JPH055604A - Position detection method and pattern forming method and apparatus using the same - Google Patents

Position detection method and pattern forming method and apparatus using the same

Info

Publication number
JPH055604A
JPH055604A JP3179652A JP17965291A JPH055604A JP H055604 A JPH055604 A JP H055604A JP 3179652 A JP3179652 A JP 3179652A JP 17965291 A JP17965291 A JP 17965291A JP H055604 A JPH055604 A JP H055604A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sample
mark
sample substrate
back surface
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP3179652A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3019489B2 (en
Inventor
Souichi Katagiri
創一 片桐
Shigeo Moriyama
茂夫 森山
Tsuneo Terasawa
恒男 寺澤
Masaaki Ito
昌昭 伊東
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP3179652A priority Critical patent/JP3019489B2/en
Publication of JPH055604A publication Critical patent/JPH055604A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3019489B2 publication Critical patent/JP3019489B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE:To enable accurate alignment of a pattern formed on the surface of a sample by incorporating a deviation portion due to an angle of inclination of a sample substrate into a mark position detection value on the rear of a sample substrate to cancel an error portion of a position measured value by the deviation portion. CONSTITUTION:When an angle theta of inclination is given between a sample 1 and a set reference surface, a deviation between an actual position (distance delta from a reference value) of a mark 2 on the rear of the sample and a true position (distance W from reference position) on the surface of the sample corresponding thereto is dsintheta when the thickness (d) of the sample is given and hence, a detection value error epsilonof the actual position of the mark 2=delta-W)=dsintheta is obtained. An optical system 19 for detecting position is provided as containing a deviation portion E canceling the error in the position detection value and a parameter of the optical system 19 is selected beforehand so that the detection results (delta+ E) becomes equal to the true position. Thus, the error epsilon by the angle theta of inclination is always canceled whatever the angle theta of inclination may be thereby enabling the determining of the true position on the surface of the sample accurately.

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、半導体装置の製造方法
及びその方法を実施するための装置の改良に関し、特
に、X線露光装置、縮小投影露光装置、あるいは、電子
線描画装置における位置合わせ精度を向上させるのに好
適なマーク位置検出方法、及び同方法を利用した微細パ
ターン形成方法並びにその装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device and an improvement of an apparatus for carrying out the method, and more particularly to alignment in an X-ray exposure apparatus, a reduction projection exposure apparatus, or an electron beam drawing apparatus. The present invention relates to a mark position detecting method suitable for improving accuracy, a fine pattern forming method using the method, and an apparatus thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】縮小投影露光技術、X線露光技術、電子
線描画技術その他のリソグラフィ技術を用いて半導体集
積回路等の微細パターンを形成する場合には、ステージ
上に載置された試料の位置を正確に検出した上で、例え
ばレティクル等との間で精密な位置合わせ(アライメン
ト)を行うことが必要である。そして、近年における半
導体装置の高集積化に伴って、より一層高いアライメン
ト精度が必要となってきており、ごく最近では、0.0
5 μm以下の誤差で精密なアライメントを行うことが
要求されている。このアライメントのために、試料の表
面(パターンが形成される側の面)上に設けた位置合わ
せマークを利用する場合には、レジストの塗布むらやマ
ークの損傷等に起因する位置検出誤差が発生するので、
高精度化には限界がある。このため、例えば特公昭55
−46053号公報記載のように、試料の裏面上に位置
合わせマークを設ける方法が提案されている。また、特
開昭62−160722号公報や特開昭63−2243
27号公報にも、試料の裏面上に設けたマークを用いた
アライメント方法が記載されている。これらの方法は、
試料の裏面上に設けたマークの位置を検出し、該マーク
位置に合わせて、試料の表面にパターンを形成していく
ものである。
2. Description of the Related Art When a fine pattern such as a semiconductor integrated circuit is formed by using a reduction projection exposure technique, an X-ray exposure technique, an electron beam drawing technique, or another lithography technique, the position of a sample placed on a stage. Must be accurately detected and then, for example, precise alignment with a reticle or the like must be performed. Further, as semiconductor devices have been highly integrated in recent years, even higher alignment accuracy is required, and most recently, 0.0
It is required to perform precise alignment with an error of 5 μm or less. When the alignment mark provided on the surface of the sample (the surface on which the pattern is formed) is used for this alignment, position detection error due to uneven coating of resist or damage to the mark occurs. Because
There is a limit to the high precision. Therefore, for example, Japanese Patent Publication Sho 55
As disclosed in Japanese Patent Publication No. 46053/1994, a method of providing an alignment mark on the back surface of the sample has been proposed. Further, JP-A-62-160722 and JP-A-63-2243.
The publication No. 27 also describes an alignment method using a mark provided on the back surface of the sample. These methods are
The position of the mark provided on the back surface of the sample is detected, and a pattern is formed on the front surface of the sample in accordance with the position of the mark.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】このように、試料の裏
面上に設けたマークの位置を検出する方法を採る場合に
は、例えば0.2 μmルール以降のデバイスにおいて要
求されるアライメント精度0.03 μmを達成するに
は、次のような新たな問題を解決していく必要がある。
それは、今までは殆ど無視することができた誤差要因
が、もはや無視し得なくなってくると云う問題である。
すなわち、試料の傾きにより試料面が設定基準面からず
れると、試料の厚さのために、マークを設けてある裏面
とパターンを形成すべき表面との間に位置ずれが生じ、
この位置ずれに起因して位置検出誤差が生じる。この誤
差は、アライメント精度0.03 μmに対してはもはや
無視できない大きさとなる。上述した試料の傾きに起因
する位置検出誤差を補正するためには、試料の傾斜角度
を検出する傾き検出器を付設することが考えられるが、
このような傾き検出器の付設は、装置を複雑かつ大型に
する難点がある。したがって、このような傾き検出器を
付設することなくして試料の傾きに起因する位置検出誤
差を容易に補正することができるような、裏面マークを
用いた位置検出方法の開発が待望されている。さらに、
この裏面マークの位置を検出するための検出器は、試料
の裏面側に設けられるので、該検出器を試料を載置して
いる試料ステージ中に埋設する等の工夫が必要であり、
そのためにも十分に小型化された検出器の出現が待望さ
れている。しかしながら、上記した従来技術において
は、このような点については、何ら配慮されていなかっ
た。
As described above, when the method of detecting the position of the mark provided on the back surface of the sample is adopted, for example, the alignment accuracy of 0.2 .mu.m or later required for the device is 0.2. In order to achieve 03 μm, it is necessary to solve the following new problems.
It is a problem that error factors that were almost negligible until now can no longer be ignored.
That is, when the sample surface deviates from the set reference surface due to the inclination of the sample, a positional deviation occurs between the back surface on which the mark is provided and the surface on which the pattern is to be formed due to the thickness of the sample,
A position detection error occurs due to this position shift. This error is no longer negligible for the alignment accuracy of 0.03 μm. In order to correct the position detection error caused by the tilt of the sample described above, it is possible to attach a tilt detector for detecting the tilt angle of the sample,
The attachment of such a tilt detector has a drawback that the device is complicated and large. Therefore, there is a demand for development of a position detection method using a back surface mark that can easily correct a position detection error caused by the tilt of a sample without providing such a tilt detector. further,
Since the detector for detecting the position of this back mark is provided on the back side of the sample, it is necessary to devise such as embedding the detector in the sample stage on which the sample is placed.
For that reason, the appearance of a sufficiently miniaturized detector is expected. However, in the above-mentioned prior art, no consideration has been given to such a point.

【0004】また、上述のような裏面マークの位置検出
を行う場合、試料の裏側には当該試料を載置して移動さ
せるための試料ステージが配備されている。そして、該
試料ステージ上に試料を定置させるために、試料裏面上
の少なくとも一部の領域は試料ステージの上面に密着せ
しめられている。この試料ステージ上面と密着している
試料裏面領域においてはマーク位置の検出はできないの
で、この部分を除いた他の限られた領域内においてマー
ク位置の検出を行う必要がある。したがって、試料ステ
ージ上面に密着していない試料裏面領域に対向している
限られた空間内にマーク位置検出装置を配置する必要が
あると共に、試料裏面上の一部領域(試料ステージと密
着している領域)内に設けられているマークについて
は、その位置を検出することができないという重大な制
約がある。例えば、試料を試料ステージ上に真空吸着さ
せる方式を採る場合、この真空吸着される試料裏面領域
内にあるマークについては、その位置を検出することが
できない。また、光学的なマーク位置検出装置を用いる
場合、試料ステージをマーク位置検出に用いる光に対し
て透明な材料で構成しておく方法も提案されてはいる
が、その場合でも、試料ステージ表面上の真空吸着用溝
が設けられている部分に対応する位置に設けられている
マークについては、光学的な検出手段によっては該マー
ク位置を検出することはできない。
Further, when the position of the back mark is detected as described above, a sample stage for placing and moving the sample is provided on the back side of the sample. Then, in order to place the sample on the sample stage, at least a part of the area on the back surface of the sample is brought into close contact with the upper surface of the sample stage. Since the mark position cannot be detected in the sample back surface region which is in close contact with the sample stage upper surface, it is necessary to detect the mark position in a limited region other than this part. Therefore, it is necessary to arrange the mark position detection device in a limited space facing the back surface area of the sample that is not in close contact with the upper surface of the sample stage, and at the same time, a partial area on the back surface of the sample (in close contact with the sample stage There is a serious restriction that the position of the mark provided in the area) cannot be detected. For example, when a method of vacuum-sucking a sample on a sample stage is adopted, it is not possible to detect the position of the mark in the back surface region of the sample that is vacuum-sucked. In addition, when using an optical mark position detector, a method has been proposed in which the sample stage is made of a material that is transparent to the light used for mark position detection. Regarding the mark provided at the position corresponding to the portion where the vacuum suction groove is provided, the mark position cannot be detected by the optical detection means.

【0005】一方、所要のパターンを形成すべき試料表
面をできるだけ平坦に保つ必要上から、試料裏面上の真
空吸着位置はできるだけ広範囲にわたって一様に分布さ
せることが望ましい。したがって、試料ステージ上には
所定の間隔で開口部(試料裏面と接触しない部分)又は
透明部(光学的な位置検出に用いる光に対して透明な部
分)が設けられ、この開口部又は透明部に対応した位置
にあるマークのみが光学的手段によって検出される。さ
て、従来の試料表面に設けられた位置合わせ用マークの
位置を検出する場合には、このマークを半導体集積回路
等のパターンと同時に形成したので、代表的なマークの
位置を検出することは代表的なパターン位置を検出する
ことと等価であった。試料裏面に設けたマークの位置を
検出する場合においても、そのマーク位置に対応した試
料表面のパターン位置を求めることから出発するのが一
般的であった。このとき、試料ステージ上に設ける開口
部又は透明部の間隔が、試料表面に形成する半導体集積
回路等のチップサイズあるいはパターンピッチと一致す
るかまたは整数倍であるという条件を満足する場合に
は、何ら問題なくマーク位置の検出ができる。しかし、
この条件を満足しない場合には、マーク位置検出が不可
能になってしまう。そこで、後者の場合には、チップサ
イズに応じた間隔で光学的位置検出のための開口部が並
ぶような真空吸着口(あるいは、吸着溝)配列を有する
別の試料ステージと交換しなければならないと云う面倒
な問題があった。このように、従来提案されているとこ
ろの、試料裏面上に位置合わせ用のマークを設けてお
き、該マークの位置を検出することによって試料表面上
の位置を求める方法にあっては、試料ステージの交換等
を要することなくして、任意のチップサイズあるいはパ
ターンピッチを有する半導体集積回路等の試料に対応し
て、該試料表面上の正確な位置を検出して、該試料表面
上に新たに形成すべきパターンのアライメントを容易に
行い得るようにすることについては、何ら配慮されてい
なかった。
On the other hand, since it is necessary to keep the surface of the sample on which a desired pattern is to be formed as flat as possible, it is desirable that the vacuum suction positions on the rear surface of the sample be evenly distributed over as wide a range as possible. Therefore, an opening (a portion that does not contact the back surface of the sample) or a transparent portion (a portion that is transparent to the light used for optical position detection) is provided at a predetermined interval on the sample stage. Only marks at positions corresponding to are detected by optical means. Now, when detecting the position of a conventional alignment mark provided on the surface of a sample, this mark is formed at the same time as the pattern of a semiconductor integrated circuit, etc. It was equivalent to detecting the typical pattern position. When detecting the position of the mark provided on the back surface of the sample, it is common to start by obtaining the pattern position on the surface of the sample corresponding to the mark position. At this time, when the distance between the openings or the transparent portions provided on the sample stage matches the chip size or pattern pitch of the semiconductor integrated circuit or the like formed on the sample surface or is an integral multiple, The mark position can be detected without any problem. But,
If this condition is not satisfied, mark position detection becomes impossible. Therefore, in the latter case, the sample stage must be replaced with another sample stage having a vacuum suction port (or suction groove) array in which openings for optical position detection are arranged at intervals according to the chip size. There was a troublesome problem. As described above, in the conventionally proposed method in which the positioning mark is provided on the back surface of the sample and the position of the mark is detected by detecting the position of the mark, the sample stage A new position is formed on the surface of the sample by detecting the accurate position on the surface of the sample, such as a semiconductor integrated circuit having an arbitrary chip size or pattern pitch, without the need for replacement No consideration was given to facilitating the alignment of the pattern to be performed.

【0006】したがって、本発明の目的は、試料裏面上
に設けられた位置検出用マークの位置を検出することに
よって試料表面上における位置を検出するようにした位
置検出方法において、上述したような試料の傾き角を検
出するための傾き検出器を付加することなくして、試料
の傾きによる試料表面位置の検出誤差を実質的に無く
し、高精度の試料表面位置検出を可能ならしめる新規な
位置検出方法を提供することである。本発明の他の目的
は、上記した本発明による位置検出方法を実施するのに
適した、簡単にして小型なマーク位置検出装置を提供す
ることである。本発明のさらに他の目的は、上記した本
発明による位置検出方法を利用した、とくに、高集積密
度の半導体装置の製造のために使用するのに好適な、新
規なパターン形成方法を提供することである。本発明の
さらに他の目的は、上記した本発明によるパターン形成
方法を実施するのに好適な、新規なパターン形成装置を
提供することである。本発明のさらに他の目的は、製造
しようとする半導体装置のチップサイズの変化に際して
も、試料を真空吸着によって保持する試料ステージの交
換を要すること無くして、任意のチップサイズに対し
て、試料の裏面に設けたマークを用いてのアライメント
方法を有効に活用することのできる、新規なパターン形
成方法並びにその方法を実施するのに適した新規なパタ
ーン形成装置を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a position detecting method for detecting the position on the sample surface by detecting the position of the position detecting mark provided on the back surface of the sample. A new position detection method that eliminates the detection error of the sample surface position due to the sample inclination without adding an inclination detector for detecting the inclination angle of the sample and enables highly accurate sample surface position detection. Is to provide. Another object of the present invention is to provide a simple and compact mark position detecting device suitable for carrying out the position detecting method according to the present invention. Still another object of the present invention is to provide a novel pattern forming method using the position detecting method according to the present invention, which is particularly suitable for use in manufacturing a highly integrated semiconductor device. Is. Still another object of the present invention is to provide a novel pattern forming apparatus suitable for carrying out the above-described pattern forming method of the present invention. Still another object of the present invention is to change the sample size for any chip size without changing the sample stage that holds the sample by vacuum suction even when the chip size of the semiconductor device to be manufactured changes. It is an object of the present invention to provide a novel pattern forming method capable of effectively utilizing an alignment method using a mark provided on the back surface and a novel pattern forming apparatus suitable for carrying out the method.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記した本発明の目的
は、次のようにして達成される。すなわち、本発明によ
る位置検出方法においては、位置検出器を用いて試料裏
面上に形成された位置検出用マークの位置を検出するこ
とによって試料表面上における位置を検出するに際し
て、上記の位置検出器として、そのマーク位置検出値に
試料の傾き角に依存した偏差分が含まれるような検出器
が使用され、かつ、該偏差分と試料の傾き角と試料の厚
みとの積で表わされる試料裏面と試料表面間における位
置ずれ量とが丁度等しい大きさとなるように、予め上記
位置検出器における各種パラメータが選定されている。
このようにすれば、試料の傾き角の如何によらず、常
に、上記した偏差分を含んだマーク位置検出値が試料表
面における正確な位置を表わすことになり、それによっ
て、試料が傾いている場合においても、試料裏面上の位
置検出用マークの位置を検出することによって、試料表
面上の正確な位置を知ることができる。つまり、試料が
傾いた場合においても、あたかもその影響が全く無かっ
たかのようにして、試料表面上の位置を正確に知ること
ができ、試料表面上に新たに形成すべきパターンの正確
なアライメントが可能となる。また、本発明によるパタ
ーン形成方法においては、上記した本発明による位置検
出方法並びに装置を用いることによって試料表面におけ
る位置を正確に把握しながら、試料を微移動させて、該
試料を所望のパターン形成位置に正確にアライメントし
た上で、露光あるいは描画によって所望のパターンを形
成させる。さらに、本発明によるパターン形成方法にお
いては、試料の裏面に所定のピッチで配設されているマ
ークの位置を検出した上で、該検出結果から、試料表面
上に形成すべきパターンの位置を演算によって求め、こ
の演算によって求められた位置に露光あるいは描画によ
って所望のパターンを形成させる。
The above-mentioned object of the present invention is achieved as follows. That is, in the position detecting method according to the present invention, when the position on the sample front surface is detected by detecting the position of the position detection mark formed on the back surface of the sample using the position detector, the position detector described above is used. As a detector, a detector whose mark position detection value includes a deviation depending on the tilt angle of the sample is used, and the back surface of the sample represented by the product of the deviation, the tilt angle of the sample, and the thickness of the sample. The various parameters in the position detector are selected in advance so that the positional deviation amounts between the sample surface and the sample surface are exactly equal.
By doing so, the mark position detection value including the above deviation always represents an accurate position on the sample surface, regardless of the sample tilt angle, whereby the sample tilts. Even in this case, by detecting the position of the position detection mark on the back surface of the sample, the accurate position on the front surface of the sample can be known. In other words, even if the sample is tilted, the position on the sample surface can be accurately known as if it had no effect, and accurate alignment of a pattern to be newly formed on the sample surface is possible. Becomes Further, in the pattern forming method according to the present invention, the sample is formed into a desired pattern by finely moving the sample while accurately grasping the position on the sample surface by using the position detecting method and apparatus according to the present invention described above. After being accurately aligned with the position, a desired pattern is formed by exposure or drawing. Further, in the pattern forming method according to the present invention, the positions of the marks arranged on the back surface of the sample at a predetermined pitch are detected, and the position of the pattern to be formed on the sample surface is calculated from the detection result. Then, a desired pattern is formed by exposure or drawing at the position obtained by this calculation.

【0008】[0008]

【作用】図1に示すように、試料1が設定基準面から角
度θだけ傾いている状態においては、試料裏面に設けら
れたマーク2の実際の位置(基準位置からの距離δ)と
該マーク2に対応する試料表面上の真の位置(基準位置
からの距離ω)との間には、試料1の厚さをdとした場
合、d sin θ なるずれが生じることになる。したがっ
て、該マーク2の実際の位置(距離δ)を検出して、そ
の検出値をそのまま試料表面上での真の位置(距離ω)
とする場合には、当然のことながら、 ε =(δ−ω)= d・sinθ ………(1) なる位置検出誤差εが生じることとなる。例えば、試料
の厚さdを600μm、試料の傾き角θを5秒とする
と、誤差量εは、約0.015 μmとなる。この値は、
0.03 μmというような厳しいアライメント精度が要
求されるような場合においては、もはや無視できない。
そこで、本発明においては、この誤差量εを丁度相殺す
るような偏差分ΔEをを位置検出値に含むような位置検
出用光学系19を用いて、試料裏面に設けられたマーク
2の見かけ上の位置(δ+ΔE)を検出し、この見かけ
上の位置が丁度試料表面における真の位置(ω)を表わ
すようにする。すなわち、位置検出用光学系19による
見かけ上のマーク位置検出結果(δ+ΔE)が丁度マー
ク2に対応する試料表面上での真の位置(ω)と等しく
なるように、つまり、 ω = δ+ΔE ………(2) なる関係が成立するように、上記の位置検出用光学系1
9の各種パラメータを予め選定しておくのである。式
(2)の右辺第2項のΔEが、位置検出用光学系19によ
る位置検出値に含まれる偏差分であり、この偏差分が試
料の傾き角θの変化に対応して変化する(つまり、ΔE
=−ε=−d・sinθ なる関係で変化する)ことによっ
て、試料の傾き角の如何によらず、常に、試料の傾きに
起因して生じる誤差εを相殺し、結果的に、試料裏面に
設けられたマーク位置を検出することによって、該マー
ク位置に対応する試料表面上の真の位置を正確に求める
ことができるようになる。
As shown in FIG. 1, when the sample 1 is tilted from the set reference plane by the angle θ, the actual position of the mark 2 provided on the back surface of the sample (distance δ from the reference position) and the mark When the thickness of the sample 1 is d, a deviation of d sin θ from the true position (distance ω from the reference position) on the sample surface corresponding to 2 occurs. Therefore, the actual position (distance δ) of the mark 2 is detected, and the detected value is directly used as the true position (distance ω) on the sample surface.
In such a case, as a matter of course, a position detection error ε such that ε = (δ−ω) = d · sin θ (1) occurs. For example, when the thickness d of the sample is 600 μm and the tilt angle θ of the sample is 5 seconds, the error amount ε is about 0.015 μm. This value is
In the case where a strict alignment accuracy of 0.03 μm is required, it cannot be ignored anymore.
Therefore, in the present invention, the mark 2 provided on the back surface of the sample is apparently used by using the position detecting optical system 19 that includes the deviation ΔE that exactly cancels the error amount ε in the position detection value. Position (δ + ΔE) is detected so that this apparent position just represents the true position (ω) on the sample surface. That is, the apparent mark position detection result (δ + ΔE) by the position detecting optical system 19 is just equal to the true position (ω) on the sample surface corresponding to the mark 2, that is, ω = δ + ΔE. (2) The position detecting optical system 1 described above is formed so that the following relationship is established.
The various parameters of 9 are selected in advance. formula
ΔE of the second term on the right side of (2) is a deviation included in the position detection value by the position detecting optical system 19, and this deviation changes in accordance with the change of the tilt angle θ of the sample (that is, ΔE
= −ε = −d · sin θ), the error ε caused by the inclination of the sample is always canceled regardless of the inclination angle of the sample. By detecting the mark position provided, the true position on the sample surface corresponding to the mark position can be accurately obtained.

【0009】図2に、上記した試料の傾きに起因して生
じる位置検出誤差εを相殺するような偏差分ΔEを検出
値に含むような位置検出用光学系の一構成例を示し、そ
の位置検出原理について、さらに図3を参照して詳説す
る。図2および図3において、波長λなる2本の光ビー
ム11a,11bによって試料裏面上のマーク2を照明
した時に得られる回折光の位相は、マーク2の位置δと
両照明光の照明位置A,B間での基準面に垂直方向に測
った間隔tとに依存して変化する。両照明光間の間隔を
L、試料の厚さをdとしたとき、上記の照明位置間間隔
tと試料の傾き角θとの間には、図3より、 θ = tan~1(t/L) ≒ t/L ………(3) なる関係式が成り立つ。また、試料の傾きによるマーク
2の位置δと試料表面の真の位置ωとの間のずれ量εに
依存する位相差相当分φ(ε)は、マーク2のピッチをP
として、 φ(ε) = 4πε/P ………(4) となる。一方、試料の傾き角θの関数である照明位置間
間隔tに起因する位相差相当分φ(ΔE)は、図3に示し
た幾何学的関係からして、検出光の波長λと照明位置間
間隔tに対して、次式で表わされる。 φ(ΔE) = 4πt/λ ………(5) つまり、式(4)で表わされる位相変化分φ(ε)と式(5)
で表わされる位相変化分φ(ΔE)とが丁度等しくなるよ
うに、マーク2のピッチPと両検出光間の間隔Lを予め
選定しておけば、任意の試料傾き角における位相ずれを
相殺してやることができる。そこで、上記の関係を満足
させるような検出光間隔Lについて、式(1)〜式(5)を
連立させて解くと、 L = λ・d/P ………(6) なる解が得られる。例えば、マークのピッチPを6μ
m、試料の厚さdを600μm、検出光波長λを633
nmとすると、ビーム間隔Lを63.3 μmとすれば良
いことがわかる。
FIG. 2 shows an example of the structure of a position detecting optical system in which the detected value includes a deviation ΔE that cancels out the position detecting error ε caused by the inclination of the sample. The detection principle will be described in further detail with reference to FIG. 2 and 3, the phase of the diffracted light obtained when the mark 2 on the back surface of the sample is illuminated by the two light beams 11a and 11b having the wavelength λ is the position δ of the mark 2 and the illumination position A of both illumination lights. , B depending on the distance t measured in the direction perpendicular to the reference plane. Assuming that the distance between the two illumination lights is L and the thickness of the sample is d, between the above-mentioned distance t between the illumination positions and the tilt angle θ of the sample, from the figure, θ = tan ~ 1 (t / L) ≈ t / L (3) The following relational expression holds. Further, the phase difference equivalent φ (ε) depending on the amount ε of displacement between the position δ of the mark 2 and the true position ω on the sample surface due to the inclination of the sample is P (ε) at the pitch of the mark 2.
Then, φ (ε) = 4πε / P (4) On the other hand, the phase difference equivalent φ (ΔE) due to the interval t between the illumination positions, which is a function of the tilt angle θ of the sample, is determined from the geometrical relationship shown in FIG. It is expressed by the following equation for the interval t. φ (ΔE) = 4πt / λ (5) In other words, the phase change φ (ε) represented by equation (4) and equation (5)
If the pitch P of the mark 2 and the interval L between the two detection lights are selected in advance so that the phase change φ (ΔE) represented by is exactly equal, the phase shift at an arbitrary sample tilt angle can be canceled. be able to. Therefore, when the detection light interval L that satisfies the above relationship is solved by simultaneous equations (1) to (5), a solution of L = λ · d / P (6) is obtained. .. For example, the mark pitch P is 6μ
m, the sample thickness d is 600 μm, the detection light wavelength λ is 633
It is understood that the beam interval L should be 63.3 μm, where nm is set.

【0010】また、他の一例として、図13に示すよう
な非結像形の位置検出光学系を用いることによっても、
試料の傾き角θに依存する偏差分ΔEを生じさせること
ができ、該偏差分ΔEによって試料の傾きに起因して生
じる誤差量εを相殺させることができる。すなわち、図
13に示すように、レンズ50a,50bから成る光学
系における試料表面に対する共役位置Cから上方に距離
kだけ離れた位置に光検出器51を配置する。このよう
に構成することによって、試料1が傾いた場合、光検出
器51の検出結果に偏差ΔEが生じる。この偏差分ΔE
も試料1の傾き角θの関数となることは明らかである。
この偏差分ΔEが試料表面における位置ずれ量εに等し
くなるように、予め上記の距離kを設定しておけば、試
料の傾きによる検出誤差(つまり、上記の位置ずれ量)
εを相殺できる。この他にも、図17に示すように、試
料1の傾きに起因する反射光の光路差を利用する方法も
ある。すなわち、試料1からの反射光12、13の光路
差が試料1の傾き角θに依存して変化するのを利用する
方法である。なお、試料1が傾いた時に両反射光間に光
路差が生じる様子を示すと、図18のごとくである。以
上に、試料裏面に設けられたマークの位置を検出して試
料表面における位置を認定する方法において、試料が傾
いた場合においても試料表面における位置認定結果に誤
差を生じることが無いようにすることのできる3種類の
位置検出方法並びにその方法を実施するための装置構成
について示したが、これらの方式以外でも、試料の傾き
角に依存して位置検出結果に偏差分を生じ、この偏差分
が丁度試料の傾きに起因して試料裏面と試料表面との間
に生じる位置ずれ量を相殺するような機能を有する位置
検出方式であれば、どれでも利用できる。
As another example, by using a non-imaging type position detecting optical system as shown in FIG.
A deviation ΔE depending on the tilt angle θ of the sample can be generated, and the deviation ΔE can cancel the error amount ε generated due to the tilt of the sample. That is, as shown in FIG. 13, the photodetector 51 is arranged at a position apart from the conjugate position C with respect to the sample surface in the optical system including the lenses 50a and 50b by a distance k upward. With this configuration, when the sample 1 is tilted, a deviation ΔE occurs in the detection result of the photodetector 51. This deviation ΔE
Is also a function of the tilt angle θ of the sample 1.
If the distance k is set in advance so that the deviation ΔE becomes equal to the positional deviation amount ε on the sample surface, the detection error due to the tilt of the sample (that is, the positional deviation amount).
ε can be offset. Besides this, as shown in FIG. 17, there is also a method of utilizing the optical path difference of the reflected light due to the inclination of the sample 1. That is, this is a method that utilizes that the optical path difference between the reflected lights 12 and 13 from the sample 1 changes depending on the tilt angle θ of the sample 1. It is to be noted that FIG. 18 shows how an optical path difference is generated between the two reflected lights when the sample 1 is tilted. As described above, in the method of recognizing the position on the sample surface by detecting the position of the mark provided on the back surface of the sample, make sure that there is no error in the position recognizing result on the sample surface even when the sample is tilted. The three types of position detection methods that can be performed and the device configuration for implementing the method have been shown. However, other than these methods, a deviation occurs in the position detection result depending on the tilt angle of the sample, and this deviation Any position detection method can be used as long as it has a function of canceling the amount of positional deviation generated between the sample back surface and the sample front surface due to the inclination of the sample.

【0011】次に、本発明による試料裏面上への位置検
出用マークの配置方法について述べる。試料の裏面に所
定の間隔で設けられたマークの位置を検出する工程にお
いては、少なくとも2ヵ所のマークについての位置検出
を行うことにより、試料搭載位置の並進誤差、試料面内
での回転誤差および一様な伸縮量を求める。さらに多数
のマーク位置を検出することにより、試料の局所的な面
内変形量をも求めることができる。また、これらの検出
結果を用いて、新たに形成すべき回路パターンの位置を
演算によって求める工程においては、試料表面上に新た
にパターンを形成すべき個々の位置を内挿法により求め
る。この場合には、内挿法による演算であるから、試料
表面上のパターン形成位置と試料裏面上に設けるマーク
位置とを必ずしも1対1に対応させる必要は無い。な
お、試料を載置する試料ステージの位置はレーザ測長器
で精密に計測されているので、試料を新たにパターン形
成すべき位置に正確に位置決めすることができる。
Next, a method of arranging the position detecting marks on the back surface of the sample according to the present invention will be described. In the step of detecting the positions of the marks provided on the back surface of the sample at a predetermined interval, by detecting the positions of at least two marks, the translation error of the sample mounting position, the rotation error in the sample plane, and Obtain a uniform amount of expansion and contraction. The local in-plane deformation amount of the sample can also be obtained by detecting a large number of mark positions. Further, in the step of calculating the position of the circuit pattern to be newly formed by using these detection results, each position where the pattern is newly formed on the sample surface is calculated by the interpolation method. In this case, since the calculation is performed by the interpolation method, the pattern formation position on the sample front surface and the mark position provided on the sample back surface do not necessarily have to be in one-to-one correspondence. Since the position of the sample stage on which the sample is placed is precisely measured by the laser length measuring device, the sample can be accurately positioned at a position where a new pattern is to be formed.

【0012】[0012]

【実施例】以下、本発明の実施例につき、図面を参照し
ながら、詳細に説明する。 〔実施例1〕図2に、本発明の一実施例になる位置検出
用光学系の基本的構成を示す。この光学系によれば、試
料裏面上に設けられたマークの位置を検出して該マーク
位置に対応する試料表面上の位置を求める、いわゆる裏
面マーク検出法において、試料が傾くことによって試料
裏面と試料表面との間に位置ずれが生じることに起因し
て発生する位置検出誤差をキャンセルすることが可能で
ある。まず、位置検出の方法について説明する。図4に
公知のあらさ測定器の光学系の概略構成を示す。これ
は、例えば、APPLIED OPTICS Vol.20, No.4 /p 610 に
記載されている。この測定器は、基本的にはノマルスキ
ー型干渉計の原理を用いたものである。ここでは、波長
がわずかに異なる二つの周波数の光を直線偏光の形で出
射するレーザ光源10が用いられている。該光源からの
光ビーム11は、レンズ系17を介して拡げられ、つい
でビームスプリッタ15により二つに分割される。分割
された一方の光ビームは検光子8aに入射して、そこで
ヘテロダイン干渉を生じる。この干渉光を光検出器7a
によって検出することによって、基準となる参照信号S
r が得られる。分割された他方のビームは、ウォラスト
ンプリズム5に入射し、そこで、P偏光(周波数ν1)の
ビーム11aとS偏光(周波数ν2)のビーム11bとに
分離される。分離されたビーム11a,11bは、対物
レンズ3によって絞られ、それぞれ試料裏面上の2点
A,Bを照射する。両照射点A,Bで反射された光は、
対物レンズ3を通り、ウォラストンプリズム5に入射す
る。ここで、両照射点A,Bからの反射光は、互いに重
なり合って一本のビームとなり、検光子8bに導かれ
る。検光子8bは、光ビーム11の偏光面に対して45
°の傾きとなるように配置されているので、ここでヘテ
ロダイン干渉が生じる。この干渉光を光検出器8bによ
って検出することによって検出信号Sd が得られる。該
検出信号Sd の周期は、上記参照信号Sr の周期と同一
である。よって、試料1が傾いた場合、検出光11aと
11bとの光路差が試料の傾き角に応じて変わり、参照
信号Sr に対する検出信号Sd の位相差が変化すること
になる。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. [Embodiment 1] FIG. 2 shows the basic construction of an optical system for position detection according to an embodiment of the present invention. According to this optical system, in the so-called back surface mark detection method in which the position of the mark provided on the back surface of the sample is detected and the position on the front surface of the sample corresponding to the mark position is obtained, the back surface of the sample can be It is possible to cancel the position detection error that occurs due to the positional deviation from the sample surface. First, the method of position detection will be described. FIG. 4 shows a schematic configuration of an optical system of a known roughness measuring device. This is described, for example, in APPLIED OPTICS Vol.20, No.4 / p610. This measuring device basically uses the principle of the Nomarski interferometer. Here, a laser light source 10 that emits light of two frequencies having slightly different wavelengths in the form of linearly polarized light is used. A light beam 11 from the light source is expanded via a lens system 17 and then split into two by a beam splitter 15. One of the split light beams is incident on the analyzer 8a, where heterodyne interference occurs. This interference light is detected by the photodetector 7a.
The reference signal S serving as a reference is detected by
You get r. The other split beam is incident on the Wollaston prism 5, where it is separated into a P-polarized beam (frequency ν 1 ) beam 11a and an S-polarized beam (frequency ν 2 ) beam 11b. The separated beams 11a and 11b are focused by the objective lens 3 and irradiate two points A and B on the back surface of the sample, respectively. The light reflected at both irradiation points A and B is
It passes through the objective lens 3 and enters the Wollaston prism 5. Here, the reflected lights from the irradiation points A and B overlap each other to form a single beam, which is guided to the analyzer 8b. The analyzer 8b is arranged at 45 degrees with respect to the plane of polarization of the light beam 11.
Since they are arranged so as to have an inclination of °, heterodyne interference occurs here. A detection signal Sd is obtained by detecting this interference light with the photodetector 8b. The cycle of the detection signal Sd is the same as the cycle of the reference signal Sr. Therefore, when the sample 1 tilts, the optical path difference between the detection lights 11a and 11b changes according to the tilt angle of the sample, and the phase difference of the detection signal Sd with respect to the reference signal Sr changes.

【0013】図4に示した検出原理を基本的に用いて、
裏面マーク2の位置検出を行なえるように構成した例を
図2に示す。図4の検出方式の場合と同様に、ここでも
波長がわずかに異なる二つの周波数のレーザ光を直線偏
光の形で出射する2周波レーザ光源10が用いられる。
レーザ光源10からのビーム11は、ウォラストンプリ
ズム5aによってP偏光ビーム11aとS偏光ビーム1
1bとに分離され、対物レンズ3を介して、試料裏面上
に設けられた格子状マーク2を照明する。両ビームの照
射点A,B間の間隔はLである。このとき、照射点A,
Bから生じる回折光のうち、+1次光12a,12bと
−1次光13a,13bのみに着目すると、これら1次
回折光の位相は、すでに述べたように、マーク2の位置
と試料1の傾き角とによって変化する。この位相変化分
φ1 は、同図の下方に示すように、検出器7aからの参
照信号Sr と検出器7bからの検出信号Sd との位相差
として求めることができる。+1次回折光12a,12
bと−1次回折光13a,13bとは、対物レンズ3に
より平行ビームとされ、フーリェ変換面において偏光ビ
ームスプリッタ4a,4bを用いることによって、一方
の照射点からの+1次回折光(例えば、照射点Bからの
+1次回折光12b)と他方の照射点からの−1次回折
光(例えば、照射点Aからの−1次回折光13a)とを
選び取る。この選び取ったビーム12bと13aを集光
レンズ6によって集光し、両ビームが交差する点にウォ
ラストンプリズム5bを置くことによってヘテロダイン
干渉を生じさせ、この干渉光を検光子8bを介して光検
出器7bにより検出する。得られる検出信号Sd と参照
信号Sr との間の位相差φ1 は、図3に示すように、マ
ーク2の位置をδ、マーク2のピッチをP、検出光の波
長をλ、両照射点A,B間の基準面に垂直方向でのずれ
量をtとすると、 φ1 =(4πδ/P)+(4πt/λ) ………(7) となる。ここで、図3に示されたずれ量tの方向は負の
方向であるとする。このとき試料の厚さをd、試料の傾
き角をθ、両照射ビーム11a,11b間の間隔をLと
すると、試料の傾き角θに起因する試料裏面と試料表面
間でのずれ量(つまり、位置検出誤差)εは、 ε = d・sinθ ………(8) となる。ここで、 θ = tan~1(t/L) ≒ t/L ………(9) である。そして、このずれ量εに起因する位相変化分と
ずれ量tに起因する位相変化分とが等しくなるように、
マークピッチPとビーム間隔Lを選べば良い。つまり、 (4πt/λ)=(4πε/P) ………(10) が成り立てば良い。つまり、式(7)〜式(10)より次の
式が満たされれば良いことがわかる。 d/P = L/λ ………(11) この式より、光源10として、例えば、波長λ=633
nmのHe−Neレーザを用いた場合、試料1の厚さd
=600μm、マークピッチP=6μmとすると、ビー
ム間隔Lを63.3 μmとすれば良いことが判る。そし
て、このビーム間隔Lは、ウォラストンプリズム5aの
ビーム分離角度ξと対物レンズ3の焦点距離fとによっ
て決められる。つまり、必要なビーム間隔Lが既知の場
合には、次式によってビーム分離角度ξが決定される。 ξ = 1/(2f) ………(12) すなわち、このような分離角度ξを有するウォラストン
プリズムを用いれば良いことになる。
Basically using the detection principle shown in FIG.
FIG. 2 shows an example in which the position of the back mark 2 can be detected. As in the case of the detection method of FIG. 4, here also a two-frequency laser light source 10 that emits laser light of two frequencies having slightly different wavelengths in the form of linearly polarized light is used.
The beam 11 from the laser light source 10 is a P-polarized beam 11a and an S-polarized beam 1 by the Wollaston prism 5a.
1b, and the lattice-shaped mark 2 provided on the back surface of the sample is illuminated via the objective lens 3. The distance between the irradiation points A and B of both beams is L. At this time, irradiation point A,
Focusing only on the + 1st order light 12a, 12b and the −1st order light 13a, 13b among the diffracted light generated from B, the phases of these 1st order diffracted light are, as described above, It changes depending on the angle. The phase change φ 1 can be obtained as a phase difference between the reference signal Sr from the detector 7a and the detection signal Sd from the detector 7b, as shown in the lower part of the figure. + 1st order diffracted light 12a, 12
b and the −1st-order diffracted lights 13a and 13b are made into parallel beams by the objective lens 3, and by using the polarization beam splitters 4a and 4b on the Fourier transform surface, the + 1st-order diffracted light from one irradiation point (for example, the irradiation point The + 1st-order diffracted light 12b from B and the -1st-order diffracted light from the other irradiation point (for example, the -1st-order diffracted light 13a from the irradiation point A) are selected. The selected beams 12b and 13a are condensed by the condensing lens 6, and the Wollaston prism 5b is placed at the intersection of the two beams to cause heterodyne interference, and the interference light is transmitted through the analyzer 8b. It is detected by the detector 7b. The phase difference φ 1 between the obtained detection signal Sd and the reference signal Sr is, as shown in FIG. 3, the position of the mark 2 is δ, the pitch of the mark 2 is P, the wavelength of the detection light is λ, both irradiation points. If the amount of deviation between A and B in the direction perpendicular to the reference plane is t, then φ 1 = (4πδ / P) + (4πt / λ) (7) Here, the direction of the shift amount t shown in FIG. 3 is assumed to be a negative direction. At this time, if the thickness of the sample is d, the tilt angle of the sample is θ, and the interval between the irradiation beams 11a and 11b is L, the amount of deviation between the sample back surface and the sample front surface due to the tilt angle θ of the sample (that is, , Position detection error) ε becomes ε = d · sin θ (8) Here, θ = tan to 1 (t / L) ≈t / L (9) Then, the phase change amount caused by the shift amount ε and the phase change amount caused by the shift amount t become equal to each other.
The mark pitch P and the beam interval L may be selected. That is, (4πt / λ) = (4πε / P) ... (10) should be established. That is, it is understood from the formulas (7) to (10) that the following formulas should be satisfied. d / P = L / λ (11) From this equation, for example, the wavelength λ = 633 as the light source 10.
When using a He-Ne laser of nm, the thickness d of the sample 1
= 600 μm and mark pitch P = 6 μm, it is understood that the beam interval L should be 63.3 μm. The beam interval L is determined by the beam separation angle ξ of the Wollaston prism 5a and the focal length f of the objective lens 3. That is, when the required beam spacing L is known, the beam separation angle ξ is determined by the following equation. ξ = 1 / (2f) (12) That is, it is sufficient to use a Wollaston prism having such a separation angle ξ.

【0014】次に、所要のビーム間隔Lを設定する際の
設定誤差の許容値ΔLについて考える。図5に示すよう
に、許容値ΔLが有限の値を取る場合、傾きに起因する
位置検出誤差Δε が生じる。ここで、重ね合わせ精度
の目標値0.03 μm(3σ)に対して、Δε < 0.01
μm程度に抑える必要がある。また、試料1の反りに起
因する傾き角θは、通常 ±0.15 m rad 程度にな
る。このときΔεは、次式で表わされる。 Δε =(ΔL/L)θ・d ………(13) 上式を整理すると、ビーム間隔Lの設定誤差の許容値Δ
Lは、所要ビーム間隔Lの約15%以内に抑える必要が
あることがわかる。そこで、多少のマージンを考え、Δ
LをLの10%以内にしておけば十分である。すなわ
ち、ビーム間隔Lは、0.9(d・λ/P)<L<1.1
(d・λ/P)なる範囲内の値に選定するのが望ましい。
さらに、図6に示すように、試料に照射するビーム11
a,11bの照射スポット径γは、nを自然数としたと
きに、 γ = n・P ………(14) とするのが好ましい。このようにすると、マーク2の段
差の影響を低く抑えることができるからである。また、
試料の厚さが変わった場合には、式(11)を変形するこ
とによって得られる次式に基づいて、マーク2のピッチ
Pを定めれば良い。 P = d・λ/L ………(15) 次に、このマークピッチPの設定誤差の許容値ΔPにつ
いて考える。式(10)より、マークピッチPにΔPなる
誤差がある場合、それによって生じる位置検出誤差Δε
は、 Δε =(t/λ)ΔP ………(16) となる。ここで、先にビーム間隔Lの設定誤差許容値Δ
Lを計算した時と同じ条件を適用すると、マークピッチ
Pの設定誤差の許容値ΔPは±0.7 μmであれば良い
ことになる。この許容値ΔPは所要マークピッチPに対
して約12%であるので、多少のマージンを考えても、
ΔPはPの10%以内にすれば充分であると云える。つ
まり、マークピッチPは、0.9(dλ/L)<P<1.1
(dλ/L)なる範囲内の値に選定するのが望ましい。こ
のようにすることによって、敢えて試料の傾き角を検出
するための傾き検出器を設けること無くして、試料裏面
上に設けられたマークの位置を検出して、試料表面上に
おける所望のパターン形成位置を精度良く求めることが
可能となる。
Next, the allowable value ΔL of the setting error when setting the required beam interval L will be considered. As shown in FIG. 5, when the allowable value ΔL has a finite value, a position detection error Δε due to the tilt occurs. Here, for the target value of overlay accuracy of 0.03 μm (3σ), Δε <0.01
It is necessary to suppress to about μm. Further, the tilt angle θ due to the warp of the sample 1 is usually about ± 0.15 m rad. At this time, Δε is expressed by the following equation. Δε = (ΔL / L) θ · d (13) When the above formula is arranged, the allowable value Δ of the setting error of the beam interval L is Δ
It is understood that L needs to be suppressed within about 15% of the required beam interval L. Therefore, considering some margin, Δ
It is sufficient to keep L within 10% of L. That is, the beam interval L is 0.9 (d · λ / P) <L <1.1.
It is desirable to select a value within the range of (d · λ / P).
Further, as shown in FIG.
The irradiation spot diameter γ of a and 11b is preferably γ = n · P (14), where n is a natural number. This is because the influence of the step of the mark 2 can be suppressed to a low level. Also,
When the thickness of the sample changes, the pitch P of the mark 2 may be determined based on the following equation obtained by modifying the equation (11). P = d · λ / L (15) Next, the allowable value ΔP of the setting error of the mark pitch P will be considered. From the equation (10), when the mark pitch P has an error of ΔP, the position detection error Δε caused by the error
Is Δε = (t / λ) ΔP ... (16) Here, the setting error allowable value Δ of the beam interval L is first
If the same conditions as when L is calculated are applied, the allowable value ΔP of the setting error of the mark pitch P should be ± 0.7 μm. Since this allowable value ΔP is about 12% with respect to the required mark pitch P, even if some margin is taken into consideration,
It can be said that ΔP is sufficient if it is within 10% of P. That is, the mark pitch P is 0.9 (dλ / L) <P <1.1.
It is desirable to select a value within the range of (dλ / L). By doing so, the position of the mark provided on the back surface of the sample can be detected without providing the tilt detector for detecting the tilt angle of the sample, and the desired pattern formation position on the surface of the sample can be detected. Can be obtained with high accuracy.

【0015】上記したマーク2の形成方法としては、レ
ーザマーカを利用するのが簡便である。また、形成され
たマーク2は、図7に示すように、酸化膜等の保護膜1
8によって保護されているのが好ましい。また、図8に
示すように、保護膜18aの上にさらに重ねて設けられ
た保護膜18b中にマーク2を形成することにより、試
料(例えば、Si 基板)1を直接加工する必要が無くな
る。このようにすることにより、Si 基板の内部に転移
等による欠陥が発生するのを防止することができる。そ
の他にも、例えば電子材料1991年1月号の第55,
60頁に記載されているような走査型トンネル顕微鏡
(STM:Scanning Tunneling Microscope)を用いた微
細加工技術を利用して原子オーダの大きさのマークを形
成し、該マークを位置検出に用いるようにしても良い。
このような原子オーダの大きさのマークを用いると、位
置検出感度の向上や試料の変形や歪に起因する検出誤差
の低減が可能となり、より一層好ましい。また、試料1
は、Si 基板に限らず、GaAs基板、ガラス基板、また
はプラスチック基板であっても良く、さらには、これら
の基板上に感光性薄膜を付着せしめたダミー基板であっ
ても良い。
As a method of forming the mark 2 described above, it is convenient to use a laser marker. Further, the formed mark 2 is, as shown in FIG. 7, a protective film 1 such as an oxide film.
It is preferably protected by 8. Further, as shown in FIG. 8, by forming the mark 2 in the protective film 18b provided so as to overlap the protective film 18a, it is not necessary to directly process the sample (for example, Si substrate) 1. By doing so, it is possible to prevent the occurrence of defects due to transfer or the like inside the Si substrate. In addition, for example, electronic materials January 1991 issue 55,
Scanning tunneling microscope as described on page 60
It is also possible to form a mark having an atomic order size by using a fine processing technique using (STM: Scanning Tunneling Microscope) and use the mark for position detection.
It is even more preferable to use a mark having such an atomic order size because it is possible to improve the position detection sensitivity and reduce the detection error due to the deformation and distortion of the sample. Also, sample 1
Is not limited to the Si substrate, but may be a GaAs substrate, a glass substrate, or a plastic substrate, or may be a dummy substrate in which a photosensitive thin film is attached to these substrates.

【0016】図9に、上記した実施例の一変形例を示
す。図9の構成は、図2に示した構成における試料への
入射光と試料からの反射光との位置を置き換えたものに
相当する。2周波レーザ光源10からのレーザビームを
レンズ9によりコリメートした後に、偏光ビームスプリ
ッタ4によって二つのビームに分け、一方の反射された
ビームを対物レンズ3を介して試料に入射させると共
に、他方の透過したビームを反射ミラー22によって反
射させてから、対物レンズ3を介して試料に入射させ
る。このとき、試料裏面上での両ビームの照射点が互い
に距離Lだけ離れるように、ビームスプリッタ4および
反射ミラー22の反射角度を設定する。試料裏面上に設
けられたマーク2によって回折された光のうち、試料裏
面に対して垂直方向に得られる回折光(±1次回折光)
のみを取りだし、対物レンズ3によって集光する。集光
された両ビームの交差角度と一致する分離角度を有する
ウォラストンプリズム5を用いて、両ビームを一つに重
ね合わせ、ついで、偏光板8によってヘテロダイン干渉
を生じさせ、この干渉光を光検出器7により検出する。
このように構成することによって、位置検出装置全体を
更に小型化することができる。さらに、試料1の厚みd
を変えたい場合には、その厚みdの変化に対応させて、
反射ミラー22と偏光ビームスプリッタ4の反射角度を
微調節して、改めてビーム間隔Lが式(11)を満足する
ように設定してやれば良い。この反射角度の微調節のた
めに、反射角度の調節手段42a,42bが設けられて
いる。
FIG. 9 shows a modification of the above embodiment. The configuration of FIG. 9 corresponds to the configuration shown in FIG. 2 in which the positions of the incident light on the sample and the reflected light from the sample are replaced. The laser beam from the dual-frequency laser light source 10 is collimated by the lens 9 and then split into two beams by the polarization beam splitter 4. One of the reflected beams is incident on the sample through the objective lens 3 and the other is transmitted. The reflected beam is reflected by the reflection mirror 22 and then is incident on the sample through the objective lens 3. At this time, the reflection angles of the beam splitter 4 and the reflection mirror 22 are set so that the irradiation points of both beams on the back surface of the sample are separated from each other by the distance L. Of the light diffracted by the mark 2 provided on the back surface of the sample, the diffracted light obtained in the direction perpendicular to the back surface of the sample (± 1st order diffracted light)
Only the object is taken out and condensed by the objective lens 3. By using the Wollaston prism 5 having a separation angle that matches the intersecting angle of both the collected beams, the two beams are superposed on one another, and then the polarizing plate 8 causes heterodyne interference to generate the interference light. It is detected by the detector 7.
With this configuration, the position detecting device as a whole can be further downsized. Further, the thickness d of the sample 1
If you want to change the
It suffices to finely adjust the reflection angles of the reflection mirror 22 and the polarization beam splitter 4 and set again so that the beam interval L satisfies the expression (11). For fine adjustment of the reflection angle, reflection angle adjusting means 42a and 42b are provided.

【0017】〔実施例2〕図13に、本発明の他の一実
施例になる位置検出装置の構成を示す。この実施例は、
非結像形位置検出光学系を用いて、高精度の位置検出を
行えるように構成したものである。上記した実施例1に
おいては、試料の裏面に設けられたマークに2本の光ビ
ームを照射して、試料から反射回折する光の位相から試
料表面における位置の検出を行なったが、その他にも、
図13に示すような非結像形位置検出光学系を用いるこ
とによっても、位置検出値に試料の傾き角に依存した偏
差分を生じさせることができ、該偏差分によって試料の
傾きに起因する検出誤差εを相殺させてやることができ
る。まず、図14を用いて非結像形位置検出光学系を用
いた位置検出方式の原理について説明する。レーザ光源
101から出射されたレーザビームは、偏光板8、コリ
メータレンズ9を通り、偏光ビームスプリッタ4によっ
てλ/4板44に導かれ、その後、対物レンズ3により
集光されて、試料1上のマーク2を照射する。この照射
位置から反射回折される+1次回折光12、−1次回折
光13および0次回折光45は、再び対物レンズ3、λ
/4板44、偏光ビームスプリッタ4を経て、集光レン
ズ6により絞られ、該光学系の共役位置Cから上方に距
離kだけ離れた場所に設置された2分割受光素子43に
入射する。この受光素子43の受光面上における光ビー
ム12、13、45の入射状態を図15を用いて説明す
る。2分割受光素子43の受光面の中央には0次回折光
45が入射し、その両側に+1次回折光12と−1次回
折光13が入射する。このような配置にした場合、マー
ク2が水平方向(X方向)に位置ずれすると、領域Cと領
域Dの光強度がそれぞれ干渉により変化する。そこで、
引き算器46によって受光部43a,43bからの出力
の差分値を求めると、同図の下方に示すように、検出位
置(X)に対して上記の差分値が線形状に変化するので、
これよりマーク位置の検出が可能となる。上記の受光素
子43は、2分割に限らず、2分割以上のものであれば
どれを用いても同様の結果が得られる。
[Embodiment 2] FIG. 13 shows the configuration of a position detecting device according to another embodiment of the present invention. This example
The non-imaging type position detection optical system is used to perform highly accurate position detection. In Example 1 described above, the mark provided on the back surface of the sample was irradiated with two light beams, and the position on the sample surface was detected from the phase of light reflected and diffracted from the sample. ,
By using a non-imaging type position detection optical system as shown in FIG. 13, it is possible to cause a deviation in the position detection value depending on the tilt angle of the sample, and the deviation causes the tilt of the sample. It is possible to cancel the detection error ε. First, the principle of the position detection method using the non-imaging type position detection optical system will be described with reference to FIG. The laser beam emitted from the laser light source 101 passes through the polarization plate 8 and the collimator lens 9, is guided to the λ / 4 plate 44 by the polarization beam splitter 4, and then is condensed by the objective lens 3 to be on the sample 1. Irradiate the mark 2. The + 1st-order diffracted light 12, the -1st-order diffracted light 13, and the 0th-order diffracted light 45 reflected and diffracted from this irradiation position are again converted into the objective lens 3 and
After passing through the / 4 plate 44 and the polarization beam splitter 4, the light is focused by the condenser lens 6 and is incident on the two-divided light receiving element 43 which is installed at a position separated by a distance k upward from the conjugate position C of the optical system. The incident state of the light beams 12, 13, 45 on the light receiving surface of the light receiving element 43 will be described with reference to FIG. The 0th-order diffracted light 45 is incident on the center of the light-receiving surface of the two-divided light-receiving element 43, and the + 1st-order diffracted light 12 and the -1st-order diffracted light 13 are incident on both sides thereof. With such an arrangement, when the mark 2 is displaced in the horizontal direction (X direction), the light intensities of the regions C and D change due to interference. Therefore,
When the difference value of the outputs from the light receiving units 43a and 43b is obtained by the subtractor 46, the difference value changes linearly with respect to the detection position (X) as shown in the lower part of the figure.
This makes it possible to detect the mark position. The above-mentioned light receiving element 43 is not limited to two divisions, and the same result can be obtained by using any of two or more divisions.

【0018】次に、試料1が傾いた場合における検出信
号の状態について、図16を用いて説明する。このマー
ク位置検出光学系における受光素子43は、上記したよ
うに光学系の共役位置Cから距離kだけ離れているの
で、それぞれの光12、13、45は距離jだけ横ずれ
して、受光素子43に入射することになる。このような
場合には、0次回折光45は、受光部43aの側に多く
入射し、受光部43b側には少ししか入射しなくなるの
で、受光部43a側の出力と受光部43b側の出力との
間にアンバランスが生じ、その結果引き算器46からの
出力差分値にオフセット(偏差分)が含まれることにな
る。ここで、領域C´と領域D´との間に距離iを設け
ることによって、上記の出力差分値に含まれるオフセッ
ト量を試料1の傾き角θに対して線形関係となるように
することができる。また、試料1の厚さdが異なる場合
には、式(8)より、図1に示すずれ量εと上記のオフ
セット量とが等しくなるように、上記の距離kを調節し
てやれば良い。このように構成することによって、試料
1の傾きに起因して位置検出値に誤差を生じることのな
い高精度の位置検出装置が得られる。
Next, the state of the detection signal when the sample 1 is tilted will be described with reference to FIG. Since the light receiving element 43 in this mark position detecting optical system is separated from the conjugate position C of the optical system by the distance k as described above, the respective light beams 12, 13, 45 are laterally offset by the distance j, and the light receiving element 43. Will be incident on. In such a case, the 0th-order diffracted light 45 is largely incident on the light receiving portion 43a side and only slightly incident on the light receiving portion 43b side, so that the output on the light receiving portion 43a side and the output on the light receiving portion 43b side are generated. An imbalance occurs between the two, and as a result, the output difference value from the subtractor 46 includes an offset (deviation). Here, by providing the distance i between the region C ′ and the region D ′, the offset amount included in the above output difference value can be made to have a linear relationship with the tilt angle θ of the sample 1. it can. Further, when the thickness d of the sample 1 is different, the distance k may be adjusted according to the equation (8) so that the shift amount ε shown in FIG. 1 becomes equal to the offset amount. With this configuration, it is possible to obtain a highly accurate position detection device that does not cause an error in the position detection value due to the inclination of the sample 1.

【0019】〔実施例3〕図17に、本発明のさらに他
の一実施例になる位置検出装置の構成を示す。この実施
例は、干渉計の原理を応用して、高精度の位置検出を行
えるように構成したものである。図17において、レー
ザ光源101から出射したビームは、ミラー47cを介
して、試料1の裏面上に形成されたマーク2上に照射さ
れる。この照射位置から反射回折される+1次回折光1
2と−1次回折光13はそれぞれミラー47a,47b
により反射された後に、スリット48上で干渉せしめら
れる。この干渉によって生じる干渉縞の明暗をスリット
開口を介して光検出器7により検出する。このスリット
開口の開口幅を、上記干渉縞のピッチの丁度1/2に設
定しておくと、S/N比の高い検出信号が得られる。こ
の状態で、マーク2がX方向に移動すると、同図の下方
に示すように、光検出器7の出力信号が変化するので、
該出力信号からマーク2の位置を検出することができ
る。
[Third Embodiment] FIG. 17 shows the arrangement of a position detecting apparatus according to a third embodiment of the present invention. In this embodiment, the principle of an interferometer is applied so that highly accurate position detection can be performed. In FIG. 17, the beam emitted from the laser light source 101 is irradiated onto the mark 2 formed on the back surface of the sample 1 via the mirror 47c. + 1st-order diffracted light 1 reflected and diffracted from this irradiation position
The second and −1st order diffracted light 13 are reflected by mirrors 47a and 47b, respectively.
After being reflected by, the light is caused to interfere on the slit 48. Light and dark of interference fringes caused by this interference are detected by the photodetector 7 through the slit opening. If the opening width of this slit opening is set to just 1/2 of the pitch of the interference fringes, a detection signal with a high S / N ratio can be obtained. In this state, when the mark 2 moves in the X direction, the output signal of the photodetector 7 changes as shown in the lower part of FIG.
The position of the mark 2 can be detected from the output signal.

【0020】次に、試料1が基準面からθだけ傾いた場
合における回折光光路の変化の様子を図18を用いて説
明する。試料1が傾くと、1次回折光12、13の光路
は、それぞれ破線で示した位置から実線で示した位置に
シフトする。このため、1次回折光12、13にはそれ
ぞれ光路差が生じ、スリット48上に生じる干渉縞の位
置も横方向にずれることになる。つまり、試料1が傾く
ことによってマーク位置検出結果にオフセットが含まれ
ることになる。このオフセット量が式(8)で示す誤差量
εと丁度等しくなるように、ミラー47a,47b間の
間隔と検出マーク2のピッチPを選んでおくことによっ
て、試料1の傾きに起因する位置検出誤差を相殺するこ
とができ、高精度の試料表面位置検出が可能となる。
Next, how the diffracted light path changes when the sample 1 is inclined by θ from the reference plane will be described with reference to FIG. When the sample 1 tilts, the optical paths of the first-order diffracted lights 12 and 13 shift from the positions shown by the broken lines to the positions shown by the solid lines. Therefore, an optical path difference occurs between the first-order diffracted lights 12 and 13, and the position of the interference fringes generated on the slit 48 also shifts in the lateral direction. That is, the tilt of the sample 1 causes the mark position detection result to include an offset. The distance between the mirrors 47a and 47b and the pitch P of the detection mark 2 are selected so that the offset amount is exactly equal to the error amount ε shown in the equation (8). The error can be canceled out, and the sample surface position can be detected with high accuracy.

【0021】〔実施例4〕図10に、本発明による裏面
マーク検出方式を縮小投影露光装置に応用した場合の一
実施例を示す。実施例1〜3に示したような、試料1の
傾きに起因する位置検出誤差を相殺できるように構成さ
れた裏面マーク検出装置は、現在半導体装置製造のため
のパターン形成装置の主流となっている縮小投影露光装
置における位置検出用に用いてとくに好適である。図1
0において、レティクル31上に形成されている原画パ
ターンは、単色光光源30によって照明され、縮小投影
レンズ24を介して試料1の表面上に縮小投影される。
このように、レティクル31と試料1との間に縮小投影
レンズ24が存在するような場合においては、試料の上
側(表面側)にマーク検出器を配置するのが困難であるた
め、本発明によるマーク位置検出装置19を用いて試料
の下側(裏面側)から試料裏面上のマークを検出するよ
うに構成するのがとくに有効である。このマーク位置検
出装置19によって試料表面上における正確な位置を検
出しつつ、試料微動装置25によって試料をXY方向に
微動させて、試料表面上の所望のパターン形成位置に上
記の原画パターンが縮小投影されるように、試料側での
位置合わせを行う。この位置合わせに際しては、試料台
14に取り付けられているミラー38の位置をレーザ測
長器37によって精密に測定し、その測定値に基づい
て、制御装置39を介して試料微動装置25を制御する
ことによって行われる。
[Embodiment 4] FIG. 10 shows an embodiment in which the rear surface mark detection method according to the present invention is applied to a reduction projection exposure apparatus. The backside mark detection device configured to cancel the position detection error caused by the inclination of the sample 1 as shown in Examples 1 to 3 is currently the mainstream of pattern formation devices for manufacturing semiconductor devices. It is particularly suitable for use in position detection in a reduction projection exposure apparatus. Figure 1
At 0, the original image pattern formed on the reticle 31 is illuminated by the monochromatic light source 30 and is reduced and projected onto the surface of the sample 1 via the reduction projection lens 24.
As described above, when the reduction projection lens 24 is present between the reticle 31 and the sample 1, it is difficult to dispose the mark detector on the upper side (front side) of the sample. It is particularly effective to use the mark position detecting device 19 to detect the mark on the back surface of the sample from the lower side (back surface side) of the sample. While the mark position detection device 19 detects an accurate position on the sample surface, the sample fine movement device 25 finely moves the sample in the XY directions to reduce and project the original image pattern at a desired pattern formation position on the sample surface. As described above, alignment is performed on the sample side. In this alignment, the position of the mirror 38 attached to the sample table 14 is precisely measured by the laser length measuring instrument 37, and the sample fine movement device 25 is controlled via the control device 39 based on the measured value. Done by.

【0022】レテイクル31の位置検出は、該レテイク
ル上に設けられたマーク33を、レティクルマーク検出
用光学系26a,26bを介して、検出器27a,27
bで検出することによって行われる。このレテイクル位
置検出結果に基づいて、レティクル微動装置40により
レティクルを微動させてレティクル31の位置合わせを
行なう。これにより、レティクル31は、絶対基準に対
して位置決めされる。また、試料表面上のパターン形成
位置への縮小投影レンズ24の焦点合わせのために焦点
合わせ装置32が設けられている。この焦点合わせ装置
は、例えばエアマイクロメータの原理を利用した間隙保
持手段を用いて、試料表面と縮小投影レンズとの間の相
対距離を一定に保つように構成したもので良い。また、
試料厚さ測定器41によって試料の厚さが測定され、測
定された試料厚さに応じて、マーク位置検出装置19の
位置検出値に含まれる偏差分を補正する必要があるかど
うかの判断がなされる。
The position of the reticle 31 is detected by detecting the mark 33 provided on the reticle via the reticle mark detecting optical systems 26a and 26b.
This is done by detecting in b. Based on this reticle position detection result, the reticle fine movement device 40 finely moves the reticle to align the reticle 31. As a result, the reticle 31 is positioned with respect to the absolute reference. A focusing device 32 is provided for focusing the reduction projection lens 24 on the pattern formation position on the sample surface. This focusing device may be configured to maintain a constant relative distance between the sample surface and the reduction projection lens by using a gap holding means utilizing the principle of an air micrometer, for example. Also,
The thickness of the sample is measured by the sample thickness measuring device 41, and it is determined whether or not the deviation included in the position detection value of the mark position detecting device 19 needs to be corrected according to the measured sample thickness. Done.

【0023】〔実施例5〕図11に、本発明による裏面
マーク検出方式を電子線描画装置の位置合わせに応用し
た場合の一実施例を示す。図11に示すように、電子線
描画装置においては、描画データ記憶部36に記憶され
ているパターンデータによって電子銃34と電子レンズ
35a,35b,35cが制御され、試料1の表面上に
所望のパターンが形成される。試料1の下側(裏面側)に
は、本発明によるマーク位置検出装置19が設置されて
いる。このマーク位置検出装置19における位置検出方
式は、先の実施例1、実施例2、あるいは、実施例3に
おいて説明したのと同様であるので、ここでは詳しい説
明を省略する。このように本発明によれば、電子線描画
装置の位置合わせをも今までにない高精度でもって行な
うことができる。
[Embodiment 5] FIG. 11 shows an embodiment in which the back surface mark detection method according to the present invention is applied to the alignment of an electron beam drawing apparatus. As shown in FIG. 11, in the electron beam drawing apparatus, the electron gun 34 and the electron lenses 35a, 35b, 35c are controlled by the pattern data stored in the drawing data storage unit 36, so that the desired surface on the sample 1 is controlled. A pattern is formed. On the lower side (back side) of the sample 1, the mark position detecting device 19 according to the present invention is installed. The position detecting method in the mark position detecting device 19 is the same as that described in the first, second, or third embodiment, and therefore detailed description thereof is omitted here. As described above, according to the present invention, the alignment of the electron beam drawing apparatus can be performed with the highest accuracy ever.

【0024】〔実施例6〕図12に本発明による裏面マ
ーク検出方式を1:1の近接露光装置における位置合わ
せに応用した場合の一実施例を示す。この図に示すよう
に、本発明による裏面マーク検出方式は、上記した縮小
投影装置や電子線描画装置の場合と同様にして、1:1
の近接露光装置にも適用可能である。この1:1近接露
光装置においては、所望のパターンの描かれたマスク2
0と試料1とを近接させた状態で、X線光源49からの
X線などで露光し、上記パターンを試料1の表面上に形
成するものである。パターンマスク20は、マスク微動
装置21上に保持されており、ミラー38´の位置をレ
ーザ測長器37によって精密に測定し、その測定値に基
づいて、制御装置39を介してマスク微動装置21を制
御することによって、マスク20の精密な位置決めが行
われる。本実施例におけるマーク位置の検出方法は、実
施例1、実施例2、あるいは実施例3の場合と同様であ
り、また、パターンの形成方法は、実施例4、あるいは
実施例5の場合と同様なので、ここでは詳しい説明を省
略する。
[Embodiment 6] FIG. 12 shows an embodiment in which the back mark detection method according to the present invention is applied to alignment in a 1: 1 proximity exposure apparatus. As shown in this figure, the rear surface mark detection method according to the present invention is 1: 1 in the same manner as in the case of the above-described reduction projection apparatus or electron beam drawing apparatus.
It is also applicable to the proximity exposure apparatus. In this 1: 1 proximity exposure apparatus, a mask 2 on which a desired pattern is drawn
In the state where 0 and the sample 1 are in close proximity to each other, the pattern is exposed on the surface of the sample 1 by exposure with X-rays or the like from the X-ray light source 49. The pattern mask 20 is held on the mask fine movement device 21, the position of the mirror 38 'is precisely measured by the laser length measuring device 37, and the mask fine movement device 21 is controlled via the control device 39 based on the measured value. The precise positioning of the mask 20 is performed by controlling the. The method for detecting the mark position in this embodiment is the same as that in the first, second, or third embodiment, and the pattern formation method is the same as in the fourth, fifth embodiment. Therefore, detailed description is omitted here.

【0025】〔実施例7〕図19に、本発明のさらに他
の一実施例を示す。本実施例は、本発明による位置検出
方法を用いた縮小投影露光装置において、試料表面に形
成すべきパターンの配列ピッチと試料裏面に設けられる
位置検出用マークの配列ピッチが異なる場合についての
ものである。図において、光源30からの光がコンデン
サレンズ60を介して半導体集積回路等のパターンが描
かれたレティクル31を照明する。レティクル31上の
パターンによって回折された光は、縮小投影レンズ24
を介して試料1の表面上に到達する。その結果、レティ
クル31上のパターンが試料1表面上に縮小投影される
ことになる。試料1は、試料台14上に吸着固定されて
おり、試料台14は、ステージ駆動装置62によりそれ
ぞれx,y,z方向に移動せしめられるステージ65,
64,63上に搭載されているので、駆動装置62を動
作させることによって、試料1を所定のピッチで位置決
めしながら露光を繰り返すことにより、試料1の表面上
に上記した所定のピッチで複数個の上記パターンを形成
することができる。レーザ測長器37によってミラー3
8の位置を測定することにより、試料台14の位置を正
確に求めることができる。そして、求められた試料台位
置を目標位置と比較し、その差を制御装置39を介して
駆動装置62にフィードバックするように構成してある
ので、パターンを形成すべき目標位置を与えれば、該目
標位置への試料台14の位置決めは正確に行われる。
[Embodiment 7] FIG. 19 shows still another embodiment of the present invention. This embodiment relates to a case where the arrangement pitch of the pattern to be formed on the sample front surface and the arrangement pitch of the position detection marks provided on the back surface of the sample are different in the reduction projection exposure apparatus using the position detection method according to the present invention. is there. In the figure, light from a light source 30 illuminates a reticle 31 on which a pattern such as a semiconductor integrated circuit is drawn via a condenser lens 60. The light diffracted by the pattern on the reticle 31 is reduced by the reduction projection lens 24.
To reach the surface of the sample 1 via. As a result, the pattern on the reticle 31 is reduced and projected on the surface of the sample 1. The sample 1 is adsorbed and fixed on the sample table 14, and the sample table 14 is moved by a stage driving device 62 in the x, y, and z directions, respectively.
Since it is mounted on 64 and 63, the exposure is repeated while the sample 1 is positioned at a predetermined pitch by operating the driving device 62, so that a plurality of samples 1 are formed on the surface of the sample 1 at the above-described predetermined pitch. The above pattern can be formed. Mirror 3 by laser length measuring device 37
The position of the sample table 14 can be accurately obtained by measuring the position of 8. Then, the obtained sample stage position is compared with the target position, and the difference is fed back to the driving device 62 via the control device 39. Therefore, if the target position for forming the pattern is given, Positioning of the sample table 14 at the target position is accurately performed.

【0026】レティクル31と試料1との間のアライメ
ントは、図20に示す順序で行う。まず、工程70にお
いて、レティクル31の位置決めを行う。すなわち、レ
ティクル31を微動ステージ40上に装着し、制御装置
39によって該微動ステージ40を微動位置決めするこ
とにより、レティクル31の中心位置を露光光学系の光
軸に一致させる。次に、工程71において、試料1の裏
面に既に設けてある複数の位置検出用マーク2の位置検
出を行う。すなわち、試料1の裏面に設けてある位置検
出マーク2の位置を、試料台14に設けられた開口部8
0を介して、ベース66上に固定設置されたマーク位置
検出装置19で検出する。ついで、工程72において、
少なくとも2個のマークについてのマーク位置の誤差
(x,y両方向についての誤差)より、試料台14上に
載置された試料の並進誤差、試料面内での回転装着誤差
および試料面内での等方的な伸縮量が演算部61により
計算される。さらに、多数の位置検出マーク2について
のマーク位置誤差を検出すれば、統計的な演算処理によ
り、前記試料1の並進誤差、面内回転装着誤差および伸
縮量等の平均的な装着誤差をより高い精度で求めること
ができる。この平均的な装着誤差の計算が工程72で行
われる。さらに、判断工程73において、試料1の局所
的な変形量をも求める必要があると判断した場合には、
演算工程74により、試料1の局所的な変形量を演算し
て求める。以上の検出結果に基づいて、露光位置の算出
工程75においては、試料1上にパターンを形成すべき
個々の位置を演算する。最後に、露光工程76におい
て、ステージ駆動手段62により、上記演算で求められ
た複数のパターン形成位置に試料を順次位置決めしなが
ら、パターンの露光を行う。
The alignment between the reticle 31 and the sample 1 is performed in the order shown in FIG. First, in step 70, the reticle 31 is positioned. That is, by mounting the reticle 31 on the fine movement stage 40 and finely positioning the fine movement stage 40 by the control device 39, the center position of the reticle 31 coincides with the optical axis of the exposure optical system. Next, in step 71, position detection of the plurality of position detection marks 2 already provided on the back surface of the sample 1 is performed. That is, the position of the position detection mark 2 provided on the back surface of the sample 1 is set to the opening 8 provided on the sample table 14.
It is detected by the mark position detecting device 19 fixedly installed on the base 66 via 0. Then, in step 72,
From the error in the mark position (error in both the x and y directions) for at least two marks, the translation error of the sample placed on the sample table 14, the rotational mounting error in the sample surface, and the error in the sample surface. The isotropic expansion / contraction amount is calculated by the calculation unit 61. Furthermore, if mark position errors for a large number of position detection marks 2 are detected, the average mounting error such as translational error, in-plane rotational mounting error and expansion / contraction amount of the sample 1 is increased by statistical calculation processing. It can be calculated with accuracy. This average mounting error calculation is performed at step 72. Furthermore, when it is determined in the determination step 73 that the local deformation amount of the sample 1 also needs to be obtained,
In the calculation step 74, the local deformation amount of the sample 1 is calculated and obtained. Based on the above detection results, in the exposure position calculation step 75, individual positions where a pattern is to be formed on the sample 1 are calculated. Finally, in the exposure step 76, the stage drive unit 62 exposes the pattern while sequentially positioning the sample at the plurality of pattern formation positions obtained by the above calculation.

【0027】試料台14の表面には、図21に示すよう
に、x方向,y方向のピッチをそれぞれSx,Syとし
た複数の開口部分80が設けられている。それぞれの開
口部分の間に残されている試料台表面部分には、試料1
を真空吸着するための吸着溝が設けられているが、図2
1ではこの吸着溝の図示は省略されている。一方、試料
1の裏面には、位置検出用のマーク2が上記開口部分8
0のピッチSx,Syと同じピッチで設けられている。
これにより、試料台14の下側から上記の開口部分80
を通して、試料1の裏面上に設けられている全ての位置
検出用マーク2を直接観測できる。ここでは、試料1の
表面に形成すべき複数のパターン81の配列ピッチ(あ
るいは、チップサイズ)Px,Pyと試料1の裏面に予
め設けられる位置検出用マーク2の配列ピッチSx,S
yとを一致させる必要は無い。本実施例では、試料1の
表面に形成すべきパターン81の配列ピッチPx,Py
とは全く無関係なピッチSx,Syでもって試料裏面に
設けられている位置検出用マーク2を試料の裏側から検
出することによって、試料1の装着誤差や試料表面上の
局所的な変形量を求め、その上で、試料1の表面に形成
すべきパターン81の個々の位置を演算により求めてい
る。したがって、半導体集積回路等を製造するに当た
り、第1層目のパターンを露光する際にも、試料1の裏
面に予め設けた位置検出用マーク2の位置検出を行う。
本実施例においては、試料台14に設ける開口部80の
配列ピッチSx,Syを、いずれも25mmとした。な
お、この開口部80には、マーク位置の検出に用いる光
に対して透明な材料(例えば、ガラス等)を埋め込んで
おいても良い。さらに、試料台14の試料支持部分全体
をマーク位置検出用の光に対して透明な材料で構成して
も良い。また、真空吸着用の溝を省略して、代わりに、
電磁的に試料を固定する方法を採用しても良い。
As shown in FIG. 21, the surface of the sample table 14 is provided with a plurality of openings 80 having pitches Sx and Sy in the x and y directions, respectively. The sample 1 is attached to the surface part of the sample table left between the openings.
2 is provided with a suction groove for vacuum sucking
In FIG. 1, the suction groove is not shown. On the other hand, on the back surface of the sample 1, the mark 2 for position detection is provided with the opening 8
They are provided at the same pitch as the 0 pitch Sx, Sy.
As a result, the above-mentioned opening portion 80 is provided from the lower side of the sample table 14.
Through it, all the position detection marks 2 provided on the back surface of the sample 1 can be directly observed. Here, the arrangement pitch (or chip size) Px, Py of the plurality of patterns 81 to be formed on the front surface of the sample 1 and the arrangement pitch Sx, S of the position detection marks 2 previously provided on the back surface of the sample 1.
It is not necessary to match y. In this embodiment, the arrangement pitches Px, Py of the patterns 81 to be formed on the surface of the sample 1 are arranged.
By detecting the position detection mark 2 provided on the back surface of the sample from the back side of the sample with pitches Sx and Sy that are completely unrelated to, the mounting error of the sample 1 and the local deformation amount on the surface of the sample are obtained. Then, the individual positions of the pattern 81 to be formed on the surface of the sample 1 are calculated. Therefore, when manufacturing a semiconductor integrated circuit or the like, the position of the position detection mark 2 previously provided on the back surface of the sample 1 is detected even when the first layer pattern is exposed.
In the present embodiment, the arrangement pitch Sx and Sy of the openings 80 provided in the sample table 14 are both set to 25 mm. A material (for example, glass) that is transparent to the light used for detecting the mark position may be embedded in the opening 80. Further, the entire sample supporting portion of the sample table 14 may be made of a material transparent to the mark position detecting light. Also, omit the groove for vacuum suction, instead,
A method of electromagnetically fixing the sample may be adopted.

【0028】試料1の表面に形成すべきパターン81の
個々の位置の算出は、図19に示す演算部61において
行われる。この演算の1例を図22を参照して説明す
る。図に示した4個のマーク91,92,93,94
は、予め試料1の裏面に設けられた多数の位置検出用マ
ーク2のうちの一部であり、試料1が試料台14上に正
確に載置された場合の正規のマーク位置を示している。
これらのマークの配列ピッチは、x方向にSx、y方向
にSyである。いま、試料1の装着誤差により上記した
4個のマークがそれぞれの所定位置からずれて、91
´,92´,93´,94´で示す位置において検出さ
れたとする。そして、この時のそれぞれのマークの位置
ずれ量が、(X1,Y1),(X2,Y2),(X3
3),(X4,Y4)と検出されたとする。一方、試料
1の表面に形成すべき複数のパターン81のうちの1個
が破線で示されるパターン90であるとする。該パター
ン90の正規の露光位置は、上記した4個のマーク9
1,92,93,94のいずれとも一致しておらず、図
に示すように、x方向のマークピッチSxをΔx:1−
Δxの比率で、y方向のマークピッチSyをΔy:1−
Δyの比率でそれぞれ内分する位置であるとする。試料
1の表面に形成すべきパターン81の配列ピッチと試料
1の裏面に予め設けた位置検出用マーク2の配列ピッチ
はいずれも既知であるから、パターン90の配列番号を
指定すれば、上記Δx、Δyの値は一義的に定められ
る。パターン90の実際の露光位置90´は所定位置9
0からずれ量(X,Y)だけずれた位置であり、このパ
ターン位置のずれ量(X,Y)は、前記したマーク位置
のずれ量(X1,Y1),(X2,Y2),(X3,Y3),
(X4,Y4)を用いて次式のように表される。 X ={x1(1−Δx)(1−Δy)+x2Δx(1−Δy) +x3ΔxΔy+x4(1−Δx)Δy}/4 ………(17) Y ={y1(1−Δx)(1−Δy)+y2Δx(1−Δy) +y3ΔxΔy+y4(1−Δx)Δy}/4 ………(18) 上記の式(17),(18)は、直線近似の算術式である。
演算部61で行う演算内容はこれに限ることなく、更に
多数のマークについての位置検出結果を用いてスプライ
ン関数等を利用して演算することも考えられる。逆に、
多数のマークのうちの少数(最少限2個)の代表的なマ
ークについての位置検出のみを行って、試料台14に載
置された試料1の平均的な並進誤差、面内回転装着誤差
等を求め、そこから個々の露光位置を算出することも考
えられる。
The calculation of the individual positions of the pattern 81 to be formed on the surface of the sample 1 is performed by the arithmetic unit 61 shown in FIG. An example of this calculation will be described with reference to FIG. The four marks 91, 92, 93, 94 shown in the figure
Is a part of a large number of position detection marks 2 provided on the back surface of the sample 1 in advance, and shows a regular mark position when the sample 1 is accurately placed on the sample table 14. ..
The arrangement pitch of these marks is Sx in the x direction and Sy in the y direction. Now, due to the mounting error of the sample 1, the four marks described above are displaced from their respective predetermined positions, and
It is assumed that detection is performed at the positions indicated by ', 92', 93 ', and 94'. Then, the positional displacement amounts of the respective marks at this time are (X 1 , Y 1 ), (X 2 , Y 2 ), (X 3 ,
Y 3), and was detected with (X 4, Y 4). On the other hand, it is assumed that one of the plurality of patterns 81 to be formed on the surface of the sample 1 is the pattern 90 indicated by the broken line. The regular exposure position of the pattern 90 is the four marks 9 described above.
1, 92, 93, and 94, and the mark pitch Sx in the x direction is Δx: 1− as shown in the figure.
At the ratio of Δx, the mark pitch Sy in the y direction is Δy: 1−
It is assumed that the positions are internally divided by the ratio of Δy. Since the array pitch of the patterns 81 to be formed on the front surface of the sample 1 and the array pitch of the position detection marks 2 previously provided on the back surface of the sample 1 are both known, if the array number of the pattern 90 is specified, the above Δx , Δy values are uniquely determined. The actual exposure position 90 'of the pattern 90 is the predetermined position 9
It is a position displaced from 0 by the displacement amount (X, Y), and the displacement amount (X, Y) of the pattern position is the displacement amount (X 1 , Y 1 ), (X 2 , Y 2 ) of the mark position described above. ), (X 3 , Y 3 ),
It is expressed by the following equation using (X 4 , Y 4 ). X = {x 1 (1- Δx) (1-Δy) + x 2 Δx (1-Δy) + x 3 ΔxΔy + x 4 (1-Δx) Δy} / 4 ......... (17) Y = {y 1 (1- Δx) (1-Δy) + y 2 Δx (1-Δy) + y 3 ΔxΔy + y 4 (1-Δx) Δy} / 4 (18) The above equations (17) and (18) are linear approximation arithmetics. It is an expression.
The content of the calculation performed by the calculation unit 61 is not limited to this, and it is conceivable to perform calculation using a spline function or the like using the position detection results for a larger number of marks. vice versa,
Only by detecting the position of a small number (minimum of 2) of typical marks among the large number of marks, the average translation error of the sample 1 placed on the sample table 14, the in-plane rotational mounting error, etc. It is also conceivable to calculate each exposure position and calculate the exposure position.

【0029】本発明によれば、位置検出用のマーク2
は、半導体集積回路等のパターンが形成されない試料裏
面上に設けられるので、従来のように、試料表面上に半
導体集積回路等のパターンを形成する際に、それと同時
に次の工程におけるアライメントのために必要とされる
マークパターンを形成してやる等の面倒な作業を必要と
しない。すなわち、レティクル31上の原画パターン中
には、必ずしもアライメント用のマークパターンが含ま
れている必要はない。また、図19に示した縮小投影露
光装置のほかに、X線を用いた露光装置あるいは電子線
描画装置等においても、試料表面上での位置検出用とし
て、本実施例に示したのと同様の手法を採用することが
できることは云うまでもない。尚、本実施例では、試料
裏面に設ける位置検出用マークを直交座標系に沿って2
次元的に等間隔で配置したが、位置検出用マークの配置
はこれに限られるものではなく、試料台14に設けられ
る開口部分80の配列に対応して、例えば不等間隔に配
置したり、あるいは極座標系に沿って配置しても全く同
様の効果が得られる。
According to the present invention, the mark 2 for position detection is used.
Is provided on the back surface of the sample where the pattern of the semiconductor integrated circuit or the like is not formed. Therefore, when the pattern of the semiconductor integrated circuit or the like is formed on the surface of the sample as in the conventional case, at the same time, for alignment in the next step, There is no need for troublesome work such as forming a required mark pattern. That is, the original image pattern on the reticle 31 does not necessarily need to include the mark pattern for alignment. Further, in addition to the reduction projection exposure apparatus shown in FIG. 19, an exposure apparatus using X-rays, an electron beam drawing apparatus, or the like is the same as that shown in this embodiment for detecting the position on the sample surface. It goes without saying that the above method can be adopted. In the present embodiment, the position detection mark provided on the back surface of the sample is arranged along the rectangular coordinate system.
Although the marks are dimensionally arranged at equal intervals, the positions of the position detection marks are not limited to this. For example, they may be arranged at unequal intervals according to the arrangement of the opening portions 80 provided in the sample table 14, Alternatively, the same effect can be obtained by arranging along the polar coordinate system.

【0030】[0030]

【発明の効果】本発明においては、試料の裏面上に設け
られた位置検出用マークの位置を検出することによって
試料表面上での位置を求めるに際して、上記位置検出用
マークの位置検出値に試料の傾き角に応じて変化する偏
差分が含まれるようにして、この偏差分によって試料の
傾きに起因して生じる位置検出誤差εを相殺するように
しているので、敢えて試料の傾き角を検出するための傾
き検出手段を付加することなくして、試料の傾きに起因
して生じる位置検出誤差εをほとんど問題にならない程
度に低減することができる。また、本発明においては、
試料裏面上に設けられた位置合わせ用マークについての
位置検出結果から、まず試料表面上における位置誤差を
求め、その上で半導体集積回路等のパターンを形成すべ
き個々の位置を演算して求めるので、上記位置合わせ用
マークの配列ピッチとは無関係な任意のチップサイズの
パターンを試料表面上に形成することができる。また、
試料裏面上に設けられる位置合わせ用マークの配列位置
に丁度対応させて試料台にマーク位置観察用の開口部を
設けているので、該開口部を介して試料の裏面側から任
意の位置合わせ用マークの位置を直接観察することがで
きる。
According to the present invention, when the position on the surface of the sample is obtained by detecting the position of the position detection mark provided on the back surface of the sample, the position detection value of the position detection mark is used as the sample. Since the deviation that changes according to the tilt angle of the sample is included and the position detection error ε caused by the tilt of the sample is offset by this deviation, the tilt angle of the sample is intentionally detected. It is possible to reduce the position detection error ε caused by the inclination of the sample to such an extent that there is almost no problem, without adding any inclination detection means for this. Further, in the present invention,
Since the position error on the surface of the sample is first obtained from the position detection result of the alignment mark provided on the back surface of the sample, and then the individual positions where the pattern of the semiconductor integrated circuit etc. should be formed are calculated. A pattern having an arbitrary chip size, which is irrelevant to the arrangement pitch of the alignment marks, can be formed on the sample surface. Also,
Since an opening for observing the mark position is provided on the sample table just corresponding to the position of the alignment marks provided on the back surface of the sample, any position can be adjusted from the back surface side of the sample through the opening. The position of the mark can be observed directly.

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

【図1】本発明によるマーク位置検出方法の原理説明図
である。
FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of a mark position detecting method according to the present invention.

【図2】本発明の一実施例になるマーク位置検出装置の
概略構成図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a mark position detection device according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明によるマーク位置検出装置の動作原理を
説明するための模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the operation principle of the mark position detecting device according to the present invention.

【図4】従来のノマルスキー型干渉計を用いた粗さ測定
器の概略構成図である。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a roughness measuring device using a conventional Nomarski interferometer.

【図5】本発明によるマーク位置検出装置における光ビ
ーム間隔の設定許容値について説明するための模式図で
ある。
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a setting allowable value of a light beam interval in the mark position detecting device according to the present invention.

【図6】本発明によるマーク位置検出装置における光ビ
ーム径の望ましい設定例について説明するための模式図
である。
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a desirable setting example of the light beam diameter in the mark position detecting device according to the present invention.

【図7】本発明によるマーク位置検出方法において試料
裏面上に設けられる位置検出用マークの一構成例を示す
概略図である。
FIG. 7 is a schematic view showing one configuration example of a position detection mark provided on the back surface of the sample in the mark position detection method according to the present invention.

【図8】本発明によるマーク位置検出方法において試料
裏面上に設けられる位置検出用マークの他の一構成例を
示す概略図である。
FIG. 8 is a schematic view showing another configuration example of the position detection mark provided on the back surface of the sample in the mark position detection method according to the present invention.

【図9】本発明の他の一実施例になるマーク位置検出装
置の概略構成図である。
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a mark position detection device according to another embodiment of the present invention.

【図10】本発明によるマーク位置検出装置を用いた縮
小投影露光装置の概略構成図である。
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a reduction projection exposure apparatus using a mark position detection device according to the present invention.

【図11】本発明によるマーク位置検出装置を利用した
電子線描画装置の概略構成図である。
FIG. 11 is a schematic configuration diagram of an electron beam drawing apparatus using the mark position detecting apparatus according to the present invention.

【図12】本発明によるマーク位置検出装置を用いた近
接露光装置の概略構成図である。
FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a proximity exposure apparatus using the mark position detection device according to the present invention.

【図13】本発明のさらに他の一実施例になる位置検出
装置の原理的構成を示す模式図である。
FIG. 13 is a schematic diagram showing a principle configuration of a position detecting device according to still another embodiment of the present invention.

【図14】図13に示された原理的構成に従って具体的
に構成された位置検出装置の概略構成図である。
14 is a schematic configuration diagram of a position detection device specifically configured according to the principle configuration shown in FIG.

【図15】図14に示された位置検出装置における受光
素子の詳細構成図である。
15 is a detailed configuration diagram of a light receiving element in the position detecting device shown in FIG.

【図16】図15に示された受光素子に入射する光ビー
ムスポットが試料が傾いた場合に変化する様子を説明す
るための模式図である。
16 is a schematic diagram for explaining how the light beam spot incident on the light receiving element shown in FIG. 15 changes when the sample is tilted.

【図17】本発明のさらに別の一実施例になる位置検出
装置の原理的構成を示す模式図である。
FIG. 17 is a schematic diagram showing a principle configuration of a position detecting device according to still another embodiment of the present invention.

【図18】図17に示された位置検出装置におけるマー
ク位置検出原理を説明するための模式図である。
FIG. 18 is a schematic diagram for explaining the mark position detection principle in the position detection device shown in FIG.

【図19】本発明の一実施例になるパターン形成装置の
概略構成図である。
FIG. 19 is a schematic configuration diagram of a pattern forming apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図20】図19に示されたパターン形成装置における
アライメントの手順を示す工程図である。
20 is a process diagram showing an alignment procedure in the pattern forming apparatus shown in FIG.

【図21】図19に示されたパターン形成装置において
試料台14の試料吸着面に設けられる開口部80と試料
裏面上に設けられる位置検出用マーク2との配列関係を
示す模式図である。
21 is a schematic diagram showing an arrangement relationship between an opening 80 provided on the sample suction surface of the sample table 14 and the position detection mark 2 provided on the back surface of the sample in the pattern forming apparatus shown in FIG.

【図22】図19に示されたパターン形成装置における
パターン形成位置の算出方法を説明するための模式図で
ある。
22 is a schematic diagram for explaining a method of calculating a pattern forming position in the pattern forming apparatus shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:試料, 8:偏光板,2:
位置検出用マーク, 10:レーザ光源,3:対物レ
ンズ, 11:光ビーム,4:ビームス
プリッタ, 12:+1次回折光,5:ウォラ
ストンプリズム,13:−1次回折光,6:集光レン
ズ, 15:ビームスプリッタ,7:光
検出器, 19:位置検出用光学系。
1: sample, 8: polarizing plate, 2:
Position detection mark, 10: laser light source, 3: objective lens, 11: light beam, 4: beam splitter, 12: + 1st order diffracted light, 5: Wollaston prism, 13: −1st order diffracted light, 6: condensing lens, 15: Beam splitter, 7: Photodetector, 19: Optical system for position detection.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊東 昌昭 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Masaaki Ito 1-280, Higashi Koikekubo, Kokubunji, Tokyo Inside the Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】試料の裏面上におけるある特徴点の位置を
検出することによって、試料表面上における上記特徴点
に対応する点の位置を間接的に測定するに際して、予め
上記特徴点についての位置検出値が試料の傾き角に対応
して変化する偏差分を含むようにしておき、該偏差分に
よって試料が傾くことに起因して試料裏面上の位置と試
料表面上の位置との間に生じるずれ量を相殺させること
によって、上記偏差分を含んだ上記特徴点についての位
置検出値が、常に、試料表面上における上記特徴点に対
応する点についての真の位置を示すようにしたことを特
徴とする位置検出方法。 【請求項2】上記した試料裏面上の特徴点は、予め、試
料裏面上に設けられたマークであることを特徴とする請
求項1に記載の位置検出方法。 【請求項3】上記した試料裏面上の特徴点についての位
置検出値に含まれる偏差分は、試料の厚さと試料の傾き
角との積に実質的に等しい量であることを特徴とする請
求項1に記載の位置検出方法。 【請求項4】試料基板の裏面上に設けられた位置合わせ
用マークの位置を検出する工程と、この検出されたマー
ク位置を基準として試料基板の表面上のパターンを形成
すべき領域の位置決めを行う工程と、この位置決めされ
たパターン形成領域上に所望のパターンを形成する工程
とを少なくとも含むパターン形成方法において、上記の
マーク位置検出工程における上記位置合わせ用マークの
位置検出値には、試料基板の傾き角に依存して変化する
偏差分が含まれており、該偏差分によって、試料基板の
傾きに起因して試料基板裏面上の位置と試料基板表面上
の位置との間に生じるずれ量が相殺され、その結果、該
偏差分を含んだ上記位置合わせ用マークの位置検出値
が、試料基板表面上の真の位置を示すようになされてい
ることを特徴とするパターン形成方法。 【請求項5】上記した位置合わせ用マークの位置検出値
に含まれる偏差分は、試料の厚さと試料の傾き角との積
に実質的に等しい量であることを特徴とする請求項4に
記載の位置検出方法。 【請求項6】上記した位置合わせ用マークは、試料基板
の裏面上に所定のピッチで2次元的に配列されており、
該マークの配列ピッチは試料基板の表面に形成されるべ
きパターンの配列ピッチとは無関係な一定のピッチとさ
れていることを特徴とする請求項4に記載のパターン形
成方法。 【請求項7】試料基板の裏面上に設けられた位置合わせ
マークの位置を検出するマーク位置検出手段と、該マー
ク位置検出手段によって検出されたマーク位置を基準に
して上記試料基板の表面上のパターンを形成すべき領域
の位置決めをする位置決め手段と、この位置決めされた
パターン形成領域上に所望のパターンを形成するパター
ン形成手段とを少なくとも有するパターン形成装置にお
いて、上記の位置決め手段は、上記マーク位置検出手段
によって検出されたマーク位置から上記試料基板表面上
のパターン形成すべき領域の位置を演算して求める演算
手段と、この演算によって求められたパターン形成領域
が上記パターン形成手段によるパターン形成位置に一致
するように上記試料基板を位置決めする手段とを有する
ことを特徴とするパターン形成装置。 【請求項8】上記のマーク位置検出手段は、試料基板上
に照射されるべき光を出射する光源と、該光源からの光
を試料基板上に集光して照射する手段と、試料基板上に
設けられたマークから反射された光を集光する手段と、
この集光された反射光を検出するための少なくとも二つ
の受光面を有する光検出手段と、該光検出手段のそれぞ
れの受光面からの検出信号間の差を求める演算手段とを
少なくとも備えてなることを特徴とする請求項7に記載
のパターン形成装置。 【請求項9】上記のマーク位置検出手段は、試料基板上
に照射されるべき光を出射する光源と、該光源からの光
を試料基板上に照射する手段と、試料基板上に設けられ
たマークからの反射光を反射させる手段と、該反射光の
一部を選び取る手段と、この選び取られた反射光を検出
する手段とを少なくとも備えてなることを特徴とする請
求項7に記載のパターン形成装置。 【請求項10】上記のマーク位置検出手段は、波長のわ
ずかに異なる2周波光線を出射する光源手段と、該光源
手段からの光ビームを2本の光ビームに分割する第1の
光ビーム分割手段と、該第1の光ビーム分割手段によっ
て得られた一方の光ビームを検出して参照信号を得る手
段と、同じく上記第1の光ビーム分割手段によって得ら
れた他方の光ビームをさらに2本の光ビームに分割する
第2の光ビーム分割手段と、該第2の光ビーム分割手段
によって得られた2本の光ビームをそれぞれ集光して試
料基板の裏面上に設けられている格子状マークの互いに
異なる2照射点に照射する対物レンズ手段と、該2照射
点からの反射光の内から一方の波長の反射光の正相成分
と他方の波長の反射光の逆相成分とを夫々分離して取り
だすための手段と、この分離して取り出された二つの成
分光を再び重ね合わせることによって干渉を起こさせる
手段と、この干渉によって得られた光を検出して検出信
号を得る手段とを少なくとも備えてなることを特徴とす
る請求項7に記載のパターン形成装置。 【請求項11】上記した波長のわずかに異なる2周波光
線は、偏光面が互いに異なる2つの直線偏光から成って
おり、かつ、上記第2の光ビーム分割手段はウォラスト
ンプリズムを含む光学系をもって構成されていることを
特徴とする請求項10に記載のパターン形成装置。 【請求項12】上記ウォラストンプリズムのビーム分離
角度ξは、上記の対物レンズ手段の焦点距離をf、上記
の2照射点間の距離をLとした場合、ξ = L/(2・
f) なる関係をほぼ満足する値に選定されていることを
特徴とする請求項11に記載のパターン形成装置。 【請求項13】上記した試料基板裏面上の2照射点間の
距離Lは、該試料基板の厚さをd、該試料基板裏面上に
照射される上記の2周波光線の中心波長をλ、上記格子
状マークのピッチをPとした場合、0.9(dλ/P)<
L<1.1(dλ/P)なる範囲内の値に選定されている
ことを特徴とする請求項10に記載のパターン形成装
置。 【請求項14】上記2照射点間の距離Lは、L=dλ/
Pなる関係をほぼ満足する値に選定されていることを特
徴とする請求項13に記載のパターン形成装置。 【請求項15】上記した試料基板裏面上の2照射点間の
距離Lを微調節する手段がさらに付設されてなることを
特徴とする請求項10に記載のパターン形成装置。 【請求項16】上記した試料基板裏面上の2照射点にお
ける照射光ビームのスポット径γは、上記格子状マーク
のピッチをPとした場合、γ=nP(但しnは自然数)
なる関係をほぼ満足する値に選定されていることを特徴
とする請求項10に記載のパターン形成装置。 【請求項17】上記の格子状マークのピッチPは、上記
試料基板の厚さをd、該試料基板裏面上に照射される上
記2周波光線の中心波長をλ、上記試料基板裏面上の2
照射点間の距離をLとした場合、0.9(dλ/L)<P
<1.1(dλ/L)なる範囲内の値に選定されているこ
とを特徴とする請求項10に記載のパターン形成装置。 【請求項18】上記格子状マークのピッチPは、P=d
λ/Lなる関係をほぼ満足する値に選定されていること
を特徴とする請求項17に記載のパターン形成装置。 【請求項19】上記した試料基板裏面上の2照射点間の
距離Lを微調節するための手段がさらに付設されてなる
ことを特徴とする請求項10に記載のパターン形成装
置。 【請求項20】上記した試料基板の厚さdを測定するた
めの手段がさらに付設されてなることを特徴とする請求
項10に記載のパターン形成装置。 【請求項21】前記のマーク位置検出手段は、上記試料
基板の裏面上に設けられた少なくとも4ケ所のマーク位
置を検出するものであり、この4ケ所のマーク位置検出
データに基づいて上記試料基板の局所的な変形量を演算
して求める演算手段がさらに付設されてなることを特徴
とする請求項7に記載のパターン形成装置。 【請求項22】前記の試料基板を保持するための試料台
がさらに付設されており、該試料台の試料基板保持面に
は、該試料基板の裏面上に照射されるべき光ビームの光
路となるべき複数個の開口部が所定のピッチで配列され
てなることを特徴とする請求項10に記載のパターン形
成装置。 【請求項23】上記の複数個の開口部の配列ピッチと上
記試料基板の裏面上に設けられる位置検出用マークの配
列ピッチとが実質的に等しく設定されていることを特徴
とする請求項10に記載のパターン形成装置。
Claim: What is claimed is: 1. When indirectly measuring the position of a point corresponding to the characteristic point on the surface of the sample by detecting the position of a certain characteristic point on the back surface of the sample, The position detection value for the feature point is set to include a deviation amount that changes corresponding to the tilt angle of the sample, and the position on the sample back surface and the position on the sample front surface due to the tilt of the sample due to the deviation amount. By offsetting the amount of deviation generated between them, the position detection value for the feature point including the deviation amount always indicates the true position of the point corresponding to the feature point on the sample surface. A position detection method characterized by the above. 2. The position detecting method according to claim 1, wherein the feature point on the back surface of the sample is a mark provided on the back surface of the sample in advance. 3. The deviation included in the position detection value for the characteristic point on the back surface of the sample is an amount substantially equal to the product of the thickness of the sample and the tilt angle of the sample. The position detection method according to item 1. 4. A step of detecting the position of an alignment mark provided on the back surface of the sample substrate, and the positioning of a region on the surface of the sample substrate where a pattern is to be formed with reference to the detected mark position. In a pattern forming method including at least a step of performing and a step of forming a desired pattern on the positioned pattern forming area, the position detection value of the alignment mark in the mark position detecting step includes a sample substrate A deviation amount that varies depending on the tilt angle of the sample substrate is included, and the deviation amount caused between the position on the back surface of the sample substrate and the position on the front surface of the sample substrate due to the tilt of the sample substrate. Are canceled out, and as a result, the position detection value of the alignment mark including the deviation indicates the true position on the sample substrate surface. Turn-forming method. 5. The deviation included in the position detection value of the alignment mark is an amount substantially equal to the product of the thickness of the sample and the tilt angle of the sample. The position detection method described. 6. The alignment marks are two-dimensionally arranged at a predetermined pitch on the back surface of the sample substrate,
The pattern forming method according to claim 4, wherein the arrangement pitch of the marks is a constant pitch that is independent of the arrangement pitch of the pattern to be formed on the surface of the sample substrate. 7. Mark position detecting means for detecting the position of an alignment mark provided on the back surface of the sample substrate, and on the front surface of the sample substrate with reference to the mark position detected by the mark position detecting means. In a pattern forming apparatus having at least a positioning means for positioning an area where a pattern is to be formed and a pattern forming means for forming a desired pattern on the positioned pattern forming area, the positioning means has the mark position. Calculation means for calculating the position of the area to be patterned on the sample substrate surface from the mark position detected by the detection means, and the pattern formation area obtained by this calculation is the pattern formation position by the pattern formation means. And means for positioning the sample substrate so that they coincide with each other. Turn-forming apparatus. 8. The mark position detecting means comprises a light source for emitting light to be irradiated onto the sample substrate, a means for collecting and irradiating the light from the light source onto the sample substrate, and a mark on the sample substrate. Means for collecting the light reflected from the mark provided on the
It comprises at least a photo-detecting means having at least two light-receiving surfaces for detecting the condensed reflected light, and a computing means for obtaining a difference between detection signals from the respective light-receiving surfaces of the photo-detecting means. The pattern forming apparatus according to claim 7, wherein 9. The mark position detecting means is provided on a sample substrate, a light source for emitting light to be irradiated on the sample substrate, a means for irradiating the sample substrate with light from the light source. 8. The device according to claim 7, further comprising at least means for reflecting the reflected light from the mark, means for selecting a part of the reflected light, and means for detecting the selected reflected light. Pattern forming device. 10. The mark position detecting means comprises a light source means for emitting dual frequency light rays having slightly different wavelengths, and a first light beam splitting means for splitting a light beam from the light source means into two light beams. Means and means for detecting one of the light beams obtained by the first light beam splitting means to obtain a reference signal, and the other light beam similarly obtained by the first light beam splitting means, Second light beam splitting means for splitting the light beam into two light beams, and a grating provided on the back surface of the sample substrate for respectively collecting the two light beams obtained by the second light beam splitting means. The objective lens means for irradiating two different irradiation points of the circular mark, the positive phase component of the reflected light of one wavelength and the opposite phase component of the reflected light of the other wavelength from the reflected light from the two irradiation points. And the means to separate them It is characterized by comprising at least means for causing interference by re-superimposing the two component light beams separated and taken out, and means for detecting light obtained by this interference to obtain a detection signal. The pattern forming apparatus according to claim 7. 11. The two-frequency light beam having a slightly different wavelength is composed of two linearly polarized lights having different polarization planes, and the second light beam splitting means has an optical system including a Wollaston prism. The pattern forming apparatus according to claim 10, wherein the pattern forming apparatus is configured. 12. The beam separation angle ξ of the Wollaston prism is ξ = L / (2.multidot.L) where f is the focal length of the objective lens means and L is the distance between the two irradiation points.
The pattern forming apparatus according to claim 11, wherein the value is selected so as to substantially satisfy the relationship of (f). 13. The distance L between the two irradiation points on the back surface of the sample substrate is d, the thickness of the sample substrate, and λ is the central wavelength of the two-frequency light beam irradiated on the back surface of the sample substrate. When the pitch of the lattice marks is P, 0.9 (dλ / P) <
11. The pattern forming apparatus according to claim 10, wherein the value is selected within a range of L <1.1 (dλ / P). 14. The distance L between the two irradiation points is L = dλ /
14. The pattern forming apparatus according to claim 13, wherein the value is selected so as to substantially satisfy the relationship P. 15. The pattern forming apparatus according to claim 10, further comprising means for finely adjusting the distance L between the two irradiation points on the back surface of the sample substrate. 16. The spot diameter γ of the irradiation light beam at the two irradiation points on the back surface of the sample substrate is γ = nP (where n is a natural number), where P is the pitch of the lattice marks.
11. The pattern forming apparatus according to claim 10, wherein the value is selected so as to substantially satisfy the following relationship. 17. The pitch P of the grid-like marks is such that the thickness of the sample substrate is d, the central wavelength of the two-frequency light beam irradiated onto the back surface of the sample substrate is λ, and the pitch P is 2 on the back surface of the sample substrate.
When the distance between irradiation points is L, 0.9 (dλ / L) <P
The pattern forming apparatus according to claim 10, wherein the value is selected within a range of <1.1 (dλ / L). 18. The pitch P of the lattice marks is P = d
18. The pattern forming apparatus according to claim 17, wherein the value is selected to substantially satisfy the relationship of λ / L. 19. The pattern forming apparatus according to claim 10, further comprising means for finely adjusting the distance L between the two irradiation points on the back surface of the sample substrate. 20. The pattern forming apparatus according to claim 10, further comprising means for measuring the thickness d of the sample substrate. 21. The mark position detection means detects at least four mark positions provided on the back surface of the sample substrate, and the sample substrate is detected based on the mark position detection data at the four positions. 8. The pattern forming apparatus according to claim 7, further comprising calculation means for calculating and calculating the local deformation amount of. 22. A sample table for holding the sample substrate is further provided, and a sample substrate holding surface of the sample table has an optical path of a light beam to be irradiated on the back surface of the sample substrate. The pattern forming apparatus according to claim 10, wherein a plurality of openings to be formed are arranged at a predetermined pitch. 23. The arrangement pitch of the plurality of openings and the arrangement pitch of the position detection marks provided on the back surface of the sample substrate are set to be substantially equal to each other. The pattern forming apparatus according to.
JP3179652A 1990-07-23 1991-07-19 Method for manufacturing semiconductor device Expired - Fee Related JP3019489B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3179652A JP3019489B2 (en) 1990-07-23 1991-07-19 Method for manufacturing semiconductor device

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19294690 1990-07-23
JP2-192946 1990-07-23
JP3179652A JP3019489B2 (en) 1990-07-23 1991-07-19 Method for manufacturing semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH055604A true JPH055604A (en) 1993-01-14
JP3019489B2 JP3019489B2 (en) 2000-03-13

Family

ID=26499436

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3179652A Expired - Fee Related JP3019489B2 (en) 1990-07-23 1991-07-19 Method for manufacturing semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3019489B2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05243124A (en) * 1992-03-02 1993-09-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd Detecting method for inclination of plane
JP2007200953A (en) * 2006-01-24 2007-08-09 Hitachi Ltd Patterning method and patterning apparatus
JP2017083473A (en) * 2017-01-11 2017-05-18 アストロデザイン株式会社 Optical resolution power improvement device
CN114428444A (en) * 2020-10-29 2022-05-03 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 Alignment measurement system correction method

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05243124A (en) * 1992-03-02 1993-09-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd Detecting method for inclination of plane
JP2007200953A (en) * 2006-01-24 2007-08-09 Hitachi Ltd Patterning method and patterning apparatus
JP4736821B2 (en) * 2006-01-24 2011-07-27 株式会社日立製作所 Pattern forming method and pattern forming apparatus
JP2017083473A (en) * 2017-01-11 2017-05-18 アストロデザイン株式会社 Optical resolution power improvement device
CN114428444A (en) * 2020-10-29 2022-05-03 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 Alignment measurement system correction method
CN114428444B (en) * 2020-10-29 2024-01-26 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 Correction method of overlay measurement system

Also Published As

Publication number Publication date
JP3019489B2 (en) 2000-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100303109B1 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP3081289B2 (en) Apparatus for projecting a mask pattern on a substrate
KR100262992B1 (en) Method of and device for repetitively imaging a msak pattern
US4251160A (en) Method and arrangement for aligning a mask pattern relative to a semiconductor substrate
JP4150256B2 (en) Method for measuring the alignment of a substrate with respect to a reference alignment mark
US5929997A (en) Alignment-mark measurements on the backside of a wafer for synchronous wafer alignment
JP3996212B2 (en) Alignment apparatus and lithographic apparatus including such an apparatus
EP0826165B1 (en) Alignment device and lithographic apparatus provided with such a device
US6649923B2 (en) Positional deviation detecting method and device manufacturing method using the same
KR20000065214A (en) Lithographic Projection Unit with Off-axis Alignment Unit
JPH08167559A (en) Method and device for alignment
JP2575621B2 (en) Mask pattern imaging device
US5715063A (en) Projection exposure method
US5838450A (en) Direct reticle to wafer alignment using fluorescence for integrated circuit lithography
US5585923A (en) Method and apparatus for measuring positional deviation while correcting an error on the basis of the error detection by an error detecting means
JP3713354B2 (en) Position measuring device
US5191465A (en) Optical apparatus for alignment of reticle and wafer in exposure apparatus
US5671057A (en) Alignment method
JP3019489B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2814538B2 (en) Alignment device and alignment method
US6795197B2 (en) Interferometer system and litographic step-and-scan apparatus provided with such a system
JP3305058B2 (en) Exposure method and apparatus
JP3111556B2 (en) Fine pattern forming equipment
JP3548665B2 (en) Position measuring device
JP4052691B2 (en) Charged particle beam equipment

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees