JPH04361103A - Method and apparatus for detecting relative position - Google Patents

Method and apparatus for detecting relative position

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JPH04361103A
JPH04361103A JP16083991A JP16083991A JPH04361103A JP H04361103 A JPH04361103 A JP H04361103A JP 16083991 A JP16083991 A JP 16083991A JP 16083991 A JP16083991 A JP 16083991A JP H04361103 A JPH04361103 A JP H04361103A
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JP
Japan
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light
diffracted
alignment mark
detected
pitch
Prior art date
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JP16083991A
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Japanese (ja)
Inventor
Masanori Kubo
允則 久保
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To execute stable position detection by a method wherein first and second position detection marks are formed at pitches changed in a prescribed direction, an interference light is applied to the marks, diffracted lights from the marks are separated, detection signals are processed and thereby position alignment is conducted. CONSTITUTION:Laser beams of two wavelengths which are emitted from a light source 1 and of which the frequencies are different slightly from each other and the planes of polarization orthogonal to each other are turned into interference lights by a movable mirror 7 and applied to a mark 14 and a mark 16. The pitches of the marks 14 and 16 are the same in the direction X and different in the direction Y. The light reflected and diffracted by the mark 14 is reflected by SBS1 11 and SBS2 17, a beat frequency is detected therefrom by a photoelectric detector 21 and it is inputted as a beat signal to a signal processing circuit 22. Meanwhile, the light reflected and diffracted by the mark 16 is reflected by the SBS. 11 and then transmitted through the SBS2 17, the beat frequency is detected therefrom by a photoelectric detector 19 and it is inputted as the beat signal to the signal processing circuit 22. In this circuit 22, a phase difference between the beat signals is detected and converted into the amount of positional slippage between a mask 13 and a wafer 15.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、相対位置検出装置に関
するものであり、特に、半導体ICやLSIを製造する
ための露光装置や、パターン評価装置に好適に応用でき
る相対位置検出装置に関するものである。
[Field of Industrial Application] The present invention relates to a relative position detection device, and in particular to a relative position detection device that can be suitably applied to an exposure device for manufacturing semiconductor ICs and LSIs, and a pattern evaluation device. be.

【0002】0002

【従来の技術】近年の半導体ICやLSIの微細化に伴
い、マスクパターンをウエハに一括して、もしくはステ
ップ・アンド・リピート方式によって露光転写する際に
、マスクとウエハとを互いに高精度に位置合わせする技
術が不可欠なものとなっている。
[Background Art] With the miniaturization of semiconductor ICs and LSIs in recent years, when mask patterns are exposed and transferred onto a wafer all at once or by a step-and-repeat method, it is necessary to position the mask and wafer with respect to each other with high precision. Technology to match these needs has become indispensable.

【0003】このような位置合わせ技術として、従来は
光ヘテロダイン干渉を利用して、マスクとウエハとの微
小変位を測定する方法、あるいは精密な位置合わせを行
う方法が提案されている。このような方法の一例として
、図5に示すような二つの回折格子で生じた2重回折光
を用いたものが、特開昭56−61608号公報に開示
されている。
As such alignment techniques, conventionally proposed methods utilize optical heterodyne interference to measure minute displacements between a mask and a wafer, or to perform precise alignment. As an example of such a method, a method using double diffracted light generated by two diffraction gratings as shown in FIG. 5 is disclosed in JP-A-56-61608.

【0004】図5において、符号23は透過型回折格子
、24は反射型回折格子、25, 26はそれぞれ周波
数が互いに僅かにずれた2波長の入射光、27、28は
所望の回折光、25−23, 26−23は透過型回折
格子23からの−1次透過回折光、25−23′,26
−23′は前記透過回折光25−23, 26−23の
反射型回折格子24からの−1次反射回折光、25−2
4,26−24は透過型回折格子23を0次透過した光
の反射型回折格子24からの+1次反射回折光、29は
透過型回折格子23を0次透過した光の反射型回折格子
24からの−1次反射回折光が合成された光である。透
過型回折格子23の格子ピッチP1は、反射型回折格子
の格子ピッチP2の1/2になるように構成されている
In FIG. 5, reference numeral 23 indicates a transmission type diffraction grating, 24 indicates a reflection type diffraction grating, 25 and 26 indicate incident light having two wavelengths whose frequencies are slightly shifted from each other, 27 and 28 indicate desired diffracted light, and 25 -23, 26-23 are -1st-order transmitted diffracted lights from the transmission type diffraction grating 23, 25-23', 26
-23' is the -1st-order reflected diffraction light from the reflection type diffraction grating 24 of the transmitted diffraction lights 25-23 and 26-23, and 25-2
4, 26-24 is the +1st-order reflected diffraction light from the reflection-type diffraction grating 24 of the light that has passed through the transmission-type diffraction grating 23 in the 0th order, and 29 is the reflection-type diffraction grating 24 of the light that has passed through the transmission-type diffraction grating 23 in the 0th-order. This light is a combination of −1st-order reflected and diffracted light from . The grating pitch P1 of the transmission type diffraction grating 23 is configured to be 1/2 of the grating pitch P2 of the reflection type diffraction grating.

【0005】一般に、格子ピッチPの回折格子に波長λ
の光を鉛直方向から入射させた場合、回折光はθ=si
n−1(m・λ/P) (m=0,±1,±2,・・・) で表されるθの方向でのみ強くなり、mの値によってm
次の回折光と呼ばれている。
In general, a diffraction grating with a grating pitch P has a wavelength λ.
When the light is incident from the vertical direction, the diffracted light is θ=si
It becomes strong only in the direction of θ expressed as n-1 (m・λ/P) (m=0, ±1, ±2,...), and depending on the value of m, m
This is called the next diffracted light.

【0006】図5において、入射光25、26は、透過
型回折格子23により回折されて、それぞれ−1次透過
回折光25−23, 26−23となり、これらの−1
次透過回折光25−23, 26−23は、反射型回折
格子24により再び回折されて、それぞれ−1次反射回
折光25−23′、26−23′となる。−1次透過回
折光25−23, 26−23の反射型回折格子24へ
の入射方向が、それぞれ θ−1=sin−1(−λ1 /P2 )θ−2=si
n−1(−λ2 /P2 )となるように、入射光25
、26の入射方向を決定すると、光の速度をC、波長λ
1 、λ2 の入射光の周波数をそれぞれf1 ,f2
 としたとき、2本の入射光の周波数差Δf、すなわち
ビート信号の周波数はΔf=|f1 −f2 |=|1
/λ1 −1/λ2 |・Cとなる。ここで、Δfは、
数kHz〜数百kHz程度の値であり、この値は光速に
比べて十分に小さいため、θ−1=−θ+1とみなすこ
とができ、したがって、反射型回折格子24の−1次反
射回折光25−23′, 26−23′は、それぞれ回
折格子24の鉛直方向に回折されるため、光学的に合成
されて所望の回折光27になる。
In FIG. 5, incident lights 25 and 26 are diffracted by a transmission type diffraction grating 23 and become -1st-order transmitted diffracted lights 25-23 and 26-23, respectively.
The next-order transmitted diffraction lights 25-23 and 26-23 are diffracted again by the reflection type diffraction grating 24, and become -1st-order reflected diffraction lights 25-23' and 26-23', respectively. - The directions of incidence of the first-order transmitted diffraction lights 25-23 and 26-23 on the reflection type diffraction grating 24 are θ-1=sin-1(-λ1/P2) θ-2=si
The incident light 25 is
, 26, the speed of light is C and the wavelength λ
The frequencies of the incident light of 1 and λ2 are respectively f1 and f2
Then, the frequency difference Δf between the two incident lights, that is, the frequency of the beat signal, is Δf=|f1 −f2 |=|1
/λ1 −1/λ2 |・C. Here, Δf is
The value is about several kHz to several hundred kHz, and since this value is sufficiently small compared to the speed of light, it can be regarded as θ-1=-θ+1. Since the beams 25-23' and 26-23' are each diffracted in the vertical direction of the diffraction grating 24, they are optically combined to form the desired diffracted beam 27.

【0007】また、入射光25、26は透過型回折格子
23により0次回折され、更に反射型回折格子24によ
り反射回折されて+1次反射回折光25−24, 26
−24となる。これらの+1次反射回折光25−24、
26−24は透過型回折格子23の裏面に、この裏面の
鉛直方向にたいして Ψ−1=sin−1(−λ1 /P1 )Ψ+1=si
n−1(λ2 /P1 )の方向、すなわち透過型回折
格子23の裏面に対する±1次回折光の方向から入射す
るため、透過型回折格子23によってそれぞれ−1次回
折して鉛直方向の回折光となり、同様に光学的に合成さ
れて所望の回折光28になる。
Furthermore, the incident lights 25 and 26 are 0th-order diffracted by the transmission type diffraction grating 23, and further reflected and diffracted by the reflection type diffraction grating 24, resulting in +1st-order reflected diffraction lights 25-24 and 26.
-24. These +1st-order reflected diffraction lights 25-24,
26-24 is on the back surface of the transmission type diffraction grating 23, and Ψ-1=sin-1(-λ1/P1)Ψ+1=si in the vertical direction of this back surface.
Since the light enters from the n-1 (λ2/P1) direction, that is, the direction of the ±1st-order diffracted light toward the back surface of the transmission diffraction grating 23, it is diffracted by the transmission diffraction grating 23 in the -1st order and becomes vertically diffracted light. , are similarly optically combined into the desired diffracted light 28.

【0008】これらの回折光27、28から得られる光
ヘテロダイン干渉によるビート信号の位相は、図5に示
す回折格子23と24との間の相対的な変位によって変
化する。したがって、例えば、半導体ウエハとマスクと
を位置合わせするような場合には、入射光25, 26
と同じ光をあらかじめ光源から分岐して取り出して、そ
れぞれの光を合成して、基準となるビート信号を得るよ
うな光学系を構成しておき、この光学系から得た基準ビ
ート信号と、ウエハ及びマスク上に重ねて形成した回折
格子によって回折されて得た回折光27, 28のビー
ト信号との位相差を検出して、マスクとウエハの位置合
わせを行うことができる。
The phase of the beat signal resulting from optical heterodyne interference obtained from these diffracted lights 27 and 28 changes depending on the relative displacement between diffraction gratings 23 and 24 shown in FIG. Therefore, for example, when aligning a semiconductor wafer and a mask, the incident light 25, 26
An optical system is configured in advance to branch out the same light from the light source and combine the respective lights to obtain a reference beat signal.The reference beat signal obtained from this optical system and the wafer The mask and wafer can be aligned by detecting the phase difference between the beat signal and the diffracted lights 27 and 28 obtained by being diffracted by the diffraction grating formed over the mask.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図5に
示すように、上述した従来の方法では位置合わせに必要
な回折光27, 28以外に回折光29が存在する。こ
の回折光29は、入射光25, 26が透過型回折格子
23により0次回折され、この光が反射型回折格子24
にそれぞれθ−1、θ+1の入射角で入射してここで反
射回折され、反射型回折格子24からの−1次反射回折
光が光学的に合成されて、透過型回折格子23に対して
鉛直方向に進んだものである。この回折光29は、所望
の回折光27, 28と同一方向に生じるため、回折光
29と所望の回折光27, 28との間で干渉が生じる
こととなる。 しかも回折光29は、反射型回折格子24によってのみ
回折して生じた合成回折光であるのに対して、所望の回
折光27, 28は透過型回折格子23と反射型回折格
子24とで回折して生じた、2重回折光である。したが
って、回折光29の回折光強度は2重回折光27, 2
8の強度に比べて強く、所望の回折光の進行方向に生じ
る回折光の主成分になるため、位置情報信号となる回折
光27, 28の雑音として作用することとなる。この
回折光29と、所望の回折光27, 28との間に生じ
る光ヘテロダイン干渉によるビート信号は、回折格子2
3と24とに相対的な変位が生じても位相変化生じず、
したがって、回折光29を使って位置合わせを行うこと
はできない。また、回折光27, 28から得られるビ
ート信号と、回折光29から得られるビート信号とが相
互に干渉を起こし、この干渉によって基準となるビート
信号と、所望の回折光27, 28からのビート信号と
の位相差が変動してしまい、位置合わせの精度が劣化す
るという欠点があった。
However, as shown in FIG. 5, in the conventional method described above, there is a diffracted light 29 in addition to the diffracted lights 27 and 28 necessary for alignment. In this diffracted light 29, the incident lights 25 and 26 are 0th-order diffracted by the transmission type diffraction grating 23, and this light is transmitted to the reflection type diffraction grating 24.
are incident at incident angles of θ-1 and θ+1, respectively, and are reflected and diffracted there, and -1st-order reflected diffraction light from the reflection type diffraction grating 24 is optically synthesized, and the light is perpendicular to the transmission type diffraction grating 23. It is something that has progressed in that direction. Since this diffracted light 29 is generated in the same direction as the desired diffracted lights 27 and 28, interference occurs between the diffracted light 29 and the desired diffracted lights 27 and 28. Moreover, the diffracted light 29 is a composite diffracted light generated by diffracting only by the reflection type diffraction grating 24, whereas the desired diffraction lights 27 and 28 are diffracted by the transmission type diffraction grating 23 and the reflection type diffraction grating 24. This is the double diffracted light generated by this process. Therefore, the diffracted light intensity of the diffracted light 29 is the double diffracted light 27, 2
8 and becomes the main component of the diffracted light generated in the direction of travel of the desired diffracted light, so it acts as noise in the diffracted lights 27 and 28, which serve as position information signals. A beat signal due to optical heterodyne interference generated between this diffracted light 29 and desired diffracted lights 27 and 28 is generated by the diffraction grating 2.
Even if a relative displacement occurs between 3 and 24, no phase change occurs,
Therefore, alignment cannot be performed using the diffracted light 29. Furthermore, the beat signal obtained from the diffracted lights 27 and 28 and the beat signal obtained from the diffracted light 29 cause interference with each other, and this interference causes a difference between the reference beat signal and the desired beat signal from the diffracted lights 27 and 28. This has the disadvantage that the phase difference with the signal fluctuates and the accuracy of alignment deteriorates.

【0010】本発明は、上述した課題を解決すべくなさ
れたものであり、位置合わせに必要な回折光のみを取り
出して、安定したビート信号を得、位置検出精度の向上
を図った相対位置検出装置を提供することを目的とする
ものである。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and provides relative position detection that extracts only the diffracted light necessary for position alignment, obtains a stable beat signal, and improves position detection accuracy. The purpose is to provide a device.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段及び作用】上記課題を解決
するために、本発明の相対位置検出方法は、相対位置を
検出すべき第1の位置合わせマークと第2の位置合わせ
マークとを所定の方向において異なるピッチでそれぞれ
形成し、それぞれ周波数が僅かに異なる複数の光ビーム
を干渉させた干渉光を前記第1及び第2の位置合わせマ
ークに照射し、前記第1の位置合わせマークによって前
記所定の方向に回折された第1の回折光と、前記第2の
位置合わせマークによって前記第1の回折光とは前記所
定の方向において分離されて回折された第2の回折光と
を検出し、これらの第1及び第2の回折光間の相対的な
関係から前記第1及び第2の位置合わせマークの相対的
な位置ずれを検出することを特徴とするものである。ま
た、本発明の相対位置検出装置は、周波数が僅かに異な
る複数の光ビームを発生する光源と、この光源からでた
複数の光ビームを互いに干渉させて干渉光を生成する干
渉光生成手段と、相対位置を検出すべき第1及び第2の
位置合わせマークに前記干渉光を照射する干渉光照射手
段と、第1の方向においては前記干渉光の干渉縞のピッ
チと同じ第1のピッチで形成され、前記第1の方向に直
交する第2の方向においては前記干渉縞のピッチと異な
る第2のピッチで形成された前記第1の位置合わせマー
クによって生じる第1の回折光、及び、前記第1の方向
においては前記第1のピッチで形成され、前記第2の方
向においては前記第2のピッチとは異なる第3のピッチ
で形成された前記第2の位置合わせマークによって前記
第1の回折光とは分離されて生じる第2の回折光とを、
それぞれ分離して検出する分離検出手段と、この分離検
出手段によって検出したそれぞれの位置合わせマークか
らの回折光間の相対的な関係から前記第1及び第2の位
置合わせマークの相対的な位置ずれ量を算出する信号処
理手段とを具える事を特徴とするものである。
[Means and operations for solving the problems] In order to solve the above problems, the relative position detection method of the present invention provides a first alignment mark and a second alignment mark whose relative positions are to be detected. The first and second alignment marks are irradiated with interference light obtained by interfering with a plurality of light beams formed at different pitches and having slightly different frequencies, respectively, and the first and second alignment marks A first diffracted light diffracted in a predetermined direction and a second diffracted light separated from the first diffracted light in the predetermined direction by the second alignment mark are detected. , the relative positional deviation of the first and second alignment marks is detected from the relative relationship between the first and second diffracted lights. Further, the relative position detection device of the present invention includes a light source that generates a plurality of light beams having slightly different frequencies, and an interference light generation means that generates interference light by causing the plurality of light beams emitted from the light source to interfere with each other. , an interference light irradiation means for irradiating the interference light onto first and second alignment marks whose relative positions are to be detected, and a first pitch in a first direction that is the same as a pitch of interference fringes of the interference light a first diffracted light generated by the first alignment mark, which is formed at a second pitch different from the pitch of the interference fringes in a second direction perpendicular to the first direction; The second alignment marks are formed at the first pitch in the first direction and at a third pitch different from the second pitch in the second direction. A second diffracted light that is separated from the diffracted light,
The relative positional deviation of the first and second alignment marks is determined from the relative relationship between the separate detection means that detect each separately and the diffracted light from each alignment mark detected by the separate detection means. It is characterized by comprising a signal processing means for calculating the amount.

【0012】本発明の相対位置検出方法の概念を図1及
び図2を参照して以下に説明する。図1に示すように、
それぞれ ω1 (=ω0 +Δω)、    ω2 (=ω0−
Δω)の角周波数をもつ平面波面の2本のレーザ光31
、32を、所定の角度θで干渉させると、点Aにおける
強度Iは I(x,t)=I0 cos2 (Δωt+k・x・s
inθ) で表すことができる。ここで、I0 はレーザ強度、k
はω0 /c, cは光速である。
The concept of the relative position detection method of the present invention will be explained below with reference to FIGS. 1 and 2. As shown in Figure 1,
ω1 (=ω0 +Δω) and ω2 (=ω0−
Two laser beams 31 with plane wavefronts having an angular frequency of Δω)
, 32 at a predetermined angle θ, the intensity I at point A is I(x,t)=I0 cos2 (Δωt+k・x・s
inθ). Here, I0 is the laser intensity, k
is ω0/c, where c is the speed of light.

【0013】したがって、レーザ光31, 32によっ
て生じる干渉の干渉強度は位置によって異なり、かつ、
その強度は時間的に変化している。すなわち、レーザ光
31、32の入射角度θで決定されたピッチをもつ干渉
縞が、それぞれの入射光のもつ周波数の差で流れている
干渉光となる。
[0013] Therefore, the interference intensity of the interference caused by the laser beams 31 and 32 differs depending on the position, and
Its intensity changes over time. That is, interference fringes having a pitch determined by the incident angle θ of the laser beams 31 and 32 become interference light flowing due to the difference in frequency of the respective incident beams.

【0014】図2は、相対位置を検出すべき第1及び第
2の位置検出マークの構成を示す図である。ここでは、
露光マスクと半導体ウエハ上に形成した第1及び第2の
位置合わせマークを例にとって説明する。図2において
、露光マスクと半導体ウエハとは紙面に直交する方向に
重なるように配置されており、露光マスク13及び半導
体ウエハ15には、第1及び第2の位置合わせマーク1
4, 16がマトリックス状にそれぞれ配置されている
。露光マスク13の、半導体ウエハ15に形成された位
置合わせマーク16に対向する部分には光透過部14a
が設けられており、入射光はこの光透過部14aを透過
して、第2の位置合わせマーク16を照射するように構
成されている。露光マスク13上の第1の位置合わせマ
ーク14はX方向におけるピッチがP1 、Y方向にお
けるピッチがPm になるように形成されており、一方
、半導体ウエハ15上の第2の位置合わせマーク16は
X方向におけるピッチがP1 , Y方向におけるピッ
チがPW となるように形成されている。すなわち、第
1及び第2の位置合わせマークは、X方向におけるピッ
チP1 は一致させて、Y方向におけるピッチPm ,
 PW は異なるように形成されている。
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of first and second position detection marks whose relative positions are to be detected. here,
An explanation will be given by taking an exposure mask and first and second alignment marks formed on a semiconductor wafer as an example. In FIG. 2, the exposure mask 13 and the semiconductor wafer are arranged to overlap in a direction perpendicular to the paper surface, and the exposure mask 13 and the semiconductor wafer 15 have first and second alignment marks 1.
4 and 16 are arranged in a matrix. A light transmitting portion 14a is provided in a portion of the exposure mask 13 that faces the alignment mark 16 formed on the semiconductor wafer 15.
is provided, and the incident light is configured to pass through this light transmitting portion 14a and illuminate the second alignment mark 16. The first alignment mark 14 on the exposure mask 13 is formed to have a pitch of P1 in the X direction and a pitch of Pm in the Y direction, while the second alignment mark 16 on the semiconductor wafer 15 is formed to have a pitch of P1 in the X direction and a pitch of Pm in the Y direction. The pitch in the X direction is P1, and the pitch in the Y direction is PW. That is, the first and second alignment marks have a pitch P1 in the X direction that is the same, and a pitch Pm in the Y direction,
PW is formed differently.

【0015】上述した2本のレーザ光31, 32を、
これらのレーザ光の干渉によって生じる流れる干渉縞の
ピッチが、第1及び第2の位置合わせマーク14, 1
6のX方向におけるピッチP1に一致するような角度で
露光マスク13及び半導体ウエハ15に入射させること
によって、干渉光は第1及び第2の位置合わせマーク1
4, 16Y方向におけるマークエッジから、それぞれ
のピッチPm , PW に応じた回折角でY方向にの
み回折され、Y方向回折光が発生する。
The two laser beams 31 and 32 mentioned above are
The pitch of flowing interference fringes caused by the interference of these laser beams is determined by the pitch of the flowing interference fringes caused by the interference of these laser beams.
By making the interference light incident on the exposure mask 13 and the semiconductor wafer 15 at an angle matching the pitch P1 in the X direction of 6, the interference light is aligned with the first and second alignment marks 1.
4, 16 From the mark edge in the Y direction, the light is diffracted only in the Y direction at diffraction angles corresponding to the respective pitches Pm and PW, and Y direction diffracted light is generated.

【0016】ここで、例えば、これらのY方向回折光の
うちのそれぞれの+1次回折光について考えると、それ
ぞれの+1次回折光は、位置合わせマーク14, 16
のフーリエ面近傍において、上述のピッチPW , P
m で決定される位置に分離して集光する。したがって
、位置合わせマーク14, 16にY方向において所定
のピッチ差を与えることによって、各々の回折光を分離
して検出することが可能である。このようにして、分離
して検出した各々の+1次回折光を光電検出すると、位
置合わせマーク14, 16を照明する照明光にそもそ
も光ヘテロダイン干渉が生じているため、各々の+1次
回折光にはビート信号が生じる。このビート信号間には
、位置合わせマーク14, 16のX方向におけるずれ
量dに応じた位相差が生じ、この位相差を検出すること
によって、位置ずれ量dを算出することができる。
[0016] For example, considering each of the +1st-order diffracted lights of these Y-direction diffracted lights, each of the +1st-order diffracted lights is aligned with the alignment marks 14 and 16.
In the vicinity of the Fourier plane of , the above-mentioned pitches PW and P
The light is separated and focused at a position determined by m. Therefore, by giving a predetermined pitch difference to the alignment marks 14 and 16 in the Y direction, it is possible to separate and detect each diffracted light. In this way, when each +1st order diffracted light is photoelectrically detected and detected separately, since optical heterodyne interference has occurred in the illumination light illuminating the alignment marks 14 and 16, each +1st order diffracted light has a beat. A signal is generated. A phase difference occurs between the beat signals depending on the amount of deviation d of the alignment marks 14 and 16 in the X direction, and by detecting this phase difference, the amount of positional deviation d can be calculated.

【0017】すなわち、本発明の相対位置検出方法によ
れば、相対位置を検出すべき第1の位置合わせマークと
、第2の位置合わせマークとを、第1の方向におけるピ
ッチは同じになるように、一方、前記第1の方向に直交
する第2の方向におけるピッチは互いに異なるように構
成し、光ヘテロダイン干渉光を、干渉縞のピッチが前記
第1の方向におけるピッチと同じになるようにして第1
及び第2の位置合わせマークに照射することによって、
それぞれのマークの位置情報を含む回折光を、前記第2
の方向における位置合わせマーク間のピッチ差に応じて
、第1の位置合わせマークで回折された回折光と、第2
の位置合わせマークで回折された回折光とを分離して検
出することが可能となり、これらの分離して検出した回
折光の相対的な関係から、2つの位置合わせマークの相
対的な位置ずれ量を求めることができる。
That is, according to the relative position detection method of the present invention, the first alignment mark whose relative position is to be detected and the second alignment mark are arranged so that the pitch in the first direction is the same. On the other hand, the pitches in the second direction orthogonal to the first direction are configured to be different from each other, and the optical heterodyne interference light is configured such that the pitch of the interference fringes is the same as the pitch in the first direction. First
and by irradiating the second alignment mark,
The diffracted light containing the position information of each mark is
The diffracted light diffracted by the first alignment mark and the second alignment mark differ depending on the pitch difference between the alignment marks in the direction of
It is now possible to separate and detect the diffracted light diffracted by the alignment mark, and from the relative relationship of these separately detected diffracted lights, the relative positional deviation between the two alignment marks can be determined. can be found.

【0018】また、本発明の相対位置検出装置では、光
源からでた互いに周波数が僅かに異なる複数の光ビーム
を、互いに干渉させて干渉光を生成し、この干渉光を相
対位置を検出すべき第1及び第2の位置合わせマークに
照射し、第1及び第2の位置合わせマークによって、前
記第1及び第2の位置検出マークの所定の方向における
ピッチ差に応じて分離されて回折される回折光をそれぞ
れ分離して検出し、このようにして検出した回折光、す
なわち、それぞれの位置合わせマークの位置情報を含む
回折光の相対的な関係から前記第1及び第2の位置合わ
せマークの相対的な位置ずれ量を算出するように構成し
ている。したがって、従来例のように、2重回折光を検
出したときに生じる、雑音として働く0次光は発生せず
、それぞれの位置検出マークで発生した位置合わせに必
要な回折光を、それぞれ分離して取り出すことが可能と
なる。したがって、安定したビート信号を得ることがで
き、位置検出精度を向上させることができる。
Furthermore, in the relative position detection device of the present invention, a plurality of light beams emitted from a light source and having slightly different frequencies are caused to interfere with each other to generate interference light, and this interference light is used to detect a relative position. The irradiation is applied to first and second alignment marks, and is separated and diffracted by the first and second alignment marks according to the pitch difference in a predetermined direction between the first and second position detection marks. The diffracted lights are detected separately, and from the relative relationship of the thus detected diffracted lights, that is, the diffracted lights containing positional information of the respective alignment marks, it is possible to determine the position of the first and second alignment marks. It is configured to calculate a relative positional shift amount. Therefore, the zero-order light that acts as noise, which occurs when double diffracted light is detected, is not generated as in the conventional example, and the diffracted light necessary for alignment generated at each position detection mark is separated. It becomes possible to take it out. Therefore, a stable beat signal can be obtained and position detection accuracy can be improved.

【0019】[0019]

【実施例】図3は、本発明の相対位置検出装置の一実施
例の概略構成を示す図である。本実施例は、本発明の相
対位置検出装置を半導体ICやLSIを製造するための
X線露光装置に適用した例である。
Embodiment FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of an embodiment of the relative position detecting device of the present invention. This embodiment is an example in which the relative position detection device of the present invention is applied to an X-ray exposure device for manufacturing semiconductor ICs and LSIs.

【0020】図3において、符号1は、周波数が互いに
僅かに異なり、偏光面が互いに直交する2波長の光を発
生する2波長直交偏光レーザ光源(以下「光源」と略す
)、2はビーム拡大器、3はビームスプリッタ(以下「
PBS」と略す)、4、6は1/4λ板、5は固定ミラ
ー、7は角度調整可能な可動ミラー、8は偏光子、10
, 12, 18, 20はレンズ、13はマスク、1
4はマスク13の上に形成された第1の位置合わせマー
ク、15は半導体ウエハ、16はマスク16の上に形成
された第2の位置合わせマーク、11, 17はウエハ
15あるいはマスク13のフーリエ面ほぼ共役な位置に
設置され、部分的に反射率が大きく異なるように構成さ
れた特殊なビームスプリッタ(以下「SBS1 」,「
SBS2 」と略す)、19, 21は光電検出器、2
2は信号処理回路である。なお、マスク13には、第1
の位置合わせマーク14を形成すると共に、光透過部1
4aが形成されており、マスク13を照射した光の一部
は、第1の位置合わせマーク14によって回折され、他
の一部は光透過部14aを透過して、マスク13の下方
に位置するウエハ15に形成された第2の位置合わせマ
ーク16を照射し、ここで回折されるように構成されて
いる。また、第1の位置合わせマーク14と第2の位置
合わせマーク16とは、図2に示す関係に則って形成さ
れている。すなわち、それぞれのマークのX方向におけ
るピッチP1 は同じになるように、Y方向におけるピ
ッチPm,Pwは異なるように形成されている。
In FIG. 3, reference numeral 1 denotes a two-wavelength orthogonally polarized laser light source (hereinafter abbreviated as "light source") that generates two wavelengths of light with slightly different frequencies and mutually orthogonal polarization planes, and 2 a beam expansion 3 is a beam splitter (hereinafter referred to as “
4 and 6 are 1/4λ plates, 5 is a fixed mirror, 7 is a movable mirror whose angle can be adjusted, 8 is a polarizer, and 10
, 12, 18, 20 are lenses, 13 is a mask, 1
4 is a first alignment mark formed on the mask 13; 15 is a semiconductor wafer; 16 is a second alignment mark formed on the mask 16; 11 and 17 are Fourier marks of the wafer 15 or the mask 13. A special beam splitter (hereinafter referred to as "SBS1", "
(abbreviated as “SBS2”), 19 and 21 are photoelectric detectors, 2
2 is a signal processing circuit. Note that the mask 13 includes a first
The alignment mark 14 of the light transmitting portion 1 is formed.
4a is formed, a part of the light irradiating the mask 13 is diffracted by the first alignment mark 14, and the other part is transmitted through the light transmitting part 14a and is located below the mask 13. The second alignment mark 16 formed on the wafer 15 is irradiated with light, and the light is diffracted there. Further, the first alignment mark 14 and the second alignment mark 16 are formed according to the relationship shown in FIG. 2. That is, the pitches Pm and Pw of each mark in the Y direction are formed to be different so that the pitch P1 in the X direction is the same.

【0021】図4は、マスク13上に形成された第1の
位置合わせマーク14で回折された回折光と、ウエハ1
5上に形成された第2の位置合わせマーク16で回折さ
れた回折光とをビームスプリッタSBS1 11,SB
S217面上で観察した状態を示す図である。
FIG. 4 shows the diffracted light diffracted by the first alignment mark 14 formed on the mask 13 and the wafer 1.
The diffracted light diffracted by the second alignment mark 16 formed on the beam splitter SBS1 11,SB
It is a figure which shows the state observed on S217 surface.

【0022】マスク13は、マスクステージ(図示せず
)上に搭載されており、このマスクステージは、X,Y
方向に駆動可能に、かつ、マスクステージの中心を通る
ステージ面上の任意の線を中心に回動可能に構成されて
いる。マスク13は、図示しない位置合わせ機構を用い
て所定の位置に位置決めする。本実施例の相対位置検出
装置を利用しが位置合わせが終了した後、ウエハ15の
表面に塗布されたレジストを感光させるのに有効な波長
の光(例えばX線領域を含む露光光)をマスク13を介
してウエハ15に照射する。この露光光の照明により、
マスク13に形成されたマスクパターンがウエハ15の
表面に密着露光される。
The mask 13 is mounted on a mask stage (not shown), and this mask stage has X, Y
The mask stage is configured to be able to be driven in the direction and rotated about an arbitrary line on the stage surface passing through the center of the mask stage. The mask 13 is positioned at a predetermined position using a positioning mechanism (not shown). After the positioning is completed using the relative position detection device of the present embodiment, light of a wavelength effective for exposing the resist coated on the surface of the wafer 15 (for example, exposure light including an X-ray region) is masked. The wafer 15 is irradiated via the wafer 13. By illuminating with this exposure light,
The mask pattern formed on the mask 13 is exposed in close contact with the surface of the wafer 15.

【0023】一方、ウエハ15もX,Y方向及びZ方向
に移動可能に構成され、かつ、上述のマスクステージ同
様にウエハ搭載面の中心を通るステージ面上の任意の線
を中心に回動可能に構成されたウエハステージ(図示せ
ず)上に載置されている。このステージは、X,Y,Z
方向及び回転方向において微動調整が可能となるように
モータ等の微動機構(図示せず)を具えている。ステー
ジのXY方向における位置は、レーザ干渉計等の測定手
段で、例えば0.04μmの精度で常時検出されている
。但し、ステージのX、Y方向における微動調整機構は
2nm程度の微動調整が可能である。本発明の相対位置
検出装置によって、マスク13とウエハ15との相対的
な位置ずれ量を求め、この位置ずれ量を、例えば図示し
ないウエハステージ駆動機構にフィードバックすること
により位置合わせを完了する。
On the other hand, the wafer 15 is also configured to be movable in the X, Y, and Z directions, and, like the above-mentioned mask stage, can be rotated about an arbitrary line on the stage surface passing through the center of the wafer mounting surface. The wafer is placed on a wafer stage (not shown) configured as follows. This stage is X, Y, Z
A fine movement mechanism (not shown) such as a motor is provided to enable fine movement adjustment in the direction and rotation direction. The position of the stage in the X and Y directions is constantly detected with a precision of, for example, 0.04 μm using a measuring means such as a laser interferometer. However, the fine movement adjustment mechanism of the stage in the X and Y directions is capable of fine movement adjustment of about 2 nm. The relative position detection device of the present invention determines the amount of relative positional deviation between the mask 13 and the wafer 15, and completes the positioning by feeding back the amount of positional deviation to, for example, a wafer stage drive mechanism (not shown).

【0024】光源1から出射された、周波数が互いに僅
かに異なり偏光面が互いに直交する2波長のレーザビー
ムは、ビーム拡大器2で所定のビーム幅に拡大された後
、PBS3で、P偏光成分とS偏光成分とに分離される
。このうち、P偏光成分のレーザビームはPBS3を透
過し、λ/4板4を経て円偏光となり、固定ミラー5で
反射されて再びλ/4板4に入射してS偏光となり、P
BS3で偏光子8側に反射される。一方、S偏光成分は
、PBS3で反射して、λ/4板4を経て円偏光となり
、PBS3に対して所定の角度だけ傾けて設定された可
動ミラー7で反射し、再びλ/4板に入射してP偏光と
なり、PBS3を透過する。これらのP偏光レーザビー
ム及びS偏光レーザビームは、偏光子8を通過し、共通
の偏光面を有するレーザビームになる。これらの2本の
レーザビームは、周波数が互いに僅かに異なり、可動ミ
ラー7によって所定の角度差が設けられているため、干
渉光となり、この干渉光のビ−ト周波数で干渉縞がX方
向に流れている。この干渉光は、レンズ10、SBS1
 11、レンズ12を通過して、マスク13上に形成さ
れた位置合わせマーク14及びウエハ15上に形成され
たウエハ位置検出マーク16を照明する。この実施例に
おいても、図2で説明したように、マスク14には、ウ
エハ位置合わせマーク16に対向する位置に光透過部1
4aが設けられており、干渉光はこの光透過部14aを
透過してウエハ位置合わせマーク16を照射するように
構成されている。
A laser beam of two wavelengths, whose frequencies are slightly different and whose planes of polarization are perpendicular to each other, emitted from the light source 1 is expanded to a predetermined beam width by a beam expander 2, and then converted into a P-polarized light component by a PBS 3. and an S-polarized component. Of these, the P-polarized laser beam passes through the PBS 3, passes through the λ/4 plate 4, becomes circularly polarized light, is reflected by the fixed mirror 5, enters the λ/4 plate 4 again, becomes S-polarized light, and becomes P-polarized light.
It is reflected to the polarizer 8 side by BS3. On the other hand, the S-polarized light component is reflected by the PBS 3, passes through the λ/4 plate 4, becomes circularly polarized light, is reflected by the movable mirror 7 set to be tilted at a predetermined angle with respect to the PBS 3, and is returned to the λ/4 plate. The light enters, becomes P-polarized light, and passes through the PBS3. These P-polarized laser beams and S-polarized laser beams pass through a polarizer 8 and become laser beams having a common plane of polarization. These two laser beams have slightly different frequencies and a predetermined angular difference between them by the movable mirror 7, so they become interference lights, and the beat frequency of this interference light creates interference fringes in the X direction. Flowing. This interference light is transmitted to the lens 10, SBS1
11. The light passes through the lens 12 and illuminates the alignment mark 14 formed on the mask 13 and the wafer position detection mark 16 formed on the wafer 15. In this embodiment as well, as explained with reference to FIG.
4a is provided, and the interference light is configured to pass through this light transmitting portion 14a and illuminate the wafer alignment mark 16.

【0025】マスク13上に形成された位置合わせマー
ク14により反射回折された光は、レンズ12を透過し
た後、SBS1 11で反射され、更にSBS2 17
で反射されて、レンズ18で集光されて光電検出器19
に入射する。光電検出器19によりビート周波数を検出
し、このビート周波数をビート信号として、信号処理回
路22に入力する。一方、ウエハ15上に形成された位
置合わせマーク16により反射回折された光は、レンズ
12を透過して、SBS1 11で反射した後、SBS
2 17を透過して、レンズ20で集光されて光電検出
器21に入射する。ここで、同様にビート周波数を検出
し、ビート信号として信号処理回路22に入力する。信
号処理回路22では、これらのビート信号間の位相差を
検出して、マスク13とウエハ15との位置ずれ量に変
換する。
The light reflected and diffracted by the alignment mark 14 formed on the mask 13 passes through the lens 12, is reflected by the SBS1 11, and is further reflected by the SBS2 17.
The light is reflected by the lens 18 and collected by the photoelectric detector 19.
incident on . The beat frequency is detected by the photoelectric detector 19 and is input to the signal processing circuit 22 as a beat signal. On the other hand, the light reflected and diffracted by the alignment mark 16 formed on the wafer 15 passes through the lens 12 and is reflected by the SBS 1 11.
2 17, is focused by a lens 20, and enters a photodetector 21. Here, the beat frequency is similarly detected and input to the signal processing circuit 22 as a beat signal. The signal processing circuit 22 detects the phase difference between these beat signals and converts it into the amount of positional deviation between the mask 13 and the wafer 15.

【0026】上述した通り、本発明の相対位置検出装置
においては、固定ミラー4がPBS3に対して平行に設
けられているのに対して、可動ミラー7はPBS3に対
して所定の角度だけ傾けられており、固定ミラー4と可
動ミラー7との間に所定の角度差を持たせるようにして
いるため、マスク13及びウエハ15上を照射する光は
干渉光となり、マスク13あるいはウエハ15上ではX
方向に流れる干渉縞が生成される。
As described above, in the relative position detection device of the present invention, the fixed mirror 4 is provided parallel to the PBS 3, whereas the movable mirror 7 is tilted at a predetermined angle with respect to the PBS 3. Since a predetermined angle difference is provided between the fixed mirror 4 and the movable mirror 7, the light irradiating the mask 13 and the wafer 15 becomes interference light, and the X
Interference fringes flowing in the direction are generated.

【0027】ここで、可動ミラー7の方向を調整して、
マスク13あるいはウエハ15へ照射する光の干渉縞の
ピッチを、位置検出マーク14, 16のX方向におけ
るピッチP1 と一致させるようにすると、両位置検出
マーク14, 16のY方向におけるエッジ部分からY
方向に回折された回折光41, 42がそれぞれ発生す
る。このようにして発生した回折光41,42の0次光
を除いた光は、マーク14, 15の位置情報を含むも
のである。
Now, adjust the direction of the movable mirror 7,
If the pitch of the interference fringes of the light irradiated onto the mask 13 or wafer 15 is made to match the pitch P1 of the position detection marks 14 and 16 in the X direction, the Y
Diffracted lights 41 and 42 are generated respectively. The thus generated diffracted lights 41 and 42, excluding the zero-order light, contain positional information of the marks 14 and 15.

【0028】図4(a)及び(b)は、マスク13に形
成された第1の位置検出マーク14でY方向に回折され
た回折光41と、ウエハ15に形成された第2の位置検
出マーク16でY方向に回折された回折光42とを、マ
スク13あるいはウエハ15のフーリエ面にほぼ共役な
位置に設置されているSBS1 11及びSBS2 1
7上で観察した図である。図4(a)及び(b)中、○
は第1の位置合わせマーク14で回折された回折光41
の±1次光を、●は第2の位置合わせマーク16で回折
された回折光42の±1次光を示す。また、◎は、回折
光41, 42の0次光を示す。
FIGS. 4A and 4B show the diffracted light 41 diffracted in the Y direction by the first position detection mark 14 formed on the mask 13 and the second position detection mark formed on the wafer 15. The diffracted light 42 diffracted in the Y direction by the mark 16 is transmitted to SBS1 11 and SBS2 1, which are installed at positions substantially conjugate to the Fourier plane of the mask 13 or wafer 15.
7 is a diagram observed above. In Figures 4(a) and (b), ○
is the diffracted light 41 diffracted by the first alignment mark 14
, and ● indicates the ±1st order light of the diffracted light 42 diffracted by the second alignment mark 16 . In addition, ◎ indicates the 0th-order light of the diffracted lights 41 and 42.

【0029】それぞれの±1次回折光に注目した場合、
その回折角は、位置検出マーク14、16のそれぞれの
Y方向におけるピッチPm , PW で決定される。 両位置検出マーク14、16のY方向におけるピッチP
m , PW は所定量だけ異なるように形成されてい
るため、図4(a)に示すように、第1の位置合わせマ
ーク14で発生する回折光41、及び第2の位置合わせ
マーク16で発生する回折光42のそれぞれの±1次回
折光がこのピッチに応じて分離してSBS1 11, 
SBS2 17上で集光する。
[0029] When paying attention to each ±1st-order diffracted light,
The diffraction angle is determined by the pitches Pm and PW of the position detection marks 14 and 16 in the Y direction, respectively. Pitch P of both position detection marks 14 and 16 in the Y direction
Since m and PW are formed to differ by a predetermined amount, as shown in FIG. The ±1st-order diffracted lights of the diffracted lights 42 are separated according to this pitch, and are separated into SBS1 11,
The light is focused on SBS2 17.

【0030】SBS1 11及びSBS2 17は、図
4(a)、(b)に示すように、部分的に反射率が大き
く異なるように構成されている。すなわち、図4(a)
に示すSBS1 11の中央部には透過膜11aを設け
、透過膜11aの両側部には反射膜11b,11bを設
けるようにして、マスク13及びウエハ15からのそれ
ぞれの回折光41、42の0次光◎を透過させ、±1次
光○、●は反射させて、更にSBS2 の方向へ導く。 SBS2 17には、図4(b)に示すように、中央に
、SBS111の透過膜11aよりも幅の広い透過膜1
7aを設けるとともに、この透過膜17aの両側部には
反射膜を設けて、第1の位置合わせマーク14で回折さ
れた回折光41の±1次光○は透過させ、第2の位置合
わせマーク16で回折された回折光42の±1次光●は
反射させる。SBS2 17を透過した第1の位置合わ
せマーク14で回折された±1次回折光は、レンズ18
で集光して、第1の光電検出器19に入射させて第1の
ビート信号を検出する。一方、SBS2 17で反射し
た第2の位置合わせマーク16で回折された±1次回折
光はレンズ20で集光して、第2の光電検出器21に入
射させて第2のビート信号を検出する。
As shown in FIGS. 4(a) and 4(b), the SBS1 11 and the SBS2 17 are constructed so that their reflectances partially differ greatly. That is, FIG. 4(a)
A transmission film 11a is provided at the center of the SBS 111 shown in FIG. The secondary light ◎ is transmitted, and the ±1st order light ○ and ● are reflected and further guided in the direction of SBS2. As shown in FIG. 4(b), the SBS2 17 has a transmission film 1 wider than the transmission film 11a of the SBS 111 in the center.
7a is provided, and a reflective film is provided on both sides of the transmitting film 17a, so that the ±1st-order light ○ of the diffracted light 41 diffracted by the first alignment mark 14 is transmitted, and the second alignment mark The ±1st-order light ● of the diffracted light 42 diffracted by the beam 16 is reflected. The ±1st-order diffracted light transmitted through the SBS2 17 and diffracted by the first alignment mark 14 is transmitted through the lens 18.
The light is collected by the laser beam detector 19 and made incident on the first photoelectric detector 19 to detect the first beat signal. On the other hand, the ±1st-order diffracted light reflected by the SBS2 17 and diffracted by the second alignment mark 16 is focused by a lens 20, and is incident on a second photoelectric detector 21 to detect a second beat signal. .

【0031】これらの、第1及び第2の光電検出器19
、21で検出された第1及び第2のビート信号には間に
は、マスク13とウエハ15とのX方向におけるずれ量
dに応じた位相差が存在する。したがって、第1及び第
2のビート信号を、信号処理回路22に入力して、両ビ
ート信号の位相差を検出して、マスク13とウエハ15
との相対的な位置ずれ量を算出する。このように算出し
た相対的な位置ずれ量は、図示しないウエハステージの
徴調整機構にフィードバックさせて、ウエハとマスクの
位置の調整を行うようにする。
These first and second photoelectric detectors 19
, 21, there is a phase difference between the first and second beat signals detected by the mask 13 and the wafer 15 in accordance with the amount of deviation d in the X direction. Therefore, the first and second beat signals are input to the signal processing circuit 22, the phase difference between the two beat signals is detected, and the mask 13 and the wafer 15 are
Calculate the relative positional deviation amount. The amount of relative positional deviation calculated in this way is fed back to the adjustment mechanism of the wafer stage (not shown) to adjust the positions of the wafer and the mask.

【0032】上述した実施例では、理解を容易にするた
め及び精度の向上のために、それぞれの位置合わせマー
クとして、マトリックス状に形成したマークを用いて説
明したが、単純にはY方向にピッチ差をもつマークを位
置ずれを検出すべき物体にそれぞれ1つずつ設けるよう
にしても、所望のビート信号を得ることができる。また
、この実施例では、マスクとウエハを密着させて露光す
る近接露光タイプのものを説明したが、マスクとウエハ
と、SBS1 11, SBS2 17との共役関係が
大きく崩れない範囲であれば、投影レンズをマスクとウ
エハとの間に挿入した構成のものであっても良い。更に
、重ね合わせ精度を測定する場合のように、第1及び第
2の位置合わせマークをウエハ15上に形成するように
しても良い。また、本実施例では、説明を容易にするた
めに、マスク13に形成した位置検出マークとウエハ1
5に形成した位置検出マークとをY方向に並べるように
しているが、入射光の照明範囲内であればどこに形成し
ても良い。
In the above-mentioned embodiment, in order to facilitate understanding and improve precision, marks formed in a matrix are used as respective alignment marks. Even if one mark with a difference is provided for each object whose positional deviation is to be detected, a desired beat signal can be obtained. In addition, in this embodiment, a close exposure type in which the mask and wafer are brought into close contact with each other for exposure has been described, but as long as the conjugate relationship between the mask and wafer and SBS1 11 and SBS2 17 is not significantly disrupted, projection is possible. A structure in which a lens is inserted between a mask and a wafer may also be used. Furthermore, first and second alignment marks may be formed on the wafer 15, as in the case of measuring overlay accuracy. In addition, in this embodiment, for ease of explanation, the position detection mark formed on the mask 13 and the wafer 1
Although the position detection marks formed in 5 are arranged in the Y direction, they may be formed anywhere within the illumination range of the incident light.

【0033】[0033]

【発明の効果】上述したように、本発明の相対的位置検
出方法及び装置によれば、位置合わせを行うべき第1及
び第2の位置検出マークを所定の方向においてピッチを
変えて形成し、これらの位置合わせマークに干渉光をあ
てて、それぞれのマークから、そのマークの位置情報を
含む回折光をそれぞれ分離して回折させ、この回折光か
ら検出した信号を処理して位置合わせを行うようにして
いる。したがって、従来問題となっていた位置検出精度
を阻害する0次回折光の影響を除去することができるた
め、安定した位置検出を行うことができ、マスクとウエ
ハの位置合わせ等の高精度な位置合わせ技術を必要とす
る装置に極めて有効に応用することができる。また、本
発明の方法は、マスクとウエハとの位置合わせのみなら
ず、ある物体の微小変位の測定、2つの物体の重ね合わ
せ誤差の測定、座標位置の検出及び制御等にも好適に応
用することができる。
As described above, according to the relative position detection method and apparatus of the present invention, the first and second position detection marks to be aligned are formed with different pitches in a predetermined direction, Interference light is applied to these alignment marks, the diffracted light containing the mark's position information is separated and diffracted from each mark, and the signals detected from this diffracted light are processed to perform alignment. I have to. Therefore, it is possible to eliminate the influence of 0th order diffracted light that inhibits position detection accuracy, which has been a problem in the past, making it possible to perform stable position detection and achieve high-precision positioning such as mask and wafer alignment. It can be applied very effectively to devices requiring technology. Furthermore, the method of the present invention can be suitably applied not only to alignment between a mask and a wafer, but also to measurement of minute displacement of an object, measurement of overlay error of two objects, detection and control of coordinate positions, etc. be able to.

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

【図1】図1は、本発明の相対位置検出方法及び装置の
概念を説明するための図である。
FIG. 1 is a diagram for explaining the concept of a relative position detection method and apparatus of the present invention.

【図2】図2は、本発明の方法及び装置における第1及
び第2の位置合わせマークの相対的な関係を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram illustrating the relative relationship of first and second alignment marks in the method and apparatus of the present invention.

【図3】図3は、本発明の装置の全体の構成を示す図で
ある。
FIG. 3 is a diagram showing the overall configuration of the device of the present invention.

【図4】図4(a)及び(b)は、部分的に反射率が大
きく異なるビームスプリッタSBS1 ,SBS2 上
における回折光の状態を示す図である。
FIGS. 4A and 4B are diagrams showing the state of diffracted light on beam splitters SBS1 and SBS2, which partially have greatly different reflectances; FIGS.

【図5】図5は、従来の光ヘテロダイン干渉を利用した
位置合わせの原理を説明するための図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining the principle of alignment using conventional optical heterodyne interference.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  光源 2  ビーム拡大器 3  偏光ビームスプリッタ 4, 6  λ/4板 5  固定ミラー 7  可動ミラー 8  偏光子 10, 12, 18, 20  レンズ11, 17
  ビームスプリッタ 11a, 17a  透過部 11b, 17b  反射部 13  マスク 14  第1の位置合わせマーク 14a  光透過部 15  ウエハ 16  第2の位置合わせマーク 19,21  光電変換器 22  信号処理回路
1 Light source 2 Beam expander 3 Polarizing beam splitter 4, 6 λ/4 plate 5 Fixed mirror 7 Movable mirror 8 Polarizer 10, 12, 18, 20 Lens 11, 17
Beam splitter 11a, 17a Transmissive section 11b, 17b Reflective section 13 Mask 14 First alignment mark 14a Light transmissive section 15 Wafer 16 Second alignment mark 19, 21 Photoelectric converter 22 Signal processing circuit

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  相対位置を検出すべき第1の位置合わ
せマークと第2の位置合わせマークとを所定の方向にお
いて異なるピッチでそれぞれ形成し、それぞれ周波数が
僅かに異なる複数の光ビームを干渉させた干渉光を前記
第1及び第2の位置合わせマークに照射し、前記第1の
位置合わせマークによって前記所定の方向に回折された
第1の回折光と、前記第2の位置合わせマークによって
前記第1の回折光とは前記所定の方向において分離され
て回折された第2の回折光とを検出し、これらの第1及
び第2の回折光間の相対的な関係から前記第1及び第2
の位置合わせマークの相対的な位置ずれを検出すること
を特徴とする相対位置検出方法。
1. A first alignment mark and a second alignment mark whose relative positions are to be detected are formed at different pitches in a predetermined direction, and a plurality of light beams having slightly different frequencies are caused to interfere with each other. The first and second alignment marks are irradiated with interference light, and the first diffracted light diffracted in the predetermined direction by the first alignment mark and the first diffracted light diffracted in the predetermined direction by the second alignment mark are The first diffracted light is detected from the second diffracted light that is separated and diffracted in the predetermined direction, and the first and second diffracted lights are detected based on the relative relationship between these first and second diffracted lights. 2
A relative position detection method characterized by detecting a relative positional shift of alignment marks.
【請求項2】  請求項1に記載の相対位置検出方法に
おいて、前記第1の位置合わせマークが露光用マスクに
形成されており、前記第2の位置合わせマークが半導体
ウエハに形成されており、前記第1及び第2の回折光間
の相対的な関係から前記露光用マスク及び前記半導体ウ
エハとの相対的な位置ずれを検出することを特徴とする
相対位置検出方法。
2. The relative position detection method according to claim 1, wherein the first alignment mark is formed on an exposure mask, and the second alignment mark is formed on a semiconductor wafer, A relative position detection method, characterized in that a relative positional shift between the exposure mask and the semiconductor wafer is detected from the relative relationship between the first and second diffracted lights.
【請求項3】  周波数が僅かに異なる複数の光ビーム
を発生する光源と、この光源からでた複数の光ビームを
互いに干渉させて干渉光を生成する干渉光生成手段と、
相対位置を検出すべき第1及び第2の位置合わせマーク
に前記干渉光を照射する干渉光照射手段と、第1の方向
においては前記干渉光の干渉縞のピッチと同じ第1のピ
ッチで形成され、前記第1の方向に直交する第2の方向
においては前記干渉縞のピッチと異なる第2のピッチで
形成された前記第1の位置合わせマークによって生じる
第1の回折光、及び、前記第1の方向においては前記第
1のピッチで形成され、前記第2の方向においては前記
第2のピッチとは異なる第3のピッチで形成された前記
第2の位置合わせマークによって前記第1の回折光とは
分離されて生じる第2の回折光とを、それぞれ分離して
検出する分離検出手段と、この分離検出手段によって検
出したそれぞれの位置合わせマークからの回折光間の相
対的な関係から前記第1及び第2の位置合わせマークの
相対的な位置ずれ量を算出する信号処理手段とを具える
事を特徴とする相対位置検出装置。
3. A light source that generates a plurality of light beams having slightly different frequencies, and an interference light generating means that generates interference light by causing the plurality of light beams emitted from the light source to interfere with each other.
interference light irradiation means for irradiating the interference light onto first and second alignment marks whose relative positions are to be detected; and a first diffracted light generated by the first alignment mark formed at a second pitch different from the pitch of the interference fringes in a second direction perpendicular to the first direction; The first diffraction is caused by the second alignment mark formed at the first pitch in one direction and at a third pitch different from the second pitch in the second direction. The separation detection means for separately detecting the second diffracted light generated separately from the light, and the relative relationship between the diffracted lights from the respective alignment marks detected by the separation detection means, A relative position detection device comprising: a signal processing means for calculating a relative positional deviation amount between the first and second alignment marks.
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