JP2775988B2 - Position detection device - Google Patents

Position detection device

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JP2775988B2
JP2775988B2 JP2115446A JP11544690A JP2775988B2 JP 2775988 B2 JP2775988 B2 JP 2775988B2 JP 2115446 A JP2115446 A JP 2115446A JP 11544690 A JP11544690 A JP 11544690A JP 2775988 B2 JP2775988 B2 JP 2775988B2
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は位置検出装置に関し、例えば半導体素子製造
用の露光装置において、マスクやレチクル(以下「マス
ク」という。)等の第1物体面上に形成されている微細
な電子回路パターンをウエハ等の第2物体面上に露光転
写する際にマスクとウエハの間隔を測定し、所定の値に
制御し、更にマスクとウエハの相対的な面内の位置決め
(アライメント)を行う場合に好適な位置検出装置に関
するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a position detecting device, for example, in an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor element, on a first object surface such as a mask or a reticle (hereinafter, referred to as a “mask”). When exposing and transferring the fine electronic circuit pattern formed on the second object surface such as a wafer, the distance between the mask and the wafer is measured and controlled to a predetermined value. The present invention relates to a position detecting device suitable for performing positioning (alignment) in the inside.

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

その際マスクとウエハとの間隔を面間隔測定装置等で
測定し、所定の間隔となるように制御した後に、マスク
及びウエハ面上に設けた位置合わせ用の所謂アライメン
トパターンより得られる位置情報を利用して、双方のア
ライメントを行っている。このときのアライメント方法
としては、例えば双方のアライメントパターンのずれ量
を画像処理を行うことにより検出したり、又は米国特許
第4037969号や特開昭56−157033号公報で提案されてい
るようにアライメントパターンとしてゾーンプレートを
用い該ゾーンプレートに光束を照射し、このときゾーン
プレートから射出した光束の所定面上における集光点位
置を検出すること等により行っている。
At that time, the distance between the mask and the wafer is measured by a plane distance measuring device or the like, and after controlling the distance to be a predetermined distance, position information obtained from a so-called alignment pattern for positioning provided on the mask and the wafer surface is obtained. Utilization is used to perform both alignments. As an alignment method at this time, for example, the amount of deviation between the two alignment patterns is detected by performing image processing, or alignment is proposed as proposed in U.S. Pat. No. 4,037,969 or Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-157033. This is performed by using a zone plate as a pattern, irradiating the zone plate with a light beam, and detecting the position of a light-converging point on a predetermined surface of the light beam emitted from the zone plate.

第11図はゾーンプレートを利用した従来の位置検出装
置の概略図である。
FIG. 11 is a schematic view of a conventional position detecting device using a zone plate.

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

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

第12図は第11図に示したマスクアライメントパターン
68aとウエハアライメントパターン60aからの光束の結像
関係を示した説明図である。
FIG. 12 shows the mask alignment pattern shown in FIG.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an image forming relationship of a light beam from 68a and a wafer alignment pattern 60a.

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

このようにして形成されたウエハアライメントパター
ン60aによる集光点78bの位置は、ウエハ60のマスク68に
対するマスク・ウエハ面に沿った方向(横方向)のずれ
量Δσに応じて集光点78を含む光軸と直交する平面に沿
って該ずれ量Δσに対応した量のずれ量Δσ′として形
成される。
The position of the focal point 78b by the wafer alignment pattern 60a formed in this way is determined by the amount of deviation Δσ in the direction (lateral direction) along the mask / wafer surface with respect to the mask 68 of the wafer 60. It is formed as a shift amount Δσ ′ of an amount corresponding to the shift amount Δσ along a plane orthogonal to the included optical axis.

第13図は特開昭61−111402号公報で提案されている間
隔測定装置の概略図である。同図においては第1物体と
してのマスクMと第2物体としてのウエハWとを対向配
置し、レンズL1によって光束をマスクMとウエハWとの
間の点PSに集光させている。
FIG. 13 is a schematic view of an interval measuring device proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-111402. And is focused on a point P S between the mask M and the wafer W and arranged opposite, the mask M and the wafer W to the light beam by the lens L1 of the second object as the first object in the drawing.

このとき光束はマスクM面上とウエハW面上で各々反
射し、レンズL2を介してスクリーンS面上の点PW,PM
収束投影されている。マスクMとウエハWとの間隔はス
クリーンS面上の光束の集光点PW,PMとの間隔を検出す
ることにより測定している。
In this case the light beam is respectively reflected by the above mask M surface and the wafer W surface, a point P W on the screen S surface through the lens L2, the are converged projected to P M. The distance between the mask M and the wafer W focal point P W of the light beam on the screen S surface is measured by detecting the distance between the P M.

第11図や第13図に示す装置は構成が全く異なる為に第
1物体と第2物体の対向方向(間隔方向)と対向方向に
垂直方向(横方向、面内方向)の双方の相対的位置関係
を検出するには各々横方向(面内方向)相対的位置検出
装置と間隔測定装置を各々別個に設けなければならなか
った。
Since the devices shown in FIGS. 11 and 13 have completely different structures, the relative directions of the first object and the second object in both the facing direction (interval direction) and the direction perpendicular to the facing direction (lateral direction, in-plane direction). In order to detect the positional relationship, it is necessary to separately provide a relative position detecting device in the lateral direction (in-plane direction) and a distance measuring device.

この為装置全体が大型化かつ複雑化してくる傾向があ
った。
For this reason, there has been a tendency that the entire apparatus becomes larger and more complicated.

またこれらの装置はウエハが傾きを生じた場合、ウエ
ハからの光束が変動し、これが検出誤差となってしま
う。従って凹凸やそりのあるウエハの位置ずれ検出や間
隔測定を精密に行うことが大変困難であった。
In these apparatuses, when the wafer is tilted, the luminous flux from the wafer fluctuates, which causes a detection error. Therefore, it has been very difficult to accurately detect the positional deviation and measure the interval of a wafer having irregularities and warpage.

これに対して本出願人は特願平1−209928号公報にお
いて装置全体の簡素化を図りつつ、かつウエハの傾きの
影響を受けにくく、常に高精度に横方向の位置ずれ検出
と面間隔検出が出来る位置検出装置を提案している。
On the other hand, the present applicant has disclosed in Japanese Patent Application No. 1-209928, while simplifying the entire apparatus, and being less susceptible to the tilt of the wafer, and always detecting the lateral displacement and the surface spacing with high accuracy. We propose a position detection device that can be used.

同号の位置検出装置は、第1物体と第2物体を対向さ
せて配置し、該第1物体と第2物体の相対的位置関係を
検出する際、該第1物体と第2物体に各々光束を照射す
る光源手段と、該第1物体若しくは第2物体からの2光
束であって、該第1物体と第2物体の対向方向に垂直方
向に沿った相対的位置関係に応じて所定面内への入射位
置の相対関係が変化する2光束を検出する光検出手段
と、該光検出手段からの出力信号を用いて該第1物体と
第2物体の対向方向に垂直方向の相対的位置関係を検出
する位置検出手段と、該光検出手段によって検出された
2光束のうち少なくとも一方の光束に基づく信号を用い
て該第1物体と第2物体の対向方向の相対的位置関係を
検出する間隔検出手段とを有していることを特徴として
いる。
The position detecting device of the same publication arranges a first object and a second object so as to face each other, and when detecting a relative positional relationship between the first object and the second object, the first object and the second object are respectively assigned to the first object and the second object. A light source means for irradiating a light beam, and two light beams from the first object or the second object, and a predetermined surface according to a relative positional relationship along a direction perpendicular to the facing direction of the first object and the second object. Light detecting means for detecting two light beams whose relative relationship between incident positions into the light changes, and a relative position in a direction perpendicular to the facing direction of the first object and the second object using an output signal from the light detecting means Position detecting means for detecting the relationship, and detecting a relative positional relation between the first object and the second object in the facing direction using a signal based on at least one of the two light beams detected by the light detecting means. And an interval detecting means.

(発明が解決しようとする問題点) 一般にマスクとウエハとの面間隔検出及びマスクとウ
エハとの面内の位置ずれ検出を行う場合、マスクとウエ
ハを例えば10μm〜50μm近接させて対向配置させて次
の順序で行っている。
(Problems to be Solved by the Invention) In general, when detecting the surface interval between the mask and the wafer and detecting the in-plane positional deviation between the mask and the wafer, the mask and the wafer are arranged close to each other by, for example, 10 μm to 50 μm and opposed to each other. It goes in the following order:

(イ)マスクとウエハの面間隔をプロキシミティ露光間
隔(ギャップ)より少し大きくとり、次の露光ウエハ−
エリアにウエハを移動(ウエハーステージ移動)する。
(B) The surface interval between the mask and the wafer is slightly larger than the proximity exposure interval (gap), and the next exposure wafer
The wafer is moved to the area (wafer stage movement).

これはマスクとウエハの間隔を露光ギャップに近い10
〜20μm程度にしてウエハーステージを移動させるとウ
エハが完全平面でなく凹凸を持ち、かつマスク面が傾い
ている場合にはマスクと接触することがあるのでこれを
避ける為である。
This means that the distance between the mask and the wafer is
When the wafer stage is moved to about 20 μm, the wafer is not perfectly flat but has irregularities, and when the mask surface is inclined, the wafer may come into contact with the mask.

(ロ)マスクとウエハとの面間隔検出を行う。例えば特
開平2−1512号公報で提案されている方法で行う。
(B) Detect the surface interval between the mask and the wafer. For example, this is performed by a method proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 2-1512.

(ハ)マスクとウエハの面間隔検出値に基づいて露光時
におけるマスクとウエハ間隔となるようにウエハを間隔
方向に移動する。
(C) The wafer is moved in the space direction so as to have the space between the mask and the wafer at the time of exposure based on the detected value of the surface space between the mask and the wafer.

(ニ)露光時のマスク、ウエハ間隔に設定された状態で
マスクとウエハとの面内の位置ずれ検出を行う。例えば
前述の特開平2−1512号公報で提案されている方法で行
う。そしてマスクとウエハとの位置ずれがなくなるよう
に双方を調整する。
(D) In-plane positional deviation between the mask and the wafer is detected with the mask and the wafer set at the time of exposure. For example, it is performed by the method proposed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-1512. Then, both the mask and the wafer are adjusted so that there is no displacement.

(ホ)X線を露光してマスク面上の回路パターンをウエ
ハ面上に露光転写する。
(E) Exposure to X-rays to expose and transfer the circuit pattern on the mask surface onto the wafer surface.

(ヘ)マスクとウエハを露光ギャップより少し離し、次
の露光ウエハーエリアにウエハーステージを移動させ
る。
(F) The mask and the wafer are slightly separated from the exposure gap, and the wafer stage is moved to the next exposure wafer area.

以下(イ)に戻り、次々に面間隔検出と位置ずれ検出
と露光を繰り返す。
Returning to (A) below, the detection of the surface interval, the detection of the displacement, and the exposure are repeated one after another.

このような装置においてはマスク面上には面間隔検出
用のAFアライメントマークと位置ずれ検出用のAAアライ
メントマークが設けられている。又ウエハ面上にはAAア
ライメントマークがマスク面上のAAアライメントマーク
に対向して設けられている。
In such an apparatus, an AF alignment mark for detecting a surface interval and an AA alignment mark for detecting a positional deviation are provided on the mask surface. An AA alignment mark is provided on the wafer surface so as to face the AA alignment mark on the mask surface.

そしてAAアライメントマークを介した光束をAAセンサ
ーで検出し、位置ずれ検出を行うと共にAFアライメント
マークを介した光束をAFセンサーで検出し面間隔検出を
行っている。実施例はラインセンサーの場合について示
すが、エリアセンサー(2次元)であっても良い。
Then, the light beam passing through the AA alignment mark is detected by the AA sensor to detect the positional deviation, and the light beam passing through the AF alignment mark is detected by the AF sensor to detect the surface interval. Although the embodiment shows the case of a line sensor, it may be an area sensor (two-dimensional).

第6図(A),(B)はこのときのAFラインセンサー
42とAAラインセンサー41面上に入射したAF光束とAA光束
のスポット状態を模式的に示した説明図、第7図
(A),(B)はこのときのマスクMとウエハWとの関
係を示す説明図である。
FIGS. 6A and 6B show the AF line sensor at this time.
FIG. 7A and FIG. 7B are schematic views showing spot states of the AF light beam and the AA light beam incident on the surface of the A and the AA line sensor 41. FIGS. 7A and 7B show the relationship between the mask M and the wafer W at this time. FIG.

第6図(A)は第7図(A)に示すようにマスクMと
ウエハWが露光ギャップδになっているときの状態
を、第6図(B)はマスクMとウエハWが第7図(B)
に示すように面間隔検出ギャップδになっているとき
の状態を示している。
The state in FIG. 6 (A) is the mask M and the wafer W as shown in Figure No. 7 (A) has become exposed gap [delta] 1, FIG. 6 (B) is the mask M and the wafer W is first Fig. 7 (B)
Shows the state when it is in surface spacing detection gap [delta] 2, as shown in.

例えばδ=10μm〜70μm、δ=δ+α(α=
10μm〜50μm)である場合が多く、δ=20μmなら
δ=70μmとなっている。
For example, δ 1 = 10 μm to 70 μm, δ 2 = δ 1 + α (α =
10 μm to 50 μm), and if δ 1 = 20 μm, δ 2 = 70 μm.

第6図(A),(B)において特徴的なことはδ
δより第6図(A)のAAラインセンサー面上のAA光束
のスポット、43,44はマスクとウエハ面上のゾーンプレ
ートの焦点と間隔を露光ギャップ時にベストフォーカス
となるように設定していることである。この為AAライン
センサー41面上のスポット径は最小のシャープな像とな
る。これに対してAFラインセンサー42面上へのAF光束の
スポットはマスクとウエハの面間隔レンジを前記シーケ
ンス(ロ)に対応して露光ギャップよりも大きいギャッ
プ時のマスクとウエハ面間隔のときに検出することがで
きるように設定している為、AFラインセンサー42面上に
は入射しない。
6 (A) and 6 (B) is characterized by δ 2 >
AA of AA light beam on the line sensor surface spots δ Figure 6 from 1 (A), 43,44 is set such that the best focus focus and spacing of the zone plate on the mask and the wafer surface during exposure gap It is that you are. Therefore, the spot diameter on the surface of the AA line sensor 41 becomes a minimum sharp image. On the other hand, the spot of the AF luminous flux on the surface of the AF line sensor 42 sets the mask-to-wafer surface gap range larger than the exposure gap at the mask-to-wafer surface gap in accordance with the sequence (b). Since it is set so that it can be detected, it does not enter the AF line sensor 42 surface.

又、第6図(B)の面間隔検出時にはAFラインセンサ
ー42面上にはAF光束のスポット45,46がシャープな形状
で入射している。しかしながらAAラインセンサー41面上
にはマスクとウエハとのギャップが大きい場合には第7
図(B)に示すようにAAラインセンサー41面上でのスポ
ットの集光状態が変わり、所謂ディフォーカスと同様の
状態となり、第6図(B)の点線で示すように拡がった
スポット43′,44′となる。この為第6図(B)に示す
如くAFラインセンサー42にAA光束のスポット43′,44′
の一部が混入しノイズとなり、この結果検出誤差が発生
してくるという問題点があった。
At the time of detecting the surface interval shown in FIG. 6B, spots 45 and 46 of the AF light flux are incident on the surface of the AF line sensor 42 in a sharp shape. However, if the gap between the mask and the wafer is large on the surface of the AA line sensor 41, the seventh
As shown in FIG. 6B, the focusing state of the spot on the surface of the AA line sensor 41 changes, and becomes a state similar to a so-called defocus, and the spot 43 'spreads as shown by a dotted line in FIG. 6B. , 44 '. For this reason, as shown in FIG. 6 (B), spots 43 'and 44'
However, there is a problem that a part of the signal is mixed and becomes noise, and as a result, a detection error occurs.

このように特願平1−209928号で提案している位置検
出装置は1つの投光手段と2つのセンサーを有する検出
手段でマスクとウエハとの位置ずれ検出と面間隔検出を
行うことができるという特長はあるが面間隔検出時にAF
ラインセンサーに位置ずれ検出用の不要光が入射し、ノ
イズとなり面間隔検出精度を低下させる場合があった。
As described above, the position detecting device proposed in Japanese Patent Application No. 1-209928 can detect the positional deviation between the mask and the wafer and the surface interval by detecting means having one light projecting means and two sensors. AF when detecting the distance between faces
In some cases, unnecessary light for detecting a position shift is incident on the line sensor, resulting in noise and reducing the detection accuracy of the surface interval.

本発明はマスクとウエハとの面間隔検出時に位置ずれ
検出用の不要光がAFラインセンサーに入射しノイズとな
るのを効果的に防止し、面間隔検出と位置ずれ検出の双
方を高精度に行うことのできる位置検出装置の提供を目
的とする。
The present invention effectively prevents unnecessary light for position shift detection from being incident on the AF line sensor when detecting the surface interval between the mask and the wafer and causing noise, and performs both surface interval detection and position shift detection with high accuracy. It is an object of the present invention to provide a position detection device that can perform the position detection.

(問題点を解決するための手段) 本発明の位置検出装置は、対向配置した第1物体と第
2物体に各々双方の相対的な面内の位置ずれをAAセンサ
ーを用いて検出する為のAAアライメントマークを設ける
と共に該第1物体に双方の相対的な面間隔をAFセンサー
を用いて検出する為のAFアライメントマークを設け、該
第1物体と第2物体との相対的な面間隔を検出する際に
は双方の相対的な面内の位置関係を該AAアライメントマ
ークからのノイズ光が該AFセンサーに入射しない方向に
所定量変位させた後に光源手段からの光束を該第1物体
上のAFアライメントマークに入射させ、該AFアライメン
トマークからの光束を該第2物体面で反射させて所定面
上に入射させ、該所定面上への入射位置を該AFセンサー
で検出することにより求めるようにした面間隔検出手段
と、該第1物体と第2物体との相対的な面内の位置ずれ
を検出する際には該光源手段からの光束を該第1物体と
第2物体の双方のAAアライメントマークを介した後に所
定面上に入射させ、該所定面上への入射位置を該AAせン
サーで検出することにより求めるようにした位置検出手
段とを有していることを特徴としている。
(Means for Solving the Problems) The position detecting device of the present invention is for detecting, using an AA sensor, relative in-plane positional deviations of a first object and a second object, which are arranged opposite to each other, respectively. An AA alignment mark is provided, and an AF alignment mark is provided on the first object to detect a relative surface distance between the two using an AF sensor, and a relative surface distance between the first object and the second object is determined. At the time of detection, the relative in-plane positional relationship between the two is displaced by a predetermined amount in a direction in which noise light from the AA alignment mark does not enter the AF sensor, and then the light flux from the light source means is applied to the first object. And the light flux from the AF alignment mark is reflected by the second object surface to be incident on a predetermined surface, and the position of incidence on the predetermined surface is detected by the AF sensor. Surface spacing inspection Output means, and when detecting a relative in-plane displacement between the first object and the second object, the light flux from the light source means is used to detect the AA alignment marks of both the first object and the second object. And a position detecting means for detecting the position of incidence on the predetermined surface by detecting the position of incidence on the predetermined surface with the AA sensor.

特に本発明では、前記第1物体と第2物体との相対的
な面間隔を検出する際には双方の相対的な面内の位置関
係が前記AAアライメントマークのうちの単一マークのア
ライメント方向の長さの1/2以上ずれるように調整した
後に行うようにしたことを特徴としている。本発明の露
光装置は前述した位置検出装置を用いて、第1物体と第
2物体との相対的な位置合わせを行い、第1物体面上の
パターンを第2物体面上に露光転写していることを特徴
としている。
In particular, in the present invention, when detecting the relative surface distance between the first object and the second object, the relative positional relationship between both surfaces is determined by the alignment direction of a single mark of the AA alignment marks. It is characterized in that the adjustment is performed after being adjusted so as to be shifted by 1/2 or more of the length of the. The exposure apparatus of the present invention performs relative positioning between the first object and the second object using the above-described position detection device, and exposes and transfers a pattern on the first object surface onto the second object surface. It is characterized by having.

(実施例) 第1図は本発明の一実施例の要部斜視図、第2図,第
3図は第1図の一部分の拡大説明図、第4図,第5図は
本発明に係る位置ずれ検出と面間隔検出の原理説明図で
ある。
(Embodiment) FIG. 1 is a perspective view of an essential part of an embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 are enlarged explanatory views of a part of FIG. 1, and FIGS. FIG. 4 is a diagram illustrating the principle of detecting positional deviation and detecting a surface interval.

図中、1は光源であり、半導体レーザー、He−Neレー
ザー、Arレーザー等のコヒーレンス光束を放射する光
源、又は発光ダイオード等の非コヒーレント光束を放射
する光源又はXray光源等から成っている。2はコリメー
ターレンズであり、光源1からの光束を平行光束として
スリット3で光束径を調整し、λ/4板4を介し、レンズ
系5に入射させている。レンズ系5は入射光束を所望の
ビーム径にした後、ミラー6で反射させて耐Xray窓7
(光源としてXrayを用いたとき)を通過させて第1物体
としてのマスク18面上の位置ずれ検出用のアライメント
マーク(以下「AAマーク」という。)20M、又は面間隔
検出用のAFアライメントマーク(以下「AFマーク」とい
う。)21Mに入射させている。
In the figure, 1 is a light source, a semiconductor laser, H e -N e laser, consist A r source emits coherent light beam such as a laser or light source or Xray source such emits incoherent light beam such as a light emitting diode I have. Reference numeral 2 denotes a collimator lens, which adjusts a light beam diameter by a slit 3 using a light beam from the light source 1 as a parallel light beam and makes the light beam enter a lens system 5 via a λ / 4 plate 4. The lens system 5 converts the incident light beam to a desired beam diameter, and then reflects the light beam on the mirror 6 so that the Xray-resistant window 7
(When an Xray is used as a light source), an alignment mark (hereinafter, referred to as an “AA mark”) 20M for detecting a positional shift on the mask 18 as a first object, or an AF alignment mark for detecting a surface interval. (Hereinafter referred to as the “AF mark”.)

AAマーク20MとAFマーク21Mはマスク18の周辺部の4カ
所に設けられている。19は第2物体としてのウエハであ
り、その面上にはマスク18と位置合わせすべきAAマーク
20Wが設けられている。AAマーク20M,20WとAFマーク21M
は1次元又は2次元のゾーンプレート等の物理光学素子
より成っている。
The AA mark 20M and the AF mark 21M are provided at four locations around the mask 18. Reference numeral 19 denotes a wafer as a second object, on which an AA mark to be aligned with the mask 18 is provided.
20W is provided. AA mark 20M, 20W and AF mark 21M
Consists of a physical optical element such as a one-dimensional or two-dimensional zone plate.

10は受光レンズであり、マスク18面上のAAマーク20M
及びAFマーク21Mを通過してきた所定次数の回折光16の
受光手段11面上に集光している。受光手段11は位置ずれ
検出用のAAラインセンサー12と面間隔検出用のAFライン
センサー13の2つのラインセンサーを同一基板上に設け
て構成されている。
Reference numeral 10 denotes a light receiving lens, and an AA mark 20M on the mask 18 surface.
And a predetermined order of diffracted light 16 that has passed through the AF mark 21M is condensed on the surface of the light receiving means 11. The light receiving means 11 is configured by providing two line sensors, an AA line sensor 12 for detecting a displacement and an AF line sensor 13 for detecting a surface interval, on the same substrate.

第2図はマスク18とウエハ19面上に設けたAAマーク20
M,20WとAFマーク21Mの説明図である。第3図はマスク18
とウエハ19面上の各マークを介した光束の光路を示して
いる。AAマーク20Mは2つのAAマーク20M1,20M2、AAマー
ク20Wは2つのAAマーク20W1,20W2、AFマーク21Mは入射
用の2つのAFマーク21M1,21M3と射出用の2つのAFマー
ク21M2,21M4より成っている。尚、ウエハ19面上にはAF
マークは設けられておらず、ウエハ19面上で0次反射
(正反射)した光を用いている。
FIG. 2 shows an AA mark 20 provided on the surface of the mask 18 and the wafer 19.
It is an explanatory view of M, 20W and AF mark 21M. FIG. 3 shows the mask 18
3 shows the optical path of the light beam through each mark on the surface of the wafer 19. The AA mark 20M is composed of two AA marks 20M1, 20M2, the AA mark 20W is composed of two AA marks 20W1, 20W2, and the AF mark 21M is composed of two AF marks 21M1, 21M3 for incidence and two AF marks 21M2, 21M4 for emission. Made up of In addition, AF on the 19 wafer
No mark is provided, and light that is 0-order reflected (specularly reflected) on the surface of the wafer 19 is used.

AAマーク20M1と20W1が1つの組に、AAマーク20M2と20
W2が1つの組になっており、各々のAAマーク20M1,20M2
に入射した2つの光束15の各マークによる2つの回折光
(以下「AA回折光」という。)26−1,26−2は位置ずれ
に対応してAAラインセンサー12面上を移動するように設
定されている。又AFマーク21M1と21M3に入射した光束15
のウエハ19面で反射しAFマーク21M2,21M4より射出した
2つの回折光(以下「AF回折光」という。)27−1.27−
2は面間隔に対応してAFラインセンサー13面上を移動す
るように設定されている。尚、第3図において各入射光
15は光源1から放射された共通の1つのビームの中の光
線を用いている。
AA mark 20M1 and 20W1 are combined into one set, AA mark 20M2 and 20W1
W2 is one set, each AA mark 20M1,20M2
The two diffracted lights (hereinafter, referred to as “AA diffracted lights”) 26-1 and 26-2 by the respective marks of the two light beams 15 incident on the AA line sensor 12 move on the surface of the AA line sensor 12 in accordance with the displacement. Is set. The luminous flux 15 incident on the AF marks 21M1 and 21M3
The two diffracted lights reflected on the surface of the wafer 19 and emitted from the AF marks 21M2 and 21M4 (hereinafter referred to as "AF diffracted lights") 27-1.27-
Numeral 2 is set so as to move on the AF line sensor 13 in accordance with the surface interval. In FIG. 3, each incident light
Numeral 15 uses light rays in one common beam emitted from the light source 1.

本発明の位置検出装置はマスクとウエハとをAAマーク
の寸法に応じて所定量双方の位置をずらしてマスクとウ
エハの両間隔検出を行い、その後両間隔検出結果を参照
してマスクとウエハの位置ずれ検出を行うことを特徴と
するものであるが、その前に本発明に係る位置ずれ検出
方法と面間隔検出方法の原理について説明する。
The position detecting device of the present invention detects both the distance between the mask and the wafer by displacing both the position of the mask and the wafer by a predetermined amount according to the size of the AA mark, and thereafter refers to the result of detecting both the distances between the mask and the wafer. Before detecting the positional deviation, the principle of the method for detecting the positional deviation and the method for detecting the surface interval according to the present invention will be described.

まず本発明においてマスク18とウエハ19との相対的な
位置検出方法について第4図を用いて説明する。
First, a method of detecting the relative position between the mask 18 and the wafer 19 in the present invention will be described with reference to FIG.

第4図は第3図において位置検出方向(アライメント
方向)に垂直で、かつマスク18とウエハ19の面法線に垂
直な方向から見たときの状態を光路を展開して示してい
る。同図において第1〜第3図で示した要素と同一要素
には同符番を付している。又ウエハ19面上のAAマークで
は入射光束は反射回折されるが同図では等価な透過回折
した状態で示している。
FIG. 4 shows a state in which the optical path is developed when viewed from a direction perpendicular to the position detection direction (alignment direction) and perpendicular to the surface normal of the mask 18 and the wafer 19 in FIG. In the figure, the same elements as those shown in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals. At the AA mark on the surface of the wafer 19, the incident light beam is reflected and diffracted, but in FIG.

20M1はマスク18に、20W1はウエハ19に設けたAAマーク
であり単一マークを形成しており第1信号を得る為のも
のである。20M23はマスク18に、20W2はウエハ19に設け
たAAマークであり単一マークを形成しており第2信号を
得る為のものである。
20M1 is an AA mark provided on the mask 18 and 20W1 is an AA mark provided on the wafer 19, and forms a single mark for obtaining a first signal. Reference numeral 20M23 denotes an AA mark provided on the mask 18 and reference numeral 20W2 denotes an AA mark provided on the wafer 19, forming a single mark, for obtaining a second signal.

26−1,26−2は第1,第2信号用のAA回折光、32は1次
ピント面であり、受光レンズ10に関して受光手段11と共
役関係にある。
Reference numerals 26-1 and 26-2 denote AA diffracted lights for the first and second signals, and reference numeral 32 denotes a primary focus surface, which is conjugate with the light receiving means 11 with respect to the light receiving lens 10.

今、ウエハ19から1次ピント面32までの距離をL、マ
スク18とウエハ19との間隔をg、AAマーク20M1と20M2の
焦点距離を各々fa1,fa2、マスク18とウエハ19の相対位
置ずれ量をΔσたし、このときのAA回折光26−1,26−2
の光束重心の合致状態からの変位量を各々S1,S2とす
る。
Now, the distance from the wafer 19 to the primary focus plane 32 is L, the distance between the mask 18 and the wafer 19 is g, and the focal lengths of the AA marks 20M1 and 20M2 are f a1 and f a2 , respectively. The amount of displacement is Δσ, and the AA diffracted light 26-1, 26-2 at this time is
Let S 1 and S 2 denote the displacement amounts of the light flux centroids from the matching state.

尚、マスク18に入射する光束15は便宜上平面波とし、
符号は図中に示す通りとする。
The light beam 15 incident on the mask 18 is a plane wave for convenience,
The symbols are as shown in the figure.

AA回折光26−1,26−2の光束重心の変位量S1及びS2
AAマーク20M1,20M2の焦点F1,F2とAAマーク20W1,20W2の
光軸中心を結ぶ直線と1次ピント面32との交点として幾
何学的に求められる。従ってマスク18とウエハ19の相対
位置ずれに対して各AA回折光の光束重心の変位量S1,S2
が互いに逆方向となるようにするにはAAマーク20W1,20W
2の光学的な結像倍率の符号を互いに逆とすることで達
成することができる。
The displacement amounts S 1 and S 2 of the luminous flux centroids of the AA diffracted lights 26-1 and 26-2 are
It is geometrically determined as an intersection between a straight line connecting the focal points F 1 and F 2 of the AA marks 20M1 and 20M2 and the optical axis centers of the AA marks 20W1 and 20W2 and the primary focus plane 32. Accordingly, the displacement amounts S 1 , S 2 of the luminous flux centroids of the respective AA diffracted lights with respect to the relative displacement between the mask 18 and the wafer 19.
AA mark 20W1,20W
This can be achieved by reversing the signs of the two optical imaging magnifications.

又、定量的には と表わせ、ずれ倍率はβ=S1/Δσ、β=S2/Δσと
定義できる。従って、ずれ倍率を逆符合とするには を満たせば良い。この内、実用的に適切な構成条件の1
つとして L≫|fa1| fa1/fa2<0 |fa1|>g |fa2|>g の条件がある。即ち、AAマーク20M1,20M2、焦点距離
fa1,fa2に対して1次ピント面32までの距離Lを大き
く、且つマスク18とウエハ19の間隔gを小さくし、更に
AAマークの一方を凸レンズ、他方を凹レンズとする構成
である。
Also, quantitatively The shift magnification can be defined as β 1 = S 1 / Δσ and β 2 = S 2 / Δσ. Therefore, in order to make the deviation magnification the opposite sign Should be satisfied. Of these, one of the practically appropriate configuration conditions
For example, there is a condition of L 条件 | f a1 | f a1 / f a2 <0 | f a1 |> g | f a2 |> g. That is, AA marks 20M1, 20M2, focal length
With respect to f a1 and f a2 , the distance L to the primary focus surface 32 is increased, and the distance g between the mask 18 and the wafer 19 is reduced.
One of the AA marks is a convex lens, and the other is a concave lens.

第4図の上側にはAAマーク20M1で入射光束を集光光束
とし、その集光点F1に至る前にAAマーク20W1に光束を照
射し、これを更に1次ピント面32に結像させいる。AAマ
ーク20W1の焦点距離fb1はレンズの式 を満たす様に定められる。同様に第4図の下側において
はAAマーク20M2により入射光束を入射側の点であるF2
り発散する光束に変え、これをAAマーク20W2を介して1
次ピント面32に結像させている。このときのAAマーク20
W2の焦点距離fb2を満たす様に定められる。以上の構成条件でAAマーク20
W1,20W2の集光像に対する結像倍率は図より明らかに正
の倍率で、ウエハ19のずれ量Δσと1次ピント面32の光
点変位量S1の方向は逆となり、先に定義したずれ倍率β
は負となる。同様にAAマーク20M2の点像(虚像)に対
するAAマーク20W2の結像倍率は負であり、ウエハ19のず
れ量Δσと1次ピント面32上の光点変位量S2の方向は同
方向で、ずれ倍率βは正となる。
The upper side of FIG. 4 and condensed light beam incident light beam by AA mark 20M1, the before reaching the focal point F 1 is irradiated with the light beam to the AA mark 20W1, further imaged on the primary focal plane 32 so I have. The focal length f b1 of the AA mark 20W1 is the lens formula It is determined to satisfy Similarly, in the lower side of Figure 4 instead of the light beam diverging from the F 2 is the point on the incident side of the incident light flux by AA marks 20M2, this through AA mark 20W2 1
An image is formed on the next focus plane 32. AA mark 20 at this time
The focal length f b2 of W2 is It is determined to satisfy AA mark 20 under the above configuration conditions
Imaging magnification for converged image of W1,20W2 is clearly positive power from the figure, the direction of the light spot displacement amount S 1 of shift amount Δσ a primary focal plane 32 of the wafer 19 becomes reversed, previously defined Shift magnification β
1 is negative. Similarly magnification of the AA mark 20W2 for the point image (virtual image) of the AA mark 20M2 is negative, the deviation amount Δσ and direction of the light spot displacement amount S 2 on the primary focal plane 32 of the wafer 19 in the same direction , The shift magnification β 2 is positive.

従ってマスク18とウエハ19の相対位置ずれ量δに対し
てAAマーク20M1,20W1の系とAAマーク20M2,20W2の系のAA
回折光26−1,26−2のずれ量S1,S2は互いに逆方向とな
る。
Therefore, the AA marks 20M1 and 20W1 and the AA marks 20M2 and 20W2
The shift amounts S 1 and S 2 of the diffracted lights 26-1 and 26-2 are opposite to each other.

即ち、AAマーク20M1,20W1のパターンの回折によって
形成される1次ピント面32上のスポット30とAAマーク20
M2,20W2のパターンの回折によって形成される1次ピン
ト面32上のスポット31との距離がマスク18とウエハ19の
位置ずれ量に応じて変わり、この2つのスポット30,31
の距離を受光レンズ10により受光手段11のAAラインセン
サー12面上に投影している。そしてAAラインセンサー12
で2つのスポット30,31の光強度を検出することにより
マスク18とウエハ19の相対的な位置ずれを検出してい
る。
That is, the spot 30 on the primary focus surface 32 formed by the diffraction of the pattern of the AA marks 20M1 and 20W1,
The distance between the spot 31 on the primary focus surface 32 formed by the diffraction of the pattern of M2 and 20W2 changes according to the amount of displacement between the mask 18 and the wafer 19, and the two spots 30 and 31 are changed.
Is projected on the surface of the AA line sensor 12 of the light receiving means 11 by the light receiving lens 10. And AA line sensor 12
By detecting the light intensity of the two spots 30 and 31, the relative displacement between the mask 18 and the wafer 19 is detected.

本実施例ではウエハ19がマスク18に対して傾斜(Til
t)していても2つのスポット30,31は1次ピント面32上
を共に同一方向に同一量移動する為、スポット間隔は不
変であり、この結果位置検出誤差は発生しないという特
長を有している。以上が本発明に係る位置検出手段の構
成である。
In this embodiment, the wafer 19 is tilted (Til
t), the two spots 30, 31 both move on the primary focus surface 32 by the same amount in the same direction, so that the spot interval is unchanged, and as a result, a position detection error does not occur. ing. The above is the configuration of the position detecting means according to the present invention.

尚、AA,AFセンサーは同一基板面上に設けた実施例を
示したが、同一基板面上になくても、AAセンサーとAFセ
ンサーが別の基板面上に設定されたいてもよい。また単
一のセンサーをAA,AFセンサーとして兼用してもいい。
Although the embodiment in which the AA and AF sensors are provided on the same substrate surface has been described, the AA sensor and the AF sensor may be set on different substrate surfaces even if they are not on the same substrate surface. Also, a single sensor may be used as both AA and AF sensors.

次に本発明においてマスク18とウエハ19との面間隔検
出方法について第5図を用いて説明する。同図において
第1〜第3図で示した要素と同一要素には同符番を付し
ている。
Next, a method of detecting a surface interval between the mask 18 and the wafer 19 in the present invention will be described with reference to FIG. In the figure, the same elements as those shown in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals.

本実施例では入射光15をマスク18面上の2つのAFマー
ク21M1(21M3)に入射させている。AFマーク21M1(21M
3)に入射した光は該マークで回折されて例えば1次回
折光はマスク18と間隔g1(g2)離れたウエハ19面上で正
反射し、マスク18面上のAFマーク21M2(21M4)に入射す
る。AFマーク21M2(21M4)は回折光がレンズと同じ集束
作用を受けるようなパターンから成っている。そしてウ
エハ19で反射した光がAFマーク21M2(21M4)へ入射する
際、その入射位置(グレーティングエリアの瞳位置)に
応じて出射回折光の射出角が変わるような光学作用を有
している。
In this embodiment, the incident light 15 is made incident on two AF marks 21M1 (21M3) on the mask 18 surface. AF mark 21M1 (21M
The light incident on 3) is diffracted by the mark. For example, the first-order diffracted light is specularly reflected on the surface of the wafer 19 separated from the mask 18 by an interval g 1 (g 2 ), and the AF mark 21M2 (21M4) on the surface of the mask 18 Incident on. The AF mark 21M2 (21M4) has a pattern in which the diffracted light receives the same focusing action as the lens. When the light reflected by the wafer 19 is incident on the AF mark 21M2 (21M4), it has an optical action such that the exit angle of the output diffracted light changes according to the incident position (pupil position of the grating area).

例えばマスク18とウエハ19との面間隔がg2のときAFマ
ークで回折されたAF回折光は実線で示す光路を進み受光
レンズ10を通ってAFラインセンサー13面上に2つのスポ
ット51,52を形成する。又面間隔がg1とき同様にAFマー
クで回折されたAF回折光は点線で示す光路を進みAFライ
ンセンサー13面上に2つのスポット53,54を形成する。
E.g. mask 18 and the surface spacing between the wafer 19 AF light diffracted by the AF marks when g 2 is two in the AF line sensor 13 surface on through the light receiving lens 10 advances the optical path indicated by a solid line in the spot 51 and 52 To form Matamen interval AF light diffracted by the AF marks similarly when g 1 form two spots 53 and 54 to the AF line sensor 13 surface on advances the optical path shown by a dotted line.

このようにマスク18とウエハ19の面間隔に応じてAFラ
インセンサー13面上に生じる2つのスポットの間隔が変
わるので、このときの2つのスポットの間隔を測定する
ことによりマスク18とウエハ19との面間隔を検出してい
る。
As described above, the interval between two spots generated on the surface of the AF line sensor 13 changes in accordance with the interval between the mask 18 and the wafer 19, and the interval between the two spots is measured by measuring the interval between the two spots at this time. Are detected.

尚、本実施例でも位置検出方法と同様にウエハ19がマ
スク18に対して傾斜(Tilt)していても2つのスポット
はAFラインセンサー13面上を同じ方向に同一量移動する
為、スポット間隔は不要であり、この結果面間隔検出誤
差は発生しないという特長を有している。以上が本発明
に係る面間隔検出手段の構成である。
In this embodiment, as in the position detection method, even if the wafer 19 is tilted (Tilt) with respect to the mask 18, the two spots move on the AF line sensor 13 in the same direction by the same amount. Is unnecessary, and as a result, there is a feature that no surface interval detection error occurs. The above is the configuration of the surface interval detecting means according to the present invention.

次に本発明において具体的にマスクとウエハとの相対
的な位置検出を行う場合の動作について説明する。
Next, the operation for detecting the relative position between the mask and the wafer in the present invention will be specifically described.

第8図、第9図はマスク18とウエハ19面上に設けたAA
マークとAFマークの説明図である。第8図(A)は位置
検出方向をx軸にとった場合のAAマークとAFマークの相
対位置をマスク面とウエハ面に垂直の方向から見た概略
図であり、面内の信号検出を行う場合を示している。第
8図(B)はx軸方向に対しマスクとウエハと位置関係
をウエハ面上のAAマークの単一マークの長さに相当する
距離Δだけずらした場合であり、面間隔検出を行う場合
を示している。
8 and 9 show AA provided on the surface of the mask 18 and the wafer 19.
It is an explanatory view of a mark and an AF mark. FIG. 8A is a schematic diagram showing the relative positions of the AA mark and the AF mark when the position detection direction is taken along the x-axis, as viewed from a direction perpendicular to the mask surface and the wafer surface. An example is shown. FIG. 8 (B) shows a case where the positional relationship between the mask and the wafer is shifted by a distance Δ corresponding to the length of a single AA mark on the wafer surface in the x-axis direction, and a case where a surface interval is detected. Is shown.

第9図(A),(B)はマスク18とウエハ19面上のAA
マークとAFマークを示す要部斜視図である。同図(A)
は第8図(A)に、同図(B)は第8図(B)に各々対
応している。
FIGS. 9A and 9B show AA on the mask 18 and wafer 19 surfaces.
FIG. 4 is a perspective view of a main part showing a mark and an AF mark. Figure (A)
8 (A) corresponds to FIG. 8 (A), and FIG. 8 (B) corresponds to FIG. 8 (B).

図中15は入射光、20M1,20M2はマスク18面上のAAマー
ク、21M1はマスク18面上のAFマーク、20W1,20W2はウエ
ハ19面上のAAマークであり、これらの各単一マークの光
学作用は第4、第5図で説明したのと同様である。
In the figure, 15 is incident light, 20M1 and 20M2 are AA marks on the mask 18 surface, 21M1 is an AF mark on the mask 18 surface, and 20W1 and 20W2 are AA marks on the wafer 19 surface. The optical action is the same as that described with reference to FIGS.

本実施例ではマスク18とウエハ19との相対的位置検出
を行う場合には、まず第8図(B)、第9図(B)に示
すようにマスク18とウエハ19をAAマークの位置検出方向
(x軸方向)に単一マークの寸法(長さ)の少なくとも
1/2だけ相対的にずらして(同図では単一マークは長さ
Δずらした場合を示している。)からマスク18とウエハ
19との面間隔検出を第5図で示した方法により行う。
In this embodiment, when detecting the relative position between the mask 18 and the wafer 19, first, as shown in FIGS. 8B and 9B, the position of the mask 18 and the wafer 19 is detected by the AA mark. At least the dimension (length) of a single mark in the direction (x-axis direction)
The mask 18 and the wafer are shifted relative to each other by 1/2 (in the figure, a single mark is shifted by a length Δ).
The detection of the surface interval with the position 19 is performed by the method shown in FIG.

このときAAマーク20M1,20M2は対向するウエハ面上のA
Aマーク20W2の一部とノーマーク(マークが存在しない
領域)が各々対応する。従ってAA回折光は発生せずAFラ
インセンサー面上はAA回折光の大きなボケ像の一部が入
射することはない。これによりS/N比の良い面間隔検出
が可能となる。本発明においてはAFラインセンサーにノ
ズル光が位置をずらさないときの1/2程度のノイズ光が
入射しても比較的精度の良い検出が可能の為に位置ずら
しを単一マークの長さの少なくとも1/2以上となるよう
にしている。
At this time, the AA marks 20M1 and 20M2
A part of the A mark 20W2 corresponds to a no mark (a region where no mark exists). Therefore, no AA diffracted light is generated and a part of a large blurred image of the AA diffracted light does not enter the AF line sensor surface. As a result, it is possible to detect a surface interval having a good S / N ratio. In the present invention, even if noise light about 1/2 of the nozzle light does not shift the position to the AF line sensor, it is possible to relatively accurately detect the position even if noise light enters the AF line sensor. At least 1/2 or more.

このように本発明では面間隔検出時に位置検出用のAA
回折光がノイズとしてAFラインセンサーに入射するのを
防止する為にマスクとウエハとの相対的位置をウエハ面
上のAAマークの位置検出方向にAAマークの単一マークの
長さの少なくとも1/2以上(距離Δ/2)ウエハステージ
の測長器を利用してずらしている。
Thus, in the present invention, AA for position detection
In order to prevent the diffracted light from entering the AF line sensor as noise, the relative position between the mask and the wafer must be at least 1 / A of the length of a single AA mark in the direction of detection of the AA mark on the wafer surface. Two or more (distance Δ / 2) are shifted using the length measuring device on the wafer stage.

そしてマスクとウエハとの面内の位置検出時には面間
隔検出で得られた値を用いて、かつ面間隔検出の際にウ
エハーステージを移動した値だけウエハーステージをX,
Y,Zの3次方向(本実施例ではx方向)に移動させて元
の位置に戻し、マスク面上のAAマークとウエハ面上のAA
マークを概略合致させた後に第4図で示した方法により
行うようにしている。このようにしてマスクとウエハと
の高精度な相対的位置検出を可能としている。
Then, when detecting the position in the plane between the mask and the wafer, the value obtained by the plane distance detection is used, and the wafer stage is moved by X,
It is moved in the tertiary directions of Y and Z (x direction in this embodiment) to return to the original position, and the AA mark on the mask surface and the AA mark on the wafer surface
After the marks are substantially matched, the marking is performed by the method shown in FIG. In this manner, highly accurate relative position detection between the mask and the wafer is enabled.

次に本発明において位置検出を行うときのシーケンス
を第10図を参照して説明する。
Next, a sequence for performing position detection in the present invention will be described with reference to FIG.

第10図(A),(B),(C)はいずれもマスクとウ
エハを各面に対して垂直方向から見たときの概略図であ
る。図中91はマスク面上の回路パターンエリア、931〜9
34はマスク面上のAAマークとAFマークのマークエリアで
あり各々実線で示している。92はウエハ面上の回路パタ
ーンエリア、941〜944はウエハ面上のAAマークのマーク
エリアであり各々点線で示している。
10 (A), (B) and (C) are schematic diagrams when the mask and the wafer are viewed from a direction perpendicular to each surface. In the figure, 91 is a circuit pattern area on the mask surface, 93 1 to 9
3 4 are indicated by solid lines respectively are marked area AA mark and AF marks on the mask surface. 92 circuit pattern area on the wafer surface, is 94 1 to 94 4 is shown with a dotted line, respectively a mark area AA marks on the wafer surface.

シーケンスとしては例えば、 (I)マスクとウエハとの面間隔をプロキシミティ露光
ギャップより少し大きくとり、次の露光ウエハーエリア
に移動する。
As the sequence, for example, (I) the surface interval between the mask and the wafer is set slightly larger than the proximity exposure gap, and the sequence moves to the next exposure wafer area.

(II)マスクとウエハとの面間隔検出を行う。このとき
第10図(B)に示すように故意にマスクとウエハが略合
う状態(プリアライメントで大体合致する状態は予め計
測されている為)から距離ΔXだけずらしてウエハをXY
面内で設定しマークエリア931〜934,941〜944がずれた
状態にして面間隔検出を行う。
(II) The distance between the mask and the wafer is detected. At this time, as shown in FIG. 10 (B), the wafer is shifted by a distance ΔX from a state where the mask and the wafer are intentionally substantially aligned (a state where the mask and the wafer substantially match by pre-alignment is measured in advance), and the wafer is moved in the XY direction.
Performing surface spacing detection in the state in which the mark area 93 1-93 4 set in the plane, 94 1-94 4 out of position.

このときAFマークのウエハ側のエリアのマークエリア
931と933のパターンに対応した位置にはパターンがない
がマークエリア932と934のパターンに対応した(マスク
面上のAAマークとAFマークから面に垂直方向に投影した
ウエハ面上のエリア)位置には回路パターンがある。
At this time, the mark area of the area on the wafer side of the AF mark
93 1 and 93 there is no pattern in the position corresponding to the third pattern is the mark areas 93 2 and 93 4 corresponding to the pattern (projected from AA marks and AF marks on the mask plane to the plane in the vertical direction the wafer plane Area), there is a circuit pattern.

従ってウエハ面上の回路パターンの有無によりウエハ
面上の凹凸の有無となり面間隔検出の絶対値に違いが生
じる。この違いの量はウエハープロセス毎にあらかじめ
代表値として計測して補正値として用意しておいて面間
隔検出時に利用する。即ち、マークエリア931と933の対
向するウエハ上に回路パターンが無い場合の面間隔検出
値に対しマークエリア932と934のウエハ上に回路パター
ンがくる場合の値をある量加減して換算してやればよ
い。
Therefore, the presence / absence of a circuit pattern on the wafer surface causes the presence / absence of unevenness on the wafer surface, resulting in a difference in the absolute value of the surface interval detection. The amount of this difference is measured in advance as a representative value for each wafer process and prepared as a correction value, which is used at the time of detecting a surface interval. That is, the amount subtraction is a value when coming the circuit pattern on the wafer mark areas 93 2 and 93 4 to the plane interval detection value when there is no circuit patterns on the wafer opposite the mark areas 93 1 and 93 3 What is necessary is to convert it.

又、第10図(C)に示すようにY方向に距離ΔYだけ
ウエハを故意にずらし面間隔検出をする。この時第10図
(B)の場合と逆にマークエリア932,934の対向するウ
エハ上にはパターンがなく、マークエリア931,933の対
向するウエハ上には回路パターンが存在してこれに相当
する面間隔検出の補正をしてやる事になる。
Further, as shown in FIG. 10 (C), the wafer is intentionally shifted by a distance ΔY in the Y direction to detect the surface interval. No pattern in this case FIG. 10 (B) if the opposite to the mark area 93 2, 93 4 opposite the wafer, there is the circuit patterns on the wafer opposite the mark areas 93 1, 93 3 Thus, the correction of the surface interval detection corresponding to this will be performed.

ここで距離ΔX,ΔYは第8図(B)、第9図(B)に
示した距離Δに相当し、この量は例えばAAマーク20M1,2
0M2のエリアサイズの少なくとも1/2以上にずらせばよ
い。
Here, the distances .DELTA.X and .DELTA.Y correspond to the distances .DELTA. Shown in FIGS. 8 (B) and 9 (B).
What is necessary is just to shift to at least 1/2 or more of the area size of 0M2.

尚、ウエハを距離ΔX、あるいは距離ΔYずらす場合
にはいずれもウエハーステージの動きを測長器で計測し
て、その測長器の値にもとづいて行う。
When the wafer is shifted by the distance ΔX or the distance ΔY, the movement of the wafer stage is measured by a length measuring device, and the movement is performed based on the value of the length measuring device.

(III)更にマスクとウエハの面間隔検出にもとづい
て、露光時のマスクとウエハとの面間隔になるようにす
べく、ウエハを面内(X,Y方向)及び間隔方向に移動す
る。
(III) Further, the wafer is moved in the plane (X and Y directions) and in the direction of the spacing so that the surface spacing between the mask and the wafer at the time of exposure is made based on the detection of the spacing between the mask and the wafer.

(IV)露光時のマスクとウエハとの面間隔に設定された
状態で、マスクとウエハとの面内の位置検出を行い、面
内で完全に0となる様にウエハを回転、併行移動する。
(IV) With the distance between the mask and the wafer set at the time of exposure, the in-plane position between the mask and the wafer is detected, and the wafer is rotated and moved in parallel so that it is completely zero in the plane. .

(V)マスク面上の回路パターンにX線露光をして、ウ
エハ面上に転写する。
(V) The circuit pattern on the mask surface is exposed to X-rays and transferred onto the wafer surface.

(VI)マスクとウエハを露光ギャップより少し離し、次
の露光ウエハーエリアにウエハーステージを移動させ
る。
(VI) The mask and the wafer are slightly separated from the exposure gap, and the wafer stage is moved to the next exposure wafer area.

以下(I)に戻り同じ行程を繰り返す。 Hereinafter, returning to (I), the same process is repeated.

(発明の効果) 本発明によれば第1物体と第2物体との面間隔と面内
の位置ずれに関する相対的位置検出を1つの投光手段と
1つの受光手段で行う際、前述したように各要素を構成
することにより第1物体と第2物体との面間隔検出に際
して、位置ずれ検出用の光がノイズとしてAFラインセン
サーに入射するのを防止し、S/N比の高い信号が得ら
れ、高精度な面間隔検出が可能となり、次いで行う第1
物体と第2物体との面内での位置検出を高精度に行うこ
とができう位置検出装置を達成することができる。
(Effects of the Invention) According to the present invention, when the relative position detection regarding the surface gap between the first object and the second object and the positional deviation in the plane is performed by one light projecting unit and one light receiving unit, as described above. By configuring each element, when detecting the surface interval between the first object and the second object, it is possible to prevent the light for detecting the displacement from being incident on the AF line sensor as noise, and to generate a signal having a high S / N ratio. This makes it possible to detect the surface interval with high accuracy.
It is possible to achieve a position detection device capable of detecting the position of the object and the second object in the plane with high accuracy.

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

第1図は本発明の一実施例の要部斜視図、第2,第3図は
第1図の一部分の拡大説明図、第4,第5図は本発明にお
ける位置ずれ検出と面間隔検出の原理説明図、第6,第7
図は従来の位置検出装置における受光手段面上への入射
光束状態を示す説明図、第8,第9図は本発明に係るマス
クとウエハ面上に設けたAAマークとAFマークの説明図、
第10図はマスクとウエハとの相対的な位置関係を示す説
明図、第11,第12図,第13図は従来の位置検出装置の概
略図である。 図中、1は光源、2はコリメーターレンズ、3はスリッ
ト、4は入/4板、6はミラー、10は受光レンズ、18はマ
スク、19はウエハ、20M1,20M2,20W1,20W2はAAマーク、2
1M1〜21M4はAFマークである。
FIG. 1 is a perspective view of an essential part of an embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 are enlarged explanatory views of a part of FIG. 1, and FIGS. 4 and 5 are positional deviation detection and surface interval detection in the present invention. 6 and 7
Figures are explanatory diagrams showing the state of a light beam incident on a light receiving means surface in a conventional position detecting device, FIGS. 8 and 9 are explanatory diagrams of AA marks and AF marks provided on a mask and a wafer surface according to the present invention,
FIG. 10 is an explanatory view showing a relative positional relationship between a mask and a wafer, and FIGS. 11, 12, and 13 are schematic views of a conventional position detecting device. In the figure, 1 is a light source, 2 is a collimator lens, 3 is a slit, 4 is an entrance / 4 plate, 6 is a mirror, 10 is a light receiving lens, 18 is a mask, 19 is a wafer, and 20A, 20M1, 20M2, 20W1, and 20W2 are AA. Mark, 2
1M1 to 21M4 are AF marks.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 21/30 502M (56)参考文献 特開 平2−74815(JP,A) 特開 平1−209305(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01B 11/00 - 11/30 H01L 21/30────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification symbol FI H01L 21/30 502M (56) References JP-A-2-74815 (JP, A) JP-A-1-209305 (JP, A) (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G01B 11/00-11/30 H01L 21/30

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】対向配置した第1物体と第2物体に各々双
方の相対的な面内の位置ずれをAAセンサーを用いて検出
する為のAAアライメントマークを設けると共に該第1物
体に双方の相対的な両間隔をAFセンサーを用いて検出す
る為のAFアライメントマークを設け、該第1物体と第2
物体との相対的な両間隔を検出する際には双方の相対的
な面内の位置関係を該AAアライメントマークからのノイ
ズ光が該AFセンサーに入射しない方向に所定量変位させ
た後に光源手段からの光束を該第1物体上のAFアライメ
ントマークに入射させ、該AFアライメントマークからの
光束を該第2物体面で反射させて所定面上に入射させ、
該所定面上への入射位置を該AFセンサーで検出すること
により求めるようにした面間隔検出手段と、該第1物体
と第2物体との相対的な面内の位置ずれを検出する際に
は該光源手段からの光束を該第1物体と第2物体の双方
のAAアライメントマークを介した後に所定面上に入射さ
せ、該所定面上への入射位置を該AAせンサーで検出する
ことにより求めるようにした位置検出手段とを有してい
ることを特徴とする位置検出装置。
An AA alignment mark is provided on each of a first object and a second object disposed opposite to each other to detect a relative in-plane displacement using an AA sensor, and both the first object and the second object are provided on the first object. An AF alignment mark for detecting the relative distance between the first object and the second object is provided by using an AF sensor.
When detecting both relative distances to the object, the light source means after displacing the relative in-plane positional relationship by a predetermined amount in a direction in which noise light from the AA alignment mark does not enter the AF sensor. From the AF alignment mark on the first object, and the light beam from the AF alignment mark is reflected on the second object surface to be incident on a predetermined surface;
A surface interval detecting unit configured to obtain an incident position on the predetermined surface by detecting the position with the AF sensor; and a method for detecting a relative in-plane displacement between the first object and the second object. Irradiates a light beam from the light source means on a predetermined surface after passing through the AA alignment marks of both the first object and the second object, and detects an incident position on the predetermined surface by the AA sensor. A position detecting device comprising: a position detecting means that is obtained by the following.
【請求項2】前記第1物体と第2物体との相対的な面間
隔を検出する際には双方の相対的な面内の位置関係が前
記AAアライメントマークのうちの単一マークのアライメ
ント方向の長さの1/2以上ずれるように調整した後に行
うようにしたことを特徴とする請求項1記載の位置検出
装置。
2. The method according to claim 1, wherein when detecting a relative surface distance between the first object and the second object, the relative positional relationship between the two surfaces is determined by an alignment direction of a single mark among the AA alignment marks. 2. The position detection device according to claim 1, wherein the adjustment is performed after adjusting the length to be at least 1/2 of the length.
【請求項3】請求項1又は2の位置検出装置を用いて第
1物体と第2物体との相対的な位置合わせを行い、第1
物体面上のパターンを第2物体面上に露光転写している
ことを特徴とする露光装置。
3. The method according to claim 1, wherein the first object and the second object are positioned relative to each other by using the position detecting device according to claim 1 or 2.
An exposure apparatus for exposing and transferring a pattern on an object surface onto a second object surface.
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