JPH0210202A - Position detecting apparatus by double linear fresnel zone plate through illumination with multi wavelengths - Google Patents

Position detecting apparatus by double linear fresnel zone plate through illumination with multi wavelengths

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JPH0210202A
JPH0210202A JP63162915A JP16291588A JPH0210202A JP H0210202 A JPH0210202 A JP H0210202A JP 63162915 A JP63162915 A JP 63162915A JP 16291588 A JP16291588 A JP 16291588A JP H0210202 A JPH0210202 A JP H0210202A
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

PURPOSE:To achieve high throughput by providing a cylindrical lens between an objective lens and a linear sensor, processing signals obtained from said linear sensor and detecting the position of an alignment mark. CONSTITUTION:A wafer 15 and a mask 14 are overlapped with each other by a gap 18 of several tens mum. In the right and left upwards in a slantwise direction from the wafer 15 and mask 14, there are provided an illuminating optical device 5 and a detecting optical device 10 confronting each other. An illuminating angle 19 of incident light from an optical axis of the device 5 for a normal line of the mask 14 or wafer 15 is selected to be equal to a slantwise detecting angle 20 of an optical axis of the device 10. The illuminating light and detecting light are thus inclined for the mask 14 and wafer 15. Therefore, alignment marks 16, 17 within an X-ray exposing region 13 can be detected without moving the devices 5, 10. Furthermore, because the device 10 is placed outside an optical path of the region 13, the marks 16, 17 can be detected even during the exposing time, and it is not necessary to move the device 10 at every alignment; thereby, high throughput can be achieved.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、超精密位置計測(0,01μmオーダー)
装置、特にマスクとウェハーを0.O1pmオーダーで
位置検出装置な、複波長を用いたダブルリニアフレネル
ゾーンプレートによる位置検出装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] This invention is applicable to ultra-precision position measurement (0.01 μm order).
The equipment, especially masks and wafers, are 0. This invention relates to a position detecting device using a double linear Fresnel zone plate using multiple wavelengths, which is a position detecting device on the order of O1 pm.

[従来の技術] 現在実用化されているマスクとウェハーのアライメント
方〃、には、大きく分けて、パターン計J11方式1回
折光方式、及び、これら両方式を部分的に合せたハイブ
リッド方式があり、以下これらを個々に説明する。
[Prior Art] Mask and wafer alignment methods that are currently in practical use can be roughly divided into the pattern meter J11 method, single diffraction light method, and a hybrid method that partially combines both of these methods. , these will be explained individually below.

まず、これらを紹介している文献名をあげておく。First, I will list the names of the documents that introduce these topics.

文献l−精密機械5115/1985゜PP、156〜
162 文f42− Tectu+1cal Proceedi
ngsScmicon/West  1987.May
  19−21San Mccro、CA、PP、24
2〜247文献3−昭和62年度精密工学会秋季大会学
術講演会論文集PP、347〜348文献4−特開昭6
1−236117号公報文+lL 5− 特聞11i’
(61−1933,448号公+u文献6−(株)閉晃
堂発行「光技術応用システム」(昭和58年3月20日
) PP、165〜167 文献7−昭和59年度精密学会秋季大会学術講演会論文
集PP、443〜444 文献8−閉和62年度精密SL学会秋季大会学術講演会
論文集PP、353〜354 文献9−閉和61年度精密工学会秋季大会学術講演会論
文集I11.703〜704 文献1〇−閉和60年度精機学会春季大会学術d^演会
論文東PP、301〜302 文11i  1 1 −Semicon  News 
  198[i、7.P、20文献12−第48回応用
物理学術講演会予講集(昭和62年) 11,448 文献13  J、Vac、Sci Tccbnol、l
’+(4) INov、/ Dec、1981. PP
、1224〜1228文dQ  l  4 −5oli
d  5tate  Tekhnology、21.5
(+985沖、175 文献15−J、Vac、Sci Teclu+ol、1
li(6)Nov、/ Dec、197’l、 PP、
 1954〜1’158文献16−J、Vac、Sci
 Technol、19(4) 。
Literature l-Precision Machinery 5115/1985゜PP, 156~
162 Sentence f42- Tectu+1cal Proceedi
ngsScmicon/West 1987. May
19-21 San McCro, CA, PP, 24
2-247 Document 3 - 1986 Japan Society for Precision Engineering Autumn Conference Academic Lecture Proceedings PP, 347-348 Document 4 - JP-A-6
1-236117 Publication Text +lL 5-Special Issue 11i'
(No. 61-1933, 448 + U Document 6 - "Optical Technology Application System" published by Seikodo Co., Ltd. (March 20, 1981) PP, 165-167 Document 7 - 1984 Precision Society Autumn Conference Academic Collection of conference papers PP, 443-444 Reference 8 - Collected papers of the 1962 Precision SL Society Autumn Conference Academic Conference PP, 353-354 Reference 9 - Collected papers of the 1961 Precision Engineering Society Autumn Conference Academic Conference I11. 703-704 Reference 10 - 1960 Precision Machinery Society Spring Conference Academic d^ Conference Paper East PP, 301-302 Text 11i 1 1 - Semicon News
198 [i, 7. P, 20 Reference 12-Preliminary Lectures of the 48th Academic Conference on Applied Physics (1988) 11,448 Reference 13 J, Vac, Sci Tccbnol, l
'+(4) INov,/Dec, 1981. PP
, 1224-1228 sentences dQ l 4 -5oli
d 5tate Technology, 21.5
(+985 Oki, 175 Reference 15-J, Vac, Sci Teclu+ol, 1
li(6) Nov, / Dec, 197'l, PP,
1954-1'158 Reference 16-J, Vac, Sci
Technol, 19(4).

Nov、/ Dec、1981. PP、1219〜1
22’1文+i& 17− I E E E  Tra
nsactions onElecLron  Dev
ices、Vol、ED−26,NO,4PP、72:
l〜728 文献1 B−1987年(昭和62年)秋季、f548
回応用物理学会学術講演会、 第2分III) P 427 、18 a −F −8
文119−回、18a−F−9 文$Q 2 0 − Sem1conductor  
1llorld  1 9 8 5  。
Nov,/Dec, 1981. PP, 1219-1
22'1 sentence + i & 17- I E E E Tra
nsactions onElecLron Dev
ices, Vol, ED-26, NO, 4PP, 72:
l~728 Document 1 B-1987 (Showa 62) Autumn, f548
Annual Conference of Japan Society of Applied Physics, 2nd Minute III) P 427, 18a-F-8
Sentence 119-times, 18a-F-9 Sentence $Q 2 0 - Sem1conductor
1llorld 1 9 8 5.

5、PP、105〜111 (1)パターン計測方式 (O複屈折による2重焦点レンズによる検出力法 (開発機関)Bell研及びNTT (4F1略)複屈折による2重焦点レンズによりアライ
メントマークを検出する。また、露光領域を分:IIシ
、各露光領域ごとにアライメントを行なうステップ・ア
ンド・リピート方式となっている。(NTTの例につい
ては文献l参1:l )(欠点) (1)レンズ径の減少に制限かあり、マーク位置か露光
領域からかなり離れた(10数mm程度)スクライブラ
インにあるため、マスクの伸縮によるアライメント誤差
が加算され、アライメント精度が低下する。
5, PP, 105-111 (1) Pattern measurement method (detection power method using a bifocal lens using O birefringence (development organization) Bell Labs and NTT (4F1 omitted) Detecting alignment marks using a bifocal lens using birefringence In addition, it uses a step-and-repeat method in which alignment is performed for each exposure area in minutes.(For NTT's example, see Reference 1:1) (Disadvantages) (1) There is a limit to the reduction in lens diameter, and since the mark position is located at a scribe line quite far (about 10 mm) from the exposure area, alignment errors due to expansion and contraction of the mask are added, reducing alignment accuracy.

(II)(I)により、露光領域内にマークを設けるこ
とができない。
(II) Due to (I), a mark cannot be provided within the exposure area.

(m)2値化処理に伴ない、マークの対称性に依存する
(m) Depends on the symmetry of marks due to binarization processing.

(■)2次元カメラにて検出するため、高速検出化でき
ない(30Hz以下)。
(■) Since detection is performed using a two-dimensional camera, high-speed detection is not possible (30Hz or less).

■22重焦レンズによる検出方法(複屈折によるかどう
か不明)。
■Detection method using a 22 bifocal lens (it is unknown whether it is due to birefringence).

(開発機関) Kart 2u (概略)2重焦点を有する光学顕微鏡にてマークを検出
する。アライメントはこの顕微鏡の下にマスクとウェハ
ーが移動し、完了後、マスクとウェハーはロックされ、
露光位置に移動し、X線照射か行なわれる。(文献2参
照) (欠点)他のX線アライナ−と露光概念が異なり、アラ
イメントと露光を別の場所で行なうため、−概に比較で
きないが、少なくとも、露光中サーボ制御と高速検出は
不可部である。
(Development organization) Kart 2u (Overview) Marks are detected using an optical microscope with dual focus. The mask and wafer are moved under this microscope for alignment, and after completion, the mask and wafer are locked.
It is moved to the exposure position and X-ray irradiation is performed. (Refer to Document 2) (Disadvantages) The exposure concept is different from other X-ray aligners, and alignment and exposure are performed at different locations, so they cannot be compared generally, but at least servo control and high-speed detection during exposure are not an integral part. It is.

■斜方検出 (開発機関)[1を製作所 (概略)X線露光領域外に、NAの小さい対物レンズを
傾斜させ、″?、スクとウェハーのマークを斜方検出す
ることにより、′:A光中も露光領域内に設けたマーク
の検出が可能な装置となっている。
■ Oblique detection (Development organization) [1 at the manufacturing facility (outline) By tilting an objective lens with a small NA outside the X-ray exposure area and detecting marks on the disk and wafer obliquely, ':A The device is capable of detecting marks provided within the exposure area even under light.

(文1!I&3,4.5参照)。(See Sentence 1! I & 3, 4.5).

(欠点) (I)2次元カメラにより検出しているため(文献3.
4参照)に、高速検出化ができない。
(Disadvantages) (I) Detection is performed using a two-dimensional camera (Reference 3.
4), high-speed detection is not possible.

(II )対称性パターンマツチング(文献5参照)な
る処理を行なっており、これはマークの対称性を前提と
した演算方法で2検出精度はマークの対称性に大きく依
存している。
(II) A process called symmetric pattern matching (see Reference 5) is performed, and this is a calculation method based on the symmetry of the marks, and the detection accuracy greatly depends on the symmetry of the marks.

(m)斜方結像のため、結像範囲がきわめて狭く、ラス
ター圧縮などによるS 、/ N比向上かむつかしく、
マーク形状保持の点から、プロセス依存性が高い。
(m) Due to oblique imaging, the imaging range is extremely narrow, making it difficult to improve the S/N ratio through raster compression, etc.
Highly process dependent in terms of mark shape retention.

(2)回折光方式 σ)等ピッチ2重回折格子法 (開発機関)MIT (概略)マスクとウェハー上に同一ピッチの回折格子を
設け、1次の透過回折光の強度差により重ね合せ信号を
得る。位置変位は、 Δφm=(2重m / d )ΔX たたし、Δφm=位相変位 ΔX二位相変位 m:回折次数 の関係で表され、 10ILmの格子ピ・ンチでO,I#Lm。
(2) Diffraction light method σ) Equal pitch double diffraction grating method (development organization) MIT (Overview) Diffraction gratings with the same pitch are provided on the mask and wafer, and the superimposed signal is generated by the intensity difference of the first-order transmitted diffraction light. get. The positional displacement is expressed by the relationship Δφm=(double m/d)ΔX, Δφm=phase displacement ΔXdouble phase displacement m: diffraction order, O, I#Lm with a grating pinch of 10ILm.

1.2μmの格子ピ・ンチで200人。200 people with 1.2 μm grid pinch.

の重ね合せ精度か得られる。(文献6.7参照) (欠点) (I)ギャップ変動による位置ずれ信号の影響かきわめ
て多い。文献7の図2に、位置ずれ信号かギャップ変動
(±0.04pm)により大きく影響される様子か示さ
れる。
The overlay accuracy can be obtained. (Refer to Document 6.7) (Disadvantages) (I) The influence of positional deviation signals due to gap fluctuations is extremely high. FIG. 2 of Reference 7 shows how the positional deviation signal is greatly affected by the gap variation (±0.04 pm).

(11) 単色光アライメントのため、回折光強度は薄
膜の定在波効果など、光の干渉現象により大きく影響を
受ける。
(11) Due to monochromatic light alignment, the diffracted light intensity is greatly affected by light interference phenomena such as standing wave effects in thin films.

(m)マークの対称性に依存する(非対称形状格子では
、検出精度が低下する)。
(m) Depends on the symmetry of the mark (detection accuracy decreases with an asymmetrically shaped grating).

■倍ピッチ2重回折格子法 (開発機関)NTT通研 (概WS>従来の2重回折格子法の欠点であったギャッ
プの変動の影響を倍ピツチ回折格子により除去し、ギヤ
ラブ検出用として、従来の)オーカス信号の代りに弔−
回折格子からの回折光強1バ信号を利用する方法である
。(文献8,9.10参照) 文献8には倍ピ・フチ2重回折格子法による検出装置な
PS載したx6アライナーの概要が、また文献9には検
出装置の概要がそれぞれ説明されている。
■Double pitch double diffraction grating method (development organization) NTT Tsuken (General WS) Double pitch diffraction grating eliminates the influence of gap fluctuations, which was a drawback of the conventional double diffraction grating method, and is used for gear love detection. , instead of the conventional) orcus signal.
This method uses a diffracted light intensity signal from a diffraction grating. (Refer to Documents 8, 9 and 10) Document 8 provides an overview of the x6 aligner equipped with a PS, which is a detection device using the double-pitch/edge double diffraction grating method, and Document 9 provides an overview of the detection device. There is.

(欠点) (I)ギャップ依存性は等ピッチ2屯回折格子法に比べ
ればかなり低減されたか、それでも0.1重mオーダー
のギャップ制御か必要とされる。
(Disadvantages) (I) Gap dependence is considerably reduced compared to the equal-pitch 2-ton diffraction grating method, but gap control on the order of 0.1×m is still required.

(II )単色光アライメントであるため、光の干渉問
題から、プロセスによる影響(段差、段差幅、tXII
I!2堆積層)か避けられない0文献10にプロセスの
影響が示されている。
(II) Since it is a monochromatic light alignment, there is a problem of light interference, and the influence of the process (step, step width, tXII
I! 2 deposited layers) or unavoidable 0 process effects are shown in Ref. 10.

(III)回折格子マークの対称性に依存する。(III) Depends on the symmetry of the grating marks.

■回折格子をベアで使用する方法 (開発機関)電総研 O11略)文献11の図面に示されているように、ウェ
ハー側に対になった 回折格子を配置することて、マス
ク・ウェハー間のギャップ変動に位置ずれ検出信【)か
影響されない原理となっている。特徴は文献12に示さ
れているように、(a)2つの回折格子を直接対向させ
ない(b)格子周期を非整数倍にする の2点である。(文献11.12参照)(欠点) (I)単色光アライメントであるため、光の干渉問題か
らプロセスの影響が避けられない。
■Method of using a bare diffraction grating (Development organization) Electric Research Institute O11 (omitted) As shown in the drawing in Reference 11, by placing a pair of diffraction gratings on the wafer side, the gap between the mask and the wafer is The principle is that the positional deviation detection signal () is not affected by fluctuations. As shown in Reference 12, the two characteristics are (a) the two diffraction gratings are not directly opposed, and (b) the grating period is set to a non-integer multiple. (Refer to Documents 11 and 12) (Disadvantages) (I) Since it is a monochromatic light alignment, the influence of the process due to light interference problems cannot be avoided.

(TI )回折格子マークの対称性に依存する。(TI) Depends on the symmetry of the grating marks.

(m)ギャップ依存性は、文fi12に示されている通
り、シュミレーションによるもので、実証されてはいな
い。
(m) As shown in sentence fi12, the gap dependence is based on simulation and has not been demonstrated.

02重フレネルゾーンターゲツト法 (開発機関)Be1.1研 (概略)マスク上に形成した焦点距離fの円形フレネル
ゾーンターゲラ1〜(FZT)とウェハー1−に形成し
た焦点距l1l(ftギャップ)のFZTに、平行なレ
ーザビームを照射し、その時生じる集光スポットの位置
変化を検出することによって、位置とギヤ・ンプを検出
するものである。(文献13参照) (欠点) (I)文1113の表1及び図2に示されているように
、単色光アライメントであるため、光の干渉問題からプ
ロセスの影響が避けられず、十分なS/N比が得られな
かったり、薄膜の定在波効果により膜厚コントロールが
難しくなる。
02 Double Fresnel Zone Targeting Method (Development Institution) Be1.1 Lab (Outline) Circular Fresnel Zone Targeter 1~ (FZT) with focal length f formed on the mask and focal length l1l (ft gap) formed on the wafer 1- The FZT is irradiated with a parallel laser beam, and the position and gear amplifier are detected by detecting the position change of the focused spot that occurs at that time. (Refer to Document 13) (Disadvantages) (I) As shown in Table 1 and Figure 2 of Sentence 1113, since monochromatic light alignment is used, the influence of the process due to light interference cannot be avoided, and sufficient S /N ratio cannot be obtained, and film thickness control becomes difficult due to standing wave effects in thin films.

(II )ギャップ依存性が高い、回折格子法に比べれ
ばギャップ依存性は低いが、ギャップ変動により、フレ
ネル回折により集光したスポットの光強度は変動する。
(II) High gap dependence Although the gap dependence is low compared to the diffraction grating method, the light intensity of the spot focused by Fresnel diffraction varies due to gap variation.

(m)マークの対称性に依存する0円形FZTは一種の
凸レンズと考えることができるので、マークの対称性が
損なわれると、レンズで言う非点収差とかコマ収差に相
当する現象が発生し、検出精度が低下する。
(m) The 0 circular FZT that depends on the symmetry of the mark can be thought of as a kind of convex lens, so if the symmetry of the mark is impaired, a phenomenon equivalent to astigmatism or coma aberration occurs in lenses. Detection accuracy decreases.

(rV)マーク形状が複雑で、プロセス変化に基づくパ
ターン変化がおきやすい。
(rV) The mark shape is complex and pattern changes are likely to occur due to process changes.

(V)フレネル回折で集光された焦点付近に発生ずるス
プリアス像によって、像点の非対称性が発生し位置2(
差となる。
(V) Asymmetry of the image point occurs due to spurious images generated near the focus focused by Fresnel diffraction, and position 2 (
It makes a difference.

■2重円形フレネルゾーンターゲット法(開発機関)M
icronix (概略)アライメント原理は回折光方式の■のBa1l
研のものと同じものを適用しており。
■Double circular Fresnel zone target method (development organization) M
icronix (outline) The alignment principle is the diffraction light method ■Ba1l
The same thing as the lab one is applied.

MicronixにおいてMx−15の商品名でアライ
ナ−に組み込んで販売されている。(文献14参照) (欠点) (I)上記■で述べた欠点をそのまま持ち合せている。
Micronix sells it by incorporating it into aligners under the trade name Mx-15. (Refer to Document 14) (Disadvantages) (I) The disadvantages mentioned in ① above are still present.

(m)′A光光中サーボ制量1システムなっていない。(m)' A servo control system is not set in the light beam.

(■)2次元カメラにて検出しているので高速検出は不
r1(能である。
(■) High-speed detection is impossible because it is detected using a two-dimensional camera.

■リニアフレネルゾーンプレートと回折格子をMlみ合
せた方法 (開発機関)Th、omson−C3F。
■Method of combining a linear Fresnel zone plate and a diffraction grating (development organization) Th, omson-C3F.

Mrcronix NFI略)マスクマークとして透過型のリニア・フレネ
ル・ゾーン・プレート(LFZP)を、ウェハーマーク
としては反射型の線状回折格子を使って位置検出を行な
う。LFZPの焦点距離がマスクとウェハー間のギャッ
プ量に相当するため、垂直方向の位置合せも可能となる
。(文献15.16参照) (欠点) (I ) tn色光をアライメント光に使用しているた
め、光の干渉問題かある。
Position detection is performed using a transmissive linear Fresnel zone plate (LFZP) as a mask mark and a reflective linear diffraction grating as a wafer mark. Since the focal length of the LFZP corresponds to the amount of gap between the mask and the wafer, vertical alignment is also possible. (Refer to Documents 15 and 16) (Disadvantages) (I) Since tn color light is used as alignment light, there is a problem of light interference.

(II )ウェハー4二の回折格子の対称性に検u+ 
2.1度が依存する。
(II) Check the symmetry of the diffraction grating of wafer 42
2.1 degrees depends.

(m)ギャップ依存性が高い。(m) High gap dependence.

(IV)検出を精度上げるためには、S/N比を上げる
必要があり、そのためLFZPと回折格子をマトリック
ス状に配置せざるを得す、マスクの専有面桔が1000
gm平方程度ときわめて広いエリアが必要である。
(IV) In order to improve the detection accuracy, it is necessary to increase the S/N ratio, so it is necessary to arrange the LFZP and the diffraction grating in a matrix, and the exclusive area of the mask is 1000.
An extremely large area of approximately gm square is required.

(V)それらのマーク相互間に高い重ね合せ精度が必要
である。
(V) High overlay accuracy is required between those marks.

以上1回折光によるアライメント方式について、CDか
ら■にわたって個々に説明したが、その中で共通して持
っている聞届である「回折アライメントマークの対称性
に依存する」の点に関して1文献17には、その図2に
示すようなさまざまなプロファイルを持つ回折格子につ
いて、アライメント精度か検討されている。その図2の
うち(e)のプロファイルのような非対称回折格子にお
いては、この文献中の式(3)である、w におけるψ1かゼロでなくなるため、検出精度か低下す
ることが明らかになっている。
The alignment method using diffracted light has been explained individually from CD to ■ above, but regarding the common point that "it depends on the symmetry of the diffraction alignment mark", see Reference 17. The alignment accuracy of diffraction gratings with various profiles as shown in FIG. 2 is being investigated. It has become clear that in an asymmetric diffraction grating like the profile in (e) in Figure 2, the detection accuracy decreases because ψ1 in w, which is equation (3) in this document, is no longer zero. There is.

また1文献18においては、非対称回折格子の補正につ
いて論じており、非対称性を定義するΔから次の式によ
って得られる応答信号Jnから、非対称性を補正するこ
とが回部であることが示されている。
Furthermore, Reference 118 discusses the correction of an asymmetric diffraction grating, and it is shown that the asymmetry is corrected by the rotation part from the response signal Jn obtained from the following equation from Δ which defines the asymmetry. ing.

Jn=In [l+cos2k (x−Δ)・n入/L
i] さらに1文献19には、レジスト膜厚の定在波効果によ
る回折格子の非対称性化について報告されている。
Jn=In [l+cos2k (x-Δ)・n input/L
i] Further, 1 Reference 19 reports on making the diffraction grating asymmetric due to the standing wave effect of the resist film thickness.

(3)ハイブリッド方式(パターン計測方式十回折光方
式) 回折格子とパターン計i1−による2つの方式を織り混
ぜた方式として、ニコンの光ステッパー:N5R150
5G3Aに搭載されているLSA(レーザ・ステ・ンプ
・アライメント)検出装置かある。
(3) Hybrid method (pattern measurement method 10-diffracted light method) Nikon's optical stepper: N5R150 is a method that combines two methods using a diffraction grating and a pattern meter i1-.
There is an LSA (laser stamp alignment) detection device installed in the 5G3A.

(J11略)ウェハー上に回折格子マークを設け、ステ
ージの移動によってビームがアライメントマーク上を通
過した詩、回折光か発生し、その光強度による信号波形
が得られる。これをディテクターで受けた後、A/D変
換し、ディジタル信号として波形メモリーに格納し、波
形プロセッサーによりその中心位置を計測する。検出信
号としては回折格子の光強度を使用し、その波形から位
置を求める処理はパターン計測により波形データの中心
位置を算出している。(ハイブリット化)(文献20参
照) (欠点) (I)単色光アライメントである。
(J11 omitted) A diffraction grating mark is provided on the wafer, and as the stage moves, a beam passes over the alignment mark and diffracted light is generated, and a signal waveform is obtained based on the light intensity. After this is received by a detector, it is A/D converted, stored in a waveform memory as a digital signal, and its center position is measured by a waveform processor. The light intensity of the diffraction grating is used as the detection signal, and the process of determining the position from the waveform calculates the center position of the waveform data by pattern measurement. (Hybridization) (See Reference 20) (Disadvantages) (I) Monochromatic light alignment.

(II )回折格子マークの対称性に依存する。(II) Depends on the symmetry of the grating mark.

(m)検出速度が信号処理系(ディジタル系)に依存す
る。
(m) The detection speed depends on the signal processing system (digital system).

以上、従来のパターン計測方式及び回折光方式の各々が
持つ主な問題点を整理すると第1表のようになる。
Table 1 summarizes the main problems of the conventional pattern measurement method and the diffracted light method.

第1表 従来の方式の問題点 (注)Xが問題点である。Table 1: Problems with conventional methods (Note) X is a problem.

△になる理由: N013のパターン計測の場合、 (1)の■の斜方検出によれば可能であるか、(1)の
■の複Jrit折を利用した2重焦点レンズや、(1)
の■の方式によれば不可部である。
Reason for △: In the case of pattern measurement of N013, it is possible by oblique detection (■) in (1), or by using a bifocal lens using double Jrit folding (■) in (1), or (1)
According to method (■), it is an integral part.

N013のフレネル・ゾーン・プレートの場合。In the case of N013 Fresnel zone plate.

(2)の■のThomson−C3Fによれば、マーク
が大きい(1mmx 1mm)という欠点を持つが一応
可能である。しかし、(2)の(ΦのMicronix
 (Mx−15)によれば、スクラブラインにマークを
設けるので不可部である。
According to (2) (2), Thomson-C3F, it is possible, although it has a drawback that the mark is large (1 mm x 1 mm). However, (2) (Φ Micronix
According to (Mx-15), a mark is provided on the scrub line, so it is an unacceptable part.

No、4のフレネル・ゾーン・プレートの場合、 (2)の■のMicron ix (Mx−5)あるい
は(2)の■のBa1l研のように円形フレネル・ゾー
ン・プレートを用いた場合は、2次元カメラを受光素子
として使用するので、その応答性(30Hz)から高速
検出は不可能である。
In the case of No. 4 Fresnel zone plate, if a circular Fresnel zone plate is used like Micron ix (Mx-5) in (2) ■ or Ba1l lab in (2) ■, 2 Since a dimensional camera is used as a light receiving element, high-speed detection is impossible due to its responsiveness (30 Hz).

[発Illが解決しようとする課題] この発明は、上記の第1表にあげた従来技術の6つの問
題点を解決した新規なアライメント装置を提供しようと
するものである。すなわち、半導体の超高集積化が急ピ
ッチで進む中で、今後量産される16M、64M、25
6Mなどのメモリー素子の生産に使われるシンクロトロ
ン放射光(SOR)などを線源に持つX線アライナ−に
おいて、マスクとウェハーを0.01gmオーダーで位
置検出rf(能なアライメント装置を提供しようとする
ものである。 現在使用されている光ステラパー及びX
線アライナ−におけるアライメント方式は、(0パター
ン計°側法(コントラスト法、エツジ検出法)、■回折
光を利用した方式の2つに大別される。各々の方式にお
いてはそれぞれ長所短所があり優劣はつけがたいが、こ
の発IJIIは、■と■の長所を融合させたパイプリッ
トなアライメント方式を採用した位置検出装置を提供す
ることを目的としている。
[Problems to be solved by the present invention] The present invention aims to provide a novel alignment device that solves the six problems of the prior art listed in Table 1 above. In other words, as the ultra-high integration of semiconductors progresses at a rapid pace, 16M, 64M, and 25M will be mass-produced in the future.
In an X-ray aligner that uses synchrotron radiation (SOR) as a radiation source, which is used in the production of memory devices such as 6M, we are trying to provide an alignment device that can detect the position of masks and wafers on the order of 0.01 gm. Currently used optical Stellar Per and X
Alignment methods for line aligners are broadly divided into two types: (0-pattern measurement method (contrast method, edge detection method), and method using diffracted light.Each method has its own advantages and disadvantages. Although it is difficult to say which is better or worse, the purpose of this IJII is to provide a position detection device that uses a pipe-lit alignment method that combines the advantages of (1) and (2).

[課題を解決するための手段] この発明の位置検出装置は、xVj露光光の光軸方向に
微小距離離間した第一の物体と第二の物体の光軸に直交
する方向の相対位置を検出する位置検出装置であって、
各物体上にリニアフレネルゾーンプレート(LFZP)
からなるアライメントマークを設け、これらLFZPを
同一方向から同時に複数の波長の光により照明するよう
に照明装置を構成し、上記り、FZPの波長ごとに位置
の異なる回折焦点にその波長の焦点か一致するような色
収差を有する対物レンズを備え、」−記対物レンズによ
って同一結像面上に重ね合せて結像された上記LFZP
の直線状の回折焦点像を、その長手方向に対して直角な
方向に1次元走査して電気信号に変換するリニアセンサ
ーを上記結像面上に備え、上記直線状の回折焦点像をそ
の長手方向に圧縮して上記リニアセンサー上に結像する
ように。
[Means for Solving the Problems] A position detection device of the present invention detects the relative position of a first object and a second object in a direction orthogonal to the optical axis, which are separated by a small distance in the optical axis direction of xVj exposure light. A position detection device,
Linear Fresnel Zone Plate (LFZP) on each object
The illumination device is configured to simultaneously illuminate these LFZPs with light of multiple wavelengths from the same direction, and as described above, the focus of that wavelength is aligned with the diffraction focus located at a different position for each wavelength of the FZP. The above-mentioned LFZP is provided with an objective lens having a chromatic aberration such that
A linear sensor is provided on the imaging plane for one-dimensionally scanning the linear diffraction focal image in a direction perpendicular to its longitudinal direction and converting it into an electrical signal, and so that it is compressed in the direction and imaged onto the above linear sensor.

シリンドリカルレンズを上記対物レンズと上記リニアセ
ンサーの間に配置し、上記リニアセンサーから得られた
信号を処理することにより上記各アライメントマークの
位置を検出する手段を有する複波長照明を用いたダブル
リニアフレネルゾーンプレートによる位置検出装置であ
る。
Double linear Fresnel using multi-wavelength illumination having means for detecting the position of each of the alignment marks by arranging a cylindrical lens between the objective lens and the linear sensor and processing signals obtained from the linear sensor. This is a position detection device using a zone plate.

第一の物体のアライメントマークとしては単一のLFZ
Pを用い、第二の物体のアライメントマークとして一対
のLFZPを用い、第一の物体の単一のLFZPを第二
の物体の一対のLFZPの間に入るような配置とすると
都合かよい。
A single LFZ as the alignment mark of the first object
It is convenient to use a pair of LFZPs as alignment marks for the second object, with a single LFZP of the first object positioned between the pair of LFZPs of the second object.

第一の物体はマスクであり、第二の物体はウェハーであ
り、ウェハーのアライメントマークの回折光及び入射光
か通るマスク部分に透明なウィンドウ領域を設けること
が現実的である。
The first object is a mask, the second object is a wafer, and it is practical to provide a transparent window area in the mask portion through which the diffracted light and incident light of the alignment mark on the wafer pass.

照明装置及び対物レンズを、第一物体アライメントマー
ク及び第二物体アライメントマークの左右肩上方の対向
する位置に配置し、これらアライメントマークに立てた
垂線に対して、照明装置の入射角が対物レンズを含む検
出光学系の検出角に等しくなるように配置することによ
って1本発明の位置検出装置をX線露光領域外に配置す
ることができる。
The illumination device and the objective lens are arranged at opposite positions above the left and right shoulders of the first object alignment mark and the second object alignment mark, and the incident angle of the illumination device is such that the incidence angle of the illumination device is such that the objective lens The position detection device of the present invention can be placed outside the X-ray exposure region by arranging it so that the detection angle is equal to the detection angle of the detection optical system.

リニアセンサーから得られた信号を処理して上記各アラ
イメントマークの位置を検出する手段が相似性パターン
マツチング処理を行なう手段であると、高精度の位l検
出が回部である。
If the means for processing the signals obtained from the linear sensor and detecting the positions of the alignment marks is means for performing similarity pattern matching processing, highly accurate position detection is performed.

[作  用] 各物体上に設けられたLFZPを複数の波長の光で同時
に照明すると、これら波長に応じて焦点距離の異なる位
置にLFZPの回折焦点が形成される。各波長の光に対
して、両物体のLFZPの回折焦点が同一焦点面上に位
にするように、各LFZPの焦点距離は選ばれる。各波
長の回折焦点面に対物レンズをその波長の焦点が一致す
るように、色収差を有する対物レンズか配置され、各波
長の回折焦点像はこの対物レンズによって同一結像面上
に重ね合せて結像される。同一結像面」二に重ね合せて
結像された各LFZPの直線状の回折焦点像は、上記結
像面上に配置されたリニアセンサーによって、その長平
方向に対して直角な方向に1次元走査されて電気信号に
変換される。この際、上記対物レンズと上記リニアセン
サーの間に配置されたシリンドリカルレンズによって、
上記直線状の回折焦点像はその長平方向に圧縮して上記
リニアセンサー上に結像される。上記リニアセンサーか
ら得られた信号は処理されて上記各アライメントマーク
の位置が検出され、両者はアライメントされる。
[Function] When the LFZP provided on each object is simultaneously illuminated with light of a plurality of wavelengths, diffraction focal points of the LFZP are formed at positions with different focal lengths depending on the wavelengths. The focal length of each LFZP is chosen so that the diffraction focal points of the LFZPs of both objects are located on the same focal plane for each wavelength of light. An objective lens with chromatic aberration is arranged so that the focal point of each wavelength coincides with the diffraction focal plane of each wavelength, and the diffraction focal images of each wavelength are superimposed and focused on the same imaging plane by this objective lens. imaged. The linear diffraction focal images of each LFZP, which are superimposed and formed on the same imaging plane, are one-dimensionally transformed in a direction perpendicular to the long plane direction by a linear sensor placed on the imaging plane. It is scanned and converted into an electrical signal. At this time, a cylindrical lens placed between the objective lens and the linear sensor allows
The linear diffraction focal image is compressed in its long plane direction and formed on the linear sensor. The signals obtained from the linear sensor are processed to detect the position of each alignment mark, and the two are aligned.

[実 施 例] 以下、第1図から第17図を参照にして、この発明の複
波長照明を用いたタプルリニアフレネルゾーンプレート
による位を検出装置の構成と作用を説明する。第1図は
マスク及びウェハーに対して本発明の位置検出装置を適
用する場合の側面概略図であり、第2図はそのに面概略
図である。数10pmのギャップ18をもって重ね合さ
れたウェハー15とマスク14の左右斜め上方には照1
51光学装置5と検出光学装置10が対向する位置に配
置される。照IJJ光学装置5の光軸のマスク14又は
ウェハーの法線に対する詔入射照明角度19と検出光学
装211Oの光軸の斜方検出角度20とは等しく、通常
はlO°〜45″の範囲内から選択される(図の場合は
25°)6本発明においては、このように、照明光と検
出光をマスク及びウェハーに対して傾けることにより、
X線露光領域13内にあるアライメントマーク16(マ
スク)、17(ウェハー)を照明光学装置5、検出光学
装置lOを動かずことなく検出できるようにするもので
ある。このことは、特にfjS2図を参照にするとIJ
I瞭である。検出光学装置10は、露光領域13の光路
外に設けられているため、露光中もアライメントマーク
16(17)を検出することがてき、また、検出光学装
置10をアライメント毎に動かす必要がないので高スル
ープツトか可能となる。
[Example] Hereinafter, with reference to FIGS. 1 to 17, the configuration and operation of a position detection device using a tuple linear Fresnel zone plate using dual wavelength illumination according to the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic side view when the position detection device of the present invention is applied to a mask and a wafer, and FIG. 2 is a schematic side view thereof. A light beam 1 is placed diagonally above the left and right sides of the wafer 15 and the mask 14, which are stacked with a gap 18 of several tens of pm.
51 optical device 5 and detection optical device 10 are arranged at opposing positions. The incident illumination angle 19 of the optical axis of the illuminating IJJ optical device 5 with respect to the normal line of the mask 14 or the wafer and the oblique detection angle 20 of the optical axis of the detection optical device 211O are equal, and are usually within the range of 10° to 45''. (25° in the case of the figure) 6 In the present invention, by tilting the illumination light and the detection light with respect to the mask and the wafer in this way,
This allows the alignment marks 16 (mask) and 17 (wafer) within the X-ray exposure area 13 to be detected without moving the illumination optical device 5 and the detection optical device 10. This is especially true when referring to the fjS2 diagram.
It's obvious. Since the detection optical device 10 is provided outside the optical path of the exposure area 13, it can detect the alignment marks 16 (17) even during exposure, and there is no need to move the detection optical device 10 for each alignment. High throughput is possible.

さて、照明光学装置5は、第1図においてはレーザー光
を使用しているが、他の照明光でも半値幅の狭い輝線が
得られるものであれば種類は問わない。第1図の場合、
レーザーlからのIJj!、長入、のレーザー光とレー
ザー3からの波長入2のレーザー光(入、〉入2)とを
、ヒ′−ムスブリッター2て合成してミラー4で斜下方
へ平行光として反射させて照明を行なっている。検出光
学装置10は軸上色収差を有する対物レンズ9を備えて
おり、この対物レンズ9が波長入、と入、の光では異な
る焦点距離を有しているために、異なる物体位置にある
波長入、の光の物点と波長入2の光の物点とを同じ像点
位はに重ね合わせて結像てきること(後述)を利用して
、リニアフレネルゾーンプレート(LFZP)からなる
マスク14のアライメントマーク16とウェハー15の
アライメントマーク17の波長入1、入2の光によって
位置の異なる焦点(直線状の焦点)を対物レンズ9の入
、の光の焦点と入、の光の焦点に一致させ。
Although the illumination optical device 5 uses laser light in FIG. 1, any other type of illumination light may be used as long as it can provide an emission line with a narrow half-width. In the case of Figure 1,
IJj from laser l! , long input, and laser beam with wavelength input 2 from laser 3 (input, 〉input 2) are combined by a heme splitter 2 and reflected obliquely downward by a mirror 4 as parallel light. I'm doing the lighting. The detection optical device 10 includes an objective lens 9 having axial chromatic aberration, and since this objective lens 9 has different focal lengths for wavelength input and input light, the wavelength input at different object positions By using the fact that the object point of the light of , and the object point of the light of wavelength input 2 are superimposed and formed at the same image point position (described later), a mask 14 made of a linear Fresnel zone plate (LFZP) is formed. The focal points (linear focal points) at different positions depending on the wavelengths 1 and 2 of the alignment mark 16 of the alignment mark 16 of the wafer 15 and the alignment mark 17 of the wafer 15 are the focus of the light of the objective lens 9 and the focus of the light of the wafer 15. Match.

対物レンズ9とリレーレンズ8によって図のY方向に細
長い検出領域を有するリニアセンサー6上に重ね合わせ
て結像させるようになっている。なお、リレーレンズ8
は必ずしも必要ではない、リレーレンズ8とリニアセン
サー6の間には、i1図の平面内に位置し、検出光学系
10の光軸に直交する直線状のマーク16.17の焦点
をこの直線方向に圧縮してリニアセンサー6上に結像さ
せるシリンドリカルレンズ7(後述)が配置されており
、高速検出を可能にしている。リニアセンサー6からの
検出信号は後述する信号処理がほどこされ、アライメン
トマーク16のY方向の位置とアライメントマーク17
のY方向の位置がそれぞれ検出される。以下、マスク1
4.ウェハー15面上のアライメントマーク16.17
、対物レンズ9.シリンドリカルレンズ7、リニアセン
サー6からの信号の処理等について詳しく説明する。
The objective lens 9 and the relay lens 8 form an image superimposed on a linear sensor 6 having a long and narrow detection area in the Y direction in the figure. In addition, relay lens 8
is not necessarily required, but a linear mark 16, 17 is located between the relay lens 8 and the linear sensor 6, and is located within the plane of Figure i1, and is perpendicular to the optical axis of the detection optical system 10. A cylindrical lens 7 (described later) is arranged to compress the image and form an image on the linear sensor 6, thereby enabling high-speed detection. The detection signal from the linear sensor 6 is subjected to signal processing, which will be described later, to align the position of the alignment mark 16 in the Y direction and the alignment mark 17.
The respective positions in the Y direction are detected. Mask 1 below
4. Alignment mark 16.17 on wafer 15 side
, objective lens 9. Processing of signals from the cylindrical lens 7 and the linear sensor 6 will be explained in detail.

まず、マスク14のアライメントマーク(マスクマーク
)16とウェハー15のアライメントマーク17につい
て第3図を参照にして説明する。マスクマーク16、ウ
ェハーマーク17とも第1図のX方向に直線上の縞(ゾ
ーン)を有するリニアフレネルゾーンプレート(LFZ
P)からなっている。
First, the alignment mark (mask mark) 16 on the mask 14 and the alignment mark 17 on the wafer 15 will be explained with reference to FIG. Both the mask mark 16 and the wafer mark 17 are linear Fresnel zone plates (LFZ) having straight stripes (zones) in the X direction in FIG.
It consists of P).

第4図に示すように、一般に、LFZP23はその縞方
向に平行(図ではX方向)な直線状の焦点24(フレネ
ル焦点)を有するもので、その焦点距離は波長に依存し
て異なる0通常の円形フレネルゾーンプレートにおいて
は平行に入射した光束が円錐状に点状の焦点に集光する
が、LFZPにおいては縞に直交する断面(y−z面)
内でのみ焦点に集光し、縞に平行な断面(X−Z面)内
においては回折を受けずに平行光のまま反射(透過)す
ることになるため、直線状の焦点24となる。円形フレ
ネルゾーンプレートは球面からなる凸レンズと同様の作
用をするが、LFZPは凸のシリンドリカルレンズと同
様の作用をすると理解することができる。
As shown in Fig. 4, the LFZP 23 generally has a linear focal point 24 (Fresnel focal point) parallel to the stripe direction (X direction in the figure), and the focal length varies depending on the wavelength. In the circular Fresnel zone plate, the parallel incident light beam is condensed into a conical point focal point, but in the LFZP, the beam is focused in a cross section perpendicular to the fringes (y-z plane).
The focal point 24 is a straight line because the light is focused on the focal point only within the stripe, and is reflected (transmitted) as parallel light without undergoing diffraction within the cross section (X-Z plane) parallel to the stripes. It can be understood that the circular Fresnel zone plate functions similarly to a convex lens made of a spherical surface, while the LFZP functions similarly to a convex cylindrical lens.

さて、第3図にもどると、ウェハー15上には、図に示
すように、LFZPからなるウェハーマーク17がY方
向に所定圧611れて一対設けられている。マスク14
1−には、LFZPからなるマスクマーク16か2つの
ウェハーマーク17の中間に設けられている。マスク1
4J−には、ウェハーLFZP17からの回折光か透過
できるように、ウェハーLFZP 17上の対応位置に
透Illなマスクウィンドウ22が用意されている。な
お、ウェハーマーク17は、レジストやその他の薄膜に
より15上に形成されている。
Now, returning to FIG. 3, a pair of wafer marks 17 made of LFZP are provided on the wafer 15 at a predetermined pressure 611 in the Y direction, as shown in the figure. mask 14
1-, a mask mark 16 made of LFZP is provided between two wafer marks 17. mask 1
4J-, a transparent mask window 22 is provided at a corresponding position on the wafer LFZP 17 so that the diffracted light from the wafer LFZP 17 can pass therethrough. Note that the wafer mark 17 is formed on the wafer mark 15 using resist or other thin film.

このようなマスク14とウェハー15を第5図、第6図
に示すように、ギャップ18(pm)たけ離して重ね合
わせ1.第1図に示すように波長入、とλ、の光で同蒔
に!Ki射すると、マスクマーク16、ウェハーマーク
17のそれぞれについて、入射波長λ8.入2の光によ
るフレネル回折が起き、各波長の光により、2つの焦点
面が形成される。マスクLFZP l 6の焦点距離f
mとウェハーLFZP l 7の焦点距#fwとは、ギ
ャップ18分(6gm)だけ異なるように選択する(δ
=fw−fm)、LFZPの焦点距離は波長によって異
なるので1図示したように、波長入。
As shown in FIGS. 5 and 6, the mask 14 and the wafer 15 are stacked 1. with a gap 18 (pm) apart. As shown in Figure 1, the same wavelength of light and λ are used! Ki, each of the mask mark 16 and wafer mark 17 has an incident wavelength λ8. Fresnel diffraction occurs due to the incident light, and two focal planes are formed by the light of each wavelength. Focal length f of mask LFZP l 6
m and the focal length #fw of the wafer LFZP l 7 are selected to differ by a gap of 18 minutes (6 gm) (δ
=fw-fm), the focal length of LFZP differs depending on the wavelength, so as shown in Figure 1, the wavelength input.

の光の焦点面は符号25の面に、波長入、の光の焦点面
は符号26の面に形成される(入、〉入2)、LFZP
16と17の焦点距離f m 。
LFZP
16 and 17 focal length f m .

fwともδに比較して大きく選択されるので1両者の波
長入、、入2の光の各焦点面は、δ=fw−fmの関係
から、図示のように相互に一致すると考えてよい、そし
て、マーク16.17によるx−Z平面における焦点面
25.26 (焦点はこの平面内で直線状となる)はi
f図の入射角、検出角0があまり大きくない範囲ににお
いて、第6図に示すように検出光学系の光軸に対して垂
直な面と考えてよい。なお、マスクマーク(LFZP)
16の各波長入1.入2の光によるフレネル回折は次式
で表わされる。
Both fw and fw are selected to be large compared to δ, so it can be considered that the focal planes of the wavelengths of both input and input lights coincide with each other as shown in the figure, from the relationship δ = fw - fm. Then, the focal plane 25.26 in the x-Z plane due to mark 16.17 (the focal point is straight in this plane) is i
In the range where the incident angle and detection angle 0 in diagram f are not very large, it can be considered as a plane perpendicular to the optical axis of the detection optical system as shown in FIG. In addition, the mask mark (LFZP)
16 wavelengths included 1. Fresnel diffraction due to the input light is expressed by the following equation.

(波長入、の光について) (波長λ2の光について) 同様に、ウェハーマーク(LFZP)17の各波長入、
、入2によるフレネル回折は次式で表わされる。
(Regarding the light at the wavelength input) (Regarding the light at the wavelength λ2) Similarly, each wavelength input of the wafer mark (LFZP) 17,
, Fresnel diffraction due to input 2 is expressed by the following equation.

(波長入、の光について) (波長入、の光について) 上記式(1)〜(4)において。(About wavelength input light) (About wavelength input light) In the above formulas (1) to (4).

γ工:マスクLFZPのm次のゾーンエツジの中心から
の距離 γ工:ウエハーLFZPのm次のゾーンエツジの中心か
らの距離 fl:マスクLFZPの波長λ1の光の焦点距離 f8□:マスクLFZPの波長入2の光の焦点距離 f wl:ウェハーLFZPの波長入、の光の焦点距離 f w* :ウエハーLFZPの波長入2の光の焦点距
離そして、波長入、と入2の光で同時に照射する時、λ
、の光と入2の光は相互にインコヒーレント光となるの
で、波長間の干渉の聞届は全く起らない、この性質はこ
の発す1においては重要である。
γ: Distance from the center of the m-th zone edge of the mask LFZP γ: Distance from the center of the m-th zone edge of the wafer LFZP fl: Focal length of light with wavelength λ1 of the mask LFZP f8□: Wavelength input of the mask LFZP Focal length of 2nd light f wl: Focal length of wafer LFZP's wavelength input light, f w*: Focal length of wafer LFZP's wavelength input 2nd light, and when irradiating with wavelength input and input 2 light at the same time ,λ
Since the light of , and the light of input 2 become mutually incoherent light, there is no audible interference between wavelengths, and this property is important in this emission 1.

次に、第1図の色収差を利用した2爪無点検出系12に
ついて説明する。この検出系の基本的なものは本出願人
によってすでに出願されているものであり(特願昭62
−196174号参照)、まずこれを第7図を用いて説
明すると、対物レンズObは波長の異なる光線に対し色
収差を有し、例えばg線(入=435nm)、e線(入
;546nm)の2種の光線に対し異なる焦点距離をも
っている。したかって、同一物点上にあるマークをg線
の光を使用して結像させた像点とe線の光を使用したと
きに生ずる像点は異なることになる。
Next, the two-claw pointless detection system 12 using chromatic aberration shown in FIG. 1 will be explained. The basics of this detection system have already been filed by the applicant (Japanese Patent Application No. 1983).
First, to explain this using Fig. 7, the objective lens Ob has chromatic aberration for light rays of different wavelengths, for example, for g-line (input = 435 nm) and e-line (input; 546 nm). The two types of rays have different focal lengths. Therefore, the image point formed when a mark on the same object point is imaged using g-line light is different from the image point formed when e-line light is used.

例えば、開口数NA=0.4、倍率n=1o倍の対物レ
ンズObの焦点距離はe線2g線の光に対しそれぞれF
e=12.5mm、Fg=12゜741mmとなり、物
点距離Sを13.75mmとしたときに生ずる像点距離
S ”はそれぞれS″g= 137.5mm、S” e
= 137,615mmとなる。このような対物レンズ
Obを使用して微小間隔δ敲れた物点、例えばマスクM
AとウェハーWAが図に示すようにそれぞれ光軸J二M
For example, the focal length of objective lens Ob with numerical aperture NA=0.4 and magnification n=1o is F for e-line and 2g-line light, respectively.
e = 12.5 mm, Fg = 12°741 mm, and the image point distance S'' that occurs when the object distance S is 13.75 mm is S''g = 137.5 mm, S'' e
= 137,615mm. Using such an objective lens Ob, an object point with a minute interval δ, for example, a mask M
A and wafer WA are respectively on the optical axis J2M as shown in the figure.
.

M′にあるとすると、gIIa、 eilaの光の焦点
距離Fg、F’sが異なるため、2つの光線によるマス
クMA上のマークの像はり、B点に生じ、ウェハーW 
A J−のマークの像はB、C点にそれぞれ生じること
になる。つまり対物レンズ系の色収差によってB点には
マスクMA上のマークとウェハーWA上のマークの像か
同一位置に生じている。ただし、マスクMA上のマーク
はgIIaの光により形成された像であり、ウェハーW
A上のマークはe線の光により形成された像である。
Since the focal lengths Fg and F's of the lights gIIa and eila are different, the image of the mark on the mask MA by the two light beams is formed at point B, and the wafer W
The images of the marks A, J- are generated at points B and C, respectively. That is, due to the chromatic aberration of the objective lens system, the images of the mark on the mask MA and the mark on the wafer WA are formed at the same position at point B. However, the mark on the mask MA is an image formed by gIIa light, and the mark on the wafer W
The mark on A is an image formed by e-line light.

今、B点に例えばテレビカメラ等の検出系を置いて観察
すると、マスクMA上のマークとウェハーWA上のマー
クを同時に観察することができるが1色収差のためにそ
れぞれにじみの像を伴って観察される。このにじみの像
をg線の光をカウトしてe線の光を透過するフィルタお
よび逆にg線の光を透過しe線の光をカットするフィル
タを組み合わせたフィルタ(パターンバリアフィルター
と称する)を使用することにより、それぞれの色収差に
にじみを除去することによって同一のB点においてそれ
ぞれ異なった位置におけるマスクとウェハー上のアライ
メントマークの像を観察することが可能となる(4¥開
閉62−196174号参照)。
Now, if you place a detection system such as a television camera at point B and observe it, you will be able to observe the marks on the mask MA and the marks on the wafer WA at the same time, but due to monochromatic aberration, each will be observed with a blurred image. be done. This blur image is filtered using a combination of a filter that blocks G-line light and transmits E-line light, and a filter that transmits G-line light and cuts E-line light (referred to as a pattern barrier filter). By using , it is possible to observe the images of the alignment marks on the mask and wafer at different positions at the same point B by removing blurring due to each chromatic aberration (4 yen open/close 62-196174 (see issue).

以上が先願発明の内容であるが、この発明で使用する対
物レンズは、このように色収差を積極的に生じさせ、か
つ収差をよく補正した色収差対物レンズである。以下、
その光学系スベウクの一例を第2表に示す。
The above is the content of the prior invention, and the objective lens used in the present invention is a chromatic aberration objective lens that actively generates chromatic aberration in this way and is well corrected for the aberration. below,
An example of the optical system is shown in Table 2.

(以下余白) 2      スベ ク(対物レンズ。(Margin below) 2           (objective lens)

フィールドレンズ、リレーレンズを含む)この発IJ1
において、使用する対物レンズ9は第7図に示した対物
レンズObと同様な性質を有するもので、第5図の波長
λ1の光の焦点面25を第7図のMの位置に、波長λ2
の光の焦点面26をi7図のM″の位置に配置すると、
第7図のBの位置には、LFZP16,17の波長λ、
の光の焦点像と波長入、の光の焦点像が重なって結像さ
れる。これを第8図を用いて説明すると、アライメント
マーク16、.17の波長入、の光による回折焦点面2
5と波長入2の光による回折焦点面26は対物レンズ9
の波長入、、λ2の光に対する2重焦点面と位置関係が
完全に一致するように配置されている。したがって、両
方の焦点面25と26は対物レンズ9とリレーレンズ8
を通ってリニアセンサー6上に重ね合わされて結像する
(including field lens and relay lens) This IJ1
In this case, the objective lens 9 used has the same properties as the objective lens Ob shown in FIG. 7, and the focal plane 25 of the light with the wavelength λ1 in FIG.
When the focal plane 26 of the light is placed at the position M'' in Figure i7,
At the position B in FIG. 7, the wavelength λ of LFZP16, 17,
The focal image of the light at the wavelength and the focal image of the light at the input wavelength are overlapped to form an image. To explain this using FIG. 8, the alignment marks 16, . Diffraction focal plane 2 due to light with 17 wavelengths input
5 and the diffraction focal plane 26 of the light with the wavelength input 2 is the objective lens 9.
It is arranged so that the positional relationship perfectly matches the bifocal plane for light having a wavelength of input, .lambda.2. Therefore, both focal planes 25 and 26 are aligned with the objective lens 9 and the relay lens 8.
The image passes through the linear sensor 6 and is superimposed on the linear sensor 6 to form an image.

この様子をさらに第9図を用いて説明する0図の(a)
はマスクマーク16及びウェハーマーク17からの波長
入、の光の焦点面25における回折光強成分IH3を示
しており、波長λ1の光のブ、に点画25は当然のこと
ながら波長入、の光によるフレネル焦点なので、波長λ
、の光による回折光強度31がピークを示す、一方、波
長入2の光による回折光は、その焦点から遠く離れてい
る(ギャップ8gm分)ため、その光強度32は大変弱
く1図中で点線で示すように、低くなだらかな光強度分
布となる。図の(b)はマスクマーク16及びウェハー
マーク17からの波長λ2の光の焦点面26における回
折光強度分布を示しており、入、の光の焦点面26は入
、の光のフレネル焦点なので、入、の光による回折光強
度31’がピークとなる。一方、波長入、の光による回
折光は、その焦点から遠く離れているため、その光強度
32′は大変弱く、図中て実線で示すように低くなだら
かな光強度分布となる。図の(c)はマスクマーク及び
ウェハーマークからの波長入、と波長入、の光による回
折光の結像面6での光強度分布を示しており、結像面6
での光強度分布は、各波長による光がインコヒーレント
で互いに干渉することはないため、基本的に波長入、と
波長λ2の光の焦点面での光強度の和31”、32”と
して得られる。すなわち、光強度は、(結像面6におけ
る回折光強度)= の加算として表現されるので、この加算のため、リニア
センサー6からt’Jられるアライメント信号として使
用するピーク信号のゲインは2倍に増幅されることにな
り、S/N比も改善される。
This situation is further explained using Fig. 9 (a) in Fig. 0.
shows the strong diffracted light component IH3 at the focal plane 25 of the light at the wavelength input from the mask mark 16 and the wafer mark 17, and the stipple 25 in the beam of the light with the wavelength λ1 is of course the light at the wavelength input. Since the Fresnel focus is due to the wavelength λ
The diffracted light intensity 31 due to the light of wavelength 2 shows a peak.On the other hand, the diffracted light due to the light of wavelength 2 is far away from its focal point (gap of 8 gm), so its light intensity 32 is very weak, as shown in Figure 1. As shown by the dotted line, the light intensity distribution is low and gentle. (b) of the figure shows the diffracted light intensity distribution at the focal plane 26 of the light of wavelength λ2 from the mask mark 16 and the wafer mark 17, and since the focal plane 26 of the incident light is the Fresnel focal point of the incident light, The intensity 31' of the diffracted light due to the incident light is the peak. On the other hand, since the diffracted light due to the wavelength input light is far away from its focal point, its light intensity 32' is very weak, resulting in a low and gentle light intensity distribution as shown by the solid line in the figure. (c) of the figure shows the light intensity distribution at the imaging surface 6 of the diffracted light due to the wavelength input light and the wavelength input light from the mask mark and the wafer mark.
Since the light of each wavelength is incoherent and does not interfere with each other, the light intensity distribution at It will be done. In other words, the light intensity is expressed as the addition of (diffracted light intensity at the imaging plane 6) = Because of this addition, the gain of the peak signal used as the alignment signal obtained by t'J from the linear sensor 6 is doubled. As a result, the S/N ratio is also improved.

次に、第1図、 tJS8Lilfにおけるシリンドリ
カルレンズ7の作用を説明する。色収差を利用した2干
魚点検出系12て拡大されたマスクマーク16とウェハ
ーマーク17のフレネル回折j、1%点像を2次元カメ
ラで検出すると、カメラの検出速度か30Hzのため、
それ以上に検出速度を一1二げることが困難である。そ
の上、焦点像か第81′AにおいてX方向に延びる直線
であるり、ディジタル的なラスター圧縮処理も必要とな
るため、処理速度は大きく低下する。そこで、2次元カ
メラの代りに1次元カメラ、すなわち、CCD等からな
るリニアセンサー6でこの焦点像を検出するようにする
と、検出速度を10にHz前後まで飛躍的に高めること
かできる。リニアセンサー6を焦点の直線に直交する方
向(Y方向)に配置したため、直線との焦点像は一部し
かリニアセンサー6によって検出されない、そこで、X
方向に伸びる直線4.1.%点像をX方向に圧縮するシ
リンドリカルレンズ7を用いてより有効に焦点像を検出
できるようにする。
Next, the action of the cylindrical lens 7 in tJS8Lilf shown in FIG. 1 will be explained. When the Fresnel diffraction j and 1% point images of the enlarged mask mark 16 and wafer mark 17 are detected by a two-dimensional camera using the two-drying point detection system 12 using chromatic aberration, the detection speed of the camera is 30 Hz, so
It is difficult to increase the detection speed beyond that. Furthermore, since the focused image is a straight line extending in the X direction in the 81'A, and digital raster compression processing is also required, the processing speed is greatly reduced. Therefore, if this focal image is detected with a one-dimensional camera, that is, a linear sensor 6 made of a CCD or the like, instead of a two-dimensional camera, the detection speed can be dramatically increased to around 10 Hz. Since the linear sensor 6 is arranged in the direction perpendicular to the focal line (Y direction), only a part of the focal image with the straight line is detected by the linear sensor 6.
A straight line extending in the direction 4.1. A cylindrical lens 7 that compresses a point image in the X direction is used to enable more effective detection of a focused image.

この点を第101%を用いて説IJIする。この図にお
いては、LFZPの1つを例にとって示してあり、対物
レンズ9は省略しである。LFZP16又は17の縞と
直交する方向(Y方向)に母線を有するシリンドリカル
レンズ7を配置することによって、LFZP16又は1
7のX方向に延びる直線状の焦点の光強度分布33をX
方向に圧縮すると、符号34で示したような分布になり
、全ての光をY方向に配置したリニアセンサー6に入射
させることができる。シリンドリカルレンズ7のX方向
の圧縮率を10とすると、シリンドリカルレンズ7を用
いない場合に比べて光量は10倍になり、そのため信号
強度は基本的に10倍になるので、十分な信号強度か得
られることになる。また、シリンドリカルレンズ7を用
いることで、ディジタル的に行なっていたラスター圧縮
を光学的に行なわせることかでき、実質上ラスター圧縮
時間はゼロになり、ラスター圧縮と信り検出に要する検
出速度は1OKHz前後と極めて高速化される。その上
、ラスクー走査においてlシ入する不必要な白色雑音成
分も低減され、結果として高S/N比が得らえることに
なる。
I will explain this point using the 101st percentile. In this figure, one LFZP is shown as an example, and the objective lens 9 is omitted. By arranging the cylindrical lens 7 having a generatrix in the direction (Y direction) perpendicular to the stripes of LFZP16 or 17,
The light intensity distribution 33 of the linear focal point extending in the X direction of 7 is
When compressed in the direction, the distribution becomes as shown by reference numeral 34, and all the light can be made incident on the linear sensor 6 arranged in the Y direction. If the compression ratio of the cylindrical lens 7 in the It will be done. Furthermore, by using the cylindrical lens 7, raster compression that was previously performed digitally can be performed optically, and the raster compression time becomes virtually zero, and the detection speed required for raster compression and reliability detection is 1 OKHz. It becomes extremely fast forward and backward. Moreover, unnecessary white noise components introduced in the Lasque scan are also reduced, resulting in a high S/N ratio.

なお、以上のシリンドリカルレンズを用いる点について
は、本出願人によって「アライメントマークの位置検出
装置」 (1願11/+ 63−63921号)として
出願済みである。
Regarding the use of the above-mentioned cylindrical lens, the present applicant has filed an application as "Alignment mark position detection device" (No. 1, No. 11/+63-63921).

次に、リニアセンサー6によって得られた信りを処理し
て位置検出を行なう信−)処理方法について説明する。
Next, a signal processing method for processing the signal obtained by the linear sensor 6 to detect the position will be described.

その1つの方法として相似性パターンマツチング手法が
ある(同一出願人による1願II/162−24319
4号参照) 、 ;:(1)方?Ji<:k、第11図
(a)に示すように、同じ形の2つのマークを所定間隔
離して配置し、これをマークの間隔方向へ走査して同図
(b)に示すような入力画像信号V(j)をli、;:
0)A力ii!if’l信号V(j)を微分して同図(
c)のようなエツジ抽出信号V′(j)を求め、次の式
(5)で定義される自己相関関数A (W、P、R)を
求める。
One method is the similarity pattern matching method (application II/162-24319 filed by the same applicant).
(See No. 4) ;: (1)? Ji<:k, as shown in Fig. 11(a), two marks of the same shape are placed at a predetermined distance apart, and this is scanned in the direction of the mark spacing to generate an input as shown in Fig. 11(b). The image signal V(j) is li;:
0) A power ii! The if'l signal V(j) is differentiated and the same figure (
The edge extraction signal V'(j) as shown in c) is obtained, and the autocorrelation function A (W, P, R) defined by the following equation (5) is obtained.

−P V’(j+w)  ・・・・ (5) ここで、P:相関区間の開始点 R:相関区間 W:左右パターンの幅 V’  (j):画素jにおける画像 人力値V(j)の1 次微分イ1 第11図(a)のマーク間の距離は、A (W。-P V'(j+w)...(5) Here, P: starting point of the correlation interval R: Correlation interval W: Width of left and right pattern V' (j): Image at pixel j 1 of human power value V(j) Order differential a1 The distance between the marks in FIG. 11(a) is A (W).

P、R)が最大値を取るW、と27fr[」を取るw2
の中間に存在する。
P, R) take the maximum value W, and w2 take 27fr[''
exists in between.

従来のパターンマツチング法による中心位置検出方法に
おいては、第11図(a)における各マークの対称性を
前提としているが、例えば半導体処理プロセスの影響で
その対称性は簡単に崩れてしまい、そのため中心検出精
度は低下してしまう、しかしながら、上記した相似性パ
ターンマツチングの手法によるど、近接したマークは処
理プロセスにより相似性を保ちながら同時に崩れるとい
うプロセス上の特性に基づき、その位置を求める方法に
なっているため、半導体処理プロセス依存性の極めて低
い方法となっている。
In the conventional center position detection method using pattern matching, it is assumed that each mark is symmetrical as shown in FIG. However, the accuracy of center detection decreases. However, when using the above-mentioned method of similarity pattern matching, there is a method of determining the position based on the process characteristic that close marks are simultaneously destroyed while maintaining similarity due to the processing process. This makes it an extremely low-dependence method on semiconductor processing processes.

さて、リニアセンサー6から得られる信号は第12図(
a)のようなものである、第3図に示したようなマスク
マーク16の場合、LFZPを1つしか使用していない
ので、マスクマーク16が対応する信号42は1個しか
現われない、一方、ウェハーマーク17は2個用いてい
るので、対応する信号41.43は2個現われ、これら
の位置関係はマスクマーク16の対応する信号42を中
心にその両側にウェハーマーク信号41.43か存在す
る。この出力信号はA/Dコンバータでディジタル化さ
れ、1次微分処理を受けて、第12図(b)のような信
号か得られる。(b)図において、符号44.46の信
号はウェハーマークに、45はマスクマークにそれぞれ
対応している。この(b)図の信号を、例えば上記した
相似性パターンマツチングの手法を適用し、マスク14
とウェハー15のY方向(第2図、第5図等)の位置関
係が検出でき、両者のアライメントが可能となる。
Now, the signal obtained from the linear sensor 6 is shown in Figure 12 (
In the case of the mask mark 16 as shown in FIG. , since two wafer marks 17 are used, two corresponding signals 41 and 43 appear, and their positional relationship is such that wafer mark signals 41 and 43 exist on both sides of the corresponding signal 42 of the mask mark 16. do. This output signal is digitized by an A/D converter and subjected to first-order differential processing to obtain a signal as shown in FIG. 12(b). In the figure (b), signals 44 and 46 correspond to wafer marks, and 45 corresponds to mask marks, respectively. For example, by applying the above-described similarity pattern matching method to the signal shown in FIG.
The positional relationship in the Y direction (FIGS. 2, 5, etc.) of the wafer 15 and the wafer 15 can be detected, and alignment of both becomes possible.

ここで、本発明の位置検出装置を用いてマスクマーク1
6とウェハーマーク17をアライメントする原理を説明
しておく、リニアフレネルゾーンプレート(LFZP)
は先に説明したように焦点距離fを有する凸のシリンド
リカルレンズと同じ作用をする。第13図において、紙
面に垂直(X方向)に縞を有するLFZP23は同じ方
向の直線状の焦点24を有しており、したがってマスク
又はウェハー」―のLFZPがその縞と直角方法(Y方
向)に66μm動くと、焦点も同じ方向に同じに66g
m動く。この焦点の移動量をLFZPのずれ量(Δδu
m)とみなすことができる。
Here, the mask mark 1 is detected using the position detection device of the present invention.
The principle of aligning wafer mark 6 and wafer mark 17 will be explained below.Linear Fresnel zone plate (LFZP)
As explained above, has the same effect as a convex cylindrical lens having a focal length f. In FIG. 13, the LFZP 23 with stripes perpendicular to the plane of the paper (X direction) has a linear focus 24 in the same direction, so that the LFZP of the mask or wafer is perpendicular to the stripes (Y direction). When moving by 66μm, the focal point also moves 66g in the same direction.
M moves. The amount of movement of this focal point is calculated as the amount of deviation of LFZP (Δδu
m).

したがって、焦点のずれhlを検出することによってマ
スク又はウェハーのずれ量を知ることができるので、マ
スクとウェハーそれぞれにLFZPからなるマークを設
けておき、それぞれの焦点の位置を同時に検出すること
によってマスクマークとウェハーマークのアライメント
を行なうことができる。この発明においては、LFZP
を複数(原理」―必ずしも2色に限定する必要はない)
の波長で同時にIK−射し、、LFZPの焦点位置が波
長によって異なるのを色収差を有する対物レンズで補正
して同一焦点面へ結像させ、かつ、この対物レンズによ
って上記ずれ量を拡大倍率分(N)たけ拡大して、Y方
向に走査するリニアセンサー上に結像させるものであり
、第14図に示すように。
Therefore, by detecting the focus shift hl, it is possible to know the amount of shift of the mask or wafer. Therefore, by providing a mark made of LFZP on each of the mask and the wafer, and simultaneously detecting the position of each focus, the mask or wafer shift amount can be determined. Mark and wafer mark alignment can be performed. In this invention, LFZP
multiple (principle) - does not necessarily have to be limited to two colors)
At the same time, the LFZP focal position differs depending on the wavelength, which is corrected by an objective lens with chromatic aberration, and the images are focused on the same focal plane. (N), and the image is formed on a linear sensor scanning in the Y direction, as shown in FIG.

結像面(リニアセンサー)6上におけるマスクマーク1
6又はウェハーマーク17の焦点の移動量は(ΔδxN
)gmと拡大される。この移動fitをマスク14及び
ウェハー15について同時にリニアセンサー6からの信
号を処理することによって求め、両者もマークの中心位
置を一致させる。
Mask mark 1 on the imaging plane (linear sensor) 6
6 or the movement amount of the focal point of the wafer mark 17 is (ΔδxN
) gm. This movement fit is obtained by simultaneously processing the signals from the linear sensor 6 for the mask 14 and the wafer 15, and the center positions of the marks are made to coincide with each other for both.

なお、シリンドリカルレンズ7はLFZP16゜17の
X方向に延びる焦点をこの方向へ圧縮して処理速度の高
速化、信号強度の増幅等を行なうものである。
The cylindrical lens 7 compresses the focal point of the LFZP 16° 17 extending in the X direction in this direction to increase the processing speed, amplify the signal strength, etc.

ここて、その他若干の補足を行なっておく。先ず、第6
図を用いた説明において、マーク16゜17によるX−
Z+面における焦点面25.26は入射角、検出角があ
まり大きくない範囲において検出光学系の光軸に対して
垂直な面と考えてよいと述べたが、0が大きくなるとこ
のように考えることはできない、マーク16.17の焦
点面は、第6図の符号25′、26”に示すようにマス
ク又はウェハー面と平行な面と考えねばならず、したが
って、対物レンズ9以降の光学系は第1図の配置から多
少修正しなければならない。最も簡単には第1図の代り
に0′Sls図のに示すように対物レンズ9.リレーレ
ンズ8.シリンドリカルレンズ7の光軸がマスク14.
ウェハー15の平面に対して垂直になるようにY方向を
中心に回転させれば良い。
Here, I would like to make some additional additions. First, the 6th
In the diagrammatic explanation, the X-
It has been stated that the focal planes 25 and 26 on the Z+ plane can be considered to be a plane perpendicular to the optical axis of the detection optical system in the range where the incident angle and detection angle are not very large, but when 0 becomes large, this is not the case. The focal plane of marks 16 and 17 must be considered as a plane parallel to the mask or wafer surface, as shown at 25' and 26'' in FIG. 6. Therefore, the optical system after objective lens 9 is It is necessary to make some modifications to the arrangement shown in Fig. 1.The easiest way is to change the optical axes of the objective lens 9, relay lens 8, and cylindrical lens 7 to the mask 14.
What is necessary is to rotate it around the Y direction so that it is perpendicular to the plane of the wafer 15.

次に、LFZPのスリウドの数について、文献15によ
って報告されているとおり1回折光強度はLFZPのス
リット数に依存しているため、適当なスリット数を決定
′する必要がある。また、LFZPのタイプにもクリア
センタータイプとダークセンタータイプの2 JIf類
かあるため、どちらかを選択する必要がある6以上の2
種類の決定にあたっては、処理プロセスの影響を見なが
ら実験により適切な数及びタイプを決定する必要がある
Next, regarding the number of slits in the LFZP, as reported in Reference 15, the intensity of one diffracted light depends on the number of slits in the LFZP, so it is necessary to determine an appropriate number of slits. In addition, there are two types of LFZP: clear center type and dark center type, so you need to choose one of them.
When determining the type, it is necessary to determine the appropriate number and type through experiments while looking at the effects of the treatment process.

第16図にLFZPのスリット数及び種類の違いによる
信号強度の変化を示す。
FIG. 16 shows changes in signal strength due to differences in the number and type of LFZP slits.

また、この発明において、検出信号は、フレネル回折光
強度をリニアセンサーで受光し、これをA/D変換する
のが、その変換した信号と同様の例を第17図に示す(
文献13)。A/D変換した後の信号は先に示したよう
に、1次微分、相似性パターンマツチング、補間演算な
どが行なわれる。
In addition, in this invention, the detection signal is obtained by receiving the Fresnel diffracted light intensity with a linear sensor and converting it into an A/D signal. An example similar to the converted signal is shown in FIG. 17 (
Reference 13). As described above, the signal after A/D conversion is subjected to first-order differentiation, similarity pattern matching, interpolation calculation, etc.

この発明の位置検出装置を利用した第1図のアライメン
ト装置のJliWjR的なスペックは次のとおりである
The JliWjR specifications of the alignment device shown in FIG. 1 using the position detection device of the present invention are as follows.

1、アライメントマークニウエハーマーク=LFZPx
2 マスクマーク =LFZPx 1 2、検出信号:フレネル回折による集光焦点面における
波長入、及びλ2の光 による回折光強度 3、検出装+j!1:複波長による色収差を利用した2
重焦点検出装置とシリンドリ カルレンズによる光学的ラスタ 圧縮光学系 4、受光素子:リニアセンサー 5、信号処理方法:相似性パターンマツチング等による
アライメントマー クの位置検出 次に、この発明の位置検出装置を用いたアライメント方
法によって、第1表に示した従来の各種アライメント方
式が持つNo、lからNo、6の問題点をどのように解
決しているかを以下に説明する。
1. Alignment mark wafer mark = LFZPx
2 Mask mark = LFZPx 1 2, detection signal: wavelength incident on the focusing focal plane due to Fresnel diffraction, and diffracted light intensity 3 due to light of λ2, detection device +j! 1: Utilizing chromatic aberration due to multiple wavelengths 2
Optical raster compression optical system 4 using heavy focal point detection device and cylindrical lens, light receiving element: linear sensor 5, signal processing method: position detection of alignment mark by similarity pattern matching, etc.Next, the position detection device of the present invention is used. The following describes how the problems No. 1 to No. 6 of the various conventional alignment methods shown in Table 1 are solved by the alignment method.

No、1  プロセス依存性(NO,は第1表のNo、
に対応している。以下回し) ■?n波長アライメント光による光の干渉問題。
No. 1 Process dependence (No. in Table 1)
It corresponds to (Turn below) ■? Light interference problem due to n-wavelength alignment light.

この発明によれば1.複斂波長のフレネル回折光を1色
収差を利用した2重焦点検出系で検出するため、従来の
回折格子によるアライメント法が持つ光の干渉問題を根
本的に解決している。
According to this invention: 1. Since the Fresnel diffracted light with a double-continent wavelength is detected by a bifocal detection system that utilizes monochromatic aberration, it fundamentally solves the light interference problem of the conventional alignment method using a diffraction grating.

なお5回折格子法において起こる干渉問題の例は1文献
13において、Be1l研の円形フレネル・ゾーン・プ
レートによるアライメント方法においては、薄膜の厚さ
により干渉効果が引き起こされ、そのためにフレネル回
折光強度が変化することか報告されている(文献13の
表1参照)。
An example of the interference problem that occurs in the 5-diffraction grating method is given in Reference 113. In the alignment method using a circular Fresnel zone plate at the Bel Institute, the thickness of the thin film causes an interference effect, which causes the intensity of the Fresnel diffracted light to decrease. It has been reported that the temperature changes (see Table 1 of Reference 13).

また、照明波長により、各種薄膜に対して回折光強度が
正弦波状に変化することが報告されている(文献13の
図2参照)。
Furthermore, it has been reported that the intensity of diffracted light changes sinusoidally for various thin films depending on the illumination wavelength (see FIG. 2 of Document 13).

さらに、文献19においては1回折光を用いるアライメ
ント方式において、レジスト膜厚を均一化することによ
って干渉強度変化を小さく押え、アライメント精度の改
善を図っている。
Furthermore, in Document 19, in an alignment method using single-diffraction light, the change in interference intensity is kept small by making the resist film thickness uniform, thereby improving alignment accuracy.

(リマークの対称性に依存する。(It depends on the symmetry of the remark.

この発明によると、この問題点は基本的に次の技術を組
み合わせることにより解決している。
According to this invention, this problem is basically solved by combining the following techniques.

(a)LFZPをベアで使用し、その位置をアライメン
トマークの位置とする。
(a) Use the LFZP bare, and set the position as the position of the alignment mark.

(b)位置を求める演算処理として相似性パターンマツ
チングを適用する。
(b) Similarity pattern matching is applied as arithmetic processing for determining the position.

次に、上記の2つの技術の組み合わせによって解決され
るマークの対称性の依存性について、従来技術との関連
で説明する。
Next, the dependence of mark symmetry solved by the combination of the above two techniques will be explained in relation to the prior art.

まず、この発IJIと間接的に関係のある円形フレネル
・ゾーンターゲットによるアライメント方式について紹
介し、それらがマークの対称性に依存することを説明す
る。
First, we will introduce alignment methods using circular Fresnel zone targets that are indirectly related to IJI, and explain that they depend on the symmetry of marks.

Be1l研によって提案された円形フレネル・ゾーン・
ターゲットによる方式は文献13に報告されているが、
この方式は、第!8図(a)に示すように、マスク七に
円形フレネル・ゾーン・ターゲット50のベアを2つ設
け、その中心に。
Circular Fresnel Zone proposed by Be1l Lab.
The method using targets is reported in Reference 13,
This method is the best! As shown in FIG. 8(a), two bears of circular Fresnel zone targets 50 are provided on the mask 7 at the center thereof.

ウェハーLに設けた円形フレネル・ゾーン、ターゲット
51の中心を位置合わせしようとするものである。
This is intended to align the center of the circular Fresnel zone provided on the wafer L and the target 51.

また、上記のB e 1.1研の方式を踏襲したMic
 ran i xのX線アライナ−が文献14に、報告
されているが、この方式はf518図(b)に示すよう
に、マスク上に円形フレネル・ゾーン・ターゲット50
をベアで設け、その中心にウェハー上に設けた円形フレ
ネル・ゾーン・ターゲラ)−51の中心を位置合わせし
ようとするものである。
In addition, Mic that follows the method of the B e 1.1 laboratory mentioned above.
An X-ray aligner for RAN I
The objective is to align the center of a circular Fresnel zone target (51) provided on the wafer with the center of the bare wafer.

これら第18図(a)、(b)から明らかなように、ウ
ェハーアライメントマークとして、1つの円形フレネル
・ゾーン・ターゲットを用いているため、プロセスの影
響により変化するウェハーアライメントマークの中心位
置に、アライメント精度が常に左右されることになる。
As is clear from these FIGS. 18(a) and (b), since one circular Fresnel zone target is used as the wafer alignment mark, the center position of the wafer alignment mark changes due to the influence of the process. Alignment accuracy will always be affected.

第18図(b)の場合を例にとり、アライメントマーク
からの検出信号において、アライメント精度がウェハー
マークの対称性にどのように依存するかを以下に説明す
る。第19図(a)(b)、(C)にウェハーマークの
対称性が変化した場合の検出信号を示す、(a)に示す
ように、ウェハーマーク51からの検出信号53が対称
性を保っている場合、マスクマークの中心位置55とウ
ェハーマークの中心位f156とが一致しているため、
検出誤差はない。これに対して。
Taking the case of FIG. 18(b) as an example, how the alignment accuracy depends on the symmetry of the wafer mark in the detection signal from the alignment mark will be described below. 19(a), (b), and (C) show detection signals when the symmetry of the wafer mark changes. As shown in FIG. 19(a), the detection signal 53 from the wafer mark 51 maintains the symmetry. , since the center position 55 of the mask mark and the center position f156 of the wafer mark match,
There is no detection error. On the contrary.

(b)に示すように、ウェハーマークの対称性が崩れて
左にずれることがある。これは、例えばプロセスの影響
でウェハーマークからの回折光強度が対称性を失ない、
(b)のように本来の中心位置から左側にその中心位2
!56がずれる場合であって、(b)図中符号57で示
すアライメント誤差が生じる。(C)は(b)と同様に
、ウェハーマークの対称性が崩れて右にずれた場合で、
(b)と同じ理由で、アライメント誤差57が右方向に
生じる。
As shown in (b), the symmetry of the wafer mark may be broken and it may shift to the left. This means that, for example, the intensity of the diffracted light from the wafer mark will not lose its symmetry due to the influence of the process.
As shown in (b), the center position 2 is to the left of the original center position.
! 56 is shifted, and (b) an alignment error shown by reference numeral 57 in the figure occurs. (C) is the same as (b), when the symmetry of the wafer mark is broken and it shifts to the right.
For the same reason as in (b), an alignment error 57 occurs in the right direction.

これらの従来の方式に対して、本発明においては、第3
図に示すように、ウェハーマーク17を2つベアで設け
ている。第3図の場合を例にとりて、アライメント精度
がマークの対称性に極めて依存しにくい理由を説り1す
る。第20図(a)。
In contrast to these conventional methods, the present invention uses a third method.
As shown in the figure, two bare wafer marks 17 are provided. Taking the case of FIG. 3 as an example, the reason why alignment accuracy is extremely difficult to depend on the symmetry of marks will be explained. Figure 20(a).

(b)、(C)にウェハーマークからの検出信号におい
てその対称性が変化した場合を示す、これら(a)、(
b)、(c)には第11図を参照して説IJ1シた相似
性パターンマツチングの式(5)における変fiP、R
,Wを図示しである。(a)に示すように、ウェハーマ
ーク17(第3図)の検出信号59が対称性を保ってい
る場合、マスクマーク(1個)の中心位置61とベアを
なすウェハーマークの中心位置とは一致する。これに対
して、(b)に示すように、各ウェハーマークの対称性
か崩れて左にずれた場合、各マークの中心位置62は左
側にずれている。そして、左右マークの対称性の崩れ方
は、マークか近接しているため、相似性を保ちながら変
化している。そこで、この相似性を保ちながら変形し、
非対称性となった左右マークに相似性パターンマウチン
グの手法を適用すると、対称性パターンマウチングによ
る場合に比べて左右ベアマークの中心位置は第2゜図(
a)図の位ffl (61の位置)に近い場所に存在し
、左右マークの非対称性に影響されにくいことがわかる
。すなわち、次の式(5)で表わされる相関式に従って
、 <j +w)  ・・・・ (5) ここで、P:相関区1111の開始点 R:相関区間 W:左右パターンの幅 左側の検出信号を右に平行に移動すると右側の検出信号
と重なり合い(数学的には相関操作に相当する)、最も
良く一致する位置は左右パターンの対称性の距離を表わ
す。
(b) and (C) show the case where the symmetry of the detection signal from the wafer mark changes.
b) and (c) are the changes fiP, R in equation (5) of similarity pattern matching explained in IJ1 with reference to FIG.
, W are shown. As shown in (a), when the detection signal 59 of the wafer mark 17 (FIG. 3) maintains symmetry, what is the center position of the wafer mark that is bare with the center position 61 of the mask mark (one)? Match. On the other hand, as shown in (b), when the symmetry of each wafer mark is broken and shifted to the left, the center position 62 of each mark is shifted to the left. The way the symmetry of the left and right marks is broken changes while maintaining the similarity because the marks are close to each other. Therefore, we transformed it while maintaining this similarity,
When applying the similarity pattern mounting method to the left and right marks that have become asymmetrical, the center positions of the left and right bare marks will be as shown in Figure 2 (Fig.
a) It is found that it exists near position ffl (position 61) in the figure and is not easily affected by the asymmetry of the left and right marks. That is, according to the correlation formula expressed by the following equation (5), <j + w) ... (5) Here, P: starting point of the correlation section 1111 R: correlation section W: detection of the left side of the width of the left and right pattern When the signal is moved parallel to the right, it overlaps with the detection signal on the right (mathematically equivalent to a correlation operation), and the position of best match represents the distance of symmetry between the left and right patterns.

N002ギヤツプ依存性が高い。High dependence on N002 gap.

基本的に、本発明におけるギャップ依存性は。Basically, the gap dependence in the present invention is as follows.

色収差を利用した検出装置の対物レンズの焦点深度で決
まる。つまり、対物レンズの開口数をNAとすると、ギ
ャップ変動が下記の式(6)で定義されるレーリーの焦
点深度内であれば、検出精度はギヤ・ンプ変動の影響を
受けない。
It is determined by the depth of focus of the objective lens of the detection device that uses chromatic aberration. In other words, if the numerical aperture of the objective lens is NA, the detection accuracy is not affected by the gear amplitude variation as long as the gap variation is within the Rayleigh focal depth defined by the following equation (6).

ただし、入:照明波長 例えば、入=546nm(e線)を入射した場合、NA
=0.4とすると、焦点深度は±1.5pmとなり、そ
の範囲のギャップ変動には影響されない。
However, when input: illumination wavelength For example, input = 546 nm (e-line), NA
=0.4, the depth of focus is ±1.5 pm and is not affected by gap fluctuations within that range.

第21[fflにフレネル回折の焦点面と対物レンズの
焦点深度の関係を示す。この図において、マスク14及
びウェハー15(第3図)J:、に設けたLFZP 1
6又は17の回折焦点面25は、マスク及びウェハー各
々の光軸方向の変動に非常に敏感に反応して位置が変動
する。したがって、回折光の検出面が固定された一点(
−面)であれば、検出強度はギャップに大きく#饗され
、常に変動することになり、アライメント精度はギャッ
プ依存性が極めて高くなり、そのため、精度は不安定に
なり、低下する。ところが、対物レンズ9には式(6)
で表わされる焦点深度63が存在し、その範囲内に物点
かあれば、光学的な検出分解滝は一定とみなせるため、
回折焦点面25が焦点深度63内で変動しても、結像面
で検出する回折光強度分布は変化しない。
The 21st [ffl] shows the relationship between the focal plane of Fresnel diffraction and the depth of focus of the objective lens. In this figure, LFZP 1 provided on a mask 14 and a wafer 15 (FIG. 3) J:,
The position of the diffraction focal plane 25, 6 or 17, changes in response to changes in the optical axis direction of the mask and the wafer, respectively. Therefore, the detection surface of the diffracted light is fixed at one point (
- plane), the detection intensity is greatly affected by the gap and constantly fluctuates, and the alignment accuracy becomes extremely dependent on the gap, so the accuracy becomes unstable and decreases. However, the objective lens 9 has the formula (6)
If there is a depth of focus 63 expressed by , and there is an object point within that range, the optical detection and resolution waterfall can be considered constant, so
Even if the diffraction focal plane 25 changes within the focal depth 63, the diffracted light intensity distribution detected on the imaging plane does not change.

以上の説明から1本発明によれば1回折光を利用してい
るにもかかわらず、パターン計測と同様に、ギャップ依
存性の低い検出装置が実現可1Bである。
As can be seen from the above description, according to the present invention, a detection device with low gap dependence can be realized in the same way as pattern measurement, even though a single diffracted light is used.

No、3N光エリア中に設けたアライメントマーク検出
による露光中サーボ1ljlσ1第1図に示した装置外
形構成から明らかなように1本発明においては斜入射、
斜方検出方式を採用しているため、露光領域内にアライ
メントマークを設け、その、マークを、露光波長(Xl
a)と干渉することなく、露光中も検出することが可能
である。したがって、露光中も検出光学系を退避させる
ことなく、ウェハー位置を検出して補正でき、さらに、
ウェハー全面をスラップ・アンド・リピート露光できる
ため、アライメント精度の向上及びスルーブツトの大幅
な向上が可能となる。
No. 3N Servo during exposure by detecting alignment marks provided in the light area 1ljlσ1 As is clear from the device external configuration shown in FIG.
Since the oblique detection method is adopted, an alignment mark is provided within the exposure area, and the mark is aligned with the exposure wavelength (Xl
It is possible to detect even during exposure without interfering with a). Therefore, the wafer position can be detected and corrected without retracting the detection optical system during exposure.
Since the entire wafer can be subjected to slap-and-repeat exposure, alignment accuracy and throughput can be significantly improved.

この発明の装置と検出光学装置の配置が類似している例
として1文献3に示されている日立製作所の側方検出を
行なうものがある。これは、第22IAに示したような
配置となっており、パターン計測と通常の落射顕微鏡を
用いている。これに対し、本発明においては、主として
LFZP (回折方式)と色収差に、よる検出装置を用
いており、この点において1文献3のものとは大きく相
違するが、第22図の検出光学系67を色収差を利用し
た位置検出系12(第1図)に置き換え、アライメント
マークをLFZPに、画像検出系68を2次元カメラか
ら1次元のリニアセンサーに置き換えれば、第22図の
ものは本発明の装置と外形がほぼ一致することになる。
As an example in which the arrangement of the detection optical device is similar to that of the device of the present invention, there is a device by Hitachi, Ltd. that performs side detection, as shown in 1 Document 3. This has an arrangement as shown in 22nd IA, and uses pattern measurement and a normal epi-illumination microscope. On the other hand, in the present invention, a detection device mainly based on LFZP (diffraction method) and chromatic aberration is used, and in this point it is greatly different from that in Document 1, but the detection optical system 67 in FIG. If the position detection system 12 (FIG. 1) using chromatic aberration is replaced, the alignment mark is replaced with LFZP, and the image detection system 68 is replaced from a two-dimensional camera with a one-dimensional linear sensor, the system shown in FIG. The external shape will almost match that of the device.

N014 高速検出 第1O図との関連て高速検出を可能にする技術の凪略を
説明したように1色収差を利用した位置検出装置に、シ
リンドリカルレンズとりニアセンサーを組み合わせるこ
とによって、検出速度を数10倍以上に高めることが可
能である。色収差を利用した位置検出装置におけるシリ
ンドリカルレンズとリニアセンサーの組み合わせ方法の
詳細については、特願昭63−63921号「アライメ
ントマークの位置検出装置」の明細書を参照のこと。
N014 High-speed detection As explained in relation to Figure 1O of the technology that enables high-speed detection, by combining a position detection device that uses monochromatic aberration with a cylindrical lens and a near sensor, the detection speed can be increased to several tens of tens of degrees. It is possible to more than double the amount. For details on the method of combining a cylindrical lens and a linear sensor in a position detection device using chromatic aberration, refer to the specification of Japanese Patent Application No. 63-63921 ``Alignment Mark Position Detection Device''.

NO,5マークの形状が複雑でプロセス変化に基づくパ
ターン変化が起きやすい 従来のフレネル回折を利用する方式では、文献13.1
4に示すように円形フレネル・ゾーン・ターゲット(プ
レート)を使用していた。第23図(a)にこのような
円形フレンネル・ゾーン・プレートの平面図を示す、こ
れに対して、この発明においては、第23図(b)に示
したようなリニア・フレネル・ゾーン・プレートを使用
しているため、マーク形状はかなり簡素化されており。
In the conventional method using Fresnel diffraction, the shape of the NO.5 mark is complex and pattern changes are likely to occur due to process changes, as described in Reference 13.1.
A circular Fresnel zone target (plate) was used as shown in Figure 4. FIG. 23(a) shows a plan view of such a circular Fresnel zone plate. On the other hand, in the present invention, a linear Fresnel zone plate as shown in FIG. 23(b) is shown. , the mark shape is considerably simplified.

プロセス変化に基づくパターン変化が起きにくくなって
いる。
Pattern changes based on process changes are less likely to occur.

No、6  フレネル回折で集光された焦点付近に発生
するスプリアス像によって焦点の 非対称性が発生すると位置誤差にな る この問題に関しては、基本的に、上記のN001の(り
のマークの対称性に依存する問題に包括されるので、同
様に説明される。つまり、スプリアス像によるマークの
対称性の崩れは、プロセスによる#’2Fと同様に、検
出信号を非対称にするため、基本的に次の2つの技術に
より解決される。
No. 6 Regarding this problem, the asymmetry of the focal point caused by the spurious image generated near the focal point of Fresnel diffraction causes a position error. Since it is included in the dependent problems, it can be explained in the same way. In other words, the collapse of the mark symmetry due to the spurious image makes the detection signal asymmetric, similar to #'2F due to the process, so basically the following The problem is solved by two techniques.

(a)LFZPをベアで使用し、その位置からアライメ
ントマークの位置を求める。
(a) Use LFZP bare and find the position of the alignment mark from that position.

(b)アライメントマークの相対位置を求める演算処理
として相似性パターンマツチングを適用する。
(b) Similarity pattern matching is applied as arithmetic processing to find the relative position of the alignment mark.

以上、この発明の実施例と従来例の問題上の解決の仕方
を説明したが1以上の説明から明らかなように、この発
明は、シンクロトロン放射光(SOR)などを線源に持
つX線アライナ−において、マスクとウェハーを0.0
1gm以上のオーダで位置検出可能なアライメント装置
に適用できるだけでなく、光源がX線以外で、かつ、プ
ロキシミティー露光を行なうアライナ−において、マス
クとウェハーを精密に位置決めする必要のあるアライナ
−においても利用でき、また、それ以外にも、比較的近
接した2物体(数lO鉢m〜数100gm)を精密に位
置合わせする装置に適用することができる。この発11
はX線アライナ−装置においてはマスクとウェハーの位
置検出装置として使用され、高精度高スループウドを可
能にする。また、x−Yステージやマスクステージなど
のサーボ系に対しては位置信号を得る手段として用いら
れる。
The solutions to the problems of the embodiments of the present invention and the conventional examples have been described above, but as is clear from the above explanation, the present invention is applicable to In the aligner, the mask and wafer are
It can be applied not only to alignment devices that can detect positions on the order of 1 gm or more, but also to aligners that use a light source other than X-rays and perform proximity exposure, and that require precise positioning of the mask and wafer. In addition, it can be applied to a device that precisely aligns two relatively close objects (several 10 meters to several hundreds of grams). This issue 11
is used as a mask and wafer position detection device in an X-ray aligner, enabling high precision and high throughput. Further, it is used as a means for obtaining position signals for servo systems such as an x-y stage and a mask stage.

[発明の効果] この発IJIの効果は、実施例の中で詳しく説1月シた
とおり、l’s1表の従来技術のN001から6の問題
点を解決できることである。特に。
[Effects of the Invention] As explained in detail in the embodiment, the effect of this IJI is that it can solve the problems of Nos. 001 to 6 of the prior art in the l's1 table. especially.

(1)露光エリア内に設けたアライメントマークを検出
する露光中サーボ制御が可能である(2)プロセス依存
性がきわめて低い ■マークの対称性に依存しない ■薄膜など光の干渉による定在波効果の影響を受けにく
い (3)ギャップ依存性がきわめて低い (4)高速検出が可能 である点において極めて効果が大きい。
(1) Possible to perform servo control during exposure to detect alignment marks provided within the exposure area (2) Extremely low process dependence ■ Does not depend on mark symmetry ■ Standing wave effect due to light interference in thin films It is extremely effective in that (3) gap dependence is extremely low and (4) high-speed detection is possible.

したがって1以上のことから、この発Illによれば、
超精密位置J目−(0,01川mオーダー)、特に、マ
スクとウェハーを0.014mオーダーで位置検出可能
であり、また、高スループウドが可能になる。
Therefore, from more than 1, according to this statement,
Ultra-precise position J-(on the order of 0.01 m), in particular, it is possible to detect the positions of masks and wafers on the order of 0.014 m, and high throughput is possible.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は1本発明の位置検出装置の側面概略図。 第2図は、その上面機略図。 第3図(a)、(b)は、アライメントマークの上面図
と側面図、 第4図は、LFZPの作用の説明図。 第5図、第6図は、LFZPからなるアライメントマー
クのフレネル回折の説明図。 第7図は1色収差を有する対物レンズの作用を示す光路
図。 第8図(a)、(b)は、フレネル回折焦点と2重焦点
検出装置の関係の説明図、 第9図(a)、(b)、(c)は、フレネル焦点面及び
結像面における回折光強度分布図、第10図は、シリン
ドリカルレンズによる光学的ラスター圧縮の説明図。 第11図(a)、(b)、(c)は、相似性パターンマ
ツチングの説明図。 第12図(a)、(b)は、検出信号及びその1次微分
信号の波形図、 第13図、第14図は、本発明のアライメント原理の説
明図、 第15図は、他の実施例の第1図と同様な図面、 第16図は、LFZPのスリット数及び種類の違いによ
る信号強度の変化を示す説明図、第17図は、A/D変
換後の検出信号波形図。 第18図(a)、(b)は、従来例のマスクマ−りとウ
ェハーマークの配置図。 第191″A(a)、(b)、(c)は、従来例の場合
の検出信号の波形図、 第20図(a)、(b)、(c)は1本発明の場合の検
出信号の波形図、 第21図は2本発明のギャップ依存性の説明図。 第22図は、従来例のアライナ−の斜視図、第23図(
a)、(b)は1円形フレネル・ゾーンプレートとLF
ZPの比較図である。 l:レーザ(波長λl)、2:ビームスプリッタ−,3
:レーザー(波長入a)、’s:ミラー5:照明光学装
置、6:リニアセンサー、7:シリンドリカルレンズ、
8:リレーレンズ、9:対物レンズ、lO:検出光学装
置、11ニジリントリカルレンズとリニアセンサーから
なく高速検出系、12:色収差を利用した2重焦点検出
系。 13:X線露光領域、14:マスク、15:ウエハ−1
6:7ライメントマーク=LFzP。 17:アライメントマーク=LFZPx2゜18:ギャ
ップ、19:斜入射照明角度(0)、20:斜方検出角
度(0)、21:不透明部、22:マスクウィンドウ(
透明部分)
FIG. 1 is a schematic side view of a position detection device according to the present invention. Figure 2 is a schematic top view of the machine. FIGS. 3(a) and 3(b) are a top view and a side view of the alignment mark, and FIG. 4 is an explanatory diagram of the action of LFZP. 5 and 6 are explanatory diagrams of Fresnel diffraction of an alignment mark made of LFZP. FIG. 7 is an optical path diagram showing the effect of an objective lens having monochromatic aberration. FIGS. 8(a) and (b) are explanatory diagrams of the relationship between the Fresnel diffraction focus and the bifocal focus detection device. FIGS. 9(a), (b), and (c) are the Fresnel focal plane and the imaging plane. FIG. 10 is an explanatory diagram of optical raster compression using a cylindrical lens. FIGS. 11(a), (b), and (c) are explanatory diagrams of similarity pattern matching. 12(a) and 12(b) are waveform diagrams of the detection signal and its first-order differential signal, FIGS. 13 and 14 are explanatory diagrams of the alignment principle of the present invention, and FIG. 15 is an illustration of other implementations. A drawing similar to FIG. 1 in the example; FIG. 16 is an explanatory diagram showing changes in signal strength due to differences in the number and type of LFZP slits; FIG. 17 is a detection signal waveform diagram after A/D conversion. FIGS. 18(a) and 18(b) are layout diagrams of mask marks and wafer marks in a conventional example. 191″A (a), (b), and (c) are waveform diagrams of detection signals in the case of the conventional example, and Figure 20 (a), (b), and (c) are detection signals in the case of the present invention FIG. 21 is an explanatory diagram of the gap dependence of the present invention. FIG. 22 is a perspective view of a conventional aligner, and FIG.
a) and (b) are one circular Fresnel zone plate and LF
It is a comparison diagram of ZP. l: laser (wavelength λl), 2: beam splitter, 3
: Laser (wavelength input a), 's: Mirror 5: Illumination optical device, 6: Linear sensor, 7: Cylindrical lens,
8: Relay lens, 9: Objective lens, 1O: Detection optical device, 11: High-speed detection system without linear sensor and chromatic lens, 12: Bifocal detection system using chromatic aberration. 13: X-ray exposure area, 14: Mask, 15: Wafer-1
6:7 alignment mark = LFzP. 17: Alignment mark = LFZPx2° 18: Gap, 19: Oblique incident illumination angle (0), 20: Oblique detection angle (0), 21: Opaque area, 22: Mask window (
transparent part)

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)X線露光光の光軸方向に微小距離離間した第一の
物体と第二の物体の光軸に直交する方向の相対位置を検
出する位置検出装置において、各物体上にリニアフレネ
ルゾーンプレート(LFZP)からなるアライメントマ
ークを設け、これらLFZPを同一方向から同時に複数
の波長の光により照明するように照明装置を構成し、上
記LFZPの波長ごとに位置の異なる回折焦点にその波
長の焦点が一致するような色収差を有する対物レンズを
前え、 上記対物レンズによって同一結像面上に重ね合せて結像
された上記LFZPの直線状の回折焦点像を、その長手
方向に対して直角な方向に1次元操作して電気信号に変
換するリニアセンサーを上記結像上に備え、 上記直線状の回折焦点像をその長手方向に圧縮して上記
リニアセンサー上に結像するように、シリンドリカルレ
ンズを上記対物レンズと上記リニアセンサーの間に配置
し、 上記リニアセンサーから得られた信号を処理して上記各
アライメントマークの位置を検出する手段を有する、 ことを特徴とする複波長照明を用いたダブルリニアフレ
ネルゾーンプレートによる位置検出装置。
(1) In a position detection device that detects the relative position in a direction perpendicular to the optical axis of a first object and a second object that are separated by a small distance in the optical axis direction of X-ray exposure light, a linear Fresnel zone is placed on each object. An alignment mark consisting of a plate (LFZP) is provided, and an illumination device is configured so that these LFZPs are illuminated with light of a plurality of wavelengths from the same direction at the same time, and the focal point of the wavelength is set at a diffraction focal point at a different position for each wavelength of the LFZP. An objective lens having a chromatic aberration such that the A cylindrical lens is provided on the image forming surface for one-dimensionally operating a linear sensor to convert the linear sensor into an electrical signal, and a cylindrical lens is provided so that the linear diffraction focal image is compressed in the longitudinal direction and imaged on the linear sensor. is arranged between the objective lens and the linear sensor, and has means for processing the signal obtained from the linear sensor to detect the position of each of the alignment marks. Position detection device with double linear Fresnel zone plate.
(2)第一の物体のアライメントマークとして単一のL
FZPを用い、第二の物体のアライメントマークとして
一対のLFZPを用い、第一の物体の単一のLFZPを
第二の物体の一対のLFZPの間に入るような配置とす
ることを特徴とする請求項1記載の位置検出装置。
(2) A single L as an alignment mark for the first object
A pair of LFZPs are used as alignment marks of the second object, and the single LFZP of the first object is arranged so as to fit between the pair of LFZPs of the second object. The position detection device according to claim 1.
(3)第一の物体はマスクであり、第二の物体はウェハ
ーであり、ウェハーのアライメントマークの回折光及び
入射光が通るマスク部分に透明なウインドゥ領域を設け
たことを特徴とする請求項1又は2記載の位置検出装置
(3) A claim characterized in that the first object is a mask, the second object is a wafer, and a transparent window area is provided in a portion of the mask through which diffracted light and incident light of an alignment mark on the wafer pass. 2. The position detection device according to 1 or 2.
(4)照明装置及び代物レンズを、第一物体アライメン
トマーク及び第二物体アライメントマークの左右斜上方
の対向する位置に配置し、これらアライメントマークに
立てた垂線に対して、照明装置の入射角が対物レンズを
含む検出光学系の検出角に等しくなるように配置したこ
とを特徴とする請求項1から3いずれかに記載の位置検
出装置。
(4) The illumination device and the substitute lens are arranged in opposing positions diagonally above the first object alignment mark and the second object alignment mark, and the incident angle of the illumination device is set so that the angle of incidence of the illumination device is 4. The position detection device according to claim 1, wherein the position detection device is arranged to be equal to a detection angle of a detection optical system including an objective lens.
(5)リニアセンサーから得られた信号を処理して上記
各アライメントマークの位置を検出する手段が相似性パ
ターンマッチング処理を行なう手段であることを特徴と
する請求項1から4いずれかに記載の位置検出装置。
(5) The device according to any one of claims 1 to 4, wherein the means for detecting the position of each alignment mark by processing the signal obtained from the linear sensor is a means for performing a similarity pattern matching process. Position detection device.
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