JPH08288201A - Method and apparatus for alignment applied to proximity exposure - Google Patents

Method and apparatus for alignment applied to proximity exposure

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JPH08288201A
JPH08288201A JP7095412A JP9541295A JPH08288201A JP H08288201 A JPH08288201 A JP H08288201A JP 7095412 A JP7095412 A JP 7095412A JP 9541295 A JP9541295 A JP 9541295A JP H08288201 A JPH08288201 A JP H08288201A
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JP
Japan
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mask
wafer
mark
optical axis
exposure
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP7095412A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tsutomu Miyatake
勤 宮武
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Priority to JP7095412A priority Critical patent/JPH08288201A/en
Publication of JPH08288201A publication Critical patent/JPH08288201A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Landscapes

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

Abstract

PURPOSE: To perform an alignment operation with high accuracy without lowering a throughput by a method wherein a mask mark and a wafer mark are observed from the vertical direction with reference to the face of a mask and the alignment operation is formed. CONSTITUTION: The relative position of a mask mark and a wafer mark which are observed by a vertical detection by an image detection device 31 is detected. Then, a wafer-mask movement means 51 is driven so as to obtain a relative positional relationship as a target, and an alignment operation in an in-plane direction is performed. Then, when the alignment operation by the vertical detection is completed, a control device 50 stores the position of an image observed by an image detection device 41 in an oblique direction. Then, a semitransparent mirror 2 is pulled into the side of an objective lens tube 1 as as to be retreated from an exposure area. After its retreat, the image detection device 31 cannot observe an image by the vertical detection. Even when the image detection device 41 retreats the semitransparent mirror 2, it can observe an image by an oblique detection in the same manner as before its retreat.

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、アライメント装置に関
し、特に、近接露光のスループット向上に適したアライ
メント装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an alignment apparatus, and more particularly to an alignment apparatus suitable for improving the throughput of proximity exposure.

【0002】[0002]

【従来の技術】レンズ系と画像処理系とを組み合わせた
アライメント装置において、アライメント時のウエハと
マスクの位置合わせ方法として、垂直検出法と斜方検出
法が知られている。垂直検出法は、アライメントマーク
をマスク面に垂直な方向から観測する方法であり、斜方
検出法は、斜めから観測する方法である。
2. Description of the Related Art In an alignment apparatus combining a lens system and an image processing system, a vertical detection method and an oblique detection method are known as alignment methods for a wafer and a mask during alignment. The vertical detection method is a method of observing the alignment mark from a direction perpendicular to the mask surface, and the oblique detection method is a method of observing it obliquely.

【0003】垂直検出法で用いられる合焦方法として、
色収差二重焦点法が知られている。色収差二重焦点法
は、マスクに形成されたマスクマークとウエハに形成さ
れたアライメントマークとを異なる波長の光で観測し、
色収差を利用して同一平面に結像させる方法である。色
収差二重焦点法は、原理的にレンズの光学的な分解能を
高く設定できるため、絶対的なアライメント精度を高め
ることができる。
As a focusing method used in the vertical detection method,
A chromatic aberration double focus method is known. The chromatic aberration double focus method observes the mask mark formed on the mask and the alignment mark formed on the wafer with light of different wavelengths,
This is a method of forming an image on the same plane by utilizing chromatic aberration. Since the chromatic aberration double focus method can set the optical resolution of the lens to be high in principle, the absolute alignment accuracy can be improved.

【0004】一方、アライメントマークを垂直方向から
観測するために、観測のための光学系が露光領域に入り
込む。このままで露光すると、光学系が露光光を遮るこ
とになるため、露光時には光学系を露光領域から退避さ
せる必要がある。退避させるための移動時間が必要にな
るため、スループットが低下する。また、露光時にアラ
イメントマークを観測できないため、露光中のアライメ
ント精度が低下する原因になる。
On the other hand, in order to observe the alignment mark from the vertical direction, an optical system for observation enters the exposure area. If the exposure is performed as it is, the optical system blocks the exposure light. Therefore, it is necessary to retract the optical system from the exposure area during the exposure. Since the moving time for saving is required, the throughput decreases. Further, since the alignment mark cannot be observed during exposure, it causes a decrease in alignment accuracy during exposure.

【0005】斜方検出法は、光軸がマスク面に対して斜
めになるように光学系を配置するため、露光光を遮らな
いように配置することができる。このため、露光中に光
学系を退避させる必要がなく、露光中でもアライメント
マークを観測することができる。従って、スループット
を低下させることなく、かつ露光中の位置ずれを防止す
ることができる。
In the oblique detection method, the optical system is arranged so that the optical axis is inclined with respect to the mask surface, so that the exposure light can be arranged so as not to be blocked. Therefore, it is not necessary to retract the optical system during exposure, and the alignment mark can be observed even during exposure. Therefore, it is possible to prevent positional deviation during exposure without lowering throughput.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】斜方検出法は、アライ
メントマークとマスクマークを斜方から観測して結像さ
せるため、像歪によりアライメントの絶対精度が低下す
る。また、照明光の光軸と検出光の光軸が一致していな
いため、落斜テレセン照明をすることができない。照明
光軸が理想的な光軸からずれると、像が変化し正確なア
ライメントをすることが困難になる。
In the oblique detection method, the alignment mark and the mask mark are observed obliquely to form an image, and thus the absolute accuracy of alignment is deteriorated due to image distortion. Further, since the optical axis of the illumination light and the optical axis of the detection light do not coincide with each other, it is impossible to perform the fall telecentric illumination. If the illumination optical axis deviates from the ideal optical axis, the image changes and it becomes difficult to perform accurate alignment.

【0007】本発明の目的は、スループットを落とすこ
となく高精度なアライメントを行うことができるアライ
メント方法及びアライメント装置を提供することであ
る。
An object of the present invention is to provide an alignment method and an alignment apparatus which can perform highly accurate alignment without lowering the throughput.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、位置合わせ用の第1及び第2のウエハマークが形成
された露光面を有するウエハと、前記第1及び第2のウ
エハマークとそれぞれ位置合わせするための第1及び第
2のマスクマークが形成された露光マスクとを、前記露
光面が前記露光マスクに対向するように間隙を挟んで配
置する工程と、前記露光面の法線方向から、前記第1の
ウエハマークと前記第1のマスクマークとを観測して、
前記ウエハと前記露光マスクとの露光面内の位置合わせ
を行う工程と、前記露光面に対して斜め方向から前記第
2のウエハマークと前記第2のマスクマークとを観測し
て、両方のマークの位置を記憶する工程と、前記露光面
の法線方向からの観測を停止する工程と、前記斜め方向
から、前記第2のウエハマーク及び前記第2のマスクマ
ークを観測し、ウエハマークとマスクマークとの位置
が、前記位置を記憶する工程で記憶された位置からずれ
ないように維持する工程とを含むアライメント方法が提
供される。
According to one aspect of the present invention, a wafer having an exposure surface on which first and second wafer marks for alignment are formed, and the first and second wafer marks A step of arranging an exposure mask having first and second mask marks for aligning each other with a gap so that the exposure surface faces the exposure mask; and a normal line of the exposure surface. From the direction, observing the first wafer mark and the first mask mark,
A step of aligning the wafer and the exposure mask in the exposure surface, and observing the second wafer mark and the second mask mark from an oblique direction with respect to the exposure surface, and observing both marks The step of storing the position of the wafer mark, the step of stopping the observation from the normal direction of the exposure surface, the step of observing the second wafer mark and the second mask mark from the oblique direction, and the wafer mark and the mask. And a step of maintaining the position of the mark so as not to shift from the position stored in the step of storing the position.

【0009】前記第1及び第2のウエハマークは1つの
マークであり、前記第1及び第2のマスクマークは1つ
のマークであってもよい。本発明の他の観点によると、
位置合わせ用のウエハマークが形成された露光面を有す
るウエハと、前記ウエハマークと位置合わせするための
マスクマークが形成された露光マスクとを、前記露光面
が前記露光マスクに対向するように間隙を挟んで配置す
る工程と、前記露光面に対して斜め方向の光軸を有する
光学系で、前記ウエハマーク及び前記マスクマークの合
焦面上の点を結像面に結像させる工程と、前記結像面内
において、前記ウエハマークの結像点と前記マスクマー
クの結像点とを前記斜め方向の光軸を含む入射面に垂直
投影した2つの点の間隔を測定する工程と、前記2つの
点の間隔が目標とする間隔と一致するように、前記露光
面と前記マスクとの間隙幅を変化させる工程とを含むア
ライメント方法が提供される。
The first and second wafer marks may be one mark, and the first and second mask marks may be one mark. According to another aspect of the invention,
A gap is formed between a wafer having an exposure surface on which a wafer mark for alignment is formed and an exposure mask on which a mask mark for aligning with the wafer mark is formed so that the exposure surface faces the exposure mask. And a step of arranging with the optical system having an optical axis in an oblique direction with respect to the exposure surface, and forming a point on the focusing surface of the wafer mark and the mask mark on the imaging surface, In the image plane, measuring the distance between two points obtained by vertically projecting the image point of the wafer mark and the image point of the mask mark onto an incident plane including the oblique optical axis; There is provided an alignment method including a step of changing a gap width between the exposure surface and the mask so that a gap between two points matches a target gap.

【0010】本発明の他の観点によると、位置合わせ用
ウエハマークが形成された露光面を有するウエハを保持
するウエハ保持手段と、前記ウエハマークと位置合わせ
するためのマスクマークが形成されたマスク面を有する
露光マスクを保持し、該露光マスクを前記露光面の上に
間隙を挟んで配置するマスク保持手段と、前記ウエハと
前記露光マスクとの面内における相対位置を変化させる
ように、前記ウエハ保持手段と前記マスク保持手段の少
なくとも一方を移動させる面内方向移動手段と、前記露
光面に対して斜めに交わる斜光軸を有する光学系と、前
記斜光軸上に配置され、斜光軸に沿って進行する光束の
一部を透過させ、一部を反射し、反射した光束の光軸が
前記露光面に垂直な垂直光軸になる光軸分割合成手段
と、前記光軸分割合成手段を、少なくとも前記斜光軸を
前記露光面へ垂直投影した直線方向の成分を有する方向
に移動させる光軸分割合成手段移動機構とを有するアラ
イメント装置が提供される。
According to another aspect of the present invention, a wafer holding means for holding a wafer having an exposure surface on which a wafer mark for alignment is formed, and a mask on which a mask mark for aligning with the wafer mark is formed. A mask holding means for holding an exposure mask having a surface and arranging the exposure mask on the exposure surface with a gap, and changing the relative position in the plane of the wafer and the exposure mask. In-plane direction moving means for moving at least one of the wafer holding means and the mask holding means, an optical system having an oblique optical axis obliquely intersecting the exposure surface, and arranged on the oblique optical axis, along the oblique optical axis. Optical axis splitting / combining means for transmitting a part of the traveling light beam and reflecting a part thereof, and the optical axis of the reflected light beam becomes a vertical optical axis perpendicular to the exposure surface; Means, alignment apparatus having an optical axis dividing and synthesizing means moving mechanism for moving in a direction having a component in the linear direction at least the oblique axis and the vertical projection to the exposure surface is provided.

【0011】本発明の他の観点によると、さらに、前記
露光面及びマスク面から反射し前記垂直光軸に沿って伝
搬する光が、前記光軸分割合成手段で反射した後、前記
光学系を通って結像した像を検出する第1の像検出手段
と、前記第1の像検出手段によって検出されたウエハマ
ークとマスクマークの像の相対位置関係に基づいて、前
記面内方向移動手段を制御してウエハと露光マスクとの
面内方向の位置合わせを行う制御手段とを有するアライ
メント装置が提供される。
According to another aspect of the present invention, further, the light reflected from the exposure surface and the mask surface and propagating along the vertical optical axis is reflected by the optical axis splitting / combining means, and then the optical system is turned on. The first in-plane moving means for detecting the image formed through the first in-plane moving means based on the relative positional relationship between the images of the wafer mark and the mask mark detected by the first image detecting means. There is provided an alignment apparatus having a control unit that controls and aligns a wafer and an exposure mask in an in-plane direction.

【0012】本発明の他の観点によると、さらに、前記
露光面及びマスク面から反射し前記斜光軸に沿って伝搬
する光が、前記光軸分割合成手段を透過した後、前記光
学系を通って結像した像を検出する第2の像検出手段
と、ウエハと露光マスクとの間隙幅が変化するように前
記ウエハ保持手段と前記マスク保持手段とを移動させる
垂直方向移動手段とを有し、前記制御手段は、前記第2
の像検出手段によって検出されたウエハマークとマスク
マークの像の相対位置関係に基づいて、前記垂直方向移
動手段を制御してウエハと露光マスクとの間隙幅を変化
させるアライメント装置が提供される。
According to another aspect of the present invention, the light reflected from the exposure surface and the mask surface and propagating along the oblique optical axis passes through the optical axis dividing / combining means and then passes through the optical system. Second image detecting means for detecting an image formed by the image forming means, and vertical moving means for moving the wafer holding means and the mask holding means so that the gap width between the wafer and the exposure mask changes. And the control means is the second
An alignment apparatus is provided which controls the vertical movement means based on the relative positional relationship between the images of the wafer mark and the mask mark detected by the image detection means to change the gap width between the wafer and the exposure mask.

【0013】本発明の他の観点によると、前記制御手段
は、前記第1の検出手段によって検出されたウエハマー
クとマスクマークの像の位置関係を記憶するための記憶
手段を有し、前記第2の検出手段によって検出されたウ
エハマークとマスクマークの像の位置関係が前記記憶手
段に記憶された位置関係を維持するように、前記面内方
向移動手段を制御するアライメント装置が提供される。
According to another aspect of the present invention, the control means has a storage means for storing a positional relationship between the image of the wafer mark and the image of the mask mark detected by the first detection means. An alignment apparatus for controlling the in-plane direction moving means is provided so that the positional relationship between the images of the wafer mark and the mask mark detected by the second detecting means maintains the positional relationship stored in the storage means.

【0014】[0014]

【作用】マスクマーク及びウエハマークをマスク面に対
して垂直方向から観測して位置合わせすることにより、
高精度の位置合わせを行うことができる。
[Operation] By observing and aligning the mask mark and the wafer mark from the direction perpendicular to the mask surface,
Highly accurate alignment can be performed.

【0015】マスクマーク及びウエハマーク等のアライ
メントマークを斜め方向から観測すると、高精度な位置
合わせを行うことは困難であるが、観測中の相対的位置
ずれを高精度に検出することは可能である。また、斜め
方向からの観測は、光学系をアライメントマークの真上
に配置しなくても可能である。光学系が露光光を遮るこ
とがないため、露光期間中にもアライメントマークを観
測することができる。露光期間中にアライメントマーク
を斜め方向から観測し、相対的位置ずれが起こらないよ
うにマスクとウエハの位置を制御するすることにより、
露光期間中の位置ずれを防止することができる。
When alignment marks such as mask marks and wafer marks are observed from an oblique direction, it is difficult to perform highly accurate alignment, but it is possible to detect relative displacement during observation with high precision. is there. Observation from an oblique direction is possible without disposing the optical system directly above the alignment mark. Since the optical system does not block the exposure light, the alignment mark can be observed even during the exposure period. By observing the alignment mark from the oblique direction during the exposure period and controlling the positions of the mask and the wafer so that relative displacement does not occur,
It is possible to prevent positional deviation during the exposure period.

【0016】アライメントマークを斜め方向から観測す
ると、観測光軸に対して垂直な平面内で焦点が合うため
マークの一部にのみ焦点が合う。2つのマークの合焦し
ている像点の間隔は、マスク面とウエハ面との間隔に比
例する。従って、アライメントマークを斜め方向から観
測し、像点の間隔を測定することにより、マスク面とウ
エハ面との間隔を検出することができる。
When the alignment mark is observed from an oblique direction, it is focused on a plane perpendicular to the observation optical axis, so that only a part of the mark is focused. The distance between the focused image points of the two marks is proportional to the distance between the mask surface and the wafer surface. Therefore, the distance between the mask surface and the wafer surface can be detected by observing the alignment mark from an oblique direction and measuring the distance between the image points.

【0017】[0017]

【実施例】図1(A)は、本発明の実施例によるアライ
メント装置の光学系の先端部分を示す。光学系の先端部
分は、対物レンズ鏡筒1、ハーフミラー2、及びリニア
アクチュエータ3から構成されている。マスクパターン
が形成されたマスク面4と露光すべきウエハ面5が、間
隙を挟んで平行に保持されている。マスク面4にはマス
クマーク6、7が形成され、ウエハ面5にはウエハマー
ク8、9が形成されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1A shows the tip of an optical system of an alignment apparatus according to an embodiment of the present invention. The front end portion of the optical system includes an objective lens barrel 1, a half mirror 2, and a linear actuator 3. The mask surface 4 on which the mask pattern is formed and the wafer surface 5 to be exposed are held in parallel with a gap. Mask marks 6 and 7 are formed on the mask surface 4, and wafer marks 8 and 9 are formed on the wafer surface 5.

【0018】対物レンズ鏡筒1は、その光軸BA1が、
マスク面4及びウエハ面5に対して斜めになるように配
置されている。図1(A)は、ウエハ面5の法線方向と
光軸BA1とのなす角度が50°の場合を示している。
The optical axis BA1 of the objective lens barrel 1 is
It is arranged so as to be oblique to the mask surface 4 and the wafer surface 5. FIG. 1A shows the case where the angle formed by the normal line direction of the wafer surface 5 and the optical axis BA1 is 50 °.

【0019】ハーフミラー2は、光軸BA1に沿って伝
搬する光束の一部を反射し、反射光の光軸BA2がウエ
ハ面5に垂直になるように配置されている。マスクマー
ク6とウエハマーク8は、垂直光軸BA2の観測範囲内
に配置され、マスクマーク7とウエハマーク9は、斜光
軸BA1の観測範囲内に配置されている。
The half mirror 2 is arranged so that a part of the light beam propagating along the optical axis BA1 is reflected and the optical axis BA2 of the reflected light is perpendicular to the wafer surface 5. The mask mark 6 and the wafer mark 8 are arranged in the observation range of the vertical optical axis BA2, and the mask mark 7 and the wafer mark 9 are arranged in the observation range of the oblique optical axis BA1.

【0020】リニアアクチュエータ3が、対物レンズ鏡
筒1の先端側面に取り付けられており、ハーフミラー2
を光軸BA1上に保持している。リニアアクチュエータ
3は、ハーフミラ2を光軸BA1に沿って平行移動させ
ることができる。
A linear actuator 3 is attached to the side surface of the front end of the objective lens barrel 1, and the half mirror 2
Are held on the optical axis BA1. The linear actuator 3 can move the half mirror 2 in parallel along the optical axis BA1.

【0021】リニアアクチュエータ3がハーフミラー2
を対物レンズ鏡筒1の先端から前方に繰り出していると
き、ハーフミラー2の先端が露光エリアEA内に侵入す
る。この状態でマスクマーク6及びウエハマーク8を観
測することができるが、このまま露光すると、露光光が
遮られる。リニアアクチュエータ3がハーフミラー2を
対物レンズ鏡筒1側に引き込むと、図の破線で示すよう
にハーフミラー2が露光エリアEAの外に退避される。
ハーフミラー2を露光エリア外に退避することにより、
露光光が遮られることなく露光することが可能になる。
The linear actuator 3 is a half mirror 2.
When the lens is extended forward from the tip of the objective lens barrel 1, the tip of the half mirror 2 enters the exposure area EA. In this state, the mask mark 6 and the wafer mark 8 can be observed, but if the exposure is performed as it is, the exposure light is blocked. When the linear actuator 3 pulls the half mirror 2 toward the objective lens barrel 1, the half mirror 2 is retracted to the outside of the exposure area EA as shown by the broken line in the figure.
By retracting the half mirror 2 out of the exposure area,
It is possible to perform exposure without blocking the exposure light.

【0022】図1(B)は、マスク面4及びウエハ面5
に形成されたマスクマーク6、7及びウエハマーク8、
9の平面図を示す。ウエハマーク8、9は、共に間隔W
で相互に平行に配置された2つの直線部分を含む。ウエ
ハマーク8と9の対応する直線部分は、距離Lだけ離れ
て一直線上に配置されている。マスクマーク6と7は、
共に直線部分を含み、距離Lだけ離れて相互に一直線上
に並んで配置されている。
FIG. 1B shows the mask surface 4 and the wafer surface 5.
The mask marks 6 and 7 and the wafer mark 8 formed on the
9 shows a plan view of FIG. The wafer marks 8 and 9 are both spaced by the distance W.
And includes two straight line portions arranged parallel to each other. Corresponding straight line portions of wafer marks 8 and 9 are arranged on a straight line with a distance L. Mask marks 6 and 7 are
Both of them include a straight line portion and are arranged in line with each other with a distance L therebetween.

【0023】アライメント時には、マスクマーク6、7
及びウエハマーク8、9の直線部分が、斜光軸BA1を
ウエハ面5へ垂直投影した直線と平行になるように配置
する。マスクマーク6、7がそれぞれウエハマーク8、
9の2つの直線部分の中間に位置するように位置決めさ
れる。
At the time of alignment, the mask marks 6 and 7
And, the straight lines of the wafer marks 8 and 9 are arranged so as to be parallel to the straight line obtained by vertically projecting the oblique optical axis BA1 onto the wafer surface 5. The mask marks 6 and 7 are the wafer marks 8 and
It is positioned so that it lies midway between the two straight portions of 9.

【0024】図2(A)は、図1(A)に示す光学系先
端部分を含むアライメント装置の全体を示す概略図であ
る。アライメント装置は、光学系先端部分10、照明用
光学系20、2つの検出用光学系30、40、制御手段
50、及びウエハマスク移動手段51を含んで構成され
ている。
FIG. 2A is a schematic view showing the entire alignment apparatus including the tip of the optical system shown in FIG. 1A. The alignment apparatus includes an optical system tip portion 10, an illumination optical system 20, two detection optical systems 30, 40, a control means 50, and a wafer mask moving means 51.

【0025】照明用光学系20は、2つの光源21、2
2、ダイクロイックミラー23、光ファイバ24、レン
ズ25、ミラー26及びハーフミラー27から構成され
ている。光源21、22は相互に異なる波長の照明光を
発光する。ダイクロイックミラー23は、光源21、2
2から放射された照明光を合成して光ファイバ24に入
射する。光ファイバ24から出射した照明光は、レンズ
25で収束され、ミラー26で反射し、ハーフミラー2
7によって斜光軸BA1上に導入される。
The illumination optical system 20 includes two light sources 21, 2
2, a dichroic mirror 23, an optical fiber 24, a lens 25, a mirror 26, and a half mirror 27. The light sources 21 and 22 emit illumination light having different wavelengths. The dichroic mirror 23 includes the light sources 21, 2
The illumination lights radiated from 2 are combined and enter the optical fiber 24. The illumination light emitted from the optical fiber 24 is converged by the lens 25, reflected by the mirror 26, and the half mirror 2
7 is introduced on the oblique optical axis BA1.

【0026】斜光軸BA1上に導入された照明光は、ハ
ーフミラー2で反射し、マスク面4及びウエハ面5に垂
直に照射される。なお、ハーフミラー2を透過し、マス
ク面4及びウエハ面5で反射された反射光と逆の方向か
ら図示しない光源により斜方照明光を照射する。
The illumination light introduced on the oblique optical axis BA1 is reflected by the half mirror 2 and is irradiated vertically on the mask surface 4 and the wafer surface 5. It should be noted that oblique illumination light is emitted from a light source (not shown) from the opposite direction to the reflected light that has passed through the half mirror 2 and is reflected by the mask surface 4 and the wafer surface 5.

【0027】光学系30は、リレーレンズ32と像検出
装置31から構成される。光学系40は、ハーフミラー
44、ミラー43、リレーレンズ42及び像検出装置4
1から構成される。
The optical system 30 comprises a relay lens 32 and an image detecting device 31. The optical system 40 includes a half mirror 44, a mirror 43, a relay lens 42, and an image detecting device 4.
It consists of 1.

【0028】マスク面4及びウエハ面5から反射し、斜
光軸BA1及び垂直光軸BA2に沿って伝搬する反射光
は、ハーフミラー2で合成され、斜光軸BA1に沿って
伝搬する。合成された反射光は、ハーフミラー44で分
割され、一方の反射光はリレーレンズ32で収束されて
像検出装置31の受光面に結像する。また、他方の反射
光はミラー43で反射し、リレーレンズ42で収束され
て像検出装置41の受光面に結像する。
The reflected light reflected from the mask surface 4 and the wafer surface 5 and propagating along the oblique optical axis BA1 and the vertical optical axis BA2 is combined by the half mirror 2 and propagates along the oblique optical axis BA1. The combined reflected light is split by the half mirror 44, and one reflected light is converged by the relay lens 32 to form an image on the light receiving surface of the image detection device 31. The other reflected light is reflected by the mirror 43, is converged by the relay lens 42, and forms an image on the light receiving surface of the image detection device 41.

【0029】像検出装置31の受光面には光センサが1
次元に配列されており、受光面に結像した垂直反射像を
電気信号に変換する。像検出装置41の受光面には、光
センサが2次元的に配置されており、受光面に結像した
斜方反射像を電気信号に変換する。
An optical sensor 1 is provided on the light receiving surface of the image detecting device 31.
The vertical reflection image formed on the light receiving surface is converted into an electric signal. An optical sensor is two-dimensionally arranged on the light receiving surface of the image detecting device 41, and converts the oblique reflection image formed on the light receiving surface into an electric signal.

【0030】制御装置50は、像検出装置31、41か
らの電気信号を処理し、マスクマークとウエハマークと
の間の距離を算出する。算出された距離と予め記憶され
ている目標距離とを比較し、マーク間の距離が目標距離
に近づくようにウエハマスク移動手段51に制御信号を
送出する。
The control device 50 processes the electric signals from the image detection devices 31, 41 and calculates the distance between the mask mark and the wafer mark. The calculated distance is compared with the previously stored target distance, and a control signal is sent to the wafer mask moving means 51 so that the distance between the marks approaches the target distance.

【0031】ウエハマスク移動手段51は、制御手段5
0からの制御信号に基づいて、ウエハもしくはマスクを
相対的に移動させる。なお、移動方向は、マスク面内の
2軸方向、面内回転方向及びマスク面に垂直な方向であ
る。
The wafer mask moving means 51 comprises the control means 5
Based on a control signal from 0, the wafer or mask is moved relatively. The movement direction is the biaxial direction in the mask plane, the in-plane rotation direction, and the direction perpendicular to the mask plane.

【0032】次に、図2に示すアライメント装置の光学
系の光路について説明する。まず、単一波長の光を想定
する。図3(A)は、アライメント装置の光学系先端部
分を、光軸に着目して示す。マスク面4とウエハ面5
が、距離δだけ離れて平行配置されている。マスク面4
の法線方向と50°の角度なすように斜光軸BA1が配
置されている。ハーフミラー2で斜光軸BA1から分割
された垂直光軸BA2がマスク面4に垂直に交わってい
る。
Next, the optical path of the optical system of the alignment apparatus shown in FIG. 2 will be described. First, suppose light of a single wavelength. FIG. 3A shows the tip of the optical system of the alignment apparatus, focusing on the optical axis. Mask surface 4 and wafer surface 5
However, they are arranged in parallel at a distance δ. Mask surface 4
The oblique optical axis BA1 is arranged so as to form an angle of 50 ° with the normal line direction. A vertical optical axis BA2 divided from the oblique optical axis BA1 by the half mirror 2 intersects the mask surface 4 perpendicularly.

【0033】点P1 、P2 はそれぞれ垂直光軸BA2と
マスク面4との交点、垂直光軸BA2とウエハ面5との
交点を表し、点Q1 は斜光軸BA1とマスク面4との交
点、点Oは斜光軸BA1と垂直光軸BA2との交点を表
す。
Points P 1 and P 2 respectively represent an intersection between the vertical optical axis BA2 and the mask surface 4 and an intersection between the vertical optical axis BA2 and the wafer surface 5, and a point Q 1 represents the oblique optical axis BA1 and the mask surface 4. The intersection, point O, represents the intersection of the oblique optical axis BA1 and the vertical optical axis BA2.

【0034】マスク面4とウエハ面5との間隔が27μ
m、線分OP1 の長さが3.45mmの場合を考える。
線分P1 1 の長さは約4.11mmになる。従って、
図1(B)に示すマスクマーク6と7間の距離Lは約
4.11mmとすればよい。
The distance between the mask surface 4 and the wafer surface 5 is 27 μ.
Consider a case where m and the length of the line segment OP 1 are 3.45 mm.
The length of the line segment P 1 Q 1 is about 4.11 mm. Therefore,
The distance L between the mask marks 6 and 7 shown in FIG. 1B may be about 4.11 mm.

【0035】線分OQ1 の長さは、約5.37mmにな
る。斜光軸BA1上の点Q1 からの反射光と垂直光軸B
A2上の点P1 からの反射光の光路差は、OQ1 −OP
1 であるから、約1.92mmとなる。レンズでこれら
の点P1 、Q1 を結像させると、点Q1 は、点P1 より
もレンズに近い位置に結像する。対物レンズの倍率を1
0倍とすると、点P1 の結像点と点Q1 の結像点との距
離は、約108.6mmになる。
The length of the line segment OQ 1 is about 5.37 mm. The reflected light from the point Q 1 on the oblique optical axis BA1 and the vertical optical axis B
The optical path difference of the reflected light from the point P 1 on A 2 is OQ 1 −OP
Since it is 1, it is about 1.92 mm. When imaging the P 1, Q 1 these points in the lens, the point Q 1 is, imaged at a position closer to the lens than the point P 1. Objective lens magnification is 1
When the magnification is 0 times, the distance between the image forming point of the point P 1 and the image forming point of the point Q 1 is about 108.6 mm.

【0036】点P1 の結像点と点Q1 の結像点にそれぞ
れ受光素子を配置することにより、垂直光軸BA2の観
測領域内のマスクマークと斜光軸BA1の観測領域内の
マスクマークの像を、それぞれ観測することができる。
By arranging the light receiving elements at the image forming point of the point P 1 and the image forming point of the point Q 1 , respectively, a mask mark in the observation area of the vertical optical axis BA2 and a mask mark in the observation area of the oblique optical axis BA1. Can be observed respectively.

【0037】図3(B)は、光学系の先端部分10、検
出用光学系30、40を光軸に着目して示す。点P1
びQ1 で反射した反射光は、ハーフミラー2で合成され
て1つの光束になり、斜光軸BA1に沿って伝搬する。
合成された光束は、対物レンズ10aで収束され、ハー
フミラー44で分割される。ハーフミラー44を透過し
た光束と反射した光束には、共に点P1 及び点Q1 から
の反射光が含まれている。
FIG. 3B shows the tip portion 10 of the optical system and the detection optical systems 30 and 40 focusing on the optical axis. The reflected lights reflected at the points P 1 and Q 1 are combined by the half mirror 2 to form one light beam, which propagates along the oblique optical axis BA1.
The combined light flux is converged by the objective lens 10a and split by the half mirror 44. Both the light flux transmitted through the half mirror 44 and the light flux reflected by the half mirror 44 include the reflected light from the point P 1 and the point Q 1 .

【0038】ハーフミラー44を透過した光束は、リレ
ーレンズ32で再度収束される。像検出装置31の受光
面を点P1 の結像点に配置することにより、像検出装置
31は垂直光軸BA2の観測範囲内のマスクマークを観
測することができる。マスク面に垂直な光軸からマスク
マークを観測することを垂直検出と呼ぶ。
The light flux transmitted through the half mirror 44 is converged again by the relay lens 32. By disposing the light receiving surface of the image detecting device 31 at the image forming point of the point P 1 , the image detecting device 31 can observe the mask mark within the observation range of the vertical optical axis BA2. Observing the mask mark from the optical axis perpendicular to the mask surface is called vertical detection.

【0039】ハーフミラー44で反射した光束は、ミラ
ー43で反射し、リレーレンズ42で再度収束される。
像検出装置41の受光面を点Q1 の結像点に配置するこ
とにより、像検出装置41は斜光軸BA1上の観測範囲
のマスクマークを観測することができる。このように、
マスク面に対して斜め方向の光軸を通してマスクマーク
を観測することを斜方検出と呼ぶ。
The light beam reflected by the half mirror 44 is reflected by the mirror 43 and is converged again by the relay lens 42.
By disposing the light receiving surface of the image detecting device 41 at the image forming point of the point Q 1 , the image detecting device 41 can observe the mask mark in the observation range on the oblique optical axis BA1. in this way,
Observing a mask mark through an optical axis that is oblique to the mask surface is called oblique detection.

【0040】なお、像検出装置31の受光面には点Q1
で反射した光束も入射し、像検出装置41の受光面には
点P1 で反射した光束も入射するが、これらの光束の合
焦位置が受光面から離れているため、フレア等を起こす
ことはなく、像の観測に悪影響はない。
It should be noted that on the light receiving surface of the image detecting device 31, the point Q 1
The light flux reflected by the light is also incident, and the light flux reflected by the point P 1 is also incident on the light receiving surface of the image detecting device 41. However, since the in-focus position of these light rays is far from the light receiving surface, flare or the like occurs. There is no adverse effect on the observation of the image.

【0041】図3(A)において、垂直光軸BA2に沿
ってマスク面4及びウエハ面5を照射する光は、図2で
説明したように2つの異なる波長λ1 、λ2 (λ1 <λ
2 )の光を含んでいる。点P1 及びP2 で反射した反射
光は、光学系の色収差によりそれぞれ異なる位置に2つ
の像を結ぶ。
In FIG. 3A, the light irradiating the mask surface 4 and the wafer surface 5 along the vertical optical axis BA2 has two different wavelengths λ 1 and λ 21 <, as described in FIG. λ
2 ) Contains the light. Light reflected by the points P 1 and P 2, connecting the two images at different positions by the chromatic aberration of the optical system.

【0042】点P1 の一方の波長λ2 の反射光による像
と点P2 の他方の波長λ1 の反射光による像が共に像検
出装置31の受光面に結像するように光学系の色収差を
調整しておくことにより、像検出装置31でマスクマー
クとウエハマークとを同時に正確に合焦させて観測する
ことができる。
The image of the reflected light of the wavelength λ 2 at one of the points P 1 and the image of the reflected light of the other wavelength λ 1 at the point P 2 are both formed on the light receiving surface of the image detector 31. By adjusting the chromatic aberration, the mask mark and the wafer mark can be accurately focused and observed simultaneously by the image detection device 31.

【0043】次に、図4を参照して斜方から観測したマ
スクマーク及びウエハマークの結像の様子について説明
する。図4(A)は、斜光軸BA1近傍のマスク面4及
びウエハ面5の断面を示す。マスク面4及びウエハ面5
には、それぞれ図の横方向に直線状のマスクマーク7及
びウエハマーク9が形成されている。
Next, with reference to FIG. 4, the state of image formation of the mask mark and the wafer mark observed obliquely will be described. FIG. 4A shows a cross section of the mask surface 4 and the wafer surface 5 near the oblique optical axis BA1. Mask surface 4 and wafer surface 5
A mask mark 7 and a wafer mark 9 which are linear are formed on the respective sides in the lateral direction of the drawing.

【0044】ウエハマーク9上の点Q2 の位置に焦点が
有っている場合を考える。ウエハマーク9は、図1
(B)に示すように平行に配置された2本の直線部分を
有するため、2本の直線部分の双方の点Q2 の位置に焦
点が合う。このとき、マスクマーク7上では、点Q2
通り光軸BA1に垂直な仮想平面との交点Q1 の位置に
焦点が合う。
Consider the case where the focus is at the position of the point Q 2 on the wafer mark 9. The wafer mark 9 is shown in FIG.
Since it has two straight line portions arranged in parallel as shown in (B), the positions of both points Q 2 of the two straight line portions are in focus. At this time, on the mask mark 7, the position of the intersection Q 1 with the virtual plane passing through the point Q 2 and perpendicular to the optical axis BA 1 is focused.

【0045】図4(B)は、図3(B)に示す像検出装
置41の受光面に結像した像の様子を示す。点Q1 、Q
2 は、それぞれ図4(A)の点Q1 、Q2 の像点を示
す。斜光軸BA1を含みウエハ面に垂直な仮想平面(入
射面)が図4(B)において、紙面に垂直に縦方向の交
線で交わる。点Q1 、Q2 の上下の位置にもマスクマー
ク及びウエハマークが延在しているが、焦点が合ってい
ないため像はぼけている。
FIG. 4B shows a state of an image formed on the light receiving surface of the image detecting device 41 shown in FIG. 3B. Points Q 1 , Q
Reference numeral 2 denotes the image points of points Q 1 and Q 2 in FIG. 4 (A), respectively. An imaginary plane (incident surface) including the oblique optical axis BA1 and perpendicular to the wafer surface intersects with a vertical intersection line perpendicular to the paper surface in FIG. Although the mask mark and the wafer mark also extend above and below the points Q 1 and Q 2, the image is blurred because they are out of focus.

【0046】図4(B)中に示したマーク間隔cは、斜
光軸BA1を含みウエハ面に垂直な仮想平面(入射面)
に点Q1 とQ2 を垂直投影したときの2つの投影点の間
の距離である。マーク間隔cは、後述するようにマスク
面4とウエハ面5との間隔に対応している。点Q1 とQ
2 の図の横方向の相対位置は、図4(A)においてマス
ク面4とウエハ面5の紙面に垂直な方向の相対位置に対
応している。
The mark spacing c shown in FIG. 4B is a virtual plane (incident surface) that includes the oblique optical axis BA1 and is perpendicular to the wafer surface.
Is the distance between the two projected points when the points Q 1 and Q 2 are vertically projected on the. The mark spacing c corresponds to the spacing between the mask surface 4 and the wafer surface 5 as described later. Points Q 1 and Q
The relative position in the horizontal direction in FIG. 2 corresponds to the relative position in the direction perpendicular to the paper surface of the mask surface 4 and the wafer surface 5 in FIG.

【0047】次に、マスク面4とウエハ面5との間隔δ
の検出方法について説明する。ウエハ面5がウエハ面
5’の位置まで移動すると、ウエハマーク9の合焦点Q
2 も点Q2 ’に移動する。このため、図4(B)におい
て、像点Q2 は図の上方に移動し、マーク間隔cも減少
する。
Next, the interval δ between the mask surface 4 and the wafer surface 5
The detection method of will be described. Wafer surface 5 is the wafer surface
When moved to the position of 5 ', the focus point Q of the wafer mark 9
2Point Q2Move to ‘ Therefore, the smell in FIG.
Image point Q2Moves to the top of the figure and the mark spacing c also decreases
I do.

【0048】図4(A)において、線分Q1 2 の長さ
をL(Q1 2 )で表すと、 δ=L(Q1 2 )×sin(θ) の関係が成立する。ここで、θは斜光軸BA1とウエハ
面5の法線方向とのなす角である。L(Q1 2 )は、
図4(A)におけるマーク間隔cから光学系の倍率を基
に計算することができるため、マーク間隔cを測定する
ことにより、マスク面4とウエハ面5との間隔δを求め
ることができる。
In FIG. 4A, when the length of the line segment Q 1 Q 2 is represented by L (Q 1 Q 2 ), the relationship of δ = L (Q 1 Q 2 ) × sin (θ) is established. . Here, θ is an angle formed by the oblique optical axis BA1 and the normal line direction of the wafer surface 5. L (Q 1 Q 2 ) is
Since it can be calculated from the mark distance c in FIG. 4A based on the magnification of the optical system, the distance δ between the mask surface 4 and the wafer surface 5 can be obtained by measuring the mark distance c.

【0049】図4(B)の像面の右側に像面の図の縦方
向の輝度分布を示す。この輝度分布に対して相似性パタ
ーンマッチング(特開平2−91502号公報の第4頁
左下欄14行目〜第7頁左上欄3行目)等の処理を行う
ことにより、10nm程度の分解能でL(Q1 2 )を
測定することができる。角θが50°のとき、間隔δが
1μm変動するとL(Q1 2 )は1.3μm変動す
る。従って、十分な精度で間隔δを検出することができ
る。
The right side of the image plane in FIG. 4B shows the vertical luminance distribution in the image plane. By performing processing such as similarity pattern matching on the luminance distribution (page 4, lower left column, line 14 to page 7, upper left column, line 3 of Japanese Patent Laid-Open No. 2-91502), a resolution of about 10 nm is obtained. L (Q 1 Q 2 ) can be measured. When the angle θ is 50 °, L (Q 1 Q 2 ) varies by 1.3 μm when the interval δ varies by 1 μm. Therefore, the interval δ can be detected with sufficient accuracy.

【0050】次に、図2に示すアライメント装置を用い
てアライメントを行う方法について説明する。まず、ハ
ーフミラー2を対物レンズ鏡筒1の先端から前方に繰り
出し、図1(A)に示すマスクマーク6、7及びウエハ
マーク8、9を観測する。前述のようにマスクマーク6
とウエハマーク8が垂直検出により観測され、同時にマ
スクマーク7とウエハマーク9が斜方検出による観測さ
れる。像検出装置41では、図4(B)に示すような像
が観測される。図2に示す制御装置50が、例えば前述
の相似性パターンマッチングでマーク間隔cを測定し、
間隔δを算出する。
Next, a method of performing alignment using the alignment apparatus shown in FIG. 2 will be described. First, the half mirror 2 is extended forward from the tip of the objective lens barrel 1, and the mask marks 6 and 7 and the wafer marks 8 and 9 shown in FIG. As described above, the mask mark 6
And the wafer mark 8 are observed by vertical detection, and at the same time, the mask mark 7 and the wafer mark 9 are observed by oblique detection. In the image detection device 41, an image as shown in FIG. 4 (B) is observed. The control device 50 shown in FIG. 2 measures the mark interval c by, for example, the similarity pattern matching described above,
The interval δ is calculated.

【0051】算出した間隔δと予め記憶されている目標
間隔とを比較し、間隔δが目標間隔に一致するように、
ウエハマスク移動手段51に対して制御信号を送出す
る。ウエハマスク移動手段51は、制御信号に基づいて
ウエハもしくはマスクを移動させ間隔δを所望の間隔に
設定する。
The calculated interval δ is compared with the previously stored target interval, and the interval δ matches the target interval.
A control signal is sent to the wafer mask moving means 51. The wafer mask moving means 51 moves the wafer or the mask based on the control signal and sets the interval δ to a desired interval.

【0052】次に、像検出装置31で垂直検出により観
測されているマスクマーク6及びウエハマーク8(図1
(A))の相対位置を検出する。目標とする相対位置関
係になるように、ウエハマスク移動手段51を駆動して
面内方向の位置合わせを行う。すなわち、垂直検出によ
って位置合わせを行う。なお、実際には図1及び2に示
すアライメント装置が3組設けられており、それぞれの
アライメント装置で位置合わせを行う。このようにし
て、マスク面内の2軸方向及び面内回転方向の位置合わ
せを行うことができる。
Next, the mask mark 6 and the wafer mark 8 (FIG. 1) observed by the image detection device 31 by vertical detection.
The relative position of (A)) is detected. The wafer mask moving means 51 is driven to perform the in-plane alignment so that the target relative positional relationship is achieved. That is, alignment is performed by vertical detection. Actually, three sets of alignment devices shown in FIGS. 1 and 2 are provided, and each alignment device performs alignment. In this way, the alignment in the biaxial direction in the mask plane and the in-plane rotation direction can be performed.

【0053】垂直検出による位置合わせが完了した時
に、制御装置50は斜方検出によって像検出装置41で
観測されている像の位置を記憶する。次に、ハーフミラ
ー2を対物レンズ鏡筒1側に引き込み露光エリアから退
避させる。退避後は、像検出装置31は垂直検出による
像を観測できなくなる。像検出装置41はハーフミラー
2を退避させても退避前と同様に斜方検出による像を観
測することができる。
When the alignment by the vertical detection is completed, the control device 50 stores the position of the image observed by the image detection device 41 by the oblique detection. Next, the half mirror 2 is pulled toward the objective lens barrel 1 side and retracted from the exposure area. After the evacuation, the image detection device 31 cannot observe the image by the vertical detection. Even if the half mirror 2 is retracted, the image detecting device 41 can observe the image by the oblique detection as before the retracting.

【0054】ハーフミラー2を退避させた後、露光を行
う。ハーフミラー2を退避させてから露光が終了するま
での間、制御装置50は像検出装置41で得られている
斜方検出像の位置を監視する。垂直検出によって位置合
わせが完了した時点における斜方検出像の位置を維持す
るように、制御装置50からウエハマスク移動手段51
に制御信号が送出される。
Exposure is performed after the half mirror 2 is retracted. The control device 50 monitors the position of the oblique detection image obtained by the image detection device 41 from the time when the half mirror 2 is retracted until the end of the exposure. From the controller 50 to the wafer mask moving means 51 so as to maintain the position of the oblique detection image at the time when the alignment is completed by the vertical detection.
A control signal is sent to.

【0055】上記アライメント方法では、まず垂直検出
によって位置合わせを行い、斜方検出によって位置合わ
せされた位置関係を維持する。斜方検出による位置合わ
せは、レンズの非点収差の影響等により高い位置精度を
確保することが困難である。また、マスクマーク及びウ
エハマークは、マスク面及びウエハ面に凹凸を設けて形
成されているため、照明光の光軸が変化すると影の大き
さ及び位置も変化する。この影の大きさ及び位置の変化
は、位置合わせ誤差の要因になる。
In the above-mentioned alignment method, first, the position is aligned by the vertical detection, and the aligned positional relationship is maintained by the diagonal detection. It is difficult to ensure high positional accuracy in the alignment by the oblique detection due to the influence of astigmatism of the lens. Further, since the mask mark and the wafer mark are formed by providing unevenness on the mask surface and the wafer surface, the size and position of the shadow also change when the optical axis of the illumination light changes. The change in the size and position of the shadow causes a registration error.

【0056】これに対して、垂直検出による場合は、レ
ンズの非点収差による影響が少なく、また観測光軸と照
明光軸とを一致させた落射テレセン照明を用いることに
より照明光軸の変動を防止することができる。従って、
垂直検出によって高精度な位置合わせが可能になる。
On the other hand, in the case of the vertical detection, the influence of the astigmatism of the lens is small, and the fluctuation of the illumination optical axis is changed by using the epi-illumination telecentric illumination in which the observation optical axis and the illumination optical axis are matched. Can be prevented. Therefore,
Vertical detection enables highly accurate alignment.

【0057】また、絶対的な位置合わせを行った後、露
光期間中に例えばレーザ干渉計を用いたウエハとマスク
の位置管理のみでは十分な位置精度を確保することは困
難である。斜方検出による位置合わせは、絶対位置を高
精度に検出することは困難であるが、観測中の位置ずれ
は十分高精度に検出することができる。また、垂直検出
で位置合わせが完了してから露光が終了するまで照明光
の光軸を固定しておけば、影の変動もないため、位置関
係を高精度に維持しておくことが可能である。
Further, it is difficult to secure sufficient positional accuracy only by performing positional control of the wafer and the mask using, for example, a laser interferometer during the exposure period after performing the absolute positional alignment. It is difficult to detect the absolute position with high accuracy by the position adjustment by the oblique detection, but the position deviation during observation can be detected with sufficiently high accuracy. In addition, if the optical axis of the illumination light is fixed from the completion of alignment by vertical detection until the end of exposure, shadows do not change, so the positional relationship can be maintained with high accuracy. is there.

【0058】上記アライメント方法では、最初に垂直検
出によって絶対的な位置合わせを行うため、精度の高い
位置合わせを行うことができる。露光期間中に斜方検出
によって相対的な位置関係を維持するため、高精度に位
置合わせした状態で露光することができる。
In the above alignment method, since absolute position alignment is first performed by vertical detection, it is possible to perform position alignment with high accuracy. Since the relative positional relationship is maintained by the oblique detection during the exposure period, it is possible to perform the exposure in a highly accurately aligned state.

【0059】また、垂直検出してから露光するまでの間
に、ハーフミラーを退避させればよく、検出光学系全体
を退避させる必要がないため、迅速な露光が可能になり
スループットの低下を抑制することができる。
In addition, since it is sufficient to retract the half mirror between the vertical detection and the exposure, it is not necessary to retract the entire detection optical system, so that quick exposure can be performed and the reduction in throughput can be suppressed. can do.

【0060】次に、斜方検出用の照明光に必要とされる
条件について説明する。図5は、検出光軸と照明光軸の
位置関係を示す。前述のように、斜方検出では相対位置
関係を高精度に検出できればよいため、斜方検出用の照
明光軸に対する制約条件は緩い。すなわち、マスク面と
ウエハ面からの正反射光が対物レンズに入射すればよ
い。対物レンズの開口数をNAとしたとき、照明光軸
は、検出光軸BA1を含む面内でマスク面4の法線方向
に関して対称な光軸BA3を中心とし開口角度がsin
-1(NA)の円錐CN内にあればよい。
Next, the conditions required for the illumination light for oblique detection will be described. FIG. 5 shows the positional relationship between the detection optical axis and the illumination optical axis. As described above, since it is only necessary to detect the relative positional relationship with high accuracy in the oblique detection, the constraint condition for the illumination optical axis for the oblique detection is loose. That is, the specularly reflected light from the mask surface and the wafer surface may enter the objective lens. Assuming that the numerical aperture of the objective lens is NA, the illumination optical axis has an aperture angle of sin around the optical axis BA3 that is symmetrical with respect to the normal direction of the mask surface 4 within the plane including the detection optical axis BA1.
It is only necessary to be within the cone CN of -1 (NA).

【0061】図6は、ウエハマークの一配置例を示す。
ウエハ面内に、単位露光エリア60がスクライブライン
61を挟んでマトリクス状に配置されている。図の中央
の露光エリア60の位置合わせ用のウエハマーク62
A、62B、62Cが露光エリア60を取り囲むスクラ
イブライン上に配置されている。各ウエハマークは、例
えば図1(B)に示すように、2対の直線部分8と9を
含んでいる。
FIG. 6 shows an example of arrangement of wafer marks.
Unit exposure areas 60 are arranged in a matrix on the wafer surface with a scribe line 61 interposed therebetween. Wafer mark 62 for alignment of exposure area 60 in the center of the figure
A, 62B, and 62C are arranged on the scribe line surrounding the exposure area 60. Each wafer mark includes two pairs of straight line portions 8 and 9, for example, as shown in FIG.

【0062】ウエハマーク62Aと62Bは、図の縦方
向及びウエハ面内回転方向の位置合わせ用であり、ウエ
ハマーク62Cは、図の横方向の位置合わせ用である。
本実施例によるアライメント方法の位置合わせの対称と
なるウエハには、垂直検出用のウエハマークと斜方検出
用のウエハマークを所定の間隔をおいて配置する必要が
ある。このため、ウエハマークを図6に示すようにスク
ライブライン上に配置することが好ましい。なお、露光
エリア60は、回路パターン等が形成される領域であ
り、実際に露光される領域は、ウエハマーク62A〜6
2Cを含んだ領域である。
The wafer marks 62A and 62B are for alignment in the vertical direction of the drawing and the in-plane rotation direction of the wafer, and the wafer mark 62C is for alignment in the horizontal direction of the drawing.
It is necessary to arrange a wafer mark for vertical detection and a wafer mark for oblique detection at a predetermined interval on a wafer that is symmetrical in position alignment in the alignment method according to the present embodiment. Therefore, it is preferable to arrange the wafer mark on the scribe line as shown in FIG. The exposure area 60 is an area in which a circuit pattern or the like is formed, and the areas actually exposed are the wafer marks 62A to 6A.
It is a region including 2C.

【0063】次に、図1(A)に示すハーフミラー2の
影響を把握するための確認実験の結果を説明する。図7
は、確認実験で用いた光学系を示す。レンズ70の光軸
上に平行平面ガラス71及びウエハ72が配置されてい
る。ウエハ72表面に形成されたパターンを平行平面ガ
ラス71を介して観測し、解像度及びコントラストの低
下を測定した。
Next, the result of the confirmation experiment for understanding the influence of the half mirror 2 shown in FIG. 1 (A) will be described. Figure 7
Indicates the optical system used in the confirmation experiment. A plane parallel glass 71 and a wafer 72 are arranged on the optical axis of the lens 70. The pattern formed on the surface of the wafer 72 was observed through the plane-parallel glass 71 to measure the decrease in resolution and contrast.

【0064】平行平面ガラス71としては、透過観察用
のJIS規格に適合している厚さ0.33mm(日本フ
ィルコン(株)製)及び厚さ1mm(ニコン(株)製)
の2種類について実験を行った。なお、対物レンズの開
口数NAは0.4、光学系の総合倍率は100倍であ
る。また、ウエハ表面に形成されたパターンの段差は約
1μmである。
As the plane-parallel glass 71, a thickness of 0.33 mm (manufactured by Nippon Filcon Co., Ltd.) and a thickness of 1 mm (manufactured by Nikon Co., Ltd.), which conform to the JIS standard for transmission observation, are used.
Experiments were carried out on two types. The numerical aperture NA of the objective lens is 0.4, and the total magnification of the optical system is 100 times. The step difference of the pattern formed on the wafer surface is about 1 μm.

【0065】この確認実験で平行平面ガラスの厚さが球
面収差に与える影響を確認することができた。平行平面
ガラスを通してウエハ表面のパターンを観測したとこ
ろ、ガラスの厚さが0.33mm及び1mmの場合共
に、解像度及びコントラストの低下は認められなかっ
た。このことから、対物レンズの開口数が0.4のと
き、ハーフミラーの厚さが1mm以下であれば実用上問
題ないと考えられる。
In this confirmation experiment, it was possible to confirm the influence of the thickness of the plane-parallel glass on the spherical aberration. When the pattern on the wafer surface was observed through the plane-parallel glass, no decrease in resolution and contrast was observed when the glass thickness was 0.33 mm and 1 mm. From this, when the numerical aperture of the objective lens is 0.4, it is considered that there is no practical problem if the thickness of the half mirror is 1 mm or less.

【0066】図1(A)に示すリニアアクチュエータ3
は、例えば、NOKエフテック(株)からピコテーブル
の商品名で市販されているものを使用することができ
る。このリニアアクチュエータのストロークは5mm/
10mm、積載質量は0.3kg、走り平行度は5μm
である。
The linear actuator 3 shown in FIG. 1 (A)
For example, those commercially available under the trade name of Pico Table from NOK F-Tech Co., Ltd. can be used. The stroke of this linear actuator is 5 mm /
10 mm, loading mass 0.3 kg, running parallelism 5 μm
Is.

【0067】上記アライメント装置は、通常の可視光に
よる露光、紫外線露光、X線露光に適用することができ
る。特に、縮小露光が困難であるX線露光に有効であ
る。以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明は
これらに制限されるものではない。例えば、種々の変
更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明で
あろう。
The alignment apparatus can be applied to ordinary visible light exposure, ultraviolet light exposure, and X-ray exposure. In particular, it is effective for X-ray exposure in which reduction exposure is difficult. Although the present invention has been described above with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0068】[0068]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
垂直検出によりウエハとマスクの位置合わせを高精度に
行うことができる。また、斜方検出により露光期間中の
位置ずれを防止することができる。さらに、光学系の露
光領域からの退避によるスループットの低下を抑制する
ことができる。
As described above, according to the present invention,
The vertical detection enables highly accurate alignment of the wafer and the mask. Further, it is possible to prevent the positional deviation during the exposure period by the oblique detection. Further, it is possible to suppress a decrease in throughput due to withdrawal from the exposure area of the optical system.

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

【図1】本発明の実施例によるアライメント装置の光学
系先端部分の断面図、及びマスクマーク及びウエハマー
クの配置を示す平面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a tip portion of an optical system of an alignment apparatus according to an embodiment of the present invention, and a plan view showing an arrangement of mask marks and wafer marks.

【図2】本発明の実施例によるアライメント装置の全体
の概略斜視図である。
FIG. 2 is a schematic perspective view of an entire alignment apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図3】図1に示す光学系先端部分の光軸を示す図、及
び図2に示すアライメント装置の光学系を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing an optical axis of a tip portion of the optical system shown in FIG. 1 and a diagram showing an optical system of the alignment apparatus shown in FIG.

【図4】斜方検出による像の様子を説明するための、ア
ライメント部分の断面図及び像面の平面図である。
4A and 4B are a cross-sectional view of an alignment portion and a plan view of an image plane for explaining a state of an image by oblique detection.

【図5】斜方検出用の照明光の光軸を説明するための図
である。
FIG. 5 is a diagram for explaining an optical axis of illumination light for oblique detection.

【図6】ウエハ表面の露光領域及びウエハマークの配置
を説明するための平面図である。
FIG. 6 is a plan view for explaining the arrangement of exposure areas and wafer marks on the wafer surface.

【図7】ハーフミラーの影響を把握するための確認実験
の光学系を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an optical system of a confirmation experiment for grasping the influence of the half mirror.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 対物レンズ鏡筒 2、27、44 ハーフミラー 3 リニアアクチュエータ 4 マスク面 5 ウエハ面 6、7 マスクマーク 8、9 ウエハマーク 10 光学系先端部分 20 照明用光学系 21、22 光源 23 ダイクロイックミラー 24 光ファイバ 25 レンズ 26、43 ミラー 30、40 検出用光学系 31、41 像検出装置 32、42 リレーレンズ 50 制御装置 51 ウエハマスク移動手段 60 露光エリア 61 スクライブライン 62A〜62C ウエハマーク 70 レンズ 71 平行平面ガラス 72 ウエハ 1 Objective lens barrel 2, 27, 44 Half mirror 3 Linear actuator 4 Mask surface 5 Wafer surface 6, 7 Mask mark 8, 9 Wafer mark 10 Optical system tip part 20 Illumination optical system 21, 22 Light source 23 Dichroic mirror 24 Light Fiber 25 Lens 26, 43 Mirror 30, 40 Detection optical system 31, 41 Image detection device 32, 42 Relay lens 50 Control device 51 Wafer mask moving means 60 Exposure area 61 Scribe line 62A to 62C Wafer mark 70 Lens 71 Parallel plane glass 72 wafers

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 位置合わせ用の第1及び第2のウエハマ
ークが形成された露光面を有するウエハと、前記第1及
び第2のウエハマークとそれぞれ位置合わせするための
第1及び第2のマスクマークが形成された露光マスクと
を、前記露光面が前記露光マスクに対向するように間隙
を挟んで配置する工程と、 前記露光面の法線方向から、前記第1のウエハマークと
前記第1のマスクマークとを観測して、前記ウエハと前
記露光マスクとの露光面内の位置合わせを行う工程と、 前記露光面に対して斜め方向から前記第2のウエハマー
クと前記第2のマスクマークとを観測して、両方のマー
クの位置を記憶する工程と、 前記露光面の法線方向からの観測を停止する工程と、 前記斜め方向から、前記第2のウエハマーク及び前記第
2のマスクマークを観測し、ウエハマークとマスクマー
クとの位置が、前記位置を記憶する工程で記憶された位
置からずれないように維持する工程とを含むアライメン
ト方法。
1. A wafer having an exposure surface on which first and second wafer marks for alignment are formed, and first and second wafers for aligning with the first and second wafer marks, respectively. Arranging an exposure mask on which a mask mark is formed with a gap so that the exposure surface faces the exposure mask; and, from the normal direction of the exposure surface, the first wafer mark and the first wafer mark. Observing the first mask mark and aligning the wafer and the exposure mask in the exposure surface, and the second wafer mark and the second mask from an oblique direction with respect to the exposure surface. Observing the marks and storing the positions of both marks; stopping the observation from the normal direction of the exposure surface; and from the oblique direction, the second wafer mark and the second wafer mark. Mask mark The observed alignment method comprising the steps of: the position of the wafer mark and the mask mark is maintained so as not deviated from the position stored in the step of storing the position.
【請求項2】 前記第1及び第2のウエハマークは1つ
のマークであり、前記第1及び第2のマスクマークは1
つのマークである請求項1に記載のアライメント方法。
2. The first and second wafer marks are one mark, and the first and second mask marks are one.
The alignment method according to claim 1, which is one mark.
【請求項3】 位置合わせ用のウエハマークが形成され
た露光面を有するウエハと、前記ウエハマークと位置合
わせするためのマスクマークが形成された露光マスクと
を、前記露光面が前記露光マスクに対向するように間隙
を挟んで配置する工程と、 前記露光面に対して斜め方向の光軸を有する光学系で、
前記ウエハマーク及び前記マスクマークの合焦面上の点
を結像面に結像させる工程と、 前記結像面内において、前記ウエハマークの結像点と前
記マスクマークの結像点とを前記斜め方向の光軸を含む
入射面に垂直投影した2つの点の間隔を測定する工程
と、 前記2つの点の間隔が目標とする間隔と一致するよう
に、前記露光面と前記マスクとの間隙幅を変化させる工
程とを含むアライメント方法。
3. A wafer having an exposure surface on which a wafer mark for alignment is formed, and an exposure mask on which a mask mark for aligning with the wafer mark is formed, the exposure surface being the exposure mask. A step of arranging with a gap so as to face each other, and an optical system having an optical axis in an oblique direction with respect to the exposure surface,
Forming an image of a point on the focusing surface of the wafer mark and the mask mark on an image forming surface; and forming an image forming point of the wafer mark and an image forming point of the mask mark on the image forming surface. Measuring a distance between two points vertically projected onto an incident surface including an oblique optical axis; and a gap between the exposure surface and the mask so that the distance between the two points matches a target distance. And a step of changing the width.
【請求項4】 位置合わせ用ウエハマークが形成された
露光面を有するウエハを保持するウエハ保持手段と、 前記ウエハマークと位置合わせするためのマスクマーク
が形成されたマスク面を有する露光マスクを保持し、該
露光マスクを前記露光面の上に間隙を挟んで配置するマ
スク保持手段と、 前記ウエハと前記露光マスクとの面内における相対位置
を変化させるように、前記ウエハ保持手段と前記マスク
保持手段の少なくとも一方を移動させる面内方向移動手
段と、 前記露光面に対して斜めに交わる斜光軸を有する光学系
と、 前記斜光軸上に配置され、斜光軸に沿って進行する光束
の一部を透過させ、一部を反射し、反射した光束の光軸
が前記露光面に垂直な垂直光軸になる光軸分割合成手段
と、 前記光軸分割合成手段を、少なくとも前記斜光軸を前記
露光面へ垂直投影した直線方向の成分を有する方向に移
動させる光軸分割合成手段移動機構とを有するアライメ
ント装置。
4. A wafer holding means for holding a wafer having an exposure surface on which alignment wafer marks are formed, and an exposure mask having a mask surface on which mask marks for aligning with the wafer marks are formed. Then, the mask holding means for arranging the exposure mask on the exposure surface with a gap therebetween, and the wafer holding means and the mask holding means for changing the relative position in the plane of the wafer and the exposure mask. An in-plane moving means for moving at least one of the means, an optical system having an oblique optical axis that obliquely intersects the exposure surface, and a part of the light flux arranged on the oblique optical axis and traveling along the oblique axis. At least one of: an optical axis splitting / combining means for transmitting a part of the light beam, reflecting a part thereof, and an optical axis of the reflected light flux being a vertical optical axis perpendicular to the exposure surface; Alignment apparatus having an optical axis dividing and synthesizing means moving mechanism for moving the oblique axis in a direction having a linear direction of ingredients vertically projected to the exposure surface.
【請求項5】 前記光学系は対物レンズを有し、 前記光軸分割合成手段移動機構は、前記光軸分割合成手
段を、前記対物レンズの結像光束内の前記斜光軸に沿っ
て平行移動させる請求項4に記載のアライメント装置。
5. The optical system has an objective lens, and the optical-axis division / combination means moving mechanism translates the optical-axis division / combination means along the oblique optical axis in the image-forming light flux of the objective lens. The alignment apparatus according to claim 4, wherein the alignment apparatus is provided.
【請求項6】 前記光軸分割合成手段は、ハーフミラー
である請求項4または5に記載のアライメント装置。
6. The alignment apparatus according to claim 4, wherein the optical axis division / combination means is a half mirror.
【請求項7】 さらに、 前記露光面及びマスク面から反射し前記垂直光軸に沿っ
て伝搬する光が、前記光軸分割合成手段で反射した後、
前記光学系を通って結像した像を検出する第1の像検出
手段と、 前記第1の像検出手段によって検出されたウエハマーク
とマスクマークの像の相対位置関係に基づいて、前記面
内方向移動手段を制御してウエハと露光マスクとの面内
方向の位置合わせを行う制御手段とを有する請求項4〜
6のいずれかに記載のアライメント装置。
7. The light reflected from the exposure surface and the mask surface and propagating along the vertical optical axis is reflected by the optical axis dividing / combining means,
A first image detecting means for detecting an image formed through the optical system; and the in-plane based on the relative positional relationship between the images of the wafer mark and the mask mark detected by the first image detecting means. The control means for controlling the direction moving means to align the wafer and the exposure mask in the in-plane direction.
6. The alignment device according to any one of 6.
【請求項8】 さらに、 前記露光面及びマスク面から反射し前記斜光軸に沿って
伝搬する光が、前記光軸分割合成手段を透過した後、前
記光学系を通って結像した像を検出する第2の像検出手
段とウエハと露光マスクとの間隙幅が変化するように前
記ウエハ保持手段と前記マスク保持手段とを移動させる
垂直方向移動手段とを有し、 前記制御手段は、前記第2の像検出手段によって検出さ
れたウエハマークとマスクマークの像の相対位置関係に
基づいて、前記垂直方向移動手段を制御してウエハと露
光マスクとの間隙幅を変化させる請求項4〜7のいずれ
かに記載のアライメント装置。
8. The light reflected by the exposure surface and the mask surface and propagating along the oblique optical axis is transmitted through the optical axis dividing / combining means, and then an image formed through the optical system is detected. Second image detecting means, and vertical moving means for moving the wafer holding means and the mask holding means so that the gap width between the wafer and the exposure mask changes, and the control means comprises: 8. The gap width between the wafer and the exposure mask is changed by controlling the vertical moving means based on the relative positional relationship between the images of the wafer mark and the mask mark detected by the second image detecting means. The alignment device according to any one of the above.
【請求項9】 前記制御手段は、 前記第1の検出手段によって検出されたウエハマークと
マスクマークの像の位置関係を記憶するための記憶手段
を有し、 前記第2の検出手段によって検出されたウエハマークと
マスクマークの像の位置関係が前記記憶手段に記憶され
た位置関係を維持するように、前記面内方向移動手段を
制御する請求項4〜8のいずれかに記載のアライメント
装置。
9. The control means has a storage means for storing the positional relationship between the images of the wafer mark and the mask mark detected by the first detection means, and is detected by the second detection means. 9. The alignment apparatus according to claim 4, wherein the in-plane direction moving means is controlled so that the positional relationship between the images of the wafer mark and the mask mark is maintained in the positional relationship stored in the storage means.
【請求項10】 前記光軸分割合成手段移動機構は、前
記光軸分割合成手段を前記斜光軸に平行に移動させる請
求項4〜9のいずれかに記載のアライメント装置。
10. The alignment apparatus according to claim 4, wherein the optical axis division combining means moving mechanism moves the optical axis division combining means in parallel with the oblique optical axis.
【請求項11】 さらに、前記光軸分割合成手段を挟ん
で前記露光マスクと反対側の前記斜光軸上に配置され、
光軸を分割するための光軸分割手段を有し、 前記第1及び第2の像検出手段のうち、一方は前記斜光
軸上に配置され、他方は前記光軸分割手段によって分割
された光軸上に配置されている請求項4〜10のいずれ
かに記載のアライメント装置。
11. Further, it is arranged on the oblique optical axis on the side opposite to the exposure mask with the optical axis dividing / combining means interposed therebetween,
An optical axis splitting means for splitting an optical axis is provided, and one of the first and second image detecting means is arranged on the oblique optical axis, and the other is a light split by the optical axis splitting means. The alignment device according to claim 4, wherein the alignment device is arranged on an axis.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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