JPH0412523A - position detection device - Google Patents

position detection device

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JPH0412523A
JPH0412523A JP2115446A JP11544690A JPH0412523A JP H0412523 A JPH0412523 A JP H0412523A JP 2115446 A JP2115446 A JP 2115446A JP 11544690 A JP11544690 A JP 11544690A JP H0412523 A JPH0412523 A JP H0412523A
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wafer
mask
mark
light
detecting
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Tetsushi Nose
哲志 野瀬
Shigeyuki Suda
須田 繁幸
Minoru Yoshii
実 吉井
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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

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

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

(従来の技術) 従来より半導体製造用の露光装置においては、マスクと
ウニへの相対的な位置合わせは性能向上を図る為の重要
な一要素となっている。特に最近の露光装置における位
置合わせにおいては、半導体素子の高集積化の為に、例
えばサブミクロン以下の位置合わせ精度を有するものが
要求されている。
(Prior Art) Conventionally, in exposure apparatuses for semiconductor manufacturing, relative alignment between a mask and a sea urchin has been an important element for improving performance. Particularly in alignment in recent exposure apparatuses, alignment accuracy of, for example, submicron or less is required due to the high integration of semiconductor devices.

その際マスクとウェハとの間隔を面間隔測定装置等で測
定し、所定の間隔となるように制御した後に、マスク及
びウェハ面上に設けた位置合わせ用の所謂アライメント
パターンより得られる位置情報を利用して、双方のアラ
イメントを行っている。このときのアライメント方法と
しては、例えば双方のアライメントパターンのずれ量を
画像処理を行うことにより検出したり、又は米国特許第
4037969号や特開昭56−157033号公報で
提案されているようにアライメントパターンとしてゾー
ンプレートを用い該ゾーンプレートに光束を照射し、こ
のときゾーンプレートから射出した光束の所定面上にお
ける集光点位置を検出すること等により行っている。
At that time, the distance between the mask and the wafer is measured with a surface distance measuring device, etc., and after controlling the distance to a predetermined distance, position information obtained from a so-called alignment pattern for positioning provided on the mask and wafer surfaces is measured. This is used to perform alignment on both sides. As an alignment method at this time, for example, the amount of deviation between both alignment patterns is detected by performing image processing, or alignment method as proposed in U.S. Pat. This is carried out by, for example, using a zone plate as a pattern, irradiating the zone plate with a light beam, and detecting the focal point position of the light beam emitted from the zone plate on a predetermined surface.

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

同図において光源72から射出した平行光束はハーフミ
ラ−74を通過後、集光レンズ76で集光点78に集光
された後、マスク68面上のマスクアライメントパター
ン68a及び支持台62に載置したウェハ60面上のウ
ェハアライメントパターン60aを照射する。これらの
アライメントパターン68a、60aは反射型のゾーン
プレートより構成され、各々集光点78を含む光軸と直
交する平面上に集光点を形成する。このときの平面上の
集光点位置のずれ量を集光レンズ76とレンズ8oによ
り検出面82上に導光して検出している。
In the same figure, a parallel light beam emitted from a light source 72 passes through a half mirror 74 and is condensed at a condensing point 78 by a condensing lens 76, after which it is placed on a mask alignment pattern 68a on the surface of a mask 68 and a support base 62. The wafer alignment pattern 60a on the surface of the wafer 60 is irradiated. These alignment patterns 68a and 60a are composed of reflective zone plates, and each form a focal point on a plane perpendicular to the optical axis including the focal point 78. At this time, the amount of deviation of the focal point position on the plane is detected by guiding the light onto the detection surface 82 using the condenser lens 76 and the lens 8o.

そして検出器82からの出力信号に基づいて制御回路8
4により駆動回路64を駆動させてマスク68をウェハ
60の相対的な位置決めを行っている。
Based on the output signal from the detector 82, the control circuit 8
4 drives the drive circuit 64 to position the mask 68 relative to the wafer 60.

第12図は第11図に示したマスクアライメントパター
ン68aとウェハアライメントパターン60aからの光
束の結像関係を示した説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing the imaging relationship between the light beams from the mask alignment pattern 68a and the wafer alignment pattern 60a shown in FIG. 11.

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

このようにして形成されたウェハアライメントパターン
60aによる集光点78bの位置は、ウェハ60のマス
ク68に対するマスク・ウェハ面に沿った方向(横方向
)のずれ量Δσに応じて集光点78を含む光軸と直交す
る平面に沿って該ずれ量Δσに対応した量のずれ量Δ0
′として形成される。
The position of the focal point 78b by the wafer alignment pattern 60a formed in this way is determined according to the amount of deviation Δσ of the wafer 60 from the mask 68 in the direction (lateral direction) along the mask/wafer surface. A deviation amount Δ0 of an amount corresponding to the deviation amount Δσ along a plane orthogonal to the optical axis including
’.

第13図は特開昭61.111402号公報で提案され
ている間隔測定装置の概略図である。同図においては第
1物体としてのマスクMと第2物体としてのウェハWと
を対向配置し、レンズL1によって光束をマスクMとウ
ェハWとの間の点Psに集光させている。
FIG. 13 is a schematic diagram of an interval measuring device proposed in Japanese Patent Application Laid-open No. 61.111402. In the figure, a mask M as a first object and a wafer W as a second object are arranged facing each other, and a light beam is focused on a point Ps between the mask M and the wafer W by a lens L1.

このとき光束はマスクM面上とウェハW面上て各々反射
し、レンズL2を介してスクリーンS面上の点P、、p
Mに収束投影されている。マスクMとウェハWとの間隔
はスクリーンS面上の光束の集光点P、、pMとの間隔
を検出することにより測定している。
At this time, the light beam is reflected on the mask M surface and the wafer W surface, and passes through the lens L2 to points P, , p on the screen S surface.
It is convergently projected onto M. The distance between the mask M and the wafer W is measured by detecting the distance between the focal points P, , pM of the light beam on the screen S surface.

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

この為装置全体が大型化かつ複雑化してくる傾向があっ
た。
For this reason, the entire device has tended to become larger and more complex.

またこれらの装置はウェハが傾きを生じた場合、ウェハ
からの光束が変動し、これが検出誤差となってしまう。
Furthermore, in these devices, when the wafer is tilted, the luminous flux from the wafer fluctuates, resulting in a detection error.

従って凹凸やそりのあるウェハの位置ずれ検出や間隔測
定を精密に行うことが大変困難であった。
Therefore, it is very difficult to precisely detect the positional deviation and measure the spacing of wafers with unevenness or warpage.

これに対して本出願人は特願平1−209928号公報
において装置全体の簡素化を図りつつ、かつウェハの傾
きの影響を受けにくく、常に高精度に横方向の位置ずれ
検出と面間隔検出が出来る位置検出装置を提案している
In response to this problem, the present applicant has proposed, in Japanese Patent Application No. 1-209928, a system that simplifies the entire device, is less susceptible to the influence of wafer tilt, and always detects lateral positional deviation and surface spacing with high precision. We are proposing a position detection device that can do this.

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

(発明が解決しようとする問題点) 一般にマスクとウェハとの面間隔検出及びマスクとウェ
ハとの面内の位置ずれ検出を行う場合、マスクとウェハ
を例えば10μm〜50μm近接させて対向配置させて
次の順序で行っている。
(Problems to be Solved by the Invention) Generally, when detecting the distance between the surfaces of a mask and a wafer and detecting the in-plane positional deviation between the mask and the wafer, the mask and the wafer are placed facing each other with a distance of 10 μm to 50 μm, for example. This is done in the following order:

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

これはマスクとウェハの間隔を露光キャップに近い10
〜20μm5度にしてウェハーステージを移動させると
ウェハが完全平面でなく凹凸を持ち、かつマスク面が傾
いている場合にはマスクと接触することがあるのでこれ
を避ける為である。
This increases the distance between the mask and wafer by 10cm, which is close to the exposure cap.
This is to avoid this because if the wafer stage is moved by 5 degrees by ~20 μm, the wafer is not completely flat but has irregularities, and if the mask surface is inclined, it may come into contact with the mask.

(ロ)マスクとウェハとの面間隔検出を行う。例えば特
開平2−1512号公報で提案されている方法で行う。
(b) Detect the surface distance between the mask and the wafer. For example, the method proposed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2-1512 is used.

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

(ニ)露光時のマスク、ウェハ間隔に設定された状態で
マスクとウェハとの面内の位置ずれ検出を行う。例えば
前述の特開平2−1512号公報で提案されている方法
で行う。そしてマスクとウェハとの位置すれかなくなる
ように双方を調整する。
(d) Detecting the in-plane positional deviation between the mask and the wafer with the mask and wafer spacing set at the time of exposure. For example, the method proposed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-1512 is used. Then, adjust the mask and wafer so that there is only the positional difference between them.

(ホ)X線を露光してマスク面上の回路パターンをウニ
八面上に露光転写する。
(e) The circuit pattern on the mask surface is exposed and transferred onto the eight surfaces of the sea urchin by exposing to X-rays.

くべ)マスクとウェハを露光キャップより少し離し、次
の露光ウェハーエリアにウェハーステージを移動させる
1) Move the mask and wafer a little further away from the exposure cap and move the wafer stage to the next exposure wafer area.

以下(イ)に戻り、次々に面間隔検出と位置すれ検出と
露光を縁り返す。
Returning to step (a) below, surface spacing detection, misalignment detection, and exposure are repeated one after another.

このような装置においてはマスク面上には面間隔検出用
のAFアライメントマークと位置ずれ検出用のAAアラ
イメントマークが設けられている。又ウニ八面上にはA
Aアライメントマークがマスク面上のAAアライメント
マークに対向して設けられている。
In such an apparatus, an AF alignment mark for detecting the distance between surfaces and an AA alignment mark for detecting positional deviation are provided on the mask surface. Also, there is A on the sea urchin eight side.
The A alignment mark is provided opposite the AA alignment mark on the mask surface.

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

第6図(A) 、 (B)はこのときのAFラインセン
サー42とAAクラインセンサー4面上に入射したAF
光束とAA光束のスポット状態を模式的に示した説明図
、第7図(A) 、 (B)はこのときのマスクMとウ
ェハWとの関係を示す説明図である。
Figure 6 (A) and (B) show the AF incident on the AF line sensor 42 and the AA Klein sensor 4 surface at this time.
FIGS. 7A and 7B are explanatory diagrams schematically showing the spot states of the light flux and the AA light flux, and FIGS. 7A and 7B are explanatory diagrams showing the relationship between the mask M and the wafer W at this time.

第6図(A)は第7図(A)に示すようにマスクMとウ
ェハWが露光ギャップδ1になっているときの状態を、
第6図(B)はマスクMとウェハWが第7図(B)に示
すように面間隔検出ギャップδ2になっているときの状
態を示している。
FIG. 6(A) shows the state when the mask M and the wafer W have an exposure gap δ1 as shown in FIG. 7(A).
FIG. 6(B) shows a state where the mask M and the wafer W have a face-to-face distance detection gap δ2 as shown in FIG. 7(B).

例えばδ1=10μm〜70μm、δ2=δ1+α(α
210μm〜50μm)である場合が多く、61220
μmならδ2=70μmとなっている。
For example, δ1 = 10 μm to 70 μm, δ2 = δ1 + α (α
210 μm to 50 μm), 61220
If it is μm, δ2=70 μm.

第6図(A) 、 (B)において特徴的なことはδ2
〉δ1より第6図(A)のAAラインセンサー面上のA
A光束のスポット、43.44はマスクとウェハ面上の
ゾーンプレートの焦点と間隔を露光ギャップ時にベスト
フォーカスとなるように設定していることである。この
為AAクラインセンサー4面上のスポット径は最小のシ
ャープな像となる。これに対してAFシラインセンサー
4面上へのAF光束のスポットはマスクとウェハの面間
隔レンジを前記シーケンス(ロ)に対応して露光ギャッ
プよりも大きいギャップ時のマスクとウェハ面間隔のと
きに検出することができるように設定している為、AF
シラインセンサー4面上には入射しない。
The characteristic feature in Figures 6 (A) and (B) is δ2
〉From δ1, A on the AA line sensor surface in Figure 6 (A)
Spots 43 and 44 of the A light beam are determined by setting the focal point and interval between the mask and the zone plate on the wafer surface so that the best focus is achieved during the exposure gap. Therefore, the spot diameter on the four surfaces of the AA Klein sensor becomes a minimum sharp image. On the other hand, the spot of the AF light beam on the 4th surface of the AF line sensor corresponds to the sequence (b) above when the distance between the mask and the wafer is larger than the exposure gap. AF is set so that it can be detected.
It is not incident on the 4th side of the cylindrical sensor.

又、第6図CB’)の面間隔検出時にはAFシラインセ
ンサー4面上にはAF光束のスポット45.46がシャ
ープな形状で入射している。しかしながらAAクライン
センサー4面上にはマスクとウェハとのギャップが大き
い場合には第7図(B)に示すようにAAクラインセン
サー4面上でのスポットの集光状態か変わり、所謂デイ
フォーカスと同様の状態となり、第6図(B)の点線で
示すように拡がフたスポット43′44′となる。この
為第6図(B)に示す如くAFラインセンサー42にA
A光束のスポット43 ’、 44 =の一部が混入し
ノイズとなり、この結果検出誤差が発生してくるという
問題点があった。
Further, when detecting the distance between surfaces as shown in FIG. 6 CB'), spots 45 and 46 of the AF light beam are incident on the AF silhouette sensor 4 surface in a sharp shape. However, if there is a large gap between the mask and the wafer on the AA Klein sensor 4 surface, the convergence state of the spot on the AA Klein sensor 4 surface changes as shown in Figure 7 (B), resulting in so-called day focus. A similar state occurs, and the spot 43'44' is expanded as shown by the dotted line in FIG. 6(B). For this reason, as shown in FIG. 6(B), the AF line sensor 42
There is a problem in that a part of the spots 43', 44= of the A light beam mixes in and becomes noise, resulting in a detection error.

このように特願平1−209928号で提案している位
置検出装置は1つの投光手段と2つのセンサーを有する
検出手段でマスクとウェハとの位置すれ検出と面間隔検
出を行うことができるという特長はあるか面間隔検出時
にAFラインセンサーに位置ずれ検出用の不要光が入射
し、ノイズとなり面間隔検出精度を低下させる場合があ
った。
In this way, the position detection device proposed in Japanese Patent Application No. 1-209928 is capable of detecting misalignment between a mask and a wafer and detecting the surface distance using a detection means having one light projecting means and two sensors. However, when detecting the distance between surfaces, unnecessary light for detecting positional deviation may enter the AF line sensor, creating noise and reducing the accuracy of detecting the distance between the surfaces.

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

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

特に本発明では、前記第1物体と第2物体との相対的な
面間隔を検出する際には双方の相対的な面内の位置関係
が前記AAアライメントマークのうちの単一マークのア
ライメント方向の長さの1/2以上ずれるように調整し
た後に行うようにしたことを特徴としている。
In particular, in the present invention, when detecting the relative spacing between the first object and the second object, the relative in-plane positional relationship between the two objects is determined in the alignment direction of a single mark among the AA alignment marks. The feature is that the adjustment is performed after the adjustment is made so that the length is shifted by 1/2 or more.

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

図中、1は光源であり、半導体レーザーHe−Neレー
ザー、A、レーザー等のコヒーレンス光束を放射する光
源、又は発光ダイオード等の非コヒーレント光束を放射
する光源又はXray光源等から成っている。2はコリ
メーターレンズであり、光源1からの光束を平行光束と
してスリット3で光束径を調整し、λ/4板4を介し、
レンズ系5に入射させている。レンズ系5は入射光束を
所望のビーム径にした後、ミラー6で反射させて耐Xr
ay窓7(光源としてXrayを用いたとき)を通過さ
せて第1物体としてのマスク18面上の位置ずれ検出用
のAAアライメントマーク(以下FAAマーク」という
。)20M、又は面間隔検出用のAFアライメントマー
ク(以下rAFマーク」という。)21Mに入射させて
いる。
In the figure, reference numeral 1 denotes a light source, which is comprised of a light source that emits a coherent light beam such as a semiconductor laser He-Ne laser, an A laser, a light source that emits a non-coherent light beam such as a light emitting diode, or an X-ray light source. 2 is a collimator lens, which converts the light beam from the light source 1 into a parallel light beam, adjusts the diameter of the light beam with a slit 3, passes it through a λ/4 plate 4,
The light is made incident on the lens system 5. The lens system 5 adjusts the incident light beam to a desired beam diameter, and then reflects it with a mirror 6 to make it resistant to Xr.
AA alignment mark (hereinafter referred to as "FAA mark") 20M for detecting positional deviation on the surface of the mask 18 as the first object by passing through the ay window 7 (when Xray is used as the light source), or for detecting the distance between surfaces. It is made incident on the AF alignment mark (hereinafter referred to as rAF mark) 21M.

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

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

第2図はマスク18とウェハ19面上に設けたAAマー
ク20M、20WとAFマーク21Mの説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of AA marks 20M, 20W and AF mark 21M provided on the mask 18 and wafer 19 surface.

第3図はマスク18とウェハ19面上の各マークを介し
た光束の光路を示している。AAマーク20Mは2つの
AAマーク20M1,20M2、AAマーク20Wは2
つのAAマーク20W1.20W2、AFマーク21M
は入射用の2つのAFマーク21M1.21M3と射出
用の2つのAFマーク21M2.21M4より成ってい
る。尚、ウェハ19面上にはAFマークは設けられてお
らず、ウェハ19面上で0次反射(正反射)した光を用
いている。
FIG. 3 shows the optical path of the light flux through the mask 18 and each mark on the wafer 19 surface. AA mark 20M has two AA marks 20M1 and 20M2, AA mark 20W has two
AA mark 20W1.20W2, AF mark 21M
consists of two AF marks 21M1, 21M3 for incidence and two AF marks 21M2, 21M4 for exit. Note that no AF mark is provided on the surface of the wafer 19, and light that is zero-order reflected (regularly reflected) on the surface of the wafer 19 is used.

AAマーク20M1と20W1か1つの組に、AAマー
ク20M2と20W2が1つの組になっており、各々の
AAマーク20M1.20M2に入射した2つの光束1
5の各マークによる2つの回折光(以下FAA回折光」
という。)26−1.26−2は位置ずれに対応してA
Aシラインセンサー1面上を移動するように設定されて
いる。又AFマーク21M1と21M3に入射した光束
15のウェハ19面で反射しAFマーク21M2.21
M4より射出した2つの回折光(以下rAF回折光」と
いう。)27−1.27−2は面間隔に対応してAFシ
ラインセンサー1面上を移動するように設定されている
。尚、第3図において各入射光15は光源1から放射さ
れた共通の1つのビームの中の光線を用いている。
There is one set of AA marks 20M1 and 20W1, and one set of AA marks 20M2 and 20W2, and the two luminous fluxes 1 incident on each AA mark 20M1 and 20M2.
Two diffracted lights by each mark of 5 (hereinafter referred to as "FAA diffracted lights")
That's what it means. )26-1.26-2 is A in response to the positional shift.
It is set to move on one side of the A-shiline sensor. Also, the light beam 15 incident on the AF marks 21M1 and 21M3 is reflected by the wafer 19 surface and the AF marks 21M2.21
Two diffracted lights (hereinafter referred to as "rAF diffracted lights") 27-1 and 27-2 emitted from the M4 are set to move on one surface of the AF silhouette sensor in accordance with the surface spacing. Incidentally, in FIG. 3, each incident light beam 15 is a ray in one common beam emitted from the light source 1.

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

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

第4図は第3図において位置検出方向(アライメント方
向)に垂直で、かつマスク18とウェハ19の面法線に
垂直な方向から見たときの状態を光路を展開して示して
いる。同図に右いて第1〜第3図で示した要素と同一要
素には同符番な付している。又ウェハ19面上のAAマ
ークでは入射光束は反射回折されるが同図では等価な透
過回折した状態で示している。
FIG. 4 shows an expanded view of the optical path when viewed from a direction perpendicular to the position detection direction (alignment direction) and perpendicular to the surface normal of the mask 18 and wafer 19 in FIG. Elements on the right side of the figure that are the same as those shown in FIGS. 1 to 3 are given the same reference numerals. Furthermore, although the incident light beam is reflected and diffracted at the AA mark on the surface of the wafer 19, the figure shows an equivalent state of transmitted diffraction.

20M1はマスク18に、20W1はウェハ19に設け
たAAマークであり単一マークを形成しており第1信号
を得る為のものである。20M2はマスク18に、20
W2はウェハ19に設けたAAマークであり単一マーク
を形成しており第2信号を得る為のものである。
20M1 is an AA mark provided on the mask 18, and 20W1 is an AA mark provided on the wafer 19, forming a single mark for obtaining the first signal. 20M2 to mask 18, 20
W2 is an AA mark provided on the wafer 19, forming a single mark, and is used to obtain a second signal.

26−1.26−2は第1.第2信号用のAA回折光、
32は1次ピント面であり、受光レンズ10に関して受
光手段11と共役関係にある。
26-1.26-2 is the 1st. AA diffracted light for second signal,
32 is a primary focus plane, which is in a conjugate relationship with the light receiving means 11 with respect to the light receiving lens 10.

今、ウェハ19から1次ピント面32までの距離をし、
マスク18とウェハ19との間隔なg、AAマーク20
M1と20M2の焦点距離を各々fal+ f a2、
マスク18とウェハ19の相対位置ずれ量をΔGとし、
このときのAA回折光26−1.26−2の光束重心の
合致状態からの変位量を各々Sl、S2とする。
Now, calculate the distance from the wafer 19 to the primary focus plane 32,
Distance g between mask 18 and wafer 19, AA mark 20
The focal lengths of M1 and 20M2 are respectively fal + f a2,
The amount of relative positional deviation between the mask 18 and the wafer 19 is ΔG,
The amounts of displacement from the coincident state of the luminous flux gravity centers of the AA diffracted lights 26-1 and 26-2 at this time are defined as Sl and S2, respectively.

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

AA回折光26−1.26−2の光束重心の変位量S1
及びS2はAAマーク20M1.20M2の焦点Fl、
F2とAAマーク20W1゜20W2の光軸中心を結ぶ
直線と1次ピント面32との交点として幾何学的に求め
られる。従ってマスク18とウェハ19の相対位置ずれ
に対して各AA回折光の光束重心の変位量S、、S2か
互いに逆方向となるようにするにはAAマーク20W1
.20W2の光学的な結像倍率の符号を互いに逆とする
ことで達成することができる。
Displacement amount S1 of the center of gravity of the luminous flux of the AA diffracted light 26-1.26-2
and S2 is the focus Fl of AA mark 20M1.20M2,
It is determined geometrically as the intersection of the primary focus plane 32 and a straight line connecting F2 and the optical axis centers of the AA marks 20W1 and 20W2. Therefore, in order to make the displacement amounts S, S2 of the luminous flux gravity center of each AA diffracted light beam in opposite directions with respect to the relative positional deviation between the mask 18 and the wafer 19, the AA mark 20W1
.. This can be achieved by reversing the signs of the optical imaging magnifications of 20W2.

又、定量的には s、=−L’−f“++gΔσ : aI−g s2=−L−f・・+gユ。Also, quantitatively s,=-L'-f"++gΔσ: aI-g s2=-L-f...+gyu.

−ag と表わせ、ずれ倍率はβ2=S2/Δσ、β2=S2/
Δσと定義できる。従って、ずれ倍率を逆符合とするに
は を満たせば良い。この内、実用的に適切な構成条件の1
つとして L)lf、l+ f−+/ f −2<  0 Ifa口 〉 g +f−21>  g の条件かある。即ち、AAマーク20M1.20M2、
焦点距離fal+fa2に対して1次ピント面32まで
の距離りを大きく、且つマスク18とウェハ19の間隔
gを小さくし、更にAAマークの一方を凸レンズ、他方
を凹レンズとする構成である。
−ag, and the deviation magnification is β2=S2/Δσ, β2=S2/
It can be defined as Δσ. Therefore, in order to make the shift magnification the opposite sign, it is sufficient to satisfy the following. Among these, one of the practically appropriate configuration conditions
As one example, there is the condition L)lf, l+f-+/f-2<0 Ifa>g+f-21>g. That is, AA mark 20M1.20M2,
The distance to the primary focus plane 32 is increased relative to the focal length fal+fa2, the distance g between the mask 18 and the wafer 19 is decreased, and one of the AA marks is a convex lens and the other is a concave lens.

第4図の上側にはAAマーク20M1で入射光束を集光
光束とし、その集光点F、に至る前にAAマーク20W
1に光束を照射し、これを更に1次ピント面32に結像
させている。AAマーク20W1の焦点距離fblはレ
ンズの式を満たす様に定められる。同様に第4図の下側
においてはAAマーク20M2により入射光束を入射側
の点であるF2より発散する光束に変え、これをAAマ
ーク20W2を介して1次ピント面32に結像させてい
る。このときのAAマーク20W2の焦点路mtb2は を満たす梯に定められる。以上の構成条件でAAマーク
20W1.20W2の集光像に対する結像倍率は図より
明らかに正の倍率で、ウェハ19のずれ量Δσと1次ピ
ント面32の光点変位置s1の方向は逆となり、先に定
義したずれ倍率β1は負となる。同様にAAマーク20
M2の点像(虚像)に対するAAマーク20W2の結像
倍率は負であり、ウェハ19のずれ量Δ0と1次ピント
面32上の光点変位量S2の方向は同方向で、ずれ倍率
β2は正となる。
On the upper side of Fig. 4, the incident light beam is condensed by the AA mark 20M1, and before reaching the condensing point F, the AA mark 20W
1 is irradiated with a light beam, and this is further focused on a primary focus plane 32. The focal length fbl of the AA mark 20W1 is determined to satisfy the lens equation. Similarly, in the lower part of FIG. 4, the AA mark 20M2 changes the incident light flux into a light flux that diverges from the point F2 on the incident side, and this is focused on the primary focus plane 32 via the AA mark 20W2. . At this time, the focal path mtb2 of the AA mark 20W2 is determined to satisfy the ladder. Under the above configuration conditions, the imaging magnification for the condensed image of the AA marks 20W1, 20W2 is clearly positive as shown in the figure, and the direction of the shift amount Δσ of the wafer 19 and the light spot displacement position s1 of the primary focus plane 32 are opposite. Therefore, the deviation magnification β1 defined earlier becomes negative. Similarly AA mark 20
The imaging magnification of the AA mark 20W2 with respect to the point image (virtual image) of M2 is negative, the direction of the deviation amount Δ0 of the wafer 19 and the light spot displacement amount S2 on the primary focus plane 32 is the same direction, and the deviation magnification β2 is It becomes positive.

従ってマスク18とウェハ19の相対位置ずれ量δに対
してAAマーク20M1.20W1の系とAAマーク2
0M2.20W2(7)系のAA回折光26−1.26
−2のずれ量S、、s2は互いに逆方向となる。
Therefore, for the relative positional deviation amount δ between the mask 18 and the wafer 19, the system of AA mark 20M1.20W1 and the system of AA mark 2
0M2.20W2(7) system AA diffraction light 26-1.26
The deviation amounts S, s2 of −2 are in opposite directions.

即ち、AAマーク20M1.20W1のパターンの回折
によって形成される1次ピント面32上のスポット30
とAAマーク20M2.20W2のパターンの回折によ
って形成される1次ピント面32上のスポット31との
距離がマスク18とウェハ19の位置すれ量に応じて変
わり、この2つのスポット30.31の距離を受光レン
ズ10により受光手段11のAAシラインセンサー1面
上に投影している。そしてAAラインセンサー12で2
つのスポット30.31の光強度を検出することにより
マスク18とウェハ19の相対的な位置ずれを検出して
いる。
That is, the spot 30 on the primary focus plane 32 formed by diffraction of the pattern of the AA mark 20M1.20W1.
The distance between the spot 31 on the primary focus plane 32 formed by diffraction of the pattern of the AA marks 20M2, 20W2 changes depending on the amount of misalignment between the mask 18 and the wafer 19, and the distance between these two spots 30.31 is projected by the light-receiving lens 10 onto the AA silhouette sensor 1 of the light-receiving means 11. And 2 with AA line sensor 12
By detecting the light intensity of the two spots 30 and 31, the relative positional deviation between the mask 18 and the wafer 19 is detected.

本実施例ではウェハ19がマスク18に対して傾斜(T
int)していても2つのスポット30.31は1次ピ
ント面32上を共に同一方向に同一量移動する為、スポ
ット間隔は不変であり、この結果位置検出誤差は発生し
ないという特長を有している。以上が本発明に係る位置
検出手段の構成である。
In this embodiment, the wafer 19 is tilted (T) with respect to the mask 18.
int), the two spots 30 and 31 move on the primary focus plane 32 by the same amount in the same direction, so the spot interval remains unchanged, and as a result, no position detection error occurs. ing. The above is the configuration of the position detection means according to the present invention.

尚、AA、AFセンサーは同一基板面上に設けた実施例
を示したか、同一基板面上になくても、AAセンサーと
AFセンサーが別の基板面上に設定されていてもよい。
Note that although the embodiment has been shown in which the AA and AF sensors are provided on the same substrate surface, the AA sensor and the AF sensor may be provided on different substrate surfaces even if they are not on the same substrate surface.

また単一のセンサーなAA、AFセンサーとして兼用し
てもいい。
It can also be used as a single sensor, AA and AF sensor.

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

本実施例では入射光15をマスク18面上の2つのAF
マーク21M1 (21M3)に入射させている。AF
マーク21M1 (21M3)に入射した光は該マーク
で回折されて例えば1次回折光はマスク18と間隔g1
 (g2)離れたウェハ19面上で正反射し、マスク1
8面上のAFマーク21M2 (21M4)に入射する
。AFマーク21M2 (21M4)は回折光がレンズ
と同じ集束作用を受けるようなパターンから成っている
In this embodiment, the incident light 15 is transmitted to two AFs on the mask 18 surface.
It is made incident on mark 21M1 (21M3). AF
The light incident on the mark 21M1 (21M3) is diffracted by the mark, and, for example, the first-order diffracted light is separated from the mask 18 by the distance g1.
(g2) Specular reflection on the distant wafer 19 surface, mask 1
The light enters the AF mark 21M2 (21M4) on the 8th surface. The AF mark 21M2 (21M4) consists of a pattern in which the diffracted light is subjected to the same focusing effect as a lens.

そしてウェハ19で反射した光がAFマーク21M2 
(21M4)へ入射する際、その入射位置(グレーティ
ングエリアの瞳位置)に応じて出射回折光の射出角が変
わるような光学作用を有している。
Then, the light reflected by the wafer 19 is the AF mark 21M2.
(21M4) has an optical effect such that the exit angle of the emitted diffracted light changes depending on the incident position (pupil position of the grating area).

例えばマスク18とウェハ19との面間隔かg2のとき
AFマークで回折されたAF回折光は実線で示す光路を
進み受光レンズ10を通ってAFシラインセンサー1面
上に2つのスポット51.52を形成する。又面間隔か
glとき同様にAFマークで回折されたAF回折光は点
線で示す光路な進みAFシラインセンサー1面上に2つ
のスポット53.54を形成する。
For example, when the distance between the mask 18 and the wafer 19 is g2, the AF diffracted light diffracted by the AF mark travels along the optical path shown by the solid line, passes through the light receiving lens 10, and forms two spots 51 and 52 on the surface of the AF silhouette sensor. form. Similarly, when the surface spacing is gl, the AF diffracted light diffracted by the AF mark follows the optical path indicated by the dotted line and forms two spots 53 and 54 on the surface of the AF silhouette sensor.

このようにマスク18とウェハ19の面間隔に応じてA
Fシラインセンサー1面上に生じる2つのスポットの間
隔が変わるので、このときの2つのスポットの間隔を測
定することによりマスク18とウェハ19との面間隔を
検出している。
In this way, depending on the surface distance between the mask 18 and the wafer 19,
Since the distance between the two spots generated on the surface of the F-shiline sensor 1 changes, the distance between the mask 18 and the wafer 19 is detected by measuring the distance between the two spots at this time.

尚、本実施例でも位置検出方法と同様にウェハ19がマ
スク18に対して傾斜(Tint)していても2つのス
ポットはAFシラインセンサー1面上を同じ方向に同一
量移動する為、スポット間隔は不要であり、この結果面
間隔検出誤差は発生しないという特長を有している。以
上が本発明に係る面間隔検出手段の構成である。
In addition, in this embodiment, as in the position detection method, even if the wafer 19 is tilted (Tint) with respect to the mask 18, the two spots move by the same amount in the same direction on the surface of the AF silhouette sensor 1, so the spots It has the advantage that no spacing is required, and as a result, no surface spacing detection error occurs. The above is the configuration of the surface distance detection means according to the present invention.

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

第8図、第9図はマスク18とウェハ19面上に設けた
AAマークとAFマークの説明図である。第8図(A)
は位置検出方向をX軸にとった場合のAAマークとAF
マークの相対位置をマスク面とウェハ面に垂直な方向か
ら見た概略図であり、面内の信号検出を行う場合を示し
ている。
FIGS. 8 and 9 are explanatory diagrams of the AA mark and AF mark provided on the mask 18 and the wafer 19 surface. Figure 8 (A)
is the AA mark and AF when the position detection direction is taken as the X axis
FIG. 2 is a schematic diagram of the relative positions of marks viewed from a direction perpendicular to a mask surface and a wafer surface, and shows a case where in-plane signal detection is performed.

第8図(B)はX軸方向に対しマスクとウェハとの位置
関係をウニ八面上のAAマークの単一マークの長さに相
当する距離Δだけずらした場合であり、面間隔検出を行
う場合を示している。
Figure 8 (B) shows the case where the positional relationship between the mask and the wafer is shifted in the X-axis direction by a distance Δ corresponding to the length of a single AA mark on the eight faces of the sea urchin. Indicates when to do so.

第9図(A)、(B)はマスク18とウェハ19面上の
AAマークとAFマークを示す要部斜視図である。同図
(A)は第8図(A)に、同図(B)は第8図(B)に
各々対応している。
FIGS. 9(A) and 9(B) are perspective views of essential parts showing the mask 18 and the AA mark and AF mark on the wafer 19 surface. 8(A) corresponds to FIG. 8(A), and FIG. 8(B) corresponds to FIG. 8(B).

図中15は入射光、20M1.20M2はマスク18面
上のAAマーク、21M1はマスク18面上のAFマー
ク、20W1.20W2はウェハ19面上のAAマーク
であり、これらの各単一マークの光学作用は第4、第5
図で説明したのと同線である。
In the figure, 15 is the incident light, 20M1.20M2 is the AA mark on the mask 18 surface, 21M1 is the AF mark on the mask 18 surface, and 20W1.20W2 is the AA mark on the wafer 19 surface. Optical action is the 4th and 5th
This is the same line as explained in the figure.

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

このときAAマーク20M1.20M2は対向するウェ
ハ面上のAAマーク20W2の一部とノーマーク(マー
クが存在しない領域)が各々対応する。従ってAA回折
光は発生せずAFラインセンサー面上はAA回折光の大
きなボケ像の一部が入射することはない。これによりS
/N比の良い面間隔検出が可能となる。本発明において
はAFラインセンサーにノイズ光が位置をすらさないと
きの1/2程度のノイズ光が入射しても比較的精度の良
い検出か可能の為に位置すらしを単一マークの長さの少
なくとも1/2以上となるようにしている。
At this time, the AA marks 20M1 and 20M2 correspond to a part of the AA mark 20W2 on the opposing wafer surface and a no mark (area where no mark exists), respectively. Therefore, no AA diffracted light is generated, and no part of the large blurred image of the AA diffracted light is incident on the AF line sensor surface. This allows S
It becomes possible to detect the surface spacing with a good /N ratio. In the present invention, even if noise light of about 1/2 is incident on the AF line sensor when the position is not even, it is possible to detect the position with relatively high accuracy. It is made to be at least 1/2 or more.

このように本発明では面間隔検出時に位置検出用のAA
回折光がノイズとしてAFラインセンサーに入射するの
を防止する為にマスクとウェハとの相対的位置をウェハ
面上のAAマークの位置検出方向にAAマークの単一マ
ークの長さの少なくとも172以上(距離Δ/2)ウェ
ハステージの測長器を利用してずらしている。
In this way, in the present invention, the AA for position detection is used when detecting the surface distance.
In order to prevent diffracted light from entering the AF line sensor as noise, the relative position of the mask and wafer is adjusted in the direction of detecting the position of the AA mark on the wafer surface by at least 172 times the length of a single AA mark. (Distance Δ/2) The wafer stage is shifted using a length measuring device.

そしてマスクとウェハとの面内の位置検出時には面間隔
検出で得られた値を用いて、かつ面間隔検出の際にウェ
ハーステージを移動した値だけつ。
Then, when detecting the in-plane position between the mask and the wafer, the value obtained by detecting the surface distance is used, and only the value obtained by moving the wafer stage is used when detecting the surface distance.

エバーステージなx、y、zの3次方向(本実施例では
X方向)に移動させて元の位置に戻し、マスク面上のA
Aマークとウェハ面上のAAマークを概略合致させた後
に第4図で示した方法により行うようにしている。この
ようにしてマスクとウェハとの高精度な相対的位置検出
を可能としている。
Move it in the ever stage x, y, z tertiary directions (in this example, the X direction) and return it to its original position, and then
After the A mark and the AA mark on the wafer surface are roughly aligned, the process shown in FIG. 4 is performed. In this way, highly accurate relative position detection between the mask and the wafer is made possible.

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

第10図(A)、(B)、(C)はいずれもマスクとウ
ェハを各面に対して垂直方向から見たときの概略図であ
る。図中91はマスク面上の回路パターンエリア、93
.〜934はマスク面上のAAマークとAFマークのマ
ークエリアであり各々実線で示している。92はウェハ
面上の回路パターンエリア、941〜944はウェハ面
上のAAマークのマークエリアであり各々点線で示して
いる。
FIGS. 10(A), 10(B), and 10(C) are all schematic views of the mask and wafer viewed from a direction perpendicular to each surface. In the figure, 91 is the circuit pattern area on the mask surface, 93
.. 934 are the mark areas of the AA mark and AF mark on the mask surface, each indicated by a solid line. 92 is a circuit pattern area on the wafer surface, and 941 to 944 are mark areas of AA marks on the wafer surface, each indicated by a dotted line.

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

(11)マスクとウェハとの面間隔検出を行う。このと
き第10図(B)に示すように故意にマスクとウェハが
略合う状態(プリアライメントで大体合致する状態は予
め計測されている為)から距離ΔXだけずらしてウェハ
をXY面内で設定しマークエリア931〜934,94
゜〜944がすれた状態にして面間隔検出を行う。
(11) Detect the surface distance between the mask and the wafer. At this time, as shown in Figure 10 (B), the wafer is intentionally set in the XY plane by shifting the mask and wafer by a distance ΔX from the state where they almost match (because the state where they roughly match has been measured in advance by pre-alignment). mark areas 931 to 934, 94
Surface spacing is detected in a state in which the angles of ˜944 are rubbed.

このときAFマークのウェハ側のエリアのマークエリア
93.と933のパターンに対応した位置にはパターン
かないがマークエリア932と934のパターンに対応
した(マスク面上のAAマークとAFマークから面に垂
直方向に投影したウェハ面上のエリア)位置には回路パ
ターンがある。
At this time, the mark area 93. is the area on the wafer side of the AF mark. There are no patterns at the positions corresponding to the patterns 933 and 933, but there are no patterns at the positions corresponding to the patterns 932 and 934 (areas on the wafer surface projected perpendicularly to the mask surface from the AA mark and AF mark on the mask surface). There is a circuit pattern.

従ってウェハ面上の回路パターンの有無によりウェハ面
上の凹凸の有無となり面間隔検出の絶対値に違いが生じ
る。この違いの量はウェハープロセス毎にあらかじめ代
表値として計測して補正値として用意しておいて面間隔
検出時に利用する。
Therefore, depending on the presence or absence of a circuit pattern on the wafer surface, the presence or absence of unevenness on the wafer surface causes a difference in the absolute value of surface spacing detection. The amount of this difference is measured in advance as a representative value for each wafer process, prepared as a correction value, and used when detecting the surface spacing.

即ち、マークエリア931と933の対向するウェハ上
に回路パターンが無い場合の面間隔検出値に対しマーク
エリア932と934のウェハ上に回路パターンかくる
場合の値をある量加減して換算してやればよい。
That is, if the surface spacing detection value when there is no circuit pattern on the wafers facing each other in the mark areas 931 and 933 is converted by adding or subtracting the value when there is a circuit pattern on the wafers in the mark areas 932 and 934 by a certain amount. good.

又、第1O図(C)に示すようにY方向に距離ΔYだけ
ウェハを故意にずらし面間隔検出をする。この時第10
図(B)の場合と逆にマークエリア932,934の対
向するウェハ上にはパターンがなく、マークエリア93
..933の対向するウェハ上には回路パターンが存在
してこれに相当する面間隔検出の補正をしてやる事にな
る。
Further, as shown in FIG. 10(C), the wafer is intentionally shifted by a distance ΔY in the Y direction to detect the surface spacing. At this time the 10th
Contrary to the case in Figure (B), there is no pattern on the wafer opposite the mark areas 932 and 934;
.. .. There is a circuit pattern on the wafer facing 933, and the surface distance detection corresponding to this pattern must be corrected.

ここで距離ΔX、ΔYは第8図(B)、第9図(B)に
示した距離Δに相当し、この量は例えばAAマーク20
M1.20M2のエリアサイズの少なくとも1/2以上
にずらせばよい。
Here, the distances ΔX and ΔY correspond to the distance Δ shown in FIG. 8(B) and FIG. 9(B), and this amount is, for example, AA mark 20
It is sufficient to shift the area size by at least 1/2 of the area size of M1.20M2.

尚、ウェハを距離ΔX、あるいは距離ΔYずらず場合に
はいずれもウェハーステージの動きを測長器で計測して
、その測長器の値にもとづいて行う。
In addition, when the wafer is shifted by a distance ΔX or a distance ΔY, the movement of the wafer stage is measured with a length measuring device, and the measurement is performed based on the value of the length measuring device.

(III)更にマスクとウェハの面間隔検出にもとづい
て、露光時のマスクとウェハとの面間隔になるようにす
べく、ウェハを面内(x、y方向)及び間隔方向に移動
する。
(III) Furthermore, based on the detection of the surface spacing between the mask and the wafer, the wafer is moved in the plane (x, y directions) and in the spacing direction so as to maintain the surface spacing between the mask and the wafer at the time of exposure.

(rV)露光時のマスクとウェハとの面間隔に設定され
た状態で、マスクとウェハとの面内の位置検出を行い、
面内で完全に0となる株にウェハを回転、併行移動する
(rV) Detecting the in-plane position of the mask and wafer with the distance between the mask and wafer set at the time of exposure,
The wafer is rotated and moved in parallel so that the stock becomes completely zero in the plane.

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

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

以下(I)に戻り同じ行程を縁り返す。Return to (I) below and repeat the same process.

(発明の効果) 本発明によれば第1物体と第2物体との面間隔と面内の
位置ずれに関する相対的位置検出を1つの投光手段と1
つの受光手段で行う際、前述したように各要素を構成す
ることにより第1物体と第2物体との面間隔検出に際し
て、位置ずれ検出用の光がノイズとしてAFラインセン
サーに入射するのを防止し、S/N比の高い信号か得ら
れ、高照度な面間隔検出か可能となり、次いで行う第1
物体と第2物体との面内での位置検出を高照度に行うこ
とができる位置検出装置を達成することができる。
(Effects of the Invention) According to the present invention, relative position detection regarding the interplanar distance and in-plane positional deviation between the first object and the second object can be performed using one light projecting means and one projector.
When using two light receiving means, by configuring each element as described above, it is possible to prevent the light for positional deviation detection from entering the AF line sensor as noise when detecting the surface distance between the first object and the second object. However, a signal with a high S/N ratio can be obtained, and it is possible to detect the interfacial distance with high illuminance.
A position detection device capable of detecting the in-plane positions of an object and a second object with high illuminance can be achieved.

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

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

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)対向配置した第1物体と第2物体に各々双方の相
対的な面内の位置ずれをAAセンサーを用いて検出する
為のAAアライメントマークを設けると共に該第1物体
に双方の相対的な面間隔をAFセンサーを用いて検出す
る為のAFアライメントマークを設け、該第1物体と第
2物体との相対的な面間隔を検出する際には双方の相対
的な面内の位置関係を該AAアライメントマークからの
ノイズ光が該AFセンサーに入射しない方向に所定量変
位させた後に光源手段からの光束を該第1物体上のAF
アライメントマークに入射させ、該AFアライメントマ
ークからの光束を該第2物体面で反射させて所定面上に
入射させ、該所定面上への入射位置を該AFセンサーで
検出することにより求めるようにした面間隔検出手段と
、該第1物体と第2物体との相対的な面内の位置ずれを
検出する際には該光源手段からの光束を該第1物体と第
2物体の双方のAAアライメントマークを介した後に所
定面上に入射させ、該所定面上への入射位置を該AAせ
ンサーで検出することにより求めるようにした位置検出
手段とを有していることを特徴とする位置検出装置。
(1) An AA alignment mark is provided on the first object and the second object arranged opposite each other to detect the relative in-plane positional deviation of both using an AA sensor, and An AF alignment mark is provided to detect the relative distance between the first and second objects using an AF sensor, and when detecting the relative distance between the first and second objects, the relative in-plane positional relationship between the two objects is determined. is displaced by a predetermined amount in a direction in which noise light from the AA alignment mark does not enter the AF sensor, and then the luminous flux from the light source means is directed to the AF sensor on the first object.
The light flux from the AF alignment mark is reflected by the second object surface to be incident on a predetermined surface, and the incident position on the predetermined surface is detected by the AF sensor. When detecting a relative in-plane positional deviation between the first object and the second object, the light beam from the light source means is connected to the AA of both the first object and the second object. A position detecting means configured to cause the beam to be incident on a predetermined surface after passing through an alignment mark, and to determine the position of incidence on the predetermined surface by detecting the position of incidence on the predetermined surface with the AA sensor. Detection device.
(2)前記第1物体と第2物体との相対的な面間隔を検
出する際には双方の相対的な面内の位置関係が前記AA
アライメントマークのうちの単一マークのアライメント
方向の長さの1/2以上ずれるように調整した後に行う
ようにしたことを特徴とする請求項1記載の位置検出装
置。
(2) When detecting the relative spacing between the first object and the second object, the relative in-plane positional relationship between the two objects is determined by the AA.
2. The position detecting device according to claim 1, wherein the position detecting device performs the adjustment after adjusting the length of a single mark among the alignment marks to be shifted by 1/2 or more in the alignment direction.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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WO2003094212A1 (en) * 2002-05-01 2003-11-13 Sony Corporation Alignment system, alignment method and production method for semiconductor device
JP2007193296A (en) * 2005-12-19 2007-08-02 Nsk Ltd Exposure apparatus and exposure method

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