JPH0145973B2 - - Google Patents
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- JPH0145973B2 JPH0145973B2 JP58159652A JP15965283A JPH0145973B2 JP H0145973 B2 JPH0145973 B2 JP H0145973B2 JP 58159652 A JP58159652 A JP 58159652A JP 15965283 A JP15965283 A JP 15965283A JP H0145973 B2 JPH0145973 B2 JP H0145973B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- signal
- pattern
- wafer
- reflected
- Prior art date
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-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P95/00—Generic processes or apparatus for manufacture or treatments not covered by the other groups of this subclass
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (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】
(技術分野)
本発明は、半導体焼付け装置のフオトマスクと
ウエハの相対的アライメントのための位置検出、
あるいはウエハー検査装置のウエハーの絶対アラ
イメントのための位置検出等に使われる高精度の
位置検出装置と方法に関する。
ウエハの相対的アライメントのための位置検出、
あるいはウエハー検査装置のウエハーの絶対アラ
イメントのための位置検出等に使われる高精度の
位置検出装置と方法に関する。
(従来技術)
2物体の相対位置合わせに適した方法は特開昭
53−90872や91754号で知られている。例えばアラ
イメントマーク・パターンを有する半導体製造用
フオトマスクとウエハーを微小間隔を置いて、又
は投影光学系を挾んで配置し、フオトマスクとウ
エハーのマーク・パターンをスポツト状又は線状
のレーザービームで走査し、各マーク・パターン
の相対位置を検出することでマスクとウエハーの
位置ずれを測定する。
53−90872や91754号で知られている。例えばアラ
イメントマーク・パターンを有する半導体製造用
フオトマスクとウエハーを微小間隔を置いて、又
は投影光学系を挾んで配置し、フオトマスクとウ
エハーのマーク・パターンをスポツト状又は線状
のレーザービームで走査し、各マーク・パターン
の相対位置を検出することでマスクとウエハーの
位置ずれを測定する。
第1図Aはオートアライメントマーク・パター
ン(以下、AAパターン)の縁を形成する段差を
示し、B,Cは段差で得られるオートアライメン
ト信号(以下、AA信号)を示す。第1図aはウ
エハーの断面を拡大視しており、レーザービーム
を図面に平行に走査すると、レーザービームは段
差のエツジで回折散乱する。不図示の受光系で回
折散乱光を受光し、これを電気信号に変換したも
のをB図に示しており、段差によるパルスが1′
と2′である。これを所定の識閾値Vで制限し、
二値化して整形したパルスが1″と2″である。こ
のパルスを、不図示のマスクからの信号あるいは
受光系内に基準と比較することで、アライメント
を完了させるのに必要な誤差信号を測定できる。
ン(以下、AAパターン)の縁を形成する段差を
示し、B,Cは段差で得られるオートアライメン
ト信号(以下、AA信号)を示す。第1図aはウ
エハーの断面を拡大視しており、レーザービーム
を図面に平行に走査すると、レーザービームは段
差のエツジで回折散乱する。不図示の受光系で回
折散乱光を受光し、これを電気信号に変換したも
のをB図に示しており、段差によるパルスが1′
と2′である。これを所定の識閾値Vで制限し、
二値化して整形したパルスが1″と2″である。こ
のパルスを、不図示のマスクからの信号あるいは
受光系内に基準と比較することで、アライメント
を完了させるのに必要な誤差信号を測定できる。
処で半導体焼付け工程ではアライメント完了
後、マスクを照明してマスクの実素子パターンを
ウエハーに転写する。そして位置検出の時に既に
ウエハー上にフオトレジストが一様に塗布されて
おり、この様な透光層を通してAAパターンを検
出する場合、透光層の影響を無視できないことが
わかつて来た。例えばAAパターンのエツジ部か
ら来る信号の幅が、フオトレジストを塗布する以
前より広がる現象が発生し、これは信号検出精度
を低下させる。
後、マスクを照明してマスクの実素子パターンを
ウエハーに転写する。そして位置検出の時に既に
ウエハー上にフオトレジストが一様に塗布されて
おり、この様な透光層を通してAAパターンを検
出する場合、透光層の影響を無視できないことが
わかつて来た。例えばAAパターンのエツジ部か
ら来る信号の幅が、フオトレジストを塗布する以
前より広がる現象が発生し、これは信号検出精度
を低下させる。
第2図はこの現象のメカニズムを考察したもの
である。第2図Aで、1は段差のエツジで、フオ
トレジスト3がこれを覆う様に塗布されているも
のとし、段差に従つてフオトレジストの表面は右
下がりに傾斜している。上述した公開特許に提案
した、暗視野下の走査方法では、走査用のレーザ
ービームをウエハー表面に対して垂直に入射させ
る。従つてエツジが無い時には入射光は鏡面反射
し、入射した4の領域を再び戻つて行く。一方、
パターンのエツジがある時には入射光は散乱、回
折し、広く5〜6の領域にまでまたがつた角度で
反射し、広がる。位置合せ光学系(アライメント
スコーブ)の瞳面で空間周波数フイルタリングす
ることにより領域4で示される鏡面反射による直
接反射光(エツジで回折されていない反射光)を
塞ぎエツジからの光5,6を透過させ光電検出器
に導く事ができる。従来公知の方法はこの様にし
て散乱光を検知器に導き、AA信号として用いて
いた。
である。第2図Aで、1は段差のエツジで、フオ
トレジスト3がこれを覆う様に塗布されているも
のとし、段差に従つてフオトレジストの表面は右
下がりに傾斜している。上述した公開特許に提案
した、暗視野下の走査方法では、走査用のレーザ
ービームをウエハー表面に対して垂直に入射させ
る。従つてエツジが無い時には入射光は鏡面反射
し、入射した4の領域を再び戻つて行く。一方、
パターンのエツジがある時には入射光は散乱、回
折し、広く5〜6の領域にまでまたがつた角度で
反射し、広がる。位置合せ光学系(アライメント
スコーブ)の瞳面で空間周波数フイルタリングす
ることにより領域4で示される鏡面反射による直
接反射光(エツジで回折されていない反射光)を
塞ぎエツジからの光5,6を透過させ光電検出器
に導く事ができる。従来公知の方法はこの様にし
て散乱光を検知器に導き、AA信号として用いて
いた。
ここでレジストが塗布されている事によるエツ
ジ検出の影響について考える。レジストが斜めに
塗布されている事で、例えばレーザービーム、
7,8はウエハーの真のエツジには当らない所で
もレジスト面のプリズム作用で方向を曲げられ、
領域5或いは6の方向に向う様になる。この為第
2図Bに示す様なレジスト塗布前のAA信号は、
塗布後はCに示す様に信号幅が広がつてしまう。
この信号幅の広がりはレジストの塗られ方によつ
て変化するので各AAマークのエツジ部での信号
の幅の変動はエツジの位置検出の際重大な誤差要
因となる。
ジ検出の影響について考える。レジストが斜めに
塗布されている事で、例えばレーザービーム、
7,8はウエハーの真のエツジには当らない所で
もレジスト面のプリズム作用で方向を曲げられ、
領域5或いは6の方向に向う様になる。この為第
2図Bに示す様なレジスト塗布前のAA信号は、
塗布後はCに示す様に信号幅が広がつてしまう。
この信号幅の広がりはレジストの塗られ方によつ
て変化するので各AAマークのエツジ部での信号
の幅の変動はエツジの位置検出の際重大な誤差要
因となる。
この為、AAパターンの箇所のみレジストをつ
けない様にする事が考えられるが、工程の中に、
AAパターン部のレジストを除去するという余分
な工程が入るという欠点がある。
けない様にする事が考えられるが、工程の中に、
AAパターン部のレジストを除去するという余分
な工程が入るという欠点がある。
(目 的)
本発明は、被検物体上に透光層を設けたことに
よる検出信号の悪化を防止することにある。
よる検出信号の悪化を防止することにある。
そしてこの目的を達成するための後述の実施例
は、物体上の検出用パターンを走査線に沿つてス
ポツト状又は線状のビームで光走査するための走
査系と、検出用パターンから来る情報光を受光す
るための受光系と、検出用パターンが物体面から
突出又は窪んでいること、更には検出用パターン
と他領域との段差のエツジの方向性に応じて情報
光の不要部分が排除されるように受光系を制御す
る系を設けている。この制御系は情報光を取り入
れて信号化した後、必要な信号のみを検出信号と
して選択するか、あるいは情報光の不要な部分が
受光系の検出器へ入射しない様に制限する。
は、物体上の検出用パターンを走査線に沿つてス
ポツト状又は線状のビームで光走査するための走
査系と、検出用パターンから来る情報光を受光す
るための受光系と、検出用パターンが物体面から
突出又は窪んでいること、更には検出用パターン
と他領域との段差のエツジの方向性に応じて情報
光の不要部分が排除されるように受光系を制御す
る系を設けている。この制御系は情報光を取り入
れて信号化した後、必要な信号のみを検出信号と
して選択するか、あるいは情報光の不要な部分が
受光系の検出器へ入射しない様に制限する。
(実施例)
以下、本発明の実施例を説明する。
第2図Aに示すエツジ1を再び例として考え
る。入射光線7,8について考えるとレジストに
よる影響は次の様な2つの現象に分解される。そ
の1つは7′,8′で示され、レジストを透過し
て、ウエハー基板で反射し、レジストを透過して
行く直接反射光である。もう1つはレジスト表面
で表面反射する光7″,8″である。良く知られて
いる様にレジストと空気の界面での反射率は4%
前後と著しく小さく、殆どの光は直接反射光成分
7′,8′と考えて良い。一方エツジで散乱、回折
される光は中心光線100で示される様に広い範
囲の角度にわたつて広がる。従つて従来、領域
5,6で示される光を一括してとつてきたのであ
るが、この方式をそのまま使用している場合、第
2図Cの様にパルス幅を大きくしてきた主要因な
透過反射光成分7′,8′である事がわかる。この
7′,8′は反射してから進む方向が領域5の方向
である。従つてこの時従来検出していた領域5の
光を無視し、領域6からの光のみを検出すれば、
エツジに対応したS/Nの良い信号が得られる事
になる。
る。入射光線7,8について考えるとレジストに
よる影響は次の様な2つの現象に分解される。そ
の1つは7′,8′で示され、レジストを透過し
て、ウエハー基板で反射し、レジストを透過して
行く直接反射光である。もう1つはレジスト表面
で表面反射する光7″,8″である。良く知られて
いる様にレジストと空気の界面での反射率は4%
前後と著しく小さく、殆どの光は直接反射光成分
7′,8′と考えて良い。一方エツジで散乱、回折
される光は中心光線100で示される様に広い範
囲の角度にわたつて広がる。従つて従来、領域
5,6で示される光を一括してとつてきたのであ
るが、この方式をそのまま使用している場合、第
2図Cの様にパルス幅を大きくしてきた主要因な
透過反射光成分7′,8′である事がわかる。この
7′,8′は反射してから進む方向が領域5の方向
である。従つてこの時従来検出していた領域5の
光を無視し、領域6からの光のみを検出すれば、
エツジに対応したS/Nの良い信号が得られる事
になる。
尚第2図のエツジは高い方から低い方への段差
の場合であるが、第3図の例は低い方から高い方
への段差のエツジの場合である。この時パルス幅
を広げる主要因となる透過反射光9′は反射した
後右側の方向へ進む為、領域6′に入る光に対応
する。この場合には第2図の場合と逆に領域5′
の方の回折光を検知信号光とする事によつてエツ
ジとの対応の良い信号を得る事ができる。
の場合であるが、第3図の例は低い方から高い方
への段差のエツジの場合である。この時パルス幅
を広げる主要因となる透過反射光9′は反射した
後右側の方向へ進む為、領域6′に入る光に対応
する。この場合には第2図の場合と逆に領域5′
の方の回折光を検知信号光とする事によつてエツ
ジとの対応の良い信号を得る事ができる。
以上の要求を実現するための系を第4図に示
す。図中、ASはレーザー光源と光走査器から成
る周知の走査光学系で、光源はレーザー以外のも
のも、可視不可視を問わず使用でき、光走査器を
回転多面鏡、ガルバノミラー、音響光学素子等
種々のものが使用できる。Wはウエハーで、左段
差1と右段差2はAAパターンを構成する。マス
クとウエハーの相対アライメントの場合、ウエハ
ーWから若干離れてマスクが配置されるが、マス
クの検知については従来と同様であるから、これ
を省略した。10は顕微鏡対物レンズ、11はコ
ンデンサーレンズであり、16はハーフミラー
で、投影光路と受光光路を分岐させる。Dは対物
レンズ11の焦点面に設けた絞りである。
す。図中、ASはレーザー光源と光走査器から成
る周知の走査光学系で、光源はレーザー以外のも
のも、可視不可視を問わず使用でき、光走査器を
回転多面鏡、ガルバノミラー、音響光学素子等
種々のものが使用できる。Wはウエハーで、左段
差1と右段差2はAAパターンを構成する。マス
クとウエハーの相対アライメントの場合、ウエハ
ーWから若干離れてマスクが配置されるが、マス
クの検知については従来と同様であるから、これ
を省略した。10は顕微鏡対物レンズ、11はコ
ンデンサーレンズであり、16はハーフミラー
で、投影光路と受光光路を分岐させる。Dは対物
レンズ11の焦点面に設けた絞りである。
12は空間周波数フイルターで、不透明部15
と透明部13と14を持つ。この部材の詳細は後
述する。
と透明部13と14を持つ。この部材の詳細は後
述する。
走査光学系ASを発し斜線を施したビームは走
査時間の前と後のものを同時に描いている。レー
ザービームがレジストの塗布されたウエハーWを
走査し、段差1と2に入射すると、段差から回折
した光5,6、5′,6′はASの瞳面に置かれた
空間周波数フイルター(以下フイルター)12の
透明部13,14を透過する。被走査部に段差が
ない時の反射光はフイルター12の不透明部15
により遮ぎられる。図示してある様にフイルター
12は走査面に対してフーリエ変換面(瞳面)に
配置してあるので被走査面から反射してくる角度
成分が等しいもの(例えば回折光5と5′、6と
6′)はフイルターの同じ部分を通過する。第4
図では回折光5,5′は透明部14、回折光6,
6′は透明部13をそれぞれ通過することになる。
第2図、第3図で示した様にレジストによる段差
部からの直接反射光は、段差1では、回折光5の
中に、段差2では回折光6′の中に含まれてしま
う。この為フイルター12において、段差1の信
号としては透明部13からの光のみを、段差2の
信号としては透明部14からの光のみを検出する
ことにより段差部の検出の高精度に行なうことが
可能となる。
査時間の前と後のものを同時に描いている。レー
ザービームがレジストの塗布されたウエハーWを
走査し、段差1と2に入射すると、段差から回折
した光5,6、5′,6′はASの瞳面に置かれた
空間周波数フイルター(以下フイルター)12の
透明部13,14を透過する。被走査部に段差が
ない時の反射光はフイルター12の不透明部15
により遮ぎられる。図示してある様にフイルター
12は走査面に対してフーリエ変換面(瞳面)に
配置してあるので被走査面から反射してくる角度
成分が等しいもの(例えば回折光5と5′、6と
6′)はフイルターの同じ部分を通過する。第4
図では回折光5,5′は透明部14、回折光6,
6′は透明部13をそれぞれ通過することになる。
第2図、第3図で示した様にレジストによる段差
部からの直接反射光は、段差1では、回折光5の
中に、段差2では回折光6′の中に含まれてしま
う。この為フイルター12において、段差1の信
号としては透明部13からの光のみを、段差2の
信号としては透明部14からの光のみを検出する
ことにより段差部の検出の高精度に行なうことが
可能となる。
第5図はAAパターンの1例を示し、AAパタ
ーンを構成するマークエレメント17と18は走
査線SLに対して45゜と−45゜を成している。レーザ
ービームのスポツト状又は線型の照明域は走査線
SLに沿つてAAパターンを走査する。この時、4
つの段差による回折光は矢印21,21′,22,
22′,23,23′,24,24′に示される方
向に回折される。このAAパターンでは段差のエ
ツジが走査線に対して斜の方向性を持つため、回
折光は走査線に対して斜方向(エツジの線に垂直
方向)へ進む。
ーンを構成するマークエレメント17と18は走
査線SLに対して45゜と−45゜を成している。レーザ
ービームのスポツト状又は線型の照明域は走査線
SLに沿つてAAパターンを走査する。この時、4
つの段差による回折光は矢印21,21′,22,
22′,23,23′,24,24′に示される方
向に回折される。このAAパターンでは段差のエ
ツジが走査線に対して斜の方向性を持つため、回
折光は走査線に対して斜方向(エツジの線に垂直
方向)へ進む。
そしてAAパターンがウエハー表面から突出し
ているか窪んでいるかによつてレジスト表面の傾
きが異なるから、段差近傍で反射し、レジスト層
で屈折された透過反射光の方向は異なる。第6図
Aは凹部でAAパターンを作成した場合、Bは凸
部でAAパターンを作成した場合である。図中の
矢印は直接反射光がレジスト層で屈折されて進む
方向を指示しており、例えばA図の左端の段差で
は21の方向へ進み、B図では21′の方向へ進
む。
ているか窪んでいるかによつてレジスト表面の傾
きが異なるから、段差近傍で反射し、レジスト層
で屈折された透過反射光の方向は異なる。第6図
Aは凹部でAAパターンを作成した場合、Bは凸
部でAAパターンを作成した場合である。図中の
矢印は直接反射光がレジスト層で屈折されて進む
方向を指示しており、例えばA図の左端の段差で
は21の方向へ進み、B図では21′の方向へ進
む。
従つて、ウエハー上にAAパターンを作成する
際に、凹形にするか凸形にするかを決定すれば、
各段差ごとの直接反射光の進む方向、従つてAA
パターンから来る光の内、どの領域に混入される
か予測できることになる。
際に、凹形にするか凸形にするかを決定すれば、
各段差ごとの直接反射光の進む方向、従つてAA
パターンから来る光の内、どの領域に混入される
か予測できることになる。
第7図は瞳面に配置したフイルター12の平面
形態を描いており、13,13′,14,14′は
回折光を透過させる透明部で、括弧で囲んで番号
は、第5図の矢印に付した番号と対応し、その方
向の光がその透明部を通過する。
形態を描いており、13,13′,14,14′は
回折光を透過させる透明部で、括弧で囲んで番号
は、第5図の矢印に付した番号と対応し、その方
向の光がその透明部を通過する。
本例では、レジストで屈折された直接反射光を
取り込まないように、フイルターの透明部13,
14,13′,14′の内の1つからの光を検出す
る。即ち第6図Aの凹形AAパターンの場合、こ
の図に矢印を書いた回折光を取りこまない様に、
レーザービームが走査される段差の順序に従つて
13′―13―14′―14の透明部の順に回折光
を取り込むことにより、正規のAA信号(検出信
号)を形成することができる。また第6図Bの凸
部AAパターンの場合、13―13′―14―1
4′の透明部の順に回折光を取り込むことにより、
正規のAA信号(検出信号)を形成することがで
きる。この様にAAパターンの凹凸に応じて瞳面
を透過する光を選択検出することで正規のAA信
号(検出信号)が得られる。
取り込まないように、フイルターの透明部13,
14,13′,14′の内の1つからの光を検出す
る。即ち第6図Aの凹形AAパターンの場合、こ
の図に矢印を書いた回折光を取りこまない様に、
レーザービームが走査される段差の順序に従つて
13′―13―14′―14の透明部の順に回折光
を取り込むことにより、正規のAA信号(検出信
号)を形成することができる。また第6図Bの凸
部AAパターンの場合、13―13′―14―1
4′の透明部の順に回折光を取り込むことにより、
正規のAA信号(検出信号)を形成することがで
きる。この様にAAパターンの凹凸に応じて瞳面
を透過する光を選択検出することで正規のAA信
号(検出信号)が得られる。
AAパターンからの光を選択する場合、各透明
部に対して独立の受光素子を設け、素子からの信
号を選択する方式と、受光素子は1個で透明部を
通過する光を選択する方式が取り得る。また独立
の受光素子を使用するときにも、デイスクリート
の部材を個々独立に設けても良いし、4分割デイ
テクターを使用しても良い。
部に対して独立の受光素子を設け、素子からの信
号を選択する方式と、受光素子は1個で透明部を
通過する光を選択する方式が取り得る。また独立
の受光素子を使用するときにも、デイスクリート
の部材を個々独立に設けても良いし、4分割デイ
テクターを使用しても良い。
第5図に形状を示すAAパターンで、凹形と凸
形で形成した場合の透明部13,14,13′,
14′(第7図)を通過した信号を第8図(凹形)
と第9図(凸形)に順に示す。第8図Aは透明部
13の信号に対応し、Bは14の信号にCは1
3′の信号に、Dは14′の信号に対応し、第9図
Aは13の信号に、Bは14の信号に、Cは1
3′の信号に、Dは14′の信号に対応する。
形で形成した場合の透明部13,14,13′,
14′(第7図)を通過した信号を第8図(凹形)
と第9図(凸形)に順に示す。第8図Aは透明部
13の信号に対応し、Bは14の信号にCは1
3′の信号に、Dは14′の信号に対応し、第9図
Aは13の信号に、Bは14の信号に、Cは1
3′の信号に、Dは14′の信号に対応する。
第8図において、A,Cに、第5図左下りのマ
ークエレメント17のエツジからの回折光がそれ
ぞれ21,22と21′,22′として取り込まれ
る。
ークエレメント17のエツジからの回折光がそれ
ぞれ21,22と21′,22′として取り込まれ
る。
AAパターンの回折方向はエツジの方向により
定まつているため、この時には透明部14と1
4′(第7図)からの光は検出されない。次に右
下りのマークエレメント18のエツジからの回折
光が透明部14と14′を透過して第8図のB,
Dに23′,24′と23,24として取り込まれ
る。そしてA〜Dまでの信号21′,22,23,
24′を合成して図Eに示す検出信号を作り、こ
れを基に演算すれば良い。凸形のAAパターンの
場合も同様にして、直接反射光を避け、第9図E
に示す様に21,22,23′,24の合成信号
(検出信号)を基に演算すれば良い。
定まつているため、この時には透明部14と1
4′(第7図)からの光は検出されない。次に右
下りのマークエレメント18のエツジからの回折
光が透明部14と14′を透過して第8図のB,
Dに23′,24′と23,24として取り込まれ
る。そしてA〜Dまでの信号21′,22,23,
24′を合成して図Eに示す検出信号を作り、こ
れを基に演算すれば良い。凸形のAAパターンの
場合も同様にして、直接反射光を避け、第9図E
に示す様に21,22,23′,24の合成信号
(検出信号)を基に演算すれば良い。
第10図は、第4図のコンデンサーレンズ11
以降の構成例を示す。図Aはフイルター12の透
明部14と15をプリズム32と32′でそれぞ
れ独立の光路に結合し、集光レンズ30と30′
を介して受光素子31と31′へ導出する。また
図面と直交する方向には同様のプリズム、集光レ
ンズ、受光素子を設けるものとし、4つの透明部
はそれぞれカバーされる。
以降の構成例を示す。図Aはフイルター12の透
明部14と15をプリズム32と32′でそれぞ
れ独立の光路に結合し、集光レンズ30と30′
を介して受光素子31と31′へ導出する。また
図面と直交する方向には同様のプリズム、集光レ
ンズ、受光素子を設けるものとし、4つの透明部
はそれぞれカバーされる。
図Bはフイルター12の直後に4分割デイテク
ター(一体化されているが、4つの区域が独立に
測定できるデイテクター)の2区域33,33′
を配置した例である。本図には2つの区域しか示
されていないが、図Cに描く様に、4つの透明部
13,14,13′,14′が4区域33,34,
33′,34′に重なつている。なお、4分割デイ
テクターの感応域の形状をフイルター12の透明
部の形状に一致させれば、フイルターは省略でき
る。図Dはこの様な形状の感応域を持つた4分割
デイテクターの側面図であり、図Eが正面図で、
付番35の部分が感応域である。他方、図Fの構
成では受光素子を1個とする替りに液晶等のシヤ
ツターでフイルター12の透明部を選択的に開閉
する。フイルター12の後にはシヤツター40を
配置し、その後の集光レンズ30でシヤツターを
通過した光は受光素子31へ入射する。
ター(一体化されているが、4つの区域が独立に
測定できるデイテクター)の2区域33,33′
を配置した例である。本図には2つの区域しか示
されていないが、図Cに描く様に、4つの透明部
13,14,13′,14′が4区域33,34,
33′,34′に重なつている。なお、4分割デイ
テクターの感応域の形状をフイルター12の透明
部の形状に一致させれば、フイルターは省略でき
る。図Dはこの様な形状の感応域を持つた4分割
デイテクターの側面図であり、図Eが正面図で、
付番35の部分が感応域である。他方、図Fの構
成では受光素子を1個とする替りに液晶等のシヤ
ツターでフイルター12の透明部を選択的に開閉
する。フイルター12の後にはシヤツター40を
配置し、その後の集光レンズ30でシヤツターを
通過した光は受光素子31へ入射する。
レーザービームの走査で、段差からの信号が検
出された直後に交換的にシヤツター40の一部を
開放又は透明にしてフイルター12(第7図)の
透明域13,14,13′,14′中の1つの透明
部の通過光のみを受光することで、上の配置と同
じ作用を達成する。例えばフイルター12の透明
部を13′―13―14′―14の順に開放しよう
とすると、図Gに示す順序でビーム走査に期させ
て例えば液晶の各区域を透光性に変えれば良い。
仮にシヤツターの開放に比べてビームの走査を高
速にした場合は1回の走査で1つの区域を開放
し、4回走査することで全ての信号を取込むこと
ができる。この場合は第8図あるいは第9図のA
〜D信号を順に記憶しておき、4つ検出した後、
図Eの様に合成すれば良い。また4個独立に測定
する場合は透明部を通過する順序にこだわる必要
がなく、要は特定の段差と使用する透明部とが関
連付けられていれば良く、またそれ程高速を要求
されないから、シヤツターは図Hに示す通りに切
欠きを持つた円板を回転させて、不要な透明部を
遮断すれば良い。
出された直後に交換的にシヤツター40の一部を
開放又は透明にしてフイルター12(第7図)の
透明域13,14,13′,14′中の1つの透明
部の通過光のみを受光することで、上の配置と同
じ作用を達成する。例えばフイルター12の透明
部を13′―13―14′―14の順に開放しよう
とすると、図Gに示す順序でビーム走査に期させ
て例えば液晶の各区域を透光性に変えれば良い。
仮にシヤツターの開放に比べてビームの走査を高
速にした場合は1回の走査で1つの区域を開放
し、4回走査することで全ての信号を取込むこと
ができる。この場合は第8図あるいは第9図のA
〜D信号を順に記憶しておき、4つ検出した後、
図Eの様に合成すれば良い。また4個独立に測定
する場合は透明部を通過する順序にこだわる必要
がなく、要は特定の段差と使用する透明部とが関
連付けられていれば良く、またそれ程高速を要求
されないから、シヤツターは図Hに示す通りに切
欠きを持つた円板を回転させて、不要な透明部を
遮断すれば良い。
以上の例は、著しく微細なAAパターンを使
い、またミクロン、サブミクロンオーダーの許容
誤差でアライメントする場合の構成を述べたが、
若干許容誤差が大きい場合には、瞳面で正確にフ
イルタリングしなくても正確な信号検出が可能で
ある。
い、またミクロン、サブミクロンオーダーの許容
誤差でアライメントする場合の構成を述べたが、
若干許容誤差が大きい場合には、瞳面で正確にフ
イルタリングしなくても正確な信号検出が可能で
ある。
第11図で、PMはポリゴンミラー、Lは走査
レンズ、P1とP2は回折光の進む方向に直接配さ
れた受光素子である。またE1とE2は段差であ
る。図においてポリゴンミラーが回転し、レーザ
ービームが物体上を走査すると、レーザービーム
が段差に当つたとき、回折光は所定の方向へ進
む。図の場合、AAマークのエツジ線は図面に垂
直であるから受光素子は走査方向に2個配されて
いるが、第5図のAAパターンの場合は走査線に
対して斜になる様に4個設ける。
レンズ、P1とP2は回折光の進む方向に直接配さ
れた受光素子である。またE1とE2は段差であ
る。図においてポリゴンミラーが回転し、レーザ
ービームが物体上を走査すると、レーザービーム
が段差に当つたとき、回折光は所定の方向へ進
む。図の場合、AAマークのエツジ線は図面に垂
直であるから受光素子は走査方向に2個配されて
いるが、第5図のAAパターンの場合は走査線に
対して斜になる様に4個設ける。
段差E1,E2を順に走査した時の信号を第1
2図に示す。図Bはレジストを塗布してない時、
図Cはレジストを塗布した時のものである。レジ
スト層がない時の信号で、P1が検出した信号の
E1の出力はE2の出力より大きく、P2が検出
した信号のE2の出力はE1の出力より大きい。
2図に示す。図Bはレジストを塗布してない時、
図Cはレジストを塗布した時のものである。レジ
スト層がない時の信号で、P1が検出した信号の
E1の出力はE2の出力より大きく、P2が検出
した信号のE2の出力はE1の出力より大きい。
しかしながら、レジスト層を設けた時の信号、
図Cでレジスト層で屈折した直接反射光が、段差
E1では素子P2に入射し、E2では素子P1に
入射する為、P1信号ではE2の出力が、P2信
号ではE1の出力が大きくなることがある。その
ため、段差E1は素子P1の出力を、段差E2は
素子P2の出力を正規の検出信号として採用すれ
ば正しい計測が可能となる。第13図は本発明を
ステツパー型の半導体焼付装置に適用した例を示
す。
図Cでレジスト層で屈折した直接反射光が、段差
E1では素子P2に入射し、E2では素子P1に
入射する為、P1信号ではE2の出力が、P2信
号ではE1の出力が大きくなることがある。その
ため、段差E1は素子P1の出力を、段差E2は
素子P2の出力を正規の検出信号として採用すれ
ば正しい計測が可能となる。第13図は本発明を
ステツパー型の半導体焼付装置に適用した例を示
す。
図中、50はマスク、51はウエハーで、投影
レンズ52はマスク50の像をウエハー51上に
等倍又は縮少投影する。またアライメント光と露
光々を別波長光にした場合は、アライメント時に
λ/4板52aを挿着し、露光時はレンズ52b
を交換的に挿着する。レンズ52bは波長を異な
らせたことによるピストンのずれを補償し、λ/
4板は偏光方向によつてマスク反射とウエハー反
射を分けるために設ける。なお、アライメント光
と露光々が同一波長でである時又は投影レンズが
2波長補正されている時は、レンズ52bは不要
となり、λ/4板52aを固設する。
レンズ52はマスク50の像をウエハー51上に
等倍又は縮少投影する。またアライメント光と露
光々を別波長光にした場合は、アライメント時に
λ/4板52aを挿着し、露光時はレンズ52b
を交換的に挿着する。レンズ52bは波長を異な
らせたことによるピストンのずれを補償し、λ/
4板は偏光方向によつてマスク反射とウエハー反
射を分けるために設ける。なお、アライメント光
と露光々が同一波長でである時又は投影レンズが
2波長補正されている時は、レンズ52bは不要
となり、λ/4板52aを固設する。
マスク50とウエハー51には、第14図に示
すAAパターンを各2個ずつ設ける。例えば実線
のエレメントをウエハーに、破線のエレメントを
マスクに設ける。
すAAパターンを各2個ずつ設ける。例えば実線
のエレメントをウエハーに、破線のエレメントを
マスクに設ける。
53はレーザー光源で、紙面に垂直方向に直線
偏光しているものを使用する。54ポリゴンミラ
ーで等速回転する。55はf−θレンズで、レー
ザービームを等速走査するのに役立つ。56は観
察系であり、57はビームスプリツターである。
58は走査範囲分割プリズムで、このプリズムは
ビームの一回の走査の前半と後半を2つのAAパ
ターンのそれぞれに充当する。以下の系は左手系
と右手系が対称であるから同じ番号を付ける。
偏光しているものを使用する。54ポリゴンミラ
ーで等速回転する。55はf−θレンズで、レー
ザービームを等速走査するのに役立つ。56は観
察系であり、57はビームスプリツターである。
58は走査範囲分割プリズムで、このプリズムは
ビームの一回の走査の前半と後半を2つのAAパ
ターンのそれぞれに充当する。以下の系は左手系
と右手系が対称であるから同じ番号を付ける。
59は偏光ビームスプリツターで、直線偏光状
態に応じて反射と透過に分ける作用を持つ、60
は光路を曲折けるための反射部材、61は集光レ
ンズ、62は第7図に示すようなフイルター、6
3は分割デイテクターである。フイルター62の
透明部はAAマークの方向に応じて設定する。4
分割デイテクター63の感応区域はフイルター6
2の透明域に合わせて配置するものとし、ウエハ
ー51から来る光を受光する。64は反射率の小
さな半透鏡、65は偏光ビームスプリツター、6
6はコンデンサーレンズ、67は観察用光源であ
る。68はリレーレンズ、69は反射部材、70
は空間周波数フイルター、71は集光レンズ、7
2は受光素子で、マスク50から来る光を受光す
る。73は顕微鏡対物レンズ(以下、対物レン
ズ)で、マスク50とウエハー51とのAAマー
クを見込む位置にセツトされている。
態に応じて反射と透過に分ける作用を持つ、60
は光路を曲折けるための反射部材、61は集光レ
ンズ、62は第7図に示すようなフイルター、6
3は分割デイテクターである。フイルター62の
透明部はAAマークの方向に応じて設定する。4
分割デイテクター63の感応区域はフイルター6
2の透明域に合わせて配置するものとし、ウエハ
ー51から来る光を受光する。64は反射率の小
さな半透鏡、65は偏光ビームスプリツター、6
6はコンデンサーレンズ、67は観察用光源であ
る。68はリレーレンズ、69は反射部材、70
は空間周波数フイルター、71は集光レンズ、7
2は受光素子で、マスク50から来る光を受光す
る。73は顕微鏡対物レンズ(以下、対物レン
ズ)で、マスク50とウエハー51とのAAマー
クを見込む位置にセツトされている。
以上の構成で、レーザー光源からのレーザービ
ームはポリゴンミラー54へ入射してここで走査
される。振れ走査されたレーザービームはf−θ
レンズ55で平行走査に変換された後、ビームス
プリツター57を透過してプリズム58へ入射
し、例えば始めプリズム58の左斜面で反射して
左側へ向い、途中から右斜面で反射して右側へ向
う。プリズム58で反射したビームは偏光ビーム
スプリツターで反射し、半透鏡64を透過して対
物レンズ73へ入射してマスク50上に集光さ
れ、更に投影レンズ52を介してウエハー51上
に集光され、両者を走査する。まずマスク50の
AAパターンで反射された光は対物レンズ73へ
入射し、続いて半透鏡64で反射する。その際、
半透鏡64を透過した光は、ウエハー検出用の4
分割デイテクター63へ向うが、この光は図面に
垂直な直線偏光であるから偏光ビームスプリツタ
ー59で阻止される。半透鏡64で反射した光は
偏光ビームスプリツター65へ入射し、マスク5
0で反射し図面に垂直な直線偏光は反射するが雑
音(後述するウエハー51で反射し図面に平行な
直線偏光)は阻止される。反射光はリレーレンズ
68と反射部材69を経た後、直接反射成分はフ
イルター70で遮断され、AAパターンで散乱さ
れた成分は集光レンズ71で集光されて受光素子
72に入射し、マスク側のAA信号となる。
ームはポリゴンミラー54へ入射してここで走査
される。振れ走査されたレーザービームはf−θ
レンズ55で平行走査に変換された後、ビームス
プリツター57を透過してプリズム58へ入射
し、例えば始めプリズム58の左斜面で反射して
左側へ向い、途中から右斜面で反射して右側へ向
う。プリズム58で反射したビームは偏光ビーム
スプリツターで反射し、半透鏡64を透過して対
物レンズ73へ入射してマスク50上に集光さ
れ、更に投影レンズ52を介してウエハー51上
に集光され、両者を走査する。まずマスク50の
AAパターンで反射された光は対物レンズ73へ
入射し、続いて半透鏡64で反射する。その際、
半透鏡64を透過した光は、ウエハー検出用の4
分割デイテクター63へ向うが、この光は図面に
垂直な直線偏光であるから偏光ビームスプリツタ
ー59で阻止される。半透鏡64で反射した光は
偏光ビームスプリツター65へ入射し、マスク5
0で反射し図面に垂直な直線偏光は反射するが雑
音(後述するウエハー51で反射し図面に平行な
直線偏光)は阻止される。反射光はリレーレンズ
68と反射部材69を経た後、直接反射成分はフ
イルター70で遮断され、AAパターンで散乱さ
れた成分は集光レンズ71で集光されて受光素子
72に入射し、マスク側のAA信号となる。
次にマスク50を透過した走査ビームは投影レ
ンズ52は屈折透過する際にλ/4板52aに入
射し、円偏光に変換され、ウエハー51上を走査
する。ウエハー51のAAパターンで反射された
光は逆方向からλ/4板52aを透過する際に先
程とは位相が90゜回転した直線偏光となり、対物
レンズ73と半透鏡64を経て偏光ビームスプリ
ツター59へ入射する。λ/4板52aによつて
図面に平行な直線偏光になつているからウエハー
51の反射光は偏光ビームスプリツター59を透
過し、反射部材61と集光レンズ61を経てフイ
ルター62の透明部で通過して4分割デイテクタ
ー63へ入射する。
ンズ52は屈折透過する際にλ/4板52aに入
射し、円偏光に変換され、ウエハー51上を走査
する。ウエハー51のAAパターンで反射された
光は逆方向からλ/4板52aを透過する際に先
程とは位相が90゜回転した直線偏光となり、対物
レンズ73と半透鏡64を経て偏光ビームスプリ
ツター59へ入射する。λ/4板52aによつて
図面に平行な直線偏光になつているからウエハー
51の反射光は偏光ビームスプリツター59を透
過し、反射部材61と集光レンズ61を経てフイ
ルター62の透明部で通過して4分割デイテクタ
ー63へ入射する。
制御演算回路80は4分割デイテクター63か
らの出力信号を選択してウエハー51に関する
AA信号を確定するが、これは上述して来た規則
に従つて4分割デイテクター63の感応区域を順
次作動させるか、あるいは全ての感応区域の出力
信号を全て記憶した後、選択構成するかあるいは
両者の中間的な方法のいずれも採用し得る。この
様にして取り入れたAA信号と受光素子72のマ
スク側AA信号に基づいて演算を実行し、その結
果(x、y、θ誤差)により補正機構81を駆動
し、マスクチヤツク82を移動させてマスク50
とウエハー51のアライメントを達成する。但
し、マスク50の替りにウエハー側を移動しても
良い。
らの出力信号を選択してウエハー51に関する
AA信号を確定するが、これは上述して来た規則
に従つて4分割デイテクター63の感応区域を順
次作動させるか、あるいは全ての感応区域の出力
信号を全て記憶した後、選択構成するかあるいは
両者の中間的な方法のいずれも採用し得る。この
様にして取り入れたAA信号と受光素子72のマ
スク側AA信号に基づいて演算を実行し、その結
果(x、y、θ誤差)により補正機構81を駆動
し、マスクチヤツク82を移動させてマスク50
とウエハー51のアライメントを達成する。但
し、マスク50の替りにウエハー側を移動しても
良い。
なお、AAパターンとフイルターは上述のもの
に限られるわけではなく、AAパターンを構成す
る非平行のエレメント数の2倍の透明部を設けれ
ば、種々の形状に対処できる。
に限られるわけではなく、AAパターンを構成す
る非平行のエレメント数の2倍の透明部を設けれ
ば、種々の形状に対処できる。
また、仮に信号のS/N特性を厳しく制限しな
くても良い場合には、第5図のAAパターンでも
信号を4つに分けて取込まずに所望の信号を得る
こともできる。例えば、第8図のAとBに示す信
号を一緒に、またCとDの信号を一緒に取り込ん
でも良く、その場合は2分割デイテクターで済む
わけである。
くても良い場合には、第5図のAAパターンでも
信号を4つに分けて取込まずに所望の信号を得る
こともできる。例えば、第8図のAとBに示す信
号を一緒に、またCとDの信号を一緒に取り込ん
でも良く、その場合は2分割デイテクターで済む
わけである。
(効果)
以上述べた本発明によれば被検出物体上にレジ
スト層の様な透光層が設けられている場合でも、
冗長な信号を信号処理に使用することがないか
ら、アライメントマークパターンの位置を極めて
正確に決定することが可能となる効果があり、更
にアライメント操作を行つた場合、著しく高い精
度で達成され、あるいは信号が正確であるからア
ライメント完了までの動作時間や繰作回数を減少
させられる効果がある。
スト層の様な透光層が設けられている場合でも、
冗長な信号を信号処理に使用することがないか
ら、アライメントマークパターンの位置を極めて
正確に決定することが可能となる効果があり、更
にアライメント操作を行つた場合、著しく高い精
度で達成され、あるいは信号が正確であるからア
ライメント完了までの動作時間や繰作回数を減少
させられる効果がある。
第1図Aはウエハーの段差の断面図で、B,C
は出力信号図。第2図Aは光学挙動を説明する図
で、B,Cは出力信号図。第3図は光学挙動を説
明する図。第4図は本発明の実施例の要部を示す
光学断面図。第5図はAAパターン例を示す平面
図。第6図A,BはAAパターン部の断面図。第
7図はフイルターの平面図。第8図A〜Eは出力
信号図。第9図A〜Eは出力信号図。第10図
A,B,D,Fは受光部の断面図で、C,Eは平
面図、G,Hはシヤツターの変化を示す図。第1
1図は変形例の断面図、第12図Aは合成系のブ
ロツク図で、B,C,Dは出力信号図。第13図
は別実施例の光学断面図。第14図はAAパター
ンの平面図。 図中1と2は段差、4は鏡面反射の領域、5と
6は散乱反射の領域、7′と8′,9′は屈折され
た直接反射光、ASは走査光学系、10は顕微鏡
対物レンズ、11はコンデンサーレンズ、12は
空間周波数フイルター、13と14,13′,1
4′は透明部、15は不透明部、17と18は
AAパターンのエレメント、21〜24と21′
〜24′は光の進行方向とパルス名、31と3
1′は受光素子、33と33′は4分割デイテクタ
ーの区域、40は液晶シヤツターである。
は出力信号図。第2図Aは光学挙動を説明する図
で、B,Cは出力信号図。第3図は光学挙動を説
明する図。第4図は本発明の実施例の要部を示す
光学断面図。第5図はAAパターン例を示す平面
図。第6図A,BはAAパターン部の断面図。第
7図はフイルターの平面図。第8図A〜Eは出力
信号図。第9図A〜Eは出力信号図。第10図
A,B,D,Fは受光部の断面図で、C,Eは平
面図、G,Hはシヤツターの変化を示す図。第1
1図は変形例の断面図、第12図Aは合成系のブ
ロツク図で、B,C,Dは出力信号図。第13図
は別実施例の光学断面図。第14図はAAパター
ンの平面図。 図中1と2は段差、4は鏡面反射の領域、5と
6は散乱反射の領域、7′と8′,9′は屈折され
た直接反射光、ASは走査光学系、10は顕微鏡
対物レンズ、11はコンデンサーレンズ、12は
空間周波数フイルター、13と14,13′,1
4′は透明部、15は不透明部、17と18は
AAパターンのエレメント、21〜24と21′
〜24′は光の進行方向とパルス名、31と3
1′は受光素子、33と33′は4分割デイテクタ
ーの区域、40は液晶シヤツターである。
Claims (1)
- 1 透光層で覆われた段差マークを有する物体を
該透光層を介して光で照明し、該物体からの回折
光を受光して信号を形成し、該信号に基いて前記
マークの位置を検出する位置検出方法において、
前記マークのエツジ近傍の物体面で反射し前記透
光層の斜面で屈折して所定の方向へ射出した屈折
光を遮光するか或は該屈折光による信号を用いな
いようにし、前記エツジで生じて前記所定の方向
とは異なる方向へ射出した回折光を受光し、前記
マークの位置を検出することを特徴とする位置検
出方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58159652A JPS6052021A (ja) | 1983-08-31 | 1983-08-31 | 位置検出方法 |
| US06/642,760 US4641035A (en) | 1983-08-31 | 1984-08-21 | Apparatus and a method for position detection of an object stepped portion |
| DE19843431739 DE3431739A1 (de) | 1983-08-31 | 1984-08-29 | Vorrichtung und verfahren zur positionserfassung |
| GB08421876A GB2147411B (en) | 1983-08-31 | 1984-08-30 | Position detection |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58159652A JPS6052021A (ja) | 1983-08-31 | 1983-08-31 | 位置検出方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59012488A Division JPS6052024A (ja) | 1984-01-26 | 1984-01-26 | 位置検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6052021A JPS6052021A (ja) | 1985-03-23 |
| JPH0145973B2 true JPH0145973B2 (ja) | 1989-10-05 |
Family
ID=15698384
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58159652A Granted JPS6052021A (ja) | 1983-08-31 | 1983-08-31 | 位置検出方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4641035A (ja) |
| JP (1) | JPS6052021A (ja) |
| DE (1) | DE3431739A1 (ja) |
| GB (1) | GB2147411B (ja) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6139021A (ja) * | 1984-07-31 | 1986-02-25 | Canon Inc | 光学装置 |
| US4937459A (en) * | 1984-11-16 | 1990-06-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Alignment signal detecting device |
| JPS6220313A (ja) * | 1985-07-19 | 1987-01-28 | Hitachi Ltd | パタ−ン検出方法及びその装置 |
| US5231471A (en) * | 1986-03-25 | 1993-07-27 | Canon Kabushiki Kaisha | Alignment and exposure apparatus |
| JPS62262426A (ja) * | 1986-05-09 | 1987-11-14 | Canon Inc | 露光装置 |
| US5148214A (en) * | 1986-05-09 | 1992-09-15 | Canon Kabushiki Kaisha | Alignment and exposure apparatus |
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