ光も時間的に変化しないので電気的に時間平均し
てもノイズ光を除去することができない。
Since the noise light does not change over time unless the laser light source, mask, wafer, etc. change relative to each other, the noise light cannot be removed even if electrically averaged over time.

又、ノイズ光のスポット径はアライメント光束の径と略
等しいので検出部面上でアライメント光束に重なったと
きには、空間的に分離したり、又空間周波数軸上で分離
することができない。
Furthermore, since the spot diameter of the noise light is approximately equal to the diameter of the alignment light beam, when it overlaps with the alignment light beam on the detection surface, it cannot be separated spatially or on the spatial frequency axis.

この結果、例えば第4図に示すように検出部からの出力
信号の波形が乱れてきて検出部面上における入射光束の
重心位置が変動し、この結果位置ずれ検出誤差が発生し
てくる。この検出誤差は検出部面上の光スポットの位置
に発生しているので電気信号に変換された後に平均化し
ても位置ずれ検出誤差を減少させることが出来ない。
As a result, as shown in FIG. 4, for example, the waveform of the output signal from the detection section is disturbed and the center of gravity of the incident light beam on the surface of the detection section fluctuates, resulting in a positional deviation detection error. Since this detection error occurs at the position of the light spot on the detection surface, the positional deviation detection error cannot be reduced even if it is averaged after being converted into an electrical signal.

そこで本実施例では局所的に集中したアライメント光束
に重畳したスペックル散乱光によるノイズ光を光空間的
に平均化する為に第9図に示すようにアライメント光束
91をアライメントマーク面上の位置ずれ検出に際して
不感知な方向(X方向)に微少振動させている。
Therefore, in this embodiment, in order to optically and spatially average the noise light due to the speckle scattered light superimposed on the locally concentrated alignment light flux, the alignment light flux 91 is shifted from the position on the alignment mark surface as shown in FIG. During detection, a slight vibration is made in an insensitive direction (X direction).

例えば位置合わせ方向(X方向)と直交方向(X方向)
に1000〜2000人の範囲内で微少振動させている
For example, alignment direction (X direction) and orthogonal direction (X direction)
It is made to vibrate slightly within the range of 1,000 to 2,000 people.

一般に検出部11は第6図に示すように位置ずれ検出方
向(X方向)に複数の素子(lla。
Generally, the detection unit 11 includes a plurality of elements (lla) in the positional deviation detection direction (X direction) as shown in FIG.

flb、tic、・・・)を配置して構成されている。flb, tic,...).

この為本実施例では第9図に示すように位置ずれ検出に
際して、不感知な方向のX方向にアライメント光束91
を振動させている。
For this reason, in this embodiment, as shown in FIG. 9, when detecting positional deviation, the alignment light beam 91 is
is vibrating.

本実施例におけるアライメント光束の微少振動の振幅は
、光束の位置合わせ方向と垂直方向の系によって決まり
、かつこの振動周期は検出部の蓄積時間による。
The amplitude of the minute vibration of the alignment light beam in this embodiment is determined by the system in the direction perpendicular to the alignment direction of the light beam, and the period of this vibration depends on the accumulation time of the detection unit.

通常位置合わせ用のアライメントマークのサイズは一枚
のウェハに升目状に焼き付けられたチップを切り離すた
めに容易された領域であるスクライプライン上に設ける
ため、数十〜数百μmの幅内に納めるのが普通である。
The size of the alignment mark for positioning is usually within a width of several tens to hundreds of micrometers because it is provided on the scribe line, which is an area that is made easy to separate chips that are printed in a grid pattern on a single wafer. is normal.

従ってアライメント光束の径(位置合わせ垂直方向)は
アライメントマーク全体に覆うばかりでなく照射位置を
振動しても、アライメントマークから外れず、かつ検出
部上で充分検出できる程度の光強度を必要とする。
Therefore, the diameter of the alignment light beam (in the alignment vertical direction) must not only cover the entire alignment mark, but also have a light intensity that does not deviate from the alignment mark even if the irradiation position is vibrated, and is sufficient to be detected on the detection unit. .

そこで本実施例における微少振動の振幅は、数百ミクロ
ンで振動周期は検出部の蓄積周期の整数倍であることが
望ましい。
Therefore, it is desirable that the amplitude of the minute vibration in this embodiment be several hundred microns, and the vibration period be an integral multiple of the accumulation period of the detection section.

このように本実施例ではアライメント光束を第9図に示
すように位置検出に不感知なX方向にマスク、ウェハに
対し相対的に微少振動させ、このときのアライメント光
束の微少振動によりスペックルによる光ノイズを平均化
し、かつ位置検出方向に略直交すると不感知な方向に微
少振動により、検出精度を落とさずに高精度な位置合わ
せを実現している。
In this example, as shown in FIG. 9, the alignment light beam is slightly vibrated relative to the mask and wafer in the X direction, which is insensitive to position detection, and the minute vibration of the alignment light beam at this time is used to detect speckles. Highly accurate positioning is achieved without reducing detection accuracy by averaging optical noise and generating minute vibrations in a direction that is insensible when substantially orthogonal to the position detection direction.

第5図はミラーGMの駆動手段21として圧電素子(ピ
エゾ素子)を用いてアライメント光束を微少振動させる
ときの圧電素子に印加する電圧と検出部11としてCC
Dを用いたときの検出部からの出力信号との関係を示す
タイミングチャートの説明図である。
FIG. 5 shows the voltage applied to the piezoelectric element and the CC as the detection unit 11 when a piezoelectric element is used as the driving means 21 of the mirror GM to slightly vibrate the alignment light beam.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a timing chart showing the relationship with the output signal from the detection section when D is used.

以上の実施例ではアライメント光束の微少振動をガルバ
ノミラ−により行った例を示したが、例えば第10図に
示すように音響光学素子AOを利用しても同様に可能で
ある。
In the above embodiment, an example was shown in which minute vibrations of the alignment light beam were performed using a galvanometer mirror, but it is also possible to use an acousto-optic element AO, as shown in FIG. 10, for example.

第10図においては駆動手段105により駆動制御され
ているレーザ光源101からのレーザ光をコリメーター
レンズ102により平行光束として音響光学素子103
に入射させている。音響光学素子、駆動手段104は音
響光学素子103に付与する振動周波数を制御し、位相
格子を形成することにより音響光学素子103から射出
する光束(回折光)を制御している。
In FIG. 10, a laser beam from a laser light source 101 whose drive is controlled by a driving means 105 is converted into a parallel beam by a collimator lens 102 and sent to an acousto-optic element 103.
It is input to. The acousto-optic element and driving means 104 controls the vibration frequency applied to the acousto-optic element 103 and controls the light flux (diffraction light) emitted from the acousto-optic element 103 by forming a phase grating.

同図では1次光L1のみを使用するようにしている為、
他の0次光LOや2次光L2は遮光板106により遮光
している。そして音響光学素子駆動手段104により音
響光学素子103に付与する振動周波数を周期的に変化
させることにより、それから射出する1次光L1を微少
振動させている。
In the figure, only the primary light L1 is used, so
Other zero-order light LO and secondary light L2 are blocked by a light-shielding plate 106. By periodically changing the vibration frequency applied to the acousto-optic element 103 by the acousto-optic element driving means 104, the primary light L1 emitted therefrom is slightly vibrated.

(発明の効果) 本発明によれば前述の如くアライメント光束をマスクと
ウェハ上で検出方向に不感知な方向に振動させることに
より、光源手段として可干渉性の良いレーザ光源を用い
たときのマスクやウェハの微細な凹凸部より生じるスペ
ックル散乱光に基づくノイズ光の悪影響を除去すること
ができ、マスクとウェハとの相対的な位置ずれ検出を高
精度に求めることができる位置検出装置を達成すること
ができる。又、スペックルノイズも装置を大型化させる
ことなく軽減できる。
(Effects of the Invention) According to the present invention, as described above, by vibrating the alignment light beam in a direction insensitive to the detection direction on the mask and wafer, the mask can be used as a light source when a laser light source with good coherence is used as the light source means. Achieved a position detection device that can eliminate the adverse effects of noise light based on speckle scattered light generated by minute irregularities of the mask and wafer, and can detect relative positional deviation between the mask and the wafer with high accuracy. can do. Moreover, speckle noise can also be reduced without increasing the size of the device.

【図面の簡単な説明】 第1図(A)、(B)は本発明の第1実施例の要部概略
図と一部分の展開説明図、第1図(C)は第1図(A)
の一部分の概略図、第2図は第1図(A)のアライメン
トマークのパターン図、第3図、第4図は第1図(A)
の検出部面上へのアライメント光束の強度分布の説明図
、第5図は本発明の一実施例の駆動手段への印加電圧と
検出部からの出力信号との関係を示すタイミングチャー
ト図、第6図は第1図(A)の検出部の概略図、第7図
、第8図は従来のゾーンプレートを用いた位置検出装置
の概略図、第9図は本発明におけるアライメントマーク
とアライメント光束との関係を示す説明図、第10図は
本発明に係るアライメント光束を微少振動させる他の実
施例の説明図である。 図中、1,72は第1物体(マスク)、2゜73は第2
物体(ウェハ)、3.5はアライメントマーク、10は
レーザ光源、11は検出部、12はコリメーターレンズ
、13は受光レンズ、17はウェハステージ、18はウ
ェハ駆動手段、19はA/D変換器、20は演算手段、
GMはミラー、21は駆動手段である。 第1図(A) 、      第 1 図(B) 第 1 図(C) 第2図 第6図 −一→X方向 第3図 一4ン!−3ン! −2;’;? −1i      
 +1 ンj;: ?斗(113式)て、 4ンg、第
4図 センサー位置 第7図 第8図 第9図 第10図
[BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS] FIGS. 1(A) and 1(B) are schematic diagrams of main parts and a partially expanded explanatory diagram of the first embodiment of the present invention, and FIG. 1(C) is a diagram of FIG. 1(A).
Figure 2 is a schematic diagram of a part of the alignment mark in Figure 1 (A), Figures 3 and 4 are in Figure 1 (A).
FIG. 5 is an explanatory diagram of the intensity distribution of the alignment light beam on the detection section surface; FIG. Figure 6 is a schematic diagram of the detection unit in Figure 1 (A), Figures 7 and 8 are schematic diagrams of a position detection device using a conventional zone plate, and Figure 9 is an alignment mark and alignment light beam in the present invention. FIG. 10 is an explanatory diagram of another embodiment in which the alignment light beam is slightly vibrated according to the present invention. In the figure, 1,72 is the first object (mask), 2°73 is the second object
Object (wafer), 3.5 is an alignment mark, 10 is a laser light source, 11 is a detection unit, 12 is a collimator lens, 13 is a light receiving lens, 17 is a wafer stage, 18 is a wafer drive means, 19 is an A/D conversion 20 is a calculation means,
GM is a mirror, and 21 is a driving means. Fig. 1 (A), Fig. 1 (B) Fig. 1 (C) Fig. 2 Fig. 6-1→X direction Fig. 3 -14 N! -3n! -2;';? -1i
+1 nj;: ? Dou (Type 113), 4g, Fig. 4 Sensor position Fig. 7 Fig. 8 Fig. 9 Fig. 10

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)対向配置した第1物体面上と第2物体面上に各々
双方の相対的な面内の位置ずれを検出する為のアライメ
ントマークを設け、投光手段からの光束のうち該第1物
体面上と該第2物体面上のアライメントマークで各々作
用を受けた光束を所定面上に導光し、該所定面上におけ
る該光束の入射位置を検出手段で検出することにより、
該第1物体と第2物体の相対的位置ずれを検出する際、
該投光手段からの光束を駆動手段により相対的位置ずれ
検出方向とは不感知な方向に第1及び第2物体上で微少
振動させたことを特徴とする位置検出装置。
(1) Alignment marks are provided on the first object plane and the second object plane, which are disposed facing each other, to detect relative in-plane positional deviation between the two, and the By guiding the light beams acted upon by the alignment marks on the object surface and the second object surface onto a predetermined surface, and detecting the incident position of the light beams on the predetermined surface with a detection means,
When detecting a relative positional deviation between the first object and the second object,
A position detecting device characterized in that a light beam from the light projecting means is slightly vibrated on the first and second objects by a driving means in a direction insensitive to a direction in which relative positional deviation is detected.
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