JPH07130640A - Position detector and manufacture of semiconductor element using same - Google Patents

Position detector and manufacture of semiconductor element using same

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JPH07130640A
JPH07130640A JP5293913A JP29391393A JPH07130640A JP H07130640 A JPH07130640 A JP H07130640A JP 5293913 A JP5293913 A JP 5293913A JP 29391393 A JP29391393 A JP 29391393A JP H07130640 A JPH07130640 A JP H07130640A
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JP
Japan
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wafer
mask
diffracted light
light
positional
Prior art date
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Application number
JP5293913A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Sakae Horyu
榮 法隆
Masanori Hasegawa
雅宣 長谷川
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP5293913A priority Critical patent/JPH07130640A/en
Publication of JPH07130640A publication Critical patent/JPH07130640A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PURPOSE:To detect the positions of a mask and a wafer with high precision, by obtaining the relative position deviation of a mask and a wafer in a plane, and simultaneously obtaining the interval and the deviation amount of a light casting means and the mask. CONSTITUTION:The interval of a mask 1 and a wafer 2 is (g), and the position deviation amount is (w). The position deviation amount of a light casting means and the mask 1, which are arranged so as to face each other, is known. Position data Y from a detection means are previously obtained concerning various cases, and a multiple regression formula is obtained and stored in a recording means. When both positions are practically detected, the position data from the detection means and the general formula recorded in the recording means are used, and the relative position detection is performed with high precision, while the influence of error factors such as aberration and manufacture error of a detection system and change of oscillation wavelength of a semiconductor laser with time are excluded. Thereby a position detector of high precision can be realized.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は位置検出装置及びそれを
用いた半導体素子の製造方法に関し、例えば半導体素子
製造用の露光装置において、マスクやレチクル(以下
「マスク」という。)等の第1物体面上に形成されてい
る微細な電子回路パターンをウエハ等の第2物体面上に
露光転写する際にマスクとウエハとの相対的な位置決め
(アライメント)を行う場合に好適なものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a position detecting device and a method of manufacturing a semiconductor device using the position detecting device. For example, in an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor device, a first mask, reticle (hereinafter referred to as "mask") or the like. This is suitable for performing relative positioning between the mask and the wafer when the fine electronic circuit pattern formed on the object surface is transferred by exposure onto the second object surface such as the wafer.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より半導体製造用の露光装置におい
ては、マスクとウエハの相対的な位置合わせは性能向上
を図る為の重要な一要素となっている。特に最近の露光
装置における位置合わせにおいては、半導体素子の高集
積化の為に、例えばサブミクロン以下の位置合わせ精度
を有するものが要求されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor, relative alignment between a mask and a wafer has been an important factor for improving performance. Particularly in the recent alignment of an exposure apparatus, one having a positioning precision of, for example, submicron or less is required for high integration of semiconductor elements.

【0003】多くの位置合わせ装置においては、マスク
及びウエハ面上に位置合わせ用の所謂アライメントパタ
ーンを設け、それらより得られる位置情報を利用して、
双方のアライメントを行っている。このときのアライメ
ント方法としては、例えば双方のアライメントパターン
のずれ量を画像処理を行うことにより検出したり、又は
米国特許第4037969号や特開昭56−15703
3号公報で提案されているようにアライメントパターン
としてゾーンプレートを用い該ゾーンプレートに光束を
照射し、このときゾーンプレートから射出した光束の所
定面上における集光点位置を検出すること等により行っ
ている。
In many alignment devices, a so-called alignment pattern for alignment is provided on the mask and wafer surfaces, and the positional information obtained from them is used to
Both are aligned. As an alignment method at this time, for example, a deviation amount of both alignment patterns is detected by performing image processing, or US Pat. No. 4037969 or JP-A-56-15703.
As proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 3 publication, a zone plate is used as an alignment pattern, the zone plate is irradiated with a light beam, and at this time, the position of a condensing point on a predetermined surface of the light beam emitted from the zone plate is detected. ing.

【0004】一般にゾーンプレートを利用したアライメ
ント方法は、単なるアライメントパターンを用いた方法
に比べてアライメントパターンの欠損に影響されずに比
較的高精度のアライメントが出来る特長がある。
Generally, an alignment method using a zone plate has a feature that relatively high precision alignment can be performed without being affected by a defect in the alignment pattern, as compared with a method using a simple alignment pattern.

【0005】図11はゾーンプレートを利用した従来の
位置合わせ装置の概略図である。
FIG. 11 is a schematic view of a conventional alignment device using a zone plate.

【0006】同図において光源72から射出した平行光
束はハーフミラー74を通過後、集光レンズ76で集光
点78に集光された後、マスク68面上のマスクアライ
メントパターン68a及び支持台62に載置したウエハ
60面上のウエハアライメントパターン60aを照射す
る。これらのアライメントパターン68a,60aは反
射型のゾーンプレートより構成され、各々集光点78を
含む光軸と直交する平面上に集光点を形成する。このと
きの平面上の集光点位置のずれ量を集光レンズ76とレ
ンズ80により検出面82上に導光して検出している。
In the figure, the parallel light beam emitted from the light source 72 passes through the half mirror 74, and is converged by the condensing lens 76 at the converging point 78. Then, the mask alignment pattern 68a on the surface of the mask 68 and the support 62. The wafer alignment pattern 60a on the surface of the wafer 60 placed on the wafer is irradiated. These alignment patterns 68a and 60a are composed of reflection type zone plates, and each form a condensing point on a plane including the condensing point 78 and orthogonal to the optical axis. At this time, the amount of deviation of the position of the condensing point on the plane is guided by the condensing lens 76 and the lens 80 onto the detection surface 82 to be detected.

【0007】そして検出器82からの出力信号に基づい
て制御回路84により駆動回路64を駆動させてマスク
68とウエハ60の相対的な位置決めを行っている。
Based on the output signal from the detector 82, the control circuit 84 drives the drive circuit 64 to position the mask 68 and the wafer 60 relative to each other.

【0008】図12は図11に示したマスクアライメン
トパターン68aとウエハアライメントパターン60a
からの光束の結像関係を示した説明図である。
FIG. 12 shows the mask alignment pattern 68a and the wafer alignment pattern 60a shown in FIG.
It is explanatory drawing which showed the imaging relationship of the light beam from.

【0009】同図において集光点78から発散した光束
はマスクアライメントパターン68aよりその一部の光
束が回折し、集光点78近傍にマスク位置を示す集光点
78aを形成する。又、その他の一部の光束はマスク6
8を0次透過光として透過し、波面を変えずにウエハ6
0面上のウエハアライメントパターン60aに入射す
る。このとき光束はウエハアライメントパターン60a
により回折された後、再びマスク68を0次透過光とし
て透過し、集光点78近傍に集光しウエハ位置をあらわ
す集光点78bを形成する。同図においてはウエハ60
により回折された光束が集光点を形成する際には、マス
ク68は単なる素通し状態としての作用をする。
In the figure, a part of the light beam diverging from the converging point 78 is diffracted by the mask alignment pattern 68a, and a condensing point 78a indicating the mask position is formed in the vicinity of the converging point 78. Also, the other part of the light flux is mask 6
8 as the 0th-order transmitted light, and the wafer 6 without changing the wavefront
It is incident on the wafer alignment pattern 60a on the 0 plane. At this time, the luminous flux is the wafer alignment pattern 60a.
After being diffracted by, the mask 68 is again transmitted as the 0th-order transmitted light and is condensed near the condensing point 78 to form a condensing point 78b representing the wafer position. In the figure, the wafer 60
When the light beam diffracted by the light beam forms a converging point, the mask 68 acts as a simple transparent state.

【0010】このようにして形成されたウエハアライメ
ントパターン60aによる集光点78bの位置は、ウエ
ハ60のマスク68に対するずれ量Δσに応じて集光点
78を含む光軸と直交する平面に沿って該ずれ量Δσに
対応した量のずれ量Δσ´として形成される。
The position of the condensing point 78b formed by the wafer alignment pattern 60a formed in this manner is along a plane orthogonal to the optical axis including the condensing point 78 in accordance with the deviation amount Δσ of the wafer 60 with respect to the mask 68. It is formed as a shift amount Δσ ′ corresponding to the shift amount Δσ.

【0011】従来はこのときのずれ量Δσ´を検出しマ
スク68とウエハ60との位置合わせを行っていた。
Conventionally, the amount of deviation Δσ ′ at this time is detected and the mask 68 and the wafer 60 are aligned with each other.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】図11に示す位置合わ
せ装置においては次のような問題点があった。
The alignment device shown in FIG. 11 has the following problems.

【0013】ずれ量Δσ´がずれ量Δσと間隔gや投光
手段とマスクの位置関係や、マスクに対するウエハのピ
ッチング、ローリング、ヨーイング等の量に依存する量
であるため、1つのずれ量Δσ´に対して幾組ものずれ
量Δσと間隔g等の位置関係を示す変数(以下「説明変
数」ともいう。)の組が対応してくる。この為、仮に集
光点78aの位置で合致状態を検出しようとする場合、
非合焦時、例えば集光点78bの位置に光束が集光して
いたとするとずれ量Δσ´の値を正確に測定したとして
も、ずれ量Δσが正確に決まらない。この為、1回の位
置合わせ動作ですむところ、2回、3回と行う必要が起
りスループットが低下してくる。
Since the amount of deviation Δσ ′ depends on the amount of deviation Δσ, the gap g, the positional relationship between the light projecting means and the mask, and the amount of pitching, rolling, yawing, etc. of the wafer with respect to the mask, one deviation amount Δσ A number of sets of variables (hereinafter also referred to as “explanatory variables”) indicating the positional relationship such as the displacement amount Δσ and the interval g correspond to ′. Therefore, if it is attempted to detect the matching state at the position of the converging point 78a,
At the time of non-focusing, for example, if the light beam is condensed at the position of the converging point 78b, the displacement amount Δσ cannot be accurately determined even if the value of the displacement amount Δσ ′ is accurately measured. For this reason, it is necessary to perform the alignment operation once, but twice or three times, and the throughput decreases.

【0014】本発明はマスク等の第1物体とウエハ等の
第2物体との位置検出の際に発生する誤差要因を解決
し、高精度にしかも容易に位置合わせを行なうことので
きる簡易な構成の位置検出装置及びそれを用いた半導体
素子の製造方法の提供を目的とする。
The present invention solves an error factor that occurs when detecting the position of a first object such as a mask and a second object such as a wafer, and enables a highly accurate and easy alignment. It is an object of the present invention to provide a position detecting device and a method for manufacturing a semiconductor device using the position detecting device.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明は第1物体と第2
物体の相対的な面内の位置ずれ量(以下単に「ずれ量」
ともいう。)を求めると共に同時に間隔や投光手段とマ
スクとのずれ量等も求め、第1物体と第2物体の位置検
出を高精度に求めるようにしたことを特徴としている。
The present invention includes a first object and a second object.
The amount of relative positional displacement of the object (hereinafter simply referred to as "displacement amount")
Also called. ) Is calculated at the same time as the distance, the amount of deviation between the light projecting means and the mask, and the like, and the position of the first object and the second object is detected with high accuracy.

【0016】(1−1)本発明の位置検出装置は、第1
物体面上と第2物体面上に各々物理光学素子を設け、こ
れらの物理光学素子に投光手段から光束を入射させ、該
光束の所定面上に生ずる所定次数の回折光束の位置情報
を検出手段で検出することにより該第1物体と第2物体
との相対的な位置検出を行う際、該第1物体と該第2物
体との相対的位置関係に基づく重回帰式の数と少なくと
も同じ数だけの回折光の位置情報を発生させ、k×n個
(但しk,nは正の整数)の該第1物体と第2物体との
位置ずれ量や間隔とk×n個の回折光の位置情報とから
k個の重回帰式を求めて、該k個の重回帰式とk個の回
折光の位置情報とから最大k個の該第1物体と第2物体
との位置ずれ量と間隔の値を演算手段で求め、該演算手
段からの信号を利用していることを特徴としている。
(1-1) The position detecting device of the present invention is the first
Physical optical elements are provided on the object plane and the second object plane respectively, and light beams are made incident on these physical optical elements from a light projecting means to detect position information of a diffracted light beam of a predetermined order generated on a predetermined surface of the light beam. At least the same as the number of multiple regression equations based on the relative positional relationship between the first object and the second object when the relative position between the first object and the second object is detected by detecting by means. The number of positions of the diffracted light is generated and k × n (where k and n are positive integers) positional deviation amounts and intervals between the first object and the second object and k × n diffracted light. Position information and k multiple regression equations are obtained, and a maximum of k positional deviations between the first object and the second object are calculated from the k multiple regression equations and the position information of k diffracted light. It is characterized in that the value of the interval is calculated by the calculating means and the signal from the calculating means is used.

【0017】特に、前記投光手段からの光束の周波数を
可変とする周波数可変手段を有していることや、前記物
理光学素子からの回折光のうち一部を分割して所定面上
に導光していることや、前記第2物体面上の物理光学素
子の位置ずれ量を前記第1物体と第2物体との位置ずれ
量として回帰式を求めていること等を特徴としている。
In particular, it has frequency changing means for changing the frequency of the light beam from the light projecting means, and divides a part of the diffracted light from the physical optical element to guide it onto a predetermined surface. It is characterized in that it is illuminating, and that a regression equation is obtained with the positional shift amount of the physical optical element on the second object plane as the positional shift amount between the first object and the second object.

【0018】(1−2)本発明の半導体素子の製造方法
は、マスクとウエハとの相対的な位置検出を行った後に
マスク面上のパターンをウエハ面に転写し、該ウエハを
現像処理工程を介して半導体素子を製造する際、該第1
物体と該第2物体との相対的位置関係に基づく重回帰式
の数と少なくとも同じ数だけの回折光の位置情報を発生
させ、k×n個(但しk,nは正の整数)の該第1物体
と第2物体との位置ずれ量や間隔とk×n個の回折光の
位置情報とからk個の重回帰式を求めて、該k個の重回
帰式とk個の回折光の位置情報とから最大k個の該第1
物体と第2物体との位置ずれ量と間隔の値を演算手段で
求め、該演算手段からの信号を利用していることを特徴
としている。
(1-2) In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, after the relative position between the mask and the wafer is detected, the pattern on the mask surface is transferred to the wafer surface, and the wafer is subjected to a developing treatment step. When manufacturing a semiconductor device via
At least the same number of position information pieces of diffracted light as the number of multiple regression equations based on the relative positional relationship between the object and the second object are generated, and k × n (where k and n are positive integers) The k multiple regression equations and the k diffracted light beams are obtained by obtaining k multiple regression equations from the amount of positional deviation or distance between the first object and the second object and the position information of the k × n diffracted light beams. Position information and up to k of the first
It is characterized in that the positional deviation amount between the object and the second object and the value of the distance are obtained by the calculating means, and the signal from the calculating means is used.

【0019】[0019]

【実施例】次に本発明の実施例を説明するが、説明を簡
単にする為に第1物体と第2物体との位置関係を示す、
複数の変量のうち位置ずれ量wと面間隔gの2変量につ
いて以下説明する。
EXAMPLE An example of the present invention will now be described. To simplify the description, the positional relationship between the first object and the second object is shown.
Among the plurality of variables, the two variables of the positional deviation amount w and the surface distance g will be described below.

【0020】図1は本発明の実施例1の要部概略図、図
2は図1の各光束の光路を模式的に展開したときの要部
概略図である。図1,図2においてL1は不図示の半導
体レーザ又はSLD又はX線源等の投光手段からの光束
であり、マスク等の第1物体1面上の後述する物理光学
素子Z1,Z3に角度θで入射している。2はウエハ等
の第2物体であり、第1物体1と間隔g隔てて対向配置
されている。wは第1物体1と第2物体2との相対的な
ずれ量を示している。Z1,Z3は各々第1物体1面上
に設けた透過型の第1,第3物理光学素子であり、光束
L1は物理光学素子Z1,Z3に入射している。Z2,
Z4は第2物体2面上に設けた反射型(図2では透過型
として示している。)の第2,第4物理光学素子で、こ
れらの物理光学素子(以下「マーク」ともいう。)Z1
〜Z4は例えば回折格子やゾーンプレート等から成って
いる。
FIG. 1 is a schematic view of the essential parts of Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a schematic view of the essential parts when the optical paths of the respective luminous fluxes of FIG. 1 are schematically developed. In FIG. 1 and FIG. 2, L1 is a light beam from a light projecting means such as a semiconductor laser, an SLD, or an X-ray source, which is not shown, and is angled to a physical optical element Z1 or Z3 described later on the surface of the first object 1 such as a mask. It is incident at θ. Reference numeral 2 denotes a second object such as a wafer, which is arranged to face the first object 1 with a gap g. w indicates a relative shift amount between the first object 1 and the second object 2. Z1 and Z3 are transmissive first and third physical optical elements provided on the surface of the first object 1, and the light beam L1 is incident on the physical optical elements Z1 and Z3. Z2
Z4 is a reflection type (shown as a transmission type in FIG. 2) second and fourth physical optical elements provided on the surface of the second object 2, and these physical optical elements (hereinafter also referred to as “marks”). Z1
Z4 are composed of, for example, a diffraction grating and a zone plate.

【0021】図3に本実施例に係る第1物体1と第2物
体2面上の物理光学素子のパターン例を示す。
FIG. 3 shows a pattern example of the physical optical element on the surfaces of the first object 1 and the second object 2 according to this embodiment.

【0022】物理光学素子Z1〜Z4はレンズ作用を有
しその焦点距離は各々f1〜f4である。
The physical optical elements Z1 to Z4 have a lens function and their focal lengths are f1 to f4, respectively.

【0023】L2〜L9は各々物理光学素子からの所定
次数の回折光、3は検出手段で例えばラインセンサやエ
リアセンサ等のセンサで第1物体1から距離Lだけ離れ
た位置に配置されている。a1,a2は各々物理光学素
子Z1,Z3の光軸であり、このうち光軸a1と光軸a
2との間は距離Dだけ離れている。
L2 to L9 are diffracted light of a predetermined order from the physical optical element, and 3 is a detecting means, for example, a sensor such as a line sensor or an area sensor, which is arranged at a position separated from the first object 1 by a distance L. . a1 and a2 are optical axes of the physical optical elements Z1 and Z3, respectively, of which optical axis a1 and optical axis a
It is separated by a distance D from No. 2.

【0024】点C1〜C4はそれぞれ回折光L3,L
5,L7,L9のセンサ3面上の光束重心位置である。
このうち点C1,C2は光軸a1から各々距離Y1,Y
2離れたところの点であり、点C3,C4は光軸a2か
ら各々距離Y3,Y4離れた位置を示している。
Points C1 to C4 are diffracted lights L3 and L, respectively.
5, L7, and L9 are the barycentric positions of the light flux on the sensor 3 surface.
Of these points, points C1 and C2 are distances Y1 and Y from the optical axis a1.
The points C3 and C4 are two points away from each other, and the points C3 and C4 indicate positions that are distances Y3 and Y4 from the optical axis a2.

【0025】尚、ここで光束重心とは光束断面内に於
て、断面内各点からの位置ベクトルにその点の光量を乗
算したものを断面全面で積分したときに、積分値が0ベ
クトルになる点を示している。
Here, in the light beam cross section, the light beam center of gravity is a vector of 0 when the position vector from each point in the cross section is multiplied by the light quantity at that point and integrated over the entire cross section. Is shown.

【0026】4は演算手段としての信号処理回路であ
り、センサ3からの情報により、光束L3,L5,L
7,L9の光束重心を求めている。
Reference numeral 4 is a signal processing circuit as a calculation means, and the light fluxes L3, L5, L are obtained from the information from the sensor 3.
7 and L9 are calculated.

【0027】このとき本実施例では第1物体と第2物体
との間隔がgのときのずれ量wに対する所定次数の回折
光のセンサ3面上への入射位置情報Yとの関係を実験的
に種々のケースにおいて求め一般式を作成する。そして
このときの一般式を例えば演算手段4の一部に設けた記
録手段又は外部に設けた記録手段(不図示)に記録して
おく。そして位置情報である距離Y1〜Y4,Dを記録
手段に記録している。
At this time, in the present embodiment, the relationship between the deviation amount w when the distance between the first object and the second object is g and the incident position information Y of the diffracted light of the predetermined order on the surface of the sensor 3 is experimentally determined. In various cases, the general formula is created. Then, the general formula at this time is recorded in, for example, a recording means provided in a part of the arithmetic means 4 or a recording means (not shown) provided outside. Then, the distances Y1 to Y4, D, which are position information, are recorded in the recording means.

【0028】一般式とを用いて第1物体1と第2物体2
との位置ずれ量wと間隔gを求めている。5は制御回路
であり、信号処理回路4からの位置ずれ量wと間隔gに
関する情報に従って第1物体1と第2物体2との位置ず
れ量wと間隔gを制御している。
Using the general formula, the first object 1 and the second object 2
The positional shift amount w and the gap g are calculated. Reference numeral 5 denotes a control circuit, which controls the positional deviation amount w and the interval g between the first object 1 and the second object 2 in accordance with the information on the positional deviation amount w and the interval g from the signal processing circuit 4.

【0029】6はステージコントローラであり、第2物
体2を搭載している不図示のステージを制御回路5から
の指令に従って駆動している。
A stage controller 6 drives a stage (not shown) on which the second object 2 is mounted according to a command from the control circuit 5.

【0030】本実施例では光源からの光束L1は第1物
体1面上の物理光学素子Z1,Z3に各々入射してい
る。このうち物理光学素子Z1に入射した光束L1のう
ち物理光学素子Z1で生じた1次回折光L2は物理光学
素子Z2に入射する。そして位置ずれ量wに応じて回折
方向が異なる1次回折光L3が発生する。回折光L3は
物理光学素子Z1を0次回折光としてそのまま通過す
る。該回折光L3はセンサ3面上の光軸a1から距離Y
1離れた位置に結像する。センサ3と第1物体1との距
離は一定値Lなので距離Y1の値は間隔gと位置ずれ量
wに依存する量となっている。
In this embodiment, the light beam L1 from the light source is incident on each of the physical optical elements Z1 and Z3 on the surface of the first object 1. Of these, the first-order diffracted light L2 generated by the physical optical element Z1 of the light flux L1 incident on the physical optical element Z1 is incident on the physical optical element Z2. Then, the first-order diffracted light L3 having a different diffracting direction is generated according to the positional shift amount w. The diffracted light L3 passes through the physical optical element Z1 as it is as the 0th-order diffracted light. The diffracted light L3 is a distance Y from the optical axis a1 on the surface of the sensor 3.
An image is formed at a position separated by one. Since the distance between the sensor 3 and the first object 1 is a constant value L, the value of the distance Y1 is an amount that depends on the interval g and the positional deviation amount w.

【0031】一方、物理光学素子Z1で回折作用を受け
ずに0次回折光として通過した光束L1は物理光学素子
Z2に入射する。そして物理光学素子Z2で1次の回折
作用を受けた1次回折光L4は物理光学素子Z1に再入
射する。そして位置ずれ量wに応じて回折方向が異なる
1次回折光L5が発生する。1次回折光L5はセンサ3
面上の光軸a1から距離Y2離れた位置に結像する。
On the other hand, the light beam L1 that has passed through the physical optical element Z1 as the 0th-order diffracted light without being diffracted enters the physical optical element Z2. Then, the first-order diffracted light L4 that has been subjected to the first-order diffracting action by the physical optical element Z2 re-enters the physical optical element Z1. Then, the first-order diffracted light L5 having a different diffracting direction is generated according to the amount of positional deviation w. The first-order diffracted light L5 is detected by the sensor 3
An image is formed on the surface at a distance Y2 from the optical axis a1.

【0032】物理光学素子Z3に入射した光束L1から
は物理光学素子Z1に入射した光束L1と同様な回折光
L6〜L9が発生し、このうち回折光L7,L9はそれ
ぞれセンサ3面上の光軸a2から距離Y3,Y4離れた
位置に各々結像する。4は演算手段としての信号処理回
路であり、センサ3から読み込んだ情報からまず光束L
3,L5,L7,L9の光束重心位置C1,C2,C
3,C4を求めた後、点C1と点C4間の間隔D14、
点C2と点C3間の間隔D23を算出する。間隔D14
と間隔D23の値を後述する各式の関係を利用して第1
物体1と第2物体2との位置ずれ量wと間隔gを求めて
いる。
From the light beam L1 incident on the physical optical element Z3, diffracted light beams L6 to L9 similar to the light beam L1 incident on the physical optical element Z1 are generated. Of these, diffracted light beams L7 and L9 are light beams on the surface of the sensor 3, respectively. Images are formed at positions apart from the axis a2 by distances Y3 and Y4. Reference numeral 4 denotes a signal processing circuit as an arithmetic means, which first detects the light flux L from the information read from the sensor 3.
3, L5, L7, L9 light beam centroid positions C1, C2, C
3, after obtaining C4, the distance D14 between the points C1 and C4,
The distance D23 between the points C2 and C3 is calculated. Interval D14
And the value of the interval D23 using the relationship of each equation described later
The positional shift amount w and the gap g between the object 1 and the second object 2 are obtained.

【0033】制御回路5は信号処理回路4からの位置ず
れ量wと間隔gに関する情報に従ってステージコントロ
ーラ6を駆動させて、所定の位置へ第2物体2を移動さ
せている。
The control circuit 5 drives the stage controller 6 according to the information on the positional deviation amount w and the gap g from the signal processing circuit 4 to move the second object 2 to a predetermined position.

【0034】尚本実施例において回折光は1次回折光に
限らず2次以上の高次回折光を用いても同様の効果を得
ることができる。
In this embodiment, the diffracted light is not limited to the first-order diffracted light, and the same effect can be obtained by using the second-order or higher-order diffracted light.

【0035】本実施例では光源、センサ等を一箇所に集
合させて構成することができる為、光プローブが小型化
され、又露光時の光プローブの移動が不要の為、スルー
プットがより向上する等の特長を有している。
In the present embodiment, since the light source, the sensor and the like can be assembled in one place, the optical probe can be miniaturized, and the movement of the optical probe at the time of exposure is unnecessary, so that the throughput is further improved. It has features such as

【0036】次に本実施例において第1物体1と第2物
体2との位置ずれ量wと間隔gの求め方について第2図
を参照して説明する。
Next, how to obtain the positional deviation amount w and the gap g between the first object 1 and the second object 2 in this embodiment will be described with reference to FIG.

【0037】図2において回折光L3を発生するレンズ
系では光束L1がレンズ作用の働きをする物理光学素子
Z1,Z2を通り点C1に入射する。このとき回折光L
3の光束重心C1までの距離Y1は第1物体1と第2物
体2とのずれ量wと間隔gによって決まる量であり、一
般に Y1=F1(w,g) ・・・・・・(1) のように表わされる。
In the lens system for generating the diffracted light L3 in FIG. 2, the light beam L1 passes through the physical optical elements Z1 and Z2 having a lens function and is incident on the point C1. At this time, the diffracted light L
The distance Y1 to the light beam center of gravity C1 of 3 is an amount determined by the shift amount w between the first object 1 and the second object 2 and the gap g, and generally Y1 = F1 (w, g). ) Is represented.

【0038】他の3つのレンズ系においても同様に距離
Y2,Y3,Y4は、ずれ量wと間隔gによって決まる
量であり Y2=F2(w,g) ・・・・・・(2) Y3=F3(w,g) ・・・・・・(3) Y4=F4(w,g) ・・・・・・(4) のように表わされる。
Similarly, in the other three lens systems, the distances Y2, Y3 and Y4 are determined by the shift amount w and the gap g. Y2 = F2 (w, g) (2) Y3 = F3 (w, g) ··· (3) Y4 = F4 (w, g) ··· (4)

【0039】以上のように距離Y1〜Y4を表わした場
合、点C1と点C3間の間隔D13と点C2と点C4間
の間隔D24を用いると、次のようにずれ量wと間隔g
に依存する量Y,Z(以下「目的変数」ともいう。)を
表わすことができる。
When the distances Y1 to Y4 are expressed as described above, if the distance D13 between the points C1 and C3 and the distance D24 between the points C2 and C4 are used, the shift amount w and the distance g are as follows.
It is possible to represent the quantities Y and Z (hereinafter also referred to as “objective variables”) depending on

【0040】 Y=y1+y3=D13−D=F1+F3=F5(w,g) Z=y2+y4=D24−D=F2+F4=F6(w,g)′ 即ち、目的変数Y,Zは次のように表すことができる。Y = y1 + y3 = D13−D = F1 + F3 = F5 (w, g) Z = y2 + y4 = D24−D = F2 + F4 = F6 (w, g) ′ That is, the objective variables Y and Z are expressed as follows. You can

【0041】 Y=a0 +a1 w+a2 g ・・・・・ (5) Z=b0 +b1 w+b2 g ・・・・・ (6) ここで(5),(6)式の係数a0 ,a1 ,a2 ,b
0 ,b1 ,b2 を予め決めておくと、ある任意のずれ量
wと間隔gの値のときの目的変数Y,Zを測定すれば、
ずれ量wと間隔gの値を求めることができる。
Y = a 0 + a 1 w + a 2 g (5) Z = b 0 + b 1 w + b 2 g (6) Here, the coefficient a of the equations (5) and (6) 0 , a 1 , a 2 , b
If 0 , b 1 and b 2 are determined in advance, by measuring the target variables Y and Z when the value of the given deviation amount w and the interval g are measured,
The values of the shift amount w and the interval g can be obtained.

【0042】次に前述の各係数の決め方について説明す
る。まず測定範囲内の種々なずれ量wと間隔gの値の組
み合わせに対する目的変数Y,Zの値を測定して表1の
ようなデータを3組以上用意する。表1と(5),
(6)式から次の式が得られる。
Next, how to determine the above-mentioned coefficients will be described. First, the values of the objective variables Y and Z for various combinations of the deviation amount w and the value of the interval g within the measurement range are measured, and three or more sets of data as shown in Table 1 are prepared. Table 1 and (5),
The following equation is obtained from the equation (6).

【0043】[0043]

【数1】 (7),(8)式からそれぞれ次のような重回帰式が求
まる。
[Equation 1] The following multiple regression equations are respectively obtained from the equations (7) and (8).

【0044】 Y=A0 +A1 w+A2 g ・・・・・・(9) Z=B0 +B1 w+B2 g ・・・・(10) これより各係数a0 ,a1 ,a2 ,b0 ,b1 ,b2
求めている。そして目的変数Y,Zの値を用いてずれ量
wと間隔gを求めている。
Y = A 0 + A 1 w + A 2 g (9) Z = B 0 + B 1 w + B 2 g (10) From the above, the respective coefficients a 0 , a 1 , a 2 , b 0 , b 1 , b 2 are obtained. Then, the shift amount w and the interval g are obtained using the values of the objective variables Y and Z.

【0045】図4は本実施例において回折光束L3,L
5,L7,L9の光束重心C1,C2,C3,C4が、
ずれ量wに応じてセンサ3面上でどのように変化するか
を示した説明図である。回折光束L3,L5,L7,L
9等はセンサ面上である幅を有しているので、お互いに
重なる部分があると点C1〜C4を精度良く求めるのが
難しくなってくる。
FIG. 4 shows diffracted light beams L3 and L in this embodiment.
5, L7, L9 luminous flux centroids C1, C2, C3, C4,
It is an explanatory view showing how it changes on the sensor 3 surface according to shift amount w. Diffracted light beams L3, L5, L7, L
Since 9 and the like have a certain width on the sensor surface, it becomes difficult to accurately determine points C1 to C4 if there are portions that overlap each other.

【0046】そこで本実施例では例えば、ずれ量w=±
3μmの間で計測したいときは各光束が離れている範囲
(例えば図4の点wo−3から点wo+3の間)の特性
を予めシュミレーション等で求めておき、これを利用す
る。
Therefore, in this embodiment, for example, the shift amount w = ±
When it is desired to measure within 3 μm, the characteristics of the range in which the respective light fluxes are separated (for example, between point wo-3 and point wo + 3 in FIG. 4) are obtained in advance by simulation or the like and used.

【0047】即ち、本実施例では前記第1,第2の2つ
の物理光学素子を介して所定面上に生ずる第1,第2の
2つの回折光束の重心位置及び前記第3,第4の2つの
物理光学素子を介して所定面上に生ずる第3,第4の2
つの回折光束の重心位置は各々回折光束の幅以上離れた
状態で検出している。
That is, in the present embodiment, the barycentric positions of the first and second diffracted light beams generated on the predetermined surface through the first and second physical optical elements and the third and fourth physical positions. 2nd, 3rd and 4th generated on a predetermined surface via two physical optical elements
The barycentric positions of the two diffracted light beams are detected in a state of being separated by at least the width of the diffracted light beams.

【0048】尚、本実施例において第1物体と第2物体
との位置ずれ量wが0のとき第1物体上の物理光学素子
(例えばZ1)の光軸a1と第2物体上の物理光学素子
(例えばZ2)の光軸a2を距離woだけずらしておく
ことにより、第1物体と第2物体との位置ずれ量wが0
のときに点C1と点C2、及び点C3と点C4を離れた
状態にしておくことができる。
In this embodiment, when the positional displacement amount w between the first object and the second object is 0, the optical axis a1 of the physical optical element (for example, Z1) on the first object and the physical optics on the second object. By shifting the optical axis a2 of the element (for example, Z2) by the distance wo, the positional displacement amount w between the first object and the second object is 0.
At this time, the points C1 and C2, and the points C3 and C4 can be separated from each other.

【0049】図3に示す第1〜第4物理光学素子Z1〜
Z4のパターン配置はこの様子を示しており、第1物体
と第2物体の位置ずれ量wが0のとき第1と第2物理光
学素子Z1とZ2の光軸が、又第3と第4物理光学素子
Z3とZ4の光軸が各々距離woだけずれるように設定
している。
The first to fourth physical optical elements Z1 to Z1 shown in FIG.
The pattern arrangement of Z4 shows this state, and when the positional displacement amount w of the first object and the second object is 0, the optical axes of the first and second physical optical elements Z1 and Z2 are the third and fourth. The optical axes of the physical optical elements Z3 and Z4 are set so as to be displaced by the distance wo.

【0050】従ってこのパターンを使用した場合、第1
物体と第2物体とが距離wxだけずれている時は(9)
〜(12)式のずれ量wの値を w=wo+wx と置き換えて計算すればよい。
Therefore, when this pattern is used, the first
When the object and the second object are displaced by the distance wx (9)
The value of the shift amount w in the equation (12) may be replaced with w = wo + wx for calculation.

【0051】尚、本実施例では第1,第2物体面上に各
々2個の物理光学素子を設ける代わりに一方の物体面上
に4個の物理光学素子を設けて前述の回折光束L3,L
5,L7,L9に相当する4つの回折光を得ても同様の
効果を得ることができる。
In this embodiment, instead of providing two physical optical elements on each of the first and second object planes, four physical optical elements are provided on one of the object planes and the above-mentioned diffracted light beam L3 is generated. L
The same effect can be obtained by obtaining four diffracted lights corresponding to 5, L7, and L9.

【0052】ただし本実施例のように2個の物理光学素
子を設ける方法は4個の物理光学素子を設ける方法に比
べて面積が少なくてすみ、又同じ面積で比較すると回折
光の光量が2倍となる長所がある。
However, the method of providing two physical optical elements as in this embodiment requires a smaller area than the method of providing four physical optical elements, and the amount of diffracted light is 2 when compared in the same area. It has the advantage of being doubled.

【0053】次に表1のデータの用意の仕方について説
明する。ずれ量wの値は半導体素子製造用の露光装置で
は一般に0.01μm以下の精度が要求されるのでずれ
量wの値の求め方について図5と図6を用いて説明す
る。
Next, how to prepare the data in Table 1 will be described. Since the value of the deviation amount w is generally required to have an accuracy of 0.01 μm or less in an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor element, a method of obtaining the value of the deviation amount w will be described with reference to FIGS. 5 and 6.

【0054】図5においてマークZ5,Z7は図3のマ
ークZ1,Z3に相当するマーク、マークAFはマスク
とウエハ間の間隔gを測定する為のマークでマークZ
5,Z7と共にマスク上に載っている。
In FIG. 5, marks Z5 and Z7 are marks corresponding to the marks Z1 and Z3 in FIG. 3, and a mark AF is a mark for measuring the gap g between the mask and the wafer.
5 and Z7 are mounted on the mask.

【0055】図6においてマークZ6,Z8は図3のマ
ークZ2,Z4に相当するマークでw1 ,・・・・,w5
マスクとウエハ間の位置ずれ量が零のときの、即ちマス
ク上のマークM1とウエハ上のマークM2との位置ずれ
量が零のときのマスク上のマークZ5,Z7とウエハ上
のマークZ6,Z8間の位置ずれ量を表している。
In FIG. 6, marks Z6 and Z8 are marks corresponding to the marks Z2 and Z4 in FIG. 3, and w 1 , ..., W 5 are when the amount of displacement between the mask and the wafer is zero, that is, the mask. It shows the amount of positional deviation between the marks Z5 and Z7 on the mask and the marks Z6 and Z8 on the wafer when the amount of positional deviation between the upper mark M1 and the mark M2 on the wafer is zero.

【0056】以上のような構成のとき位置ずれ量w1
・・・・,w5 の値が正確に分かっているとき表2のように
間隔gを変えながら目的変数Y,Z値を測ればn個のデ
ータが得られる。
In the case of the above configuration, the positional deviation amount w 1 ,
..., dependent variable Y while changing the gap g as shown in Table 2 when the value of w 5 are accurately known, if Hakare the Z value n data are obtained.

【0057】次に位置ずれ量w1 ,・・・・,w5 の値の正
確な測定法について説明する。
Next, an accurate method of measuring the values of the positional deviation amounts w 1 , ..., W 5 will be described.

【0058】ウエハ上には図6に示すようにマークZ
6,Z8が位置ずれ量w1 ,・・・・,w5離れた状態で焼き
付けられているとする。マスクとウエハとをマークM1
とマークM2を位置合わせマークとして位置合わせす
る。このときの目的変数Y値をYM とする。
A mark Z is formed on the wafer as shown in FIG.
6 and Z8 are printed with the positional deviation amounts w 1 , ..., W 5 distant from each other. Mark M1 on the mask and wafer
And mark M2 as the alignment mark. The target variable Y value at this time is Y M.

【0059】マークM1とマークM2との位置合わせが
行われると、他のマークZ5,Z7とマークZ6,Z8
との位置も略合致した状態となる。このときの位置ずれ
量w 1 ,・・・・,w5 離れたマークグループの目的変数Y
値をそれぞれY1 ,・・・・,Y5 とする。
The mark M1 and the mark M2 are aligned with each other.
When done, the other marks Z5, Z7 and marks Z6, Z8
The positions of and are also in a substantially matched state. Misalignment at this time
Quantity w 1 ・ ・ ・ ・ ・ ・, WFive Objective variable Y of distant mark group
The value is Y1 ・ ・ ・ ・ ・ ・, YFive And

【0060】ここで目的変数YM の値とY1 の値の関係
を見るとY1 の値は、ずれ量w1 によるY値とYM の値
との和(又は差)となっている。従って位置ずれ量w1
によるY値をYw1 とすると |Yw1 |=|Y1 −YM | として求めることができる。
Looking at the relationship between the value of the objective variable Y M and the value of Y 1 , the value of Y 1 is the sum (or difference) of the Y value and the value of Y M due to the shift amount w 1 . . Therefore, the position shift amount w 1
If the Y value by Yw 1 is Yw 1 , then | Yw 1 | = | Y 1 −Y M |

【0061】更にY値がY1 であるマークグループのレ
ンズ系としての倍率がM倍であるとすると、ずれ量w1
は w1 =|Y1 −YM |/M として求めることができる。
If the magnification of the lens system of the mark group having the Y value of Y 1 is M times, the shift amount w 1
The w 1 = | can be obtained as / M | Y 1 -Y M.

【0062】尚、Y値は間隔gが所定の値のときに正確
に求めることができるが、本実施例では例えば特開平2
−167413号公報に開示されている方法を用いて、
間隔gを正確な値に設定している。
The Y value can be accurately obtained when the interval g is a predetermined value.
Using the method disclosed in Japanese Patent Publication No. 167413,
The interval g is set to an accurate value.

【0063】次に本発明において変数が3個以上ある場
合の実施例について説明する。
Next, an embodiment in the case where there are three or more variables in the present invention will be described.

【0064】前述した実施例1から分かるように未知数
(説明変数)がk個の場合は重回帰式がk個必要であ
る。
As can be seen from the first embodiment described above, when there are k unknown variables (explanatory variables), k multiple regression equations are required.

【0065】従って表1を参照すると本実施例では表3
のような目的変数が必要であることが分かる。表3のよ
うに目的変数が揃うと次のような式が得られる。
Therefore, referring to Table 1, Table 3 is used in this embodiment.
It turns out that an objective variable such as is necessary. When the target variables are aligned as shown in Table 3, the following equation is obtained.

【0066】[0066]

【数2】 未知数k個に対してk個の式が用意されたのでX1 ,X
2 〜Xk の値が光束の位置から具体的に求まると未知数
1 ,X2 〜Xk の値が求まる。
[Equation 2] Since k expressions are prepared for k unknowns, X 1 , X
When the values of 2 to X k are specifically obtained from the position of the light flux, the values of unknowns X 1 and X 2 to X k are obtained.

【0067】尚未知数がk個以下の場合でも(14)式
から解を求めることができることは言うまでもない。
Needless to say, the solution can be obtained from the equation (14) even when the number of unknowns is k or less.

【0068】次にk個の目的変数を得る方法について述
べる。
Next, a method of obtaining k objective variables will be described.

【0069】前述の(1)式を具体的に位置ずれ量w,
間隔gで例えば近軸の幾何光学的に表わすと次のように
なる。図2より Y1:w=L+2g−f1:f1−g これより
Specifically, the above equation (1) is used to describe the positional displacement amount w,
For example, paraxial geometrical optics can be represented by the interval g as follows. From Fig. 2 Y1: w = L + 2g-f1: f1-g

【0070】[0070]

【数3】 となる。[Equation 3] Becomes

【0071】良く知られているようにゾーンプレートの
焦点距離はゾーンプレートへの投射光束の周波数を変え
ると変化する。従って(15),(16),(17),
(18)式から分かるように周波数が変わるとセンサ3
上の光束の位置が変化する。
As is well known, the focal length of the zone plate changes when the frequency of the light beam projected on the zone plate is changed. Therefore, (15), (16), (17),
As can be seen from the equation (18), when the frequency changes, the sensor 3
The position of the upper light flux changes.

【0072】即ち図1では例えば点C1とC3、点C2
とC4、点C1とC4、点C2とC3とから4個の目的
変数を用意することができるが、更に周波数を変えるこ
とにより、更に4個の目的変数が用意される。従って一
般に10通りに周波数が可変ならば4×10個の目的変
数を用意することができる。尚、重回帰式に例えば(x
112 のように2乗の項を加えたい場合は(x112
m と置き換えることにより重回帰式は線型回帰式と
し、取り扱うことができる。
That is, in FIG. 1, for example, points C1 and C3, point C2
It is possible to prepare four objective variables from C4 and C4, points C1 and C4, and points C2 and C3, but by further changing the frequency, four more objective variables are prepared. Therefore, in general, if the frequency is variable in 10 ways, 4 × 10 objective variables can be prepared. In addition, for example, (x
11) If you want to add the square terms like 2 (x 11) 2 =
The multiple regression equation can be treated as a linear regression equation by replacing it with x m .

【0073】但し変数が1個増えるので必要な回帰式の
数が1だけ増えることになる。3乗以上の項や三角函数
の項が含まれる場合も同様である。
However, since the number of variables increases by one, the number of required regression equations increases by one. The same applies when terms of the third power or more and terms of trigonometric functions are included.

【0074】尚本実施例において光源として使用可能な
可変周波数レーザーとしてはゼーマンレーザー、多波長
LD、色素レーザーを用いた波長可変レーザー、非線形
結晶BBOを用いたパラメトリック発振レーザー等があ
る。
Variable frequency lasers that can be used as the light source in this embodiment include Zeeman lasers, multi-wavelength LDs, wavelength tunable lasers using dye lasers, and parametric oscillation lasers using non-linear crystal BBO.

【0075】図7は光源としてゼーマンレーザーを用い
た場合の周波数の選択方法についての説明図である。図
7においてPBS1,PBS2は偏光ビームスプリッ
タ、Sw1,Sw2はAO光スイッチ、M1,M2,M
3は各々ミラーである。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a frequency selection method when a Zeeman laser is used as a light source. In FIG. 7, PBS1 and PBS2 are polarization beam splitters, Sw1 and Sw2 are AO optical switches, M1, M2, and M.
Each of 3 is a mirror.

【0076】以上のような構成によりゼーマンレーザー
中の2周波f1,f2の光はPBS1で2つに分離し、
AO光スイッチSw1,Sw2でどちらか一方の周波数
の光を選択している。
With the above-mentioned structure, the lights of the two frequencies f1 and f2 in the Zeeman laser are separated into two by the PBS1.
Light of either one of the frequencies is selected by the AO optical switches Sw1 and Sw2.

【0077】図8はハード的に目的変数を増やす方法の
説明図である。図8においてM4はハーフミラー、M5
はミラー、3はセンサーである。
FIG. 8 is an explanatory diagram of a method of increasing the objective variable by hardware. In FIG. 8, M4 is a half mirror, M5
Is a mirror and 3 is a sensor.

【0078】以上のような構成のときマークZ1からの
回折光L3,L5はハーフミラーM4でそれぞれ光束L
3′とL3″、光束L5′とL5″に分かれてセンサー
3に達する。マークZ3からの回折光も同様に分離する
ことにより目的変数を2倍にしている。更にハーフミラ
ーを増やせば目的変数を増やすことができる。
With the above-mentioned structure, the diffracted lights L3 and L5 from the mark Z1 are respectively reflected by the half mirror M4 as the light flux L.
3'and L3 "and luminous fluxes L5 'and L5" are split and reach the sensor 3. By similarly separating the diffracted light from the mark Z3, the objective variable is doubled. If the number of half mirrors is increased, the objective variable can be increased.

【0079】次に上記説明した位置検出装置を用いた露
光装置を利用した半導体デバイスの製造方法の実施例を
説明する。
Next, an embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device using the exposure apparatus using the position detecting apparatus described above will be described.

【0080】図9は半導体デバイス(ICやLSI等の
半導体チップ、或は液晶パネルやCCD等)の製造のフ
ローを示す。ステップ1(回路設計)では半導体デバイ
スの回路設計を行なう。ステップ2(マスク製作)では
設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。
FIG. 9 shows a flow of manufacturing semiconductor devices (semiconductor chips such as IC and LSI, or liquid crystal panels, CCDs, etc.). In step 1 (circuit design), a semiconductor device circuit is designed. In step 2 (mask manufacturing), a mask having the designed circuit pattern is manufactured.

【0081】一方、ステップ3(ウエハ製造)ではシリ
コン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ4
(ウエハプロセス)は前工程と呼ばれ、上記用意したマ
スクとウエハを用いてリソグラフィ技術によってウエハ
上に実際の回路を形成する。
On the other hand, in step 3 (wafer manufacturing), a wafer is manufactured using a material such as silicon. Step 4
The (wafer process) is called a pre-process, and an actual circuit is formed on the wafer by a lithography technique using the mask and the wafer prepared above.

【0082】次のステップ5(組立)は後工程と呼ば
れ、ステップ4によって作製されたウエハを用いて半導
体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程(ダイシ
ング、ボンディング)、パッケージング工程(チップ封
入)等の工程を含む。
The next step 5 (assembly) is called a post-process, and is a process of forming a semiconductor chip using the wafer manufactured in step 4, an assembly process (dicing, bonding), a packaging process (chip encapsulation). Etc. are included.

【0083】ステップ6(検査)ではステップ5で作製
された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト
等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイス
が完成し、これが出荷(ステップ7)される。
In step 6 (inspection), the semiconductor device manufactured in step 5 undergoes inspections such as an operation confirmation test and a durability test. Through these steps, the semiconductor device is completed and shipped (step 7).

【0084】図10は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップ11(酸化)ではウエハの表面を酸
化させる。ステップ12(CVD)ではウエハ表面に絶
縁膜を形成する。
FIG. 10 shows the detailed flow of the wafer process. In step 11 (oxidation), the surface of the wafer is oxidized. In step 12 (CVD), an insulating film is formed on the wafer surface.

【0085】ステップ13(電極形成)ではウエハ上に
電極を蒸着によって形成する。ステップ14(イオン打
込み)ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ15
(レジスト処理)ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ16(露光)では上記説明した露光装置によってマ
スクの回路パターンをウエハに焼付露光する。
In step 13 (electrode formation), electrodes are formed on the wafer by vapor deposition. In step 14 (ion implantation), ions are implanted in the wafer. Step 15
In (resist processing), a photosensitive agent is applied to the wafer. In step 16 (exposure), the circuit pattern of the mask is printed and exposed on the wafer by the exposure apparatus described above.

【0086】ステップ17(現像)では露光したウエハ
を現像する。ステップ18(エッチング)では現像した
レジスト像以外の部分を削り取る。ステップ19(レジ
スト剥離)ではエッチングが済んで不要となったレジス
トを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうこと
によってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
In step 17 (development), the exposed wafer is developed. In step 18 (etching), parts other than the developed resist image are removed. In step 19 (resist stripping), the resist that is no longer needed after etching is removed. By repeating these steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer.

【0087】本実施例の製造方法を用いれば従来は製造
が難しかった高集積度の半導体デバイスを製造すること
ができる。
By using the manufacturing method of this embodiment, it is possible to manufacture a highly integrated semiconductor device which has been difficult to manufacture in the past.

【0088】[0088]

【表1】 [Table 1]

【0089】[0089]

【発明の効果】本発明によれば前述の如く第1物体と第
2物体とが間隔gと位置ずれ量wそして投光手段と第1
物体との位置ずれ量等が何れも既知で対向配置している
ときの検出手段からの位置情報Yを種々なケースについ
て予め求め、これより重回帰式を求め、記録手段に記録
しておく。そして実際の双方の位置検出のときに、該検
出手段からの位置情報と該記録手段に記録しておいた一
般式とを利用することにより、検出系の収差や製作誤差
そして経年変化による半導体レーザの発振波長の変化等
の誤差要因の影響を排除し、双方の相対的な位置検出を
高精度に行うことができる位置検出装置を達成すること
ができる。
According to the present invention, as described above, the distance between the first object and the second object is the distance g, the positional deviation amount w, the light projecting means and the first object.
The positional information Y from the detecting means when the positional displacement amount and the like with respect to the object are all known and they are opposed to each other is obtained in advance for various cases, the multiple regression equation is obtained from this and recorded in the recording means. By using the position information from the detecting means and the general formula recorded in the recording means at the time of actually detecting both positions, the semiconductor laser caused by the aberration of the detection system, the manufacturing error, and the secular change. It is possible to achieve a position detection device that eliminates the influence of error factors such as changes in the oscillation wavelength of the above, and can perform relative position detection of both with high accuracy.

【0090】又、本発明によれば第1物体と第2物体と
の位置ずれ量wと第1物体と第2物体との間隔gそして
投光手段と第1物体との位置ずれ量等を求めることによ
り、合致状態を誤認することがなく、高精度な位置合わ
せが出来しかも演算が容易なマトリックス演算を行うこ
とによりスループットの高い位置検出装置を達成するこ
とができる。
Further, according to the present invention, the positional deviation amount w between the first object and the second object, the distance g between the first object and the second object, the positional deviation amount between the light projecting means and the first object, and the like are calculated. By obtaining the position, it is possible to achieve a position detecting device with high throughput by performing a matrix operation that can perform highly accurate alignment without erroneously recognizing the matching state and that can be easily operated.

【0091】例えば本発明の位置検出装置における位置
情報C1,C3とずれ量wとの関係のみから位置合わせ
する場合、前述の諸定数がg=30μm、f1=150
μm,L=18627μm、y1=1544.75μm
の時、間隔gに0.06μmの誤差があると、ずれ量w
には0.005μmの誤差が生ずる。従って0.01μ
mの精度で位置合わせしようとするときは間隔gの誤差
を0.06μm程度以下にする必要がある。従って何ら
かの方法で0.06μm以下の精度で間隔gの設定を予
めしておかなければならない。
For example, in the case of performing alignment based only on the relationship between the positional information C1 and C3 and the shift amount w in the position detecting device of the present invention, the above-mentioned constants are g = 30 μm and f1 = 150.
μm, L = 18627 μm, y1 = 1544.45 μm
At this time, if the gap g has an error of 0.06 μm, the deviation amount w
Has an error of 0.005 μm. Therefore 0.01μ
When attempting to perform alignment with an accuracy of m, it is necessary to make the error of the gap g about 0.06 μm or less. Therefore, it is necessary to set the interval g with an accuracy of 0.06 μm or less in advance by some method.

【0092】これに対して本発明によればプリアライメ
ントである程度の精度で間隔gの設定がなされていれば
間隔gがどのような値であってもずれ量wを正確に求め
ることができる。
On the other hand, according to the present invention, if the gap g is set with a certain degree of accuracy in the prealignment, the shift amount w can be accurately obtained regardless of the value of the gap g.

【0093】更に重心位置が位置C1とC2である回折
光束が重なった状態で測定し2つの回折光束の重心を求
める方式では、回折効率の変動等で光量が変化すると重
心が移動し誤差の原因になるが、本発明では回折光束が
充分離れた状態で測定するので、このような検出誤差の
発生を防げる。
Further, in the method of determining the center of gravity of two diffracted light beams by measuring the diffracted light beams whose positions of the centers of gravity are positions C1 and C2, the center of gravity moves when the light quantity changes due to fluctuations in diffraction efficiency, etc. However, in the present invention, since the diffracted light beams are measured in a state where they are sufficiently separated from each other, such a detection error can be prevented.

【0094】又、本発明においては物理光学素子を位置
ずれ量wや間隔gそして投光手段と第1物体との位置ず
れ量等の検出に共用するようにし、これにより光束や物
理光学素子の数を減少させ、検出系の簡素化及び装置全
体の小型化を図っている。
Further, in the present invention, the physical optical element is commonly used for detecting the positional deviation amount w, the gap g, the positional deviation amount between the light projecting means and the first object, and the like, whereby the luminous flux and the physical optical element are detected. The number is reduced, the detection system is simplified, and the entire device is downsized.

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

【図1】 本発明の実施例1の要部概略図FIG. 1 is a schematic view of a main part of a first embodiment of the present invention.

【図2】 図1の各光束の光路を模式的に展開したと
きの要部概略図
FIG. 2 is a schematic view of main parts when the optical paths of the respective light fluxes in FIG. 1 are schematically developed.

【図3】 第1物体1と第2物体2面上に設けた物理
光学素子の説明図
FIG. 3 is an explanatory view of a physical optical element provided on a surface of a first object 1 and a surface of a second object 2.

【図4】 ずれ量wと光束重心位置C1,C2,C
3,C4のセンサ面上の位置関係を示す説明図
FIG. 4 is a shift amount w and light beam centroid positions C1, C2, C
Explanatory drawing which shows the positional relationship on the sensor surface of 3 and C4.

【図5】 ずれ量wの設定の仕方の説明図FIG. 5 is an explanatory diagram of how to set the deviation amount w.

【図6】 ずれ量wの設定の仕方の説明図FIG. 6 is an explanatory diagram of how to set a deviation amount w.

【図7】 光源からの光の周波数の偏光方法の説明図FIG. 7 is an explanatory diagram of a method of polarizing the frequency of light from a light source.

【図8】 重回帰式の目的変数の数を増加する方法の
説明図
FIG. 8 is an explanatory diagram of a method of increasing the number of objective variables of the multiple regression equation.

【図9】 本発明の半導体素子の製造のフローチャー
FIG. 9 is a flowchart of manufacturing the semiconductor device of the present invention.

【図10】 本発明の半導体素子の製造のフローチャー
FIG. 10 is a flowchart of manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図11】 従来の位置検出装置の要部概略図FIG. 11 is a schematic view of a main part of a conventional position detection device.

【図12】 従来の位置検出装置の要部概略図FIG. 12 is a schematic view of a main part of a conventional position detecting device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1物体(マスク) 2 第2物体(ウエハ) 3 検出手段 4 信号処理回路 5 制御回路 6 ステージコントローラ w ずれ量 g 間隔 L1〜L9 光束 Z1〜Z4 物理光学素子 x1 〜xk 説明変数 X1 〜Xk 目的変数1 first object (mask) 2 second object (wafer) 3 detection means 4 signal processing circuit 5 a control circuit 6 stage controller w shift amount g intervals L1~L9 light beam Z1~Z4 physical optic element x 1 ~x k explanatory variable X 1 to X k objective variable

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1物体面上と第2物体面上に各々物理
光学素子を設け、これらの物理光学素子に投光手段から
光束を入射させ、該光束の所定面上に生ずる所定次数の
回折光束の位置情報を検出手段で検出することにより該
第1物体と第2物体との相対的な位置検出を行う際、該
第1物体と該第2物体との相対的位置関係に基づく重回
帰式の数と少なくとも同じ数だけの回折光の位置情報を
発生させ、k×n個(但しk,nは正の整数)の該第1
物体と第2物体との位置ずれ量や間隔とk×n個の回折
光の位置情報とからk個の重回帰式を求めて、該k個の
重回帰式とk個の回折光の位置情報とから最大k個の該
第1物体と第2物体との位置ずれ量と間隔の値を演算手
段で求め、該演算手段からの信号を利用していることを
特徴とする位置検出装置。
1. A physical optical element is provided on each of a first object surface and a second object surface, and a light beam is incident on these physical optical elements from a light projecting means, and a predetermined order of the light beam is generated on the predetermined surface. When the relative position between the first object and the second object is detected by detecting the position information of the diffracted light beam by the detecting means, the weight based on the relative positional relationship between the first object and the second object is detected. At least the same number of positions of diffracted light as the number of regression equations are generated, and k × n (where k and n are positive integers) of the first information are generated.
The k multiple regression equations are calculated from the positional deviation amount and the distance between the object and the second object and the position information of the k × n diffracted light, and the k multiple regression equations and the positions of the k diffracted light are obtained. A position detecting device characterized in that a maximum of k positional deviation amounts and distance values between the first object and the second object are obtained by a calculation means from information, and a signal from the calculation means is used.
【請求項2】 前記投光手段からの光束の周波数を可変
とする周波数可変手段を有していることを特徴とする請
求項1の位置検出装置。
2. The position detecting device according to claim 1, further comprising frequency changing means for changing the frequency of the light beam from said light projecting means.
【請求項3】 前記物理光学素子からの回折光のうち一
部を分割して所定面上に導光していることを特徴とする
請求項1の位置検出装置。
3. The position detecting device according to claim 1, wherein a part of the diffracted light from the physical optical element is divided and guided on a predetermined surface.
【請求項4】 前記第2物体面上の物理光学素子の位置
ずれ量を前記第1物体と第2物体との位置ずれ量として
回帰式を求めていることを特徴とする請求項1,2又は
3の位置検出装置。
4. A regression equation is obtained by using a positional displacement amount of a physical optical element on the second object surface as a positional displacement amount between the first object and the second object. Or the position detection device of 3.
【請求項5】 マスクとウエハとの相対的な位置検出を
行った後にマスク面上のパターンをウエハ面に転写し、
該ウエハを現像処理工程を介して半導体素子を製造する
際、該第1物体と該第2物体との相対的位置関係に基づ
く重回帰式の数と少なくとも同じ数だけの回折光の位置
情報を発生させ、k×n個(但しk,nは正の整数)の
該第1物体と第2物体との位置ずれ量や間隔とk×n個
の回折光の位置情報とからk個の重回帰式を求めて、該
k個の重回帰式とk個の回折光の位置情報とから最大k
個の該第1物体と第2物体との位置ずれ量と間隔の値を
演算手段で求め、該演算手段からの信号を利用している
ことを特徴とする半導体素子の製造方法。
5. The pattern on the mask surface is transferred onto the wafer surface after detecting the relative position between the mask and the wafer,
At the time of manufacturing a semiconductor element through the developing process of the wafer, at least the same number of position information pieces of diffracted light as the number of multiple regression equations based on the relative positional relationship between the first object and the second object are obtained. Then, k weights are generated from k × n (where k and n are positive integers) positional deviation amounts and intervals between the first and second objects and k × n diffracted light position information. A regression equation is obtained, and a maximum k is obtained from the k multiple regression equations and the position information of the k diffracted lights.
A method of manufacturing a semiconductor element, wherein the number of positional deviations and the values of the intervals between the first object and the second object are calculated by a calculation means, and a signal from the calculation means is used.
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