JPH11288867A - Alignment method, formation of alignment mark, and aligner and method for exposure - Google Patents

Alignment method, formation of alignment mark, and aligner and method for exposure

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JPH11288867A
JPH11288867A JP10089988A JP8998898A JPH11288867A JP H11288867 A JPH11288867 A JP H11288867A JP 10089988 A JP10089988 A JP 10089988A JP 8998898 A JP8998898 A JP 8998898A JP H11288867 A JPH11288867 A JP H11288867A
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alignment mark
alignment
layer
substrate
mark
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Shinichi Nakajima
伸一 中島
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the throughput, when the position alignment is performed by using the alignment marks, which are formed at respectively different layers in the X-direction and the Y-direction. SOLUTION: An X-direction alignment mark 40a and a Y-direction alignment mark 41a are formed in close proximity, so as to enter the same image-pickup region at the different layers on a substrate. The X-direction measurement and the Y-direction measurement are performed at the same time. Thus even when the position alignment is performed by the use of the alignment marks, which are formed on the different layers in the X-direction and the Y-direction, simultaneous X and Y measurements can be made, and improvement in the throughput can be realized.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子や液晶
表示素子等の製造に用いられる露光装置、露光方法、及
び露光の際の位置合わせ方法及びアライメントマークの
形成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exposure apparatus, an exposure method, an alignment method at the time of exposure, and a method of forming an alignment mark used for manufacturing a semiconductor element, a liquid crystal display element and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子や液晶表示素子の製造にあた
っては、露光装置を用いフォトマスクやレチクル(以
下、レチクルという)に形成された微細なパターンの像
をフォトレジスト等の感光剤を塗布した半導体基板やガ
ラスプレート等の基板(以下、基板という)上に投影露
光することが行われる。レチクルのパターンは、例えば
ステップ・アンド・リピート方式の露光装置を用い、レ
チクルと基板とを高精度に位置合わせ(アライメント)
して、基板上に既に形成されているパターンに重ね合わ
せて投影露光される。
2. Description of the Related Art In the manufacture of semiconductor elements and liquid crystal display elements, a fine pattern image formed on a photomask or a reticle (hereinafter referred to as a reticle) is coated with a photosensitive agent such as a photoresist using an exposure apparatus. Projection exposure is performed on a substrate (hereinafter, referred to as a substrate) such as a substrate or a glass plate. For the reticle pattern, for example, using a step-and-repeat type exposure apparatus, the reticle and the substrate are aligned with high accuracy (alignment).
Then, it is projected and exposed in a manner superimposed on a pattern already formed on the substrate.

【0003】露光装置における位置合わせは、工程Aに
おいて露光された回路パターン(A層)が縦方向(Y方
向)に細かいパターンを有し、工程Bにおいて露光され
た回路パターン(B層)が横方向(X方向)に細かいパ
ターンを有する場合、これから露光する工程Cの回路パ
ターン(C層)は、X方向はA層に、Y方向はB層に合
わせるのが好ましい。このような要求に応える位置合わ
せ方法が特許登録第2591746号に示されている。
これは、例えば図8に示すように、A層にX方向アライ
メントマーク38aを形成し、B層にY方向アライメン
トマーク38bを形成して、これら両マーク38a,3
8bを計測することにより、A,Bの両方の層に対して
C層の位置決めが最適化されるものである。
In the alignment in the exposure apparatus, the circuit pattern (layer A) exposed in step A has a fine pattern in the vertical direction (Y direction), and the circuit pattern (layer B) exposed in step B is horizontal. In the case of having a fine pattern in the direction (X direction), it is preferable that the circuit pattern (C layer) in step C to be exposed next is adjusted to the A layer in the X direction and to the B layer in the Y direction. A registration method responding to such a demand is disclosed in Japanese Patent No. 2591746.
For example, as shown in FIG. 8, an X direction alignment mark 38a is formed on the A layer, and a Y direction alignment mark 38b is formed on the B layer.
By measuring 8b, the positioning of the C layer is optimized with respect to both the A and B layers.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、X方向
アライメントマーク38aとY方向アライメントマーク
38bとは空間的に離れた位置に形成されているため、
基板上のX方向アライメントマーク38a及びY方向ア
ライメントマーク38bを検出するには基板ステージを
移動させる必要がある。従って、スループット向上の妨
げとなっている。本発明は、このような従来技術の問題
点に鑑みてなされたもので、X方向とY方向をそれぞれ
別々の層に形成されたアライメントマークを用いて位置
合わせする場合においても、X,Y同時計測を行うこと
を可能にし、スループットの向上を図ることができる手
法を提供することを目的とする。
However, since the X-direction alignment mark 38a and the Y-direction alignment mark 38b are formed at spatially separated positions,
In order to detect the X direction alignment mark 38a and the Y direction alignment mark 38b on the substrate, it is necessary to move the substrate stage. Therefore, it hinders an improvement in throughput. The present invention has been made in view of such a problem of the related art. Even when the X direction and the Y direction are aligned using alignment marks formed on separate layers, the X and Y directions can be simultaneously adjusted. It is an object of the present invention to provide a method that enables measurement and can improve throughput.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の位置合わせ方法
は、基板に形成した第1の方向のアライメントマークと
第1の方向と直交する第2の方向のアライメントマーク
を検出して基板の位置合わせを行う位置合わせ方法にお
いて、第1の方向のアライメントマークと第2の方向の
アライメントマークは基板上の異なる層で、かつ同一撮
像範囲内に入るように互いに近接して形成されており、
第1の方向のアライメントマークと第2の方向のアライ
メントマークとを検出して基板の位置合わせを行なうこ
とを特徴とする。この位置合わせ方法では、第1の方向
のアライメントマークと第2の方向のアライメントマー
クを基板上の異なる層で、かつ同一撮像範囲内に入るよ
うに互いに近接して形成することで、第1の方向のアラ
イメント計測と第2の方向のアライメント計測とを同時
に行うことができる。
SUMMARY OF THE INVENTION A positioning method according to the present invention detects an alignment mark formed on a substrate in a first direction and an alignment mark formed in a second direction orthogonal to the first direction. In the alignment method for performing alignment, the alignment mark in the first direction and the alignment mark in the second direction are formed in different layers on the substrate and are close to each other so as to be within the same imaging range,
The alignment of the substrate is performed by detecting the alignment mark in the first direction and the alignment mark in the second direction. In this alignment method, the alignment marks in the first direction and the alignment marks in the second direction are formed in different layers on the substrate, and are formed close to each other so as to be within the same imaging range. The alignment measurement in the direction and the alignment measurement in the second direction can be performed simultaneously.

【0006】例えば、第1の方向のアライメントマーク
と第2の方向のアライメントマークの画像を1つの撮像
装置で取り込み、同一の画像信号によって第1の方向及
び第2の方向のアライメントマークの検出を行うこと
で、第1の方向のアライメント計測と第2の方向のアラ
イメント計測とを同時に行うことが可能となる。また、
第1の方向のアライメントマークの画像と第2の方向の
アライメントマークの画像を1つの撮像装置で順次取り
込むことによっても、第1の方向のアライメント計測と
第2の方向のアライメント計測とを同時に行うことが可
能となる。更に、撮像装置は第1の方向のアライメント
マークと第2の方向のアライメントマークとを順次取り
込む際、第1の方向のアライメントマークと第2の方向
のアライメントマークとを別々のゲイン及び/又はオフ
セットで撮像することにより、第1の方向のアライメン
ト計測及び第2の方向のアライメント計測の精度を高め
ることができる。
For example, an image of an alignment mark in a first direction and an image of an alignment mark in a second direction are captured by one image pickup device, and detection of the alignment marks in the first and second directions is performed by the same image signal. By doing so, the alignment measurement in the first direction and the alignment measurement in the second direction can be performed simultaneously. Also,
The alignment measurement in the first direction and the alignment measurement in the second direction are performed simultaneously by sequentially capturing the image of the alignment mark in the first direction and the image of the alignment mark in the second direction by one imaging device. It becomes possible. Further, when the imaging device sequentially captures the alignment mark in the first direction and the alignment mark in the second direction, the imaging device separates the alignment mark in the first direction and the alignment mark in the second direction into different gains and / or offsets. , The accuracy of the alignment measurement in the first direction and the alignment measurement in the second direction can be improved.

【0007】本発明のアライメントマークの形成方法
は、基板上の所定の層に第1の方向のアライメントマー
クと該アライメントマークに隣接するパターンの無い領
域とを形成する工程と、前記所定の層とは異なる層に、
所定の層のパターンの無い領域と重なる位置に第1の方
向と直交する第2の方向のアライメントマークを形成す
る工程とを含むことを特徴とする。このアライメントマ
ークの形成方法によると、同一平面上で第1と第2の方
向のアライメントマークを近接させて形成することがで
きる。また、所定の層のパターンの無い領域と重なる位
置に第2の方向のアライメントマークを形成する際、所
定の層の第1の方向のアライメントマークと重なる位置
にパターンの無い領域を形成することで、相互のアライ
メントマークの検出領域を確実に確保することができ
る。
The method of forming an alignment mark according to the present invention comprises the steps of forming an alignment mark in a first direction on a predetermined layer on a substrate and an area without a pattern adjacent to the alignment mark; Are on different layers,
Forming an alignment mark in a second direction orthogonal to the first direction at a position overlapping a region of the predetermined layer where there is no pattern. According to this alignment mark forming method, the alignment marks in the first and second directions can be formed close to each other on the same plane. Further, when forming an alignment mark in the second direction at a position overlapping a region without a pattern of a predetermined layer, by forming an area without a pattern at a position overlapping the alignment mark of the predetermined layer in the first direction. As a result, it is possible to reliably secure the mutual alignment mark detection area.

【0008】また、本発明による露光装置は、基板上の
第1の層に形成された第1の方向のアライメントマーク
と、基板上の第1の層とは異なる第2の層に形成された
前記第1の方向と直交する第2の方向のアライメントマ
ークとを対物レンズを介して撮像する撮像装置を備える
ことを特徴とする。この露光装置では、第1の方向及び
第2の方向のアライメントマークを同じ光軸上で取り込
むことで、異なる層に形成された第1の方向のアライメ
ントマークと第2の方向のアライメントマークを取り込
む際の基板のX,Y方向の移動が不要となるためスルー
プットを向上することができる。
In the exposure apparatus according to the present invention, the alignment mark in the first direction formed on the first layer on the substrate is formed on a second layer different from the first layer on the substrate. An imaging device is provided for imaging an alignment mark in a second direction orthogonal to the first direction via an objective lens. In this exposure apparatus, the alignment marks in the first direction and the second direction are captured on the same optical axis, thereby capturing the alignment marks in the first direction and the alignment marks formed in different layers. Since the substrate does not need to be moved in the X and Y directions, the throughput can be improved.

【0009】本発明による露光方法は、基板上の第1の
層に第1の方向のアライメントマークと該アライメント
マークに隣接するパターンの無い領域とを形成する工程
と、第1の層と異なる第2の層に、第1の層のパターン
の無い領域と重なる位置に第1の方向と直交する第2の
方向のアライメントマークを形成する工程と、第2の層
の上方に第3の層を形成する際、撮像装置により第1の
方向のアライメントマークと第2の方向のアライメント
マークとを対物レンズを介して撮像することにより基板
の位置合わせを行うことを特徴とする。この露光方法に
よると、異なる層に形成された第1の方向のアライメン
トマークと第2の方向のアライメントマークとを、基板
を移動させることなく撮像できることから、第1の方向
及び第2の方向のアライメントに要する時間を短縮する
ことができる。
An exposure method according to the present invention comprises the steps of forming an alignment mark in a first direction on a first layer on a substrate and a region having no pattern adjacent to the alignment mark, Forming an alignment mark in the second layer in a second direction orthogonal to the first direction at a position overlapping with the pattern-free region of the first layer; and forming a third layer above the second layer. When forming, the alignment of the substrate is performed by imaging the alignment mark in the first direction and the alignment mark in the second direction through the objective lens by the imaging device. According to this exposure method, since the alignment marks in the first direction and the alignment marks in the second direction formed on different layers can be imaged without moving the substrate, the alignment marks in the first direction and the second direction can be taken. The time required for alignment can be reduced.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図1は、本発明による位置合わせ
方法に使用する露光装置の一例を示す概略図である。超
高圧水銀ランプやエキシマレーザ等の光源1から出射さ
れた照明光は、反射鏡4により波長選択フイルタ5側に
反射される。波長選択フイルタ5は、露光に必要な波長
の光のみを通過させるものであり、波長選択フイルタ5
を通過した照明光はフライアイレンズ6によって均一な
強度分布の光束に調整されレチクルブラインド7に到達
する。レチクルブラインド7は、開口Sの大きさを変化
させて照明光によるレチクル10上の照明範囲を調整す
るものである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view showing an example of an exposure apparatus used for the alignment method according to the present invention. Illumination light emitted from a light source 1 such as an ultra-high pressure mercury lamp or an excimer laser is reflected by a reflecting mirror 4 to a wavelength selection filter 5 side. The wavelength selection filter 5 allows only light having a wavelength necessary for exposure to pass therethrough.
Is adjusted by the fly-eye lens 6 into a light beam having a uniform intensity distribution, and reaches the reticle blind 7. The reticle blind 7 changes the size of the opening S to adjust the illumination range on the reticle 10 by the illumination light.

【0011】レチクルプラインド7の開口Sを通過した
照明光は、反射鏡8により反射されて、レンズ系9に入
射する。このレンズ系9は、レチクルブラインド7の開
口Sの像をレチクル10上に結像するものであり、レチ
クル10の所望範囲が照明される。レチクルl0の照明
範囲に存在するショットパターン又はアライメントマー
クの像は、投影光学系11によりレジストが塗付された
基板12上に結像され、これにより基板12の特定領域
にレチクル10のパターン像が露光される。基板12は
基板ステージ13上に真空吸着によって保持されてい
る。この基板ステージ13は、互いに直交する方向へ移
動可能な一対のブロックを重ね合せた周知の構造を有し
ており、投影光学系11の露光視野と重なる基板12上
のショツト位置の基板ステージ移動座標系内での調整
は、モータ等の基板ステージ駆動手段21により行なわ
れる。基板ステージ移動座標系内における基板ステージ
13の位置は、基板ステージ13に固定されている移動
鏡14に向けられるレーザ干渉計20によって検出され
る。レーザ干渉計20の測定値は基板ステージ制御系3
6に送られ、基板ステージ制御系36はその情報に基づ
いて基板ステージ駆動手段2lを制御する。また、基板
ステージ制御系36から主制御系37にレーザ干渉計2
0からの測定値の情報が供給されており、主制御系37
はその情報に基づいて基板ステージ制御系36を制御す
る。
The illumination light having passed through the opening S of the reticle blind 7 is reflected by a reflecting mirror 8 and enters a lens system 9. The lens system 9 forms an image of the opening S of the reticle blind 7 on the reticle 10, and illuminates a desired area of the reticle 10. An image of a shot pattern or an alignment mark existing in the illumination range of the reticle 10 is formed on the substrate 12 coated with a resist by the projection optical system 11, whereby a pattern image of the reticle 10 is formed on a specific region of the substrate 12. Exposed. The substrate 12 is held on a substrate stage 13 by vacuum suction. The substrate stage 13 has a well-known structure in which a pair of blocks movable in directions orthogonal to each other are overlapped, and the substrate stage movement coordinates of a short position on the substrate 12 overlapping the exposure field of view of the projection optical system 11. Adjustment in the system is performed by substrate stage driving means 21 such as a motor. The position of the substrate stage 13 in the substrate stage movement coordinate system is detected by a laser interferometer 20 directed to a movable mirror 14 fixed to the substrate stage 13. The measured value of the laser interferometer 20 is the substrate stage control system 3
6 and the substrate stage control system 36 controls the substrate stage driving means 21 based on the information. Further, the laser interferometer 2 is transmitted from the substrate stage control system 36 to the main control system 37.
The information of the measured value from 0 is supplied and the main control system 37
Controls the substrate stage control system 36 based on the information.

【0012】この投影露光装置には、レチクル10と基
板12の位置合わせを行うために、例えばTTR(スル
ー・ザ・レチクル)方式のレチクル・アライメントセン
サ31及びオフアクシス方式の基板アライメントセンサ
32が備えられている。TTR方式のレチクル・アライ
メントセンサ31のアライメント方式としては、He−
Neレーザ等を使用するLSA方式及びLIA方式、あ
るいは露光光を使用する露光光アライメント方式が望ま
しい。特に、KrF(フッ化クリプトン)、ArF(フ
ッ化アルゴン)エキシマレーザ用の投影光学系11を採
用した場合には、He−NeレーザとKrF,ArFエ
キシマレーザとの波長が大きく異なるので、投影光学系
11の色収差の影響を避けるために露光光アライメント
方式が好ましい。しかも、露光光アライメント方式を用
いた場合にはオフセットを考慮する必要がなく、いわゆ
るベースラインを管理する必要がないといった利点があ
る。
The projection exposure apparatus includes, for example, a reticle alignment sensor 31 of a TTR (through the reticle) system and a substrate alignment sensor 32 of an off-axis system in order to align the reticle 10 with the substrate 12. Have been. The alignment method of the reticle alignment sensor 31 of the TTR method includes He-
An LSA method and an LIA method using a Ne laser or the like, or an exposure light alignment method using exposure light is desirable. In particular, when the projection optical system 11 for KrF (krypton fluoride) or ArF (argon fluoride) excimer laser is adopted, the wavelength of the He-Ne laser is significantly different from that of the KrF or ArF excimer laser. In order to avoid the influence of chromatic aberration of the system 11, an exposure light alignment method is preferable. In addition, when the exposure light alignment method is used, there is an advantage that there is no need to consider an offset and there is no need to manage a so-called baseline.

【0013】レチクル・アライメントセンサ31は、レ
チクル10に形成されたアライメントマークと、投影光
学系11を介して観察される基準マーク部材33上の基
準マーク又は基板12との位置関係(ずれ量)を計測す
るものである。露光光アライメント方式では、撮像素子
(CCD)を用いてモニタに表示することにより、その
位置関係を直接的に観察できる。オフアクシス方式の基
板アライメントセンサ32のアライメント方式として
は、FIA方式を採用する。アライメント時には、これ
らのアライメントセンサ31,32の何れかを用いて基
板12上に形成されたアライメントマークの位置を検出
し、その検出結果に基づいて、基板l2のショット領域
に前工程で形成されたパターンとレチクル上のパターン
とを正確に位置合わせすることができる。これらのアラ
イメントセンサ31,32からの検出信号は主制御系3
7によって制御されるアライメント制御系35によって
処理される。
The reticle alignment sensor 31 determines the positional relationship (shift amount) between the alignment mark formed on the reticle 10 and a reference mark on the reference mark member 33 or the substrate 12 observed through the projection optical system 11. It is to measure. In the exposure light alignment method, the positional relationship can be directly observed by displaying the image on a monitor using an image sensor (CCD). As the alignment method of the off-axis type substrate alignment sensor 32, an FIA method is adopted. At the time of alignment, the position of the alignment mark formed on the substrate 12 is detected by using one of these alignment sensors 31 and 32, and based on the detection result, the alignment mark formed in the shot area of the substrate 12 in the previous step is formed. The pattern and the pattern on the reticle can be accurately aligned. The detection signals from these alignment sensors 31 and 32 are transmitted to the main control system 3.
The processing is performed by an alignment control system 35 controlled by the control unit 7.

【0014】また、基板ステージ13上には、基板12
と面一とされた基準マーク部材33が固定されており、
基準マーク部材33の表面にはアライメントの基準とな
るマークが形成されている。このマークを計測すること
により、両アライメントセンサ31,32の基準位置を
決定することができる。基板ステージ制御系36は、主
制御系37からアライメント結果を受け取り、その結果
をもとにして基板ステージ駆動手段21を制御し、ショ
ットを露光する。次に、本発明の位置合わせに用いる基
板アライメントマークの形成方法について説明する。
On the substrate stage 13, the substrate 12
The reference mark member 33, which is flush with the reference mark member 33, is fixed,
A mark serving as a reference for alignment is formed on the surface of the reference mark member 33. By measuring this mark, the reference position of both alignment sensors 31, 32 can be determined. The substrate stage control system 36 receives the alignment result from the main control system 37, controls the substrate stage driving means 21 based on the result, and exposes the shot. Next, a method for forming a substrate alignment mark used for alignment according to the present invention will be described.

【0015】図2は、本発明を実施するためのアライメ
ントマークの一例を示す図である。図2(a)に示すマ
ークは、図1の基板12上に形成されるX計測マーク4
0であり、X方向のアライメントマーク40aとパター
ンの無い領域40bとからなる。これらは例えば図3に
示す工程AにおけるA層のパターン形成時に同時に形成
されるものである。また、図2(b)に示すマークは基
板12上のY計測マーク41であり、Y方向のアライメ
ントマーク41aとパターンの無い領域41bとからな
る。これらは例えば図3に示す工程BにおけるB層のパ
ターン形成時に同時に形成されるものである。そして、
工程CにおけるC層のパターンは、A層に形成されたX
計測マーク40のX方向アライメントマーク40a及び
B層に形成されたY計測マーク41のY方向アライメン
トマーク41aを用いてX,Y方向の位置合わせ(アラ
イメント)を行った上で露光される。
FIG. 2 is a diagram showing an example of an alignment mark for implementing the present invention. The mark shown in FIG. 2A is an X measurement mark 4 formed on the substrate 12 of FIG.
0, which is composed of an alignment mark 40a in the X direction and a region 40b having no pattern. These are formed at the same time as the pattern formation of the layer A in the step A shown in FIG. 3, for example. The mark shown in FIG. 2B is a Y measurement mark 41 on the substrate 12, and is composed of an alignment mark 41a in the Y direction and an area 41b having no pattern. These are formed at the same time as the pattern formation of the layer B in the step B shown in FIG. 3, for example. And
The pattern of the C layer in the process C is the X layer formed on the A layer.
The X- and Y-direction alignment (alignment) is performed using the X-direction alignment mark 40a of the measurement mark 40 and the Y-direction alignment mark 41a of the Y measurement mark 41 formed on the B layer, and then exposure is performed.

【0016】ここで、工程AによってA層に形成される
X計測マーク40のパターンの無い領域40bは、その
上のB層に形成されるY計測マーク41のY方向アライ
メントマーク41aの直下に位置する。したがって、B
層のY方向アライメントマーク41aは、A層のパター
ンの無い領域40bの上方に形成されるため、A層に形
成されるパターン形状の影響を受けることがなく、歪み
のないマークを形成することができる。
Here, the area 40b of the pattern X of the X measurement mark 40 formed on the layer A in the step A is located immediately below the Y direction alignment mark 41a of the Y measurement mark 41 formed on the layer B thereon. I do. Therefore, B
Since the Y-direction alignment mark 41a of the layer is formed above the pattern-free region 40b of the layer A, it is not affected by the pattern shape formed on the layer A, and it is possible to form a mark without distortion. it can.

【0017】また、A層に形成されたX計測マーク40
のX方向アライメントマーク40aの直上には、B層の
Y計測マーク41のパターンの無い領域41bが位置す
る。したがって、A層のX方向アライメントマーク40
aは、B層にパターンを形成する際のプロセス処理によ
って加工されて潰れてしまうことがない。詳述すると、
基板12上に塗布されるレジスト(感光剤)には、感光
した部分が現像により除去されるポジレジストと、感光
されなかった部分が現像により除去されるネガレジスト
がある。レチクル10上に形成されたアライメントマー
クの空白部分〔図2(a)又は図2(b)の空白部分〕
は、レジストの種類に応じて、露光あるいは非露光とし
て基板12上にレジストが残るようにする。このように
することによって、エッチングや蒸着などによってA層
で形成されたX方向のアライメントマーク40aが加工
されることを防ぐことができる。また、加工プロセスの
種類によって空白部分にレジストが残らなかった場合に
は、その部分に保護膜を形成し、その後に加工する場合
には、マークが加工されずにレジストが除去されるよう
なレチクルが使用される。このようにして、前の工程で
形成したマークを保護することができる。
The X measurement mark 40 formed on the A layer
Immediately above the X-direction alignment mark 40a, an area 41b where there is no pattern of the Y measurement mark 41 of the B layer is located. Therefore, the X direction alignment mark 40 of the A layer
a is not processed and crushed by the process for forming a pattern on the B layer. To elaborate,
The resist (photosensitive agent) applied on the substrate 12 includes a positive resist in which exposed portions are removed by development and a negative resist in which unexposed portions are removed by development. Blank portion of alignment mark formed on reticle 10 [blank portion of FIG. 2 (a) or FIG. 2 (b)]
Is performed so that the resist remains on the substrate 12 as exposure or non-exposure depending on the type of the resist. By doing so, it is possible to prevent the X-direction alignment mark 40a formed of the layer A from being processed by etching, vapor deposition, or the like. In addition, if no resist remains in the blank part due to the type of processing process, a protective film is formed on that part, and when processing is performed later, a reticle that removes the resist without processing the mark Is used. Thus, the mark formed in the previous step can be protected.

【0018】これらのX方向アライメントマーク40a
とY方向アライメントマーク41aは互いにX方向に近
接して形成されているため、基板アライメントセンサ3
2の視野内に同時に入り、同時に計測することができ
る。図4は、本発明によるアライメントマークの他の例
を示す図である。この例では、X方向アライメントマー
ク40aが空間的に分離した2つのマークとしてY方向
アライメントマーク41aの両側に位置している。Y方
向アライメントマーク41aの両側のX方向アライメン
トマーク40aは、例えば工程Aにて図3のA層に作成
されるものであり、中央のY方向アライメントマーク4
1aは例えば工程Bにて図3のB層に作成されるもので
ある。このようにして、X方向アライメントマーク40
aとY方向アライメントマーク41aは、基板アライメ
ントセンサ32の視野内に全体が収まるようにして、そ
れぞれ別々の層に形成される。
These X-direction alignment marks 40a
And the Y-direction alignment mark 41a are formed close to each other in the X-direction.
2 can be simultaneously entered into the field of view and measured simultaneously. FIG. 4 is a diagram showing another example of the alignment mark according to the present invention. In this example, the X-direction alignment marks 40a are located on both sides of the Y-direction alignment marks 41a as two spatially separated marks. The X-direction alignment marks 40a on both sides of the Y-direction alignment marks 41a are, for example, formed on the layer A in FIG.
1a is formed in the layer B of FIG. Thus, the X-direction alignment mark 40
The “a” and the Y-direction alignment marks 41 a are formed in separate layers so that the entirety is within the field of view of the substrate alignment sensor 32.

【0019】図4の例においても、B層に形成されるY
方向アライメントマーク41aに重なるA層の領域、す
なわち分離して形成されるA層の2つのX方向アライメ
ントマーク40aの間の領域はパターンの無い領域とさ
れる。同様に、A層に形成されたX方向アライメントマ
ーク40aに重なるB層の領域、すなわちY方向アライ
メントマーク41aのX方向両隣の領域はパターンの無
い領域とされる。このように、それぞれのアライメント
マーク40a,41aと重なる他の層の位置をパターン
の無い領域としておくことにより、別々の層に形成され
るアライメントパターン40a,41aが他の層をプロ
セス処理する際に潰れることが防止される。
Also in the example shown in FIG. 4, Y formed in the B layer
A region of the layer A overlapping the direction alignment mark 41a, that is, a region between two X-direction alignment marks 40a of the layer A formed separately is a region having no pattern. Similarly, a region of the layer B overlapping the X-direction alignment mark 40a formed on the layer A, that is, a region on both sides in the X direction of the Y-direction alignment mark 41a is a region having no pattern. In this way, by setting the position of the other layer overlapping with the respective alignment marks 40a and 41a as a region without a pattern, the alignment patterns 40a and 41a formed on separate layers can be used for processing other layers. Collapse is prevented.

【0020】図4においては、X方向アライメントマー
ク40a及びY方向アライメントマーク41aのそれぞ
れの長さと数とを説明の便宜上、同一としているが、そ
れぞれの長さと数とは適宜変更可能である。更に、X方
向アライメントマーク40aをY方向アライメントマー
ク41aの両側に位置するように分割した場合について
説明しているが、Y方向アライメントマーク41aをX
方向アライメントマーク40aの両側に位置させること
もできる。更に、分割位置は、この例のように左右に限
らず上下とすることもできる。
In FIG. 4, the lengths and numbers of the X-direction alignment marks 40a and the Y-direction alignment marks 41a are the same for convenience of explanation, but the lengths and numbers can be changed as appropriate. Furthermore, the case where the X-direction alignment mark 40a is divided so as to be positioned on both sides of the Y-direction alignment mark 41a is described.
It can be located on both sides of the direction alignment mark 40a. Further, the dividing position is not limited to the left and right as in this example, but may be the upper and lower positions.

【0021】図1に戻って、基板アライメントセンサ3
2内の1つのCCDカメラで、これらのX方向アライメ
ントマーク40aとY方向アライメントマーク41aと
を同時に取り込み、画像処理することで基板12のX方
向位置及びY方向位置を知ることができる。このとき、
X方向アライメントマーク40aとY方向アライメント
マーク41aを同時に取り込んで検出するようにしても
良いが、最初にX方向アライメントマーク40aを取り
込み、次にY方向アライメントマーク41aを取り込む
というように2種類のマークを順次取り込んで処理する
ことも可能である。2種類のマークを順次取り込む場合
には、各マーク40a,41aの検出に当たって信号処
理系のゲインやオフセットを別個に設定することができ
るため、より高精度の検出が可能になる。
Returning to FIG. 1, the substrate alignment sensor 3
The X-direction alignment mark 40a and the Y-direction alignment mark 41a are simultaneously captured by one of the two CCD cameras 2 and image-processed, whereby the X-direction position and the Y-direction position of the substrate 12 can be known. At this time,
The X-direction alignment mark 40a and the Y-direction alignment mark 41a may be captured and detected at the same time, but two types of marks, such as capturing the X-direction alignment mark 40a first and then capturing the Y-direction alignment mark 41a, may be used. Can be sequentially captured and processed. When two types of marks are sequentially taken in, the gain and offset of the signal processing system can be separately set when detecting each of the marks 40a and 41a, so that more accurate detection becomes possible.

【0022】図5は、本発明による露光装置の他の例を
示す概略図である。この露光装置では、X方向アライメ
ントマーク40aとY方向アライメントマーク41aを
別々のCCDカメラ50,51によって取り込んで位置
合わせを行なう。なお、図5において、図1と同じ機能
の部分には図1と同じ符号を付し、その詳細な説明を省
略する。オフアクシス顕微鏡用照明系52からの照明光
は、ハーフミラー54で反射されて基板12上のX計測
マーク40及びY計測マーク41に照射される。X計測
マーク40のX方向アライメントマーク40aからの反
射光はX計測用のCCDカメラ50側に導かれ、X方向
アライメントマーク40aが撮像されて検出され、Y計
測マーク41のY方向アライメントマーク41aからの
反射光はハーフミラー53で反射されてY計測用のCC
Dカメラ51に導かれ、Y方向アライメントマーク41
aの検出が行われる。
FIG. 5 is a schematic view showing another example of the exposure apparatus according to the present invention. In this exposure apparatus, the X-direction alignment mark 40a and the Y-direction alignment mark 41a are taken in by different CCD cameras 50 and 51 to perform alignment. In FIG. 5, portions having the same functions as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1, and detailed description thereof will be omitted. The illumination light from the off-axis microscope illumination system 52 is reflected by the half mirror 54 and applied to the X measurement mark 40 and the Y measurement mark 41 on the substrate 12. The reflected light of the X measurement mark 40 from the X direction alignment mark 40a is guided to the X measurement CCD camera 50 side, and the X direction alignment mark 40a is imaged and detected. Is reflected by the half mirror 53 and is reflected by the CC for Y measurement.
Guided by the D camera 51, the Y-direction alignment mark 41
a is detected.

【0023】このとき2台のCCDカメラ50,51の
焦点合わせは次のようにして行う。まず、例えばX方向
アライメントマーク40aを撮像するCCDカメラ50
がベストフォーカス状態でX方向アライメントマーク4
0aを検出できるように基板ステージ13をZ方向に移
動させる。次に、基板ステージ13のZ方向位置を固定
したまま、Y方向アライメントマーク41aを撮像する
CCDカメラ51がベストフォーカス状態でY方向アラ
イメントマーク41aを検出できるように、CCDカメ
ラ51を光軸方向に移動して調整する。この方法で2台
のCCDカメラ50,51のフォーカスを調整すること
により、X計測マーク40aの検出とY計測マーク41
aの検出を高精度に行うことが可能となる。
At this time, the focusing of the two CCD cameras 50 and 51 is performed as follows. First, for example, a CCD camera 50 for imaging the X-direction alignment mark 40a
Is in the best focus state and the X direction alignment mark 4
The substrate stage 13 is moved in the Z direction so that 0a can be detected. Next, while the Z-direction position of the substrate stage 13 is fixed, the CCD camera 51 for imaging the Y-direction alignment mark 41a is moved in the optical axis direction so that the Y-direction alignment mark 41a can be detected in the best focus state. Move and adjust. By adjusting the focus of the two CCD cameras 50 and 51 in this manner, the detection of the X measurement mark 40a and the Y measurement mark 41
a can be detected with high accuracy.

【0024】図6は、基板アライメントセンサ32にお
けるX計測用のCCDカメラ50とY計測用のCCDカ
メラ51の制御系の一例を示すブロック図である。X計
測用のCCDカメラ50及びY計測用のCCDカメラ5
1には、各々CCD(撮像素子)50a,51aが設け
られている。これらCCD50a,51aによるパター
ンの取り込み動作は、制御部58によって制御される。
図3で説明したように、例えばX方向アライメントマー
ク40aはA層に、Y方向アライメントマーク41aは
B層にといったように、各々が別々の層に設けられてい
るため、各々の層の反射率等の相違によってCCD50
a,51aに結像される像の光強度やコントラストなど
が異なる場合がある。そこで、CCD50a,51aの
後段に設けられているAGC回路50c,51cのゲイ
ンを別々に設定する。
FIG. 6 is a block diagram showing an example of a control system of the CCD camera 50 for X measurement and the CCD camera 51 for Y measurement in the substrate alignment sensor 32. CCD camera 50 for X measurement and CCD camera 5 for Y measurement
1 is provided with CCDs (image pickup devices) 50a and 51a, respectively. The operation of capturing the patterns by the CCDs 50a and 51a is controlled by the control unit 58.
As described with reference to FIG. 3, since the X-direction alignment marks 40a are provided on separate layers such as the A-layer and the Y-direction alignment marks 41a are provided on separate layers, the reflectivity of each layer is different. CCD50
Light intensity and contrast of the images formed on a and 51a may be different. Therefore, the gains of the AGC circuits 50c and 51c provided after the CCDs 50a and 51a are separately set.

【0025】各々のAGC回路50c,51cによって
ゲインがコントロールされたアナログの像信号は、A/
D変換器55によってディジタル信号に変換される。こ
のディジタル信号である像信号はメモリ56に例えば1
フレーム分だけ蓄積される。メモリ56に蓄積された像
信号は、画像処理部57によって画像処理されると、制
御部58によってX方向アライメントマーク40a又は
Y方向アライメントマーク41aの計測が行なわれる。
制御部58は、AGC回路50c,51cの動作をフィ
ードバック制御し、AGC回路50c,51cを常に最
適状態に設定する。
The analog image signal whose gain is controlled by each of the AGC circuits 50c and 51c is A / A
The signal is converted into a digital signal by the D converter 55. The image signal, which is a digital signal,
Only frames are accumulated. When the image signal stored in the memory 56 is subjected to image processing by the image processing unit 57, the control unit 58 measures the X-direction alignment mark 40a or the Y-direction alignment mark 41a.
The control unit 58 performs feedback control on the operations of the AGC circuits 50c and 51c, and always sets the AGC circuits 50c and 51c in an optimal state.

【0026】ここで、制御部58によるX方向アライメ
ントマーク40a又はY方向アライメントマーク41a
を計測する際のアルゴリズムを、X方向アライメントマ
ーク40aとY方向アライメントマーク41aのそれぞ
れに対して別々のものとすることでマーク計測精度を高
めることができる。例えば、X方向アライメントマーク
40a又はY方向アライメントマーク41aの位置を検
出する際に、非計測方向に積算した1次元信号に対して
エッジ処理を行う場合等、スライスレベル、1次微分の
スライスレベルをX計測とY計測とで別々の値を使った
り、相関処理を行う場合に、別々のテンプレートを用い
たりすることができる。
Here, the X direction alignment mark 40a or the Y direction alignment mark 41a
The mark measurement accuracy can be improved by using different algorithms for measuring the X direction alignment mark 40a and the Y direction alignment mark 41a. For example, when detecting the position of the X-direction alignment mark 40a or the Y-direction alignment mark 41a, when performing edge processing on the one-dimensional signal integrated in the non-measurement direction, the slice level and the slice level of the first derivative are changed. Different values can be used for the X measurement and the Y measurement, or different templates can be used when performing the correlation processing.

【0027】また、ここでは、基板ステージ13とCC
Dカメラ51を移動することでCCDカメラ50,51
の焦点調整を行ったが、CCDカメラ50,51自体に
フォーカス調整機能が備わっている場合には、各CCD
カメラのフォーカス調整を独立して行うことにより、別
々の層に形成されたX方向アライメントマーク40aと
Y方向アライメントマーク41aを各々ベストフォーカ
ス状態で検出することができる。
Here, the substrate stage 13 and the CC
By moving the D camera 51, the CCD cameras 50 and 51 are moved.
Was adjusted, but if the CCD cameras 50 and 51 themselves have a focus adjustment function,
By independently adjusting the focus of the camera, the X-direction alignment mark 40a and the Y-direction alignment mark 41a formed on different layers can be detected in the best focus state.

【0028】図7は、その場合の、X計測用CCDカメ
ラ50及びY計測用CCDカメラ51の制御系を示すブ
ロック図である。図7の制御系は、フォーカス回路50
b,50cを有し、制御部58でフォーカス回路50
b,50cの制御を行う点で図6の制御系と相違する。
前述のように、X方向アライメントマーク40aとY方
向アライメントマーク41aは別々の層に設けられてお
り、各マークに対する焦点距離が相違する。この例で
は、この焦点を合わせるために、制御部58によって制
御されるフォーカス回路50b,51bが設けられてい
る。従って、X方向アライメントマーク40a、Y方向
アライメントマーク41aを各々ベストフォーカス状態
で検出できる。
FIG. 7 is a block diagram showing a control system of the CCD camera 50 for X measurement and the CCD camera 51 for Y measurement in that case. The control system shown in FIG.
b, 50c, and the controller 58 controls the focus circuit 50
It differs from the control system of FIG. 6 in that the control of b and 50c is performed.
As described above, the X-direction alignment marks 40a and the Y-direction alignment marks 41a are provided on different layers, and have different focal lengths for each mark. In this example, focus circuits 50b and 51b controlled by the control unit 58 are provided to adjust the focus. Therefore, the X-direction alignment mark 40a and the Y-direction alignment mark 41a can be respectively detected in the best focus state.

【0029】[0029]

【発明の効果】本発明によれば、X方向とY方向をそれ
ぞれ別々の層に形成されたアライメントマークを用いて
位置合わせする場合においても、X,Y同時計測を行う
ことができ、スループットの向上を図ることができる。
According to the present invention, simultaneous X and Y measurement can be performed even when the X direction and the Y direction are aligned using alignment marks formed on different layers, respectively, and the throughput can be reduced. Improvement can be achieved.

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

【図1】本発明による露光装置の一例を示す概略図。FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an exposure apparatus according to the present invention.

【図2】本発明の位置合わせに用いる基板ライメントマ
ークの形成方法の一例を示す図。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a method for forming a substrate alignment mark used for alignment according to the present invention.

【図3】本発明の位置合わせに用いる基板ライメントマ
ークの形成方法の一例を示断面模式図。
FIG. 3 is a schematic sectional view showing an example of a method for forming a substrate alignment mark used for alignment according to the present invention.

【図4】本発明の位置合わせに用いる基板ライメントマ
ークの形成方法の他の例を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing another example of a method for forming a substrate alignment mark used for alignment according to the present invention.

【図5】本発明による露光装置の他の例を示す概略図。FIG. 5 is a schematic view showing another example of the exposure apparatus according to the present invention.

【図6】基板アライメントセンサの制御系の一例を示す
ブロック図。
FIG. 6 is a block diagram showing an example of a control system of the substrate alignment sensor.

【図7】基板アライメントセンサの制御系の他の例を示
すブロック図。
FIG. 7 is a block diagram showing another example of the control system of the substrate alignment sensor.

【図8】従来のX,Yアライメントマークの形成状態を
示す断面模式図。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a state of forming a conventional X, Y alignment mark.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…光源、4…反射鏡、5…波長選択フイルタ、6…フ
ライアイインテグレータ、7…レチクルブラインド、8
…反射鏡、9…レンズ系、10…レチクル、11…投影
光学系、12…基板、13…基板ステージ、14…移動
鏡、21…基板ステージ駆動手段、20…レーザ干渉
計、31…レチクル・アライメントセンサ、32…基板
アライメントセンサ、36…基板ステージ制御系、37
…主制御系、40…X計測マーク、40a…X方向アラ
イメントマーク、40b…パターンの無い領域、41…
Y計測マーク、41a…Y方向アライメントマーク、4
1b…パターンの無い領域、50…X計測用のCCDカ
メラ、50a,50b…CCD(撮像素子)、50b,
51b…フォーカス回路、50c,51c…AGC回
路、51…Y計測用のCCDカメラ、52…オフアクシ
ス顕微鏡用照明系、55…A/D変換器、56…メモ
リ、57…画像処理部、58…制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source, 4 ... Reflection mirror, 5 ... Wavelength selection filter, 6 ... Fly eye integrator, 7 ... Reticle blind, 8
... reflecting mirror, 9 ... lens system, 10 ... reticle, 11 ... projection optical system, 12 ... substrate, 13 ... substrate stage, 14 ... moving mirror, 21 ... substrate stage driving means, 20 ... laser interferometer, 31 ... reticle Alignment sensor, 32: substrate alignment sensor, 36: substrate stage control system, 37
... Main control system, 40... X measurement mark, 40 a... X direction alignment mark, 40 b.
Y measurement mark, 41a... Y direction alignment mark, 4
1b: area without pattern, 50: CCD camera for X measurement, 50a, 50b: CCD (imaging device), 50b,
51b: focus circuit, 50c, 51c: AGC circuit, 51: CCD camera for Y measurement, 52: illumination system for off-axis microscope, 55: A / D converter, 56: memory, 57: image processing unit, 58 ... Control unit

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板に形成した第1の方向のアライメン
トマークと前記第1の方向と直交する第2の方向のアラ
イメントマークを検出して基板の位置合わせを行う位置
合わせ方法において、 前記第1の方向のアライメントマークと前記第2の方向
のアライメントマークは前記基板上の異なる層で、かつ
同一撮像範囲内に入るように互いに近接して形成されて
おり、前記第1の方向のアライメントマークと前記第2
の方向のアライメントマークとを検出して基板の位置合
わせを行なうことを特徴とする位置合わせ方法。
1. An alignment method for aligning a substrate by detecting an alignment mark formed on a substrate in a first direction and an alignment mark in a second direction orthogonal to the first direction, the method comprising: The alignment mark in the first direction and the alignment mark in the second direction are formed on different layers on the substrate and are close to each other so as to be within the same imaging range, and are aligned with the alignment mark in the first direction. The second
The alignment of the substrate by detecting an alignment mark in the direction of (b).
【請求項2】 前記第1の方向のアライメントマークと
前記第2の方向のアライメントマークの画像を1つの撮
像装置で取り込み、同一の画像信号によって前記第1の
方向及び第2の方向のアライメントマークの検出を行う
ことを特徴とする請求項1記載の位置合わせ方法。
2. An image of the alignment mark in the first direction and the alignment mark in the second direction is captured by one imaging device, and the alignment marks in the first direction and the second direction are received by the same image signal. 2. The positioning method according to claim 1, further comprising:
【請求項3】 前記第1の方向のアライメントマークの
画像と前記第2の方向のアライメントマークの画像を1
つの撮像装置で順次取り込むことを特徴とする請求項1
記載の位置合わせ方法。
3. An image of the alignment mark in the first direction and an image of the alignment mark in the second direction are defined as one image.
2. An image pickup device according to claim 1,
The alignment method described.
【請求項4】 前記撮像装置は、前記第1の方向のアラ
イメントマークと前記第2の方向のアライメントマーク
とを順次取り込む際、前記第1の方向のアライメントマ
ークと前記第2の方向のアライメントマークとを別々の
ゲイン及び/又はオフセットで撮像することを特徴とす
る請求項3記載の位置合わせ方法。
4. The image pickup apparatus according to claim 1, wherein when sequentially taking the alignment mark in the first direction and the alignment mark in the second direction, the alignment mark in the first direction and the alignment mark in the second direction. 4. The method according to claim 3, wherein imaging is performed with different gains and / or offsets.
【請求項5】 基板上の所定の層に第1の方向のアライ
メントマークと該アライメントマークに隣接するパター
ンの無い領域とを形成する工程と、 前記所定の層とは異なる層に、前記所定の層の前記パタ
ーンの無い領域と重なる位置に前記第1の方向と直交す
る第2の方向のアライメントマークを形成する工程とを
含むことを特徴とするアライメントマークの形成方法。
5. A step of forming, in a predetermined layer on a substrate, an alignment mark in a first direction and an area without a pattern adjacent to the alignment mark, and forming the alignment mark on a layer different from the predetermined layer. Forming an alignment mark in a second direction orthogonal to the first direction at a position overlapping a region where the pattern does not exist in the layer.
【請求項6】 前記所定の層の前記パターンの無い領域
と重なる位置に前記第2の方向のアライメントマークを
形成する際、前記所定の層の前記第1の方向のアライメ
ントマークと重なる位置にパターンの無い領域を形成す
ることを特徴とする請求項5記載のアライメントマーク
の形成方法。
6. When forming an alignment mark in the second direction at a position overlapping the region without the pattern on the predetermined layer, a pattern is formed at a position overlapping the alignment mark in the first direction on the predetermined layer. 6. The method according to claim 5, wherein a region having no gap is formed.
【請求項7】 基板上の第1の層に形成された第1の方
向のアライメントマークと、基板上の前記第1の層とは
異なる第2の層に形成された前記第1の方向と直交する
第2の方向のアライメントマークとを対物レンズを介し
て撮像する撮像装置を備えることを特徴とする露光装
置。
7. An alignment mark in a first direction formed on a first layer on a substrate, and a first direction formed on a second layer different from the first layer on the substrate. An exposure apparatus comprising: an image pickup device that picks up an alignment mark in a second direction orthogonal to an image via an objective lens.
【請求項8】 基板上の第1の層に第1の方向のアライ
メントマークと該アライメントマークに隣接するパター
ンの無い領域とを形成する工程と、 前記第1の層と異なる第2の層に、前記第1の層の前記
パターンの無い領域と重なる位置に前記第1の方向と直
交する第2の方向のアライメントマークを形成する工程
と、 前記第2の層の上方に第3の層を形成する際、撮像装置
により前記第1の方向のアライメントマークと前記第2
の方向のアライメントマークとを対物レンズを介して撮
像することにより基板の位置合わせを行うことを特徴と
する露光方法。
8. A step of forming an alignment mark in a first direction and a region without a pattern adjacent to the alignment mark on a first layer on a substrate, and forming a second layer different from the first layer on the second layer. Forming an alignment mark in a second direction orthogonal to the first direction at a position overlapping with the pattern-free area of the first layer; and forming a third layer above the second layer. When forming, the alignment mark in the first direction and the second
An exposure method characterized in that the substrate is aligned by imaging an alignment mark in the direction of (1) through an objective lens.
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