JPH042902A - position detection device - Google Patents

position detection device

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JPH042902A
JPH042902A JP2104903A JP10490390A JPH042902A JP H042902 A JPH042902 A JP H042902A JP 2104903 A JP2104903 A JP 2104903A JP 10490390 A JP10490390 A JP 10490390A JP H042902 A JPH042902 A JP H042902A
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alignment
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優和 真継
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謙治 斉藤
Shigeyuki Suda
須田 繁幸
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
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Abstract

PURPOSE:To accurately detect a positional deviation by regulating a light intensity distribution of a passed luminous flux based on a relative distance of incident position of two fluxes incident on a predetermined surface by using light intensity distribution regulating means. CONSTITUTION:Alignment luminous flux emitted from a light source 13 such as a semiconductor laser, etc., is incident to alignment marks 5, 6 on the surface of an article 1 through a collimator lens system 14, a beam splitter 15, light intensity distribution regulating means 20 and a polarizer 21. Here, the light intensity distribution of an emitted light on the article 1 is arbitrarily controlled in a real time manner by using the means 20 and the polarizer 21. Then, the flux diffracted by the marks 5, 6 is, for example, converged at convex power by the mark 5, dispersed at concave power by the mark 6, and then introduced to alignment marks 3, 4 on the article 2. Thereafter, the flux which is dispersed by the mark 3 and converted by the mark 4 becomes first, second signal lights, which are emitted from the article 2, passed through the article 1, and introduced to detecting surfaces 11, 12 to detect positional deviations.

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との相対的な位置ずれ量を求め
、双方の位置決め(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"). Suitable for determining the amount of relative positional deviation between the mask and wafer and aligning them when exposing and transferring a fine electronic circuit pattern formed on a wafer onto a second object surface such as a wafer. The present invention relates to a position detection device.

(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
ウェハの相対的な位置合わせは性能向上を図る為の重要
な一要素となっている。特に最近の露光装置における位
置合わせにおいては、半導体素子の高集積化の為に、例
えばサブミクロン以下の位置合わせ精度を有するものが
要求されている。
(Prior Art) Conventionally, in exposure apparatuses for semiconductor manufacturing, relative alignment between a mask and a wafer 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.

多くの位置検出装置においては、マスク及びウニ八面上
に位置合わせ用の所謂アライメントマークを設け、それ
ら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マーク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4037
969号や米国特許第4514858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
トマーク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。
In many position detection devices, so-called alignment marks for positioning are provided on the mask and the eight faces of the sea urchin, and position information obtained from these marks is used to perform alignment of both. As an alignment method at this time, for example, detecting the amount of deviation between both alignment marks by performing image processing, or using U.S. Patent No. 4037
No. 969, U.S. Patent No. 4,514,858, and JP-A-56-
As proposed in Japanese Patent No. 157033, a zone plate is used as an alignment mark, a light beam is irradiated onto the zone plate, and the position of a converging point on a predetermined plane of the light beam emitted from the zone plate is detected at this time. Is going.

般にゾーンプレートを利用したアライメント方法は、イ
11なるアライメントマークを用いた方法に比べてアラ
イメントマークの欠損に影響されずに比較的高粒度のア
ライメントが出来る特長がある。
In general, an alignment method using a zone plate has the advantage of being able to achieve relatively high-grain alignment without being affected by alignment mark defects, compared to a method using an alignment mark (A11).

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.

同図においてマスクMはメンブレン117に取り付けて
あり、それをアライナ−本体115にマスクヂャック1
16を介して支持している。本体115J一部にアライ
メン1へへラド114が配置されている。マスクMとウ
ェハWの位置合わせを行う為にマスクアライメントマー
クMM及びウェハアライメントマークWMがそれぞれマ
スクMとウェハWに焼き付けられている。
In the figure, a mask M is attached to a membrane 117, and it is attached to an aligner body 115 using a mask jack 1.
16. A helad 114 is arranged in a part of the main body 115J to the alignment member 1. In order to align the mask M and the wafer W, a mask alignment mark MM and a wafer alignment mark WM are printed on the mask M and the wafer W, respectively.

光源110から出射された光束は投光レンズ系111に
より平行光となり、ハーフミラ−112を通り、マスク
アライメントマークMMへ入射する。マスクアライメン
トマークMMは透過型のゾーンプレートより成り、入射
した光束は回折され、その+1次回折光は点Qへ集光す
る凸レンズ作用を受ける。
The light beam emitted from the light source 110 is turned into parallel light by the projection lens system 111, passes through the half mirror 112, and enters the mask alignment mark MM. The mask alignment mark MM is composed of a transmission type zone plate, and the incident light beam is diffracted, and the +1st-order diffracted light is subjected to a convex lens action to converge on a point Q.

又、ウェハアライメントマークWMは反射型のゾーンプ
レー1〜より成り点Qへ集光する光を反射回折させ検出
面119上へ結像する凸面鏡の作用(発散作用)を持っ
ている。
Further, the wafer alignment mark WM has the function of a convex mirror (divergent function) that reflects and diffracts the light condensed from the reflective zone plates 1 to 1 to the convergence point Q and forms an image on the detection surface 119.

このときウェハアライメントマークWMで一1次で反射
回折作用を受けた信号光束はマスクアライメントマーク
MMを通過する際、レンズ作用を受けずに0次光として
透過し検出面119上に集光してくるものである。
At this time, when the signal light flux that has undergone the 11th-order reflection and diffraction action at the wafer alignment mark WM passes through the mask alignment mark MM, it is transmitted as 0-order light without being subjected to lens action, and is condensed onto the detection surface 119. It is something that comes.

同図の位置検出装置においては、マスクMに対しウェハ
Wか相対的に所定量位置ずれしていると、その位置ずれ
量ΔσWに対して検出面119上に入射する光束の入射
位置(光量の重心位置)がずれてくる。このときの検出
面119上のずれ量ΔδWと位置ずれ量ΔσWとは一定
の関係があり、このときの検出面119上のずれ量Δδ
Wを検出することによりマスクMとウェハWとの相対的
な位置ずれ量ΔσWを検出している。
In the position detection device shown in the figure, if the wafer W is misaligned by a predetermined amount relative to the mask M, the incident position of the light beam incident on the detection surface 119 (the light intensity (center of gravity) shifts. There is a certain relationship between the displacement amount ΔδW on the detection surface 119 and the position displacement amount ΔσW at this time, and the displacement amount ΔδW on the detection surface 119 at this time
By detecting W, the relative positional deviation amount ΔσW between the mask M and the wafer W is detected.

(発明か解決しようとする問題点) しかしなから従来の位置検出装置においては位置合わせ
を行う為に対向配置した2つの物体間に予め設定された
値から外れて間隔が変動する場合がある。この場合、そ
の変動に伴い位置ずれ量ΔσWに対する検出面上での光
束の入射位置のずれ量ΔδWとの比ΔδW/ΔσWであ
る位置ずれ検出倍率も変動し、位置ずれ量の検出誤差と
なってくるという問題点があった。
(Problems to be Solved by the Invention) However, in conventional position detection devices, the distance between two objects placed facing each other in order to perform alignment may vary from a preset value. In this case, with this variation, the positional deviation detection magnification, which is the ratio ΔδW/ΔσW of the deviation amount ΔδW of the incident position of the light beam on the detection surface to the positional deviation amount ΔσW, also changes, resulting in a detection error of the positional deviation amount. There was a problem with the

又、光源や該光源からの光束をマスク面一トに導光する
為の投光光学系或は信号光を受光する為の受光系等を内
蔵するアライメントヘッドかアライメントマークに対し
て相対的に位置変動を起こすと、検出部の検出面上への
光束の入射位置も変動し、結果的に位置ずれ量ΔδWの
検出誤差となってくるという問題点があった。
Also, relative to the alignment head or alignment mark, which has a built-in light source, a light projecting optical system for guiding the light flux from the light source to the entire mask surface, a light receiving system for receiving signal light, etc. When the position changes, the incident position of the light beam onto the detection surface of the detection section also changes, resulting in a detection error in the amount of positional deviation ΔδW.

本発明は位置合わせなすべき第1物体と第2物体の2つ
の物体間に予め設定した値から外れて間隔の変動があっ
ても、又アライメントヘットがアライメントマークに対
して相対的に位置変動しても第1物体と第2物体面上に
設けるアライメントマークの形状や投光光束のアライメ
ントマークへの入射角等の各要素を適切に設定すること
により、2つの物体の相対的位置ずれ量を精度良く検出
することのできる位置検出装置の提供を1]的とする。
The present invention prevents the alignment head from changing its position relative to the alignment mark even if the distance between the first and second objects to be aligned varies beyond a preset value. However, by appropriately setting each element such as the shape of the alignment mark provided on the first and second object planes and the angle of incidence of the emitted light flux to the alignment mark, it is possible to reduce the amount of relative positional deviation between the two objects. Our objective is to provide a position detection device that can detect with high accuracy.

(問題点を解決するための手段) 本発明の位置検出装置は、少なくとも2つの物理光学素
子より成るアライメントマークを各々設けた第1物体と
第2物体とを対向配置し、投光手段からの光束を、光強
度分布調整手段を介して該第1物体と第2物体に設けた
各々のアライメントマークを介した後2つの光束を所定
面上に導光し、該所定面上における該2つの光束の入射
位置を検出手段により検出することにより、該第1物体
と第2物体との相対的な位置ずれ量の検出を行う際、2
つの光束のうち少なくとも一方の光束は該第1物体面」
−のアライメントマークと第2物体面上のアライメント
マークで各々結像作用を受けており、該光強度分布調整
手段は、該所定面−4二に入射する2つの光束の入射位
置の相対距離に基づいて通過光束の光強度分布を調整し
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 includes a first object and a second object, each provided with an alignment mark made of at least two physical optical elements, which are placed facing each other, The two light beams are guided onto a predetermined surface after passing through each alignment mark provided on the first object and the second object via a light intensity distribution adjusting means, and the two light beams on the predetermined surface are When detecting the amount of relative positional deviation between the first object and the second object by detecting the incident position of the light beam with the detection means,
At least one of the two luminous fluxes is on the first object surface."
- and the alignment mark on the second object surface are each subjected to imaging action, and the light intensity distribution adjusting means adjusts the relative distance between the incident positions of the two light beams incident on the predetermined surface -42. It is characterized in that the light intensity distribution of the passing light flux is adjusted based on the following.

即ち、本発明は物体面Aと物体面Bを位置合わせずへき
第1物体と第2物体としたとき物体面Aに物理光学素子
としての機能を有する第1及び第2の信号用のアライメ
ントマークAI及びA2を形成し、且つ物体面Bにも同
様に物理光学素子としての機能を有する第1及び第2の
信号用のアライメントマークB1及びB2を形成し、前
記アライメントマークA1に光束を入射させ、このとき
生しる回折光をアライメントマークB1に入射させ、ア
ライメントマークB1からの回折光の入射面内での光束
重心を第1信号光束の入射位置として第1検出部にて検
出する。
That is, the present invention provides alignment marks for first and second signals that function as physical optical elements on the object plane A when the object plane A and the object plane B are not aligned and are separated into a first object and a second object. AI and A2 are formed, and alignment marks B1 and B2 for first and second signals having a function as a physical optical element are also formed on the object plane B, and a light beam is made to enter the alignment mark A1. The diffracted light generated at this time is made incident on the alignment mark B1, and the center of gravity of the light beam within the plane of incidence of the diffracted light from the alignment mark B1 is detected by the first detection section as the incident position of the first signal light beam.

ここで光束の重心とは光束断面内において、断面円各点
のその点からの位置ベクトルにその点の光強度を乗算し
たものを断面全面で積分したときに積分値が0ベクトル
になる点のことであるが、便宜上光束重心として光強度
がど−りとなる点を用いてもよい。同様にアライメント
マークA2に光束を入射させ、このとき生じる回折光を
アライメントマークB2に入射させアライメントマーク
B2からの回折光の入射面における光束重心を第2信号
光束の入射位置として第2検出部にて検出する。そして
第1及び第2検出部からの2つの位置情報を利用して物
体面Aと物体面Bの位置決めを行う。このとき不均一な
光強度分布の光束を放射する投光手段からの光束を光強
度分布調整手段を介してアライメントマークに入射させ
ている。そして光強度分布調整手段により2つの光束の
所定面上における入射位置の相対距離の値の大きさに応
じて通過光束の光強度分布を調整している。
Here, the center of gravity of the light beam is the point in the cross section of the light beam where the integral value becomes 0 vector when the product of the position vector of each point of the cross section circle from that point multiplied by the light intensity of that point is integrated over the entire cross section. However, for convenience, the point where the light intensity varies may be used as the center of gravity of the light flux. Similarly, a light beam is made incident on the alignment mark A2, and the diffracted light generated at this time is made incident on the alignment mark B2, and the center of gravity of the light beam on the incident surface of the diffracted light from the alignment mark B2 is set as the incident position of the second signal light beam and sent to the second detection section. Detect. Then, the object plane A and the object plane B are positioned using the two position information from the first and second detection sections. At this time, a light beam from a light projecting means that emits a light beam having a non-uniform light intensity distribution is made to enter the alignment mark via a light intensity distribution adjusting means. Then, the light intensity distribution adjusting means adjusts the light intensity distribution of the passing light beams according to the magnitude of the relative distance between the incident positions of the two light beams on the predetermined plane.

この池水発明では第1検出部に入射する光束の重心位置
と第2検出部に入射する光束の重心位置が物体面Aと物
体面Bの位置ずれに対して互いに逆方向に変位するよう
に各アライメントマークAI、A2.B1.B2を設定
している。
In this Ikemizu invention, the center of gravity of the light beam incident on the first detection section and the center of gravity of the light flux incident on the second detection section are displaced in opposite directions with respect to the positional deviation between the object plane A and the object plane B. Alignment mark AI, A2. B1. B2 is set.

(実施例) 第1図は本発明の原理及び構成要件等を展開して示した
説明図、第2図は第1図の構成に基つく本発明の第1実
施例の要部斜視図である。
(Example) Fig. 1 is an explanatory diagram showing the principles and structural requirements of the present invention developed, and Fig. 2 is a perspective view of the main parts of the first embodiment of the present invention based on the configuration of Fig. 1. be.

図中、1は物体面Aに相当する第1物体、2は物体面B
に相当する第2物体であり、第1物体1と第2物体2と
の相対的な位置ずれ量を検出する場合を示している。
In the figure, 1 is the first object corresponding to object plane A, and 2 is object plane B.
The second object corresponds to , and the case where the amount of relative positional deviation between the first object 1 and the second object 2 is detected is shown.

第1図では第1物体1を通過し、第2物体2て反射した
光が再度第1物体1を通過する為、第1物体1が2つ示
されている。5は第1物体1に、3は第2物体2に設け
たアライメントマークであり、第1信号を得る為のもの
である。同様に6は第1物体1に、4は第2物体2に設
けたアライメントマークであり、第2信号光を得る為の
ものである。
In FIG. 1, two first objects 1 are shown because the light that passes through the first object 1 and is reflected by the second object 2 passes through the first object 1 again. 5 is an alignment mark provided on the first object 1, and 3 is an alignment mark provided on the second object 2, for obtaining the first signal. Similarly, 6 is an alignment mark provided on the first object 1, and 4 is an alignment mark provided on the second object 2, for obtaining the second signal light.

各アライメントマーク3,4,5.6は1次元又は2次
元のレンズ作用のある又はレンズ作用のない物理光学素
子の機能を有している。9はウェハスクライブライン、
10はマスクスクライブラインである。7,8は前述の
第1及び第2のアライメント用の第1.第2信号光束を
示す。1112は各々第1及び第2信号光束を検出する
為の第1及び第2検出部である。第2物体2から第1又
は第2検出部11.12までの光学的な距離を説明の便
宜上りとする。物体1と第2物体2の距離なg、アライ
メントマーク5及び6の焦点距離を各々fill+fa
2とし、第1物体1と第2物体2の相対位置ずれ量をΔ
σとし、そのときの第1゜第2検出部11.12の第1
及び第2信号光束重心の合致状態からの変位量を各々S
、、S2とする。尚、第1物体1に入射するアライメン
ト光束は便宜上平面波とし、符号は図中に示す通りとす
る。
Each alignment mark 3, 4, 5.6 has the function of a physical optical element with or without a one-dimensional or two-dimensional lens effect. 9 is the wafer scribe line,
10 is a mask scribe line. 7 and 8 are the first and second alignments described above. A second signal beam is shown. Reference numerals 1112 denote first and second detection units for detecting the first and second signal beams, respectively. The optical distance from the second object 2 to the first or second detection unit 11.12 will be described for convenience of explanation. The distance between object 1 and second object 2 is g, and the focal length of alignment marks 5 and 6 is fill+fa, respectively.
2, and the amount of relative positional deviation between the first object 1 and the second object 2 is Δ
σ, then the first degree of the second detection unit 11.
and the amount of displacement of the center of gravity of the second signal beam from the coincident state, S
, , S2. Note that the alignment light beam incident on the first object 1 is assumed to be a plane wave for convenience, and the symbols are as shown in the figure.

信号光束重心の変位量81及びS2はアライメントマー
ク5及び6の焦点F、、F、、とアライメントマーク3
,4の光軸中心を結ぶ直線Ll。
The displacement amount 81 and S2 of the center of gravity of the signal beam are the focal points F, , F, of the alignment marks 5 and 6, and the alignment mark 3.
, 4. A straight line Ll connects the optical axis centers of 4.

L2と、検出部11及び12の受光面との交点として幾
何学的に求められる。従って第1物体1と第2物体2の
相対位置ずれに対して各信号光束重心の変位量S、、S
2を互いに逆方向に得る為にアライメントマーク3.4
の光学的な結像倍率の符合を互いに逆とすることで達成
している。
It is determined geometrically as the intersection between L2 and the light receiving surfaces of the detection units 11 and 12. Therefore, with respect to the relative positional deviation between the first object 1 and the second object 2, the amount of displacement S, , S
2 to obtain alignment marks 3.4 in opposite directions to each other.
This is achieved by making the signs of the optical imaging magnifications opposite to each other.

次に第1図、第2図に示すアライメント用の第1.第2
信号光束7,8の主光線の光路について説明する。。
Next, the 1st column for alignment shown in FIGS. 1 and 2. Second
The optical path of the chief ray of the signal beams 7 and 8 will be explained. .

尚、以下の説明で主光線とはアライメントマークに結像
作用があるときはその軸を通過する光線をいい、結像作
用がないときは有効光束径の中心光線をいう。
In the following explanation, the principal ray refers to a ray passing through the axis of the alignment mark when the alignment mark has an imaging effect, and refers to the central ray of the effective beam diameter when the alignment mark does not have an imaging effect.

不均一な光強度分布の光束を放射する不図示の光源より
射出した光束は不図示の投光光学系を経て所定のビーム
径に拡大され、略平行光となり、光強度分布調整手段2
0と偏光子21を介して第1物体1」二のアライメント
マーク5,6に物体面法線に対し斜めに入射する。
A light beam emitted from a light source (not shown) that emits a light beam with a non-uniform light intensity distribution is expanded to a predetermined beam diameter through a projection optical system (not shown), and becomes substantially parallel light, which is then transmitted to the light intensity distribution adjusting means 2.
The light is incident on the alignment marks 5 and 6 of the first object 1'' through the polarizer 21 and obliquely with respect to the normal to the object surface.

光強度分布調整手段20は例えば2次元的マトリックス
状のバターニングされた電極にはさまれた液晶セルアレ
ーより成り、これと偏光子21とを用いて各液晶セルに
印加する電圧を制御することにより透過光の偏光状態の
分布を任意に実時間で制御し、更にこれと偏光子21を
用いることによりマスク1面上の投射光の光強度分布を
任意に実時間で制御している。
The light intensity distribution adjusting means 20 is composed of, for example, a liquid crystal cell array sandwiched between patterned electrodes in the form of a two-dimensional matrix, and uses this and a polarizer 21 to control the voltage applied to each liquid crystal cell. The distribution of the polarization state of the transmitted light is arbitrarily controlled in real time, and furthermore, by using this and the polarizer 21, the light intensity distribution of the projected light on the mask 1 surface is arbitrarily controlled in real time.

第1物体1面上に到達した略平行光束の光強度分布は2
つのアライメントマーク領域の中心で極小となる谷型分
布であり不均一な強度分布としている。
The light intensity distribution of the approximately parallel light beam that reached the first surface of the first object is 2
This is a valley-shaped distribution with a minimum at the center of the two alignment mark areas, resulting in an uneven intensity distribution.

本発明に係るアライメントマークは中心間距離がゼロで
ない所定値となる2つの領域から成り、位置合わせな行
う各物体面上に形成されている。
The alignment mark according to the present invention consists of two regions whose center-to-center distance is a predetermined value other than zero, and is formed on each object surface to be aligned.

アライメント用の光束は上記のとおり単一の不拘の光強
度分布の光束として第1物体面上のアライメントマーク
5.6に入射する。第1物体1面一4二のアライメント
マーク5,6て回折した光束は例えばアライメントマー
ク5で凸パワーの収斂作用、アライメントマーク6て凹
パワーの発散作用を受けた後、第2物体面一トのアライ
メントマーク3.4に到達する。
As described above, the alignment light beam enters the alignment mark 5.6 on the first object plane as a light beam with a single unconstrained light intensity distribution. The light beam diffracted by the alignment marks 5 and 6 on the first object surface 1-42 is subjected to the converging effect of convex power at the alignment mark 5 and the diverging effect of concave power at the alignment mark 6, and then to the second object surface. alignment mark 3.4 is reached.

更に第2物体面上のアライメントマーク3で凹パワーの
発散作用、アライメントマーク4で凸パワーの収斂作用
を受けた光束はそれぞれ第1第2信号光7,8となり第
2物体2面を射出し、第1物体1面を透過した後、所定
位置にある検出部11.12に入射する。尚、本実施例
では図示のX方向に位置ずれ量を検出する場合を示して
いる。
Further, the light beams which are subjected to the diverging effect of the concave power at the alignment mark 3 on the second object surface and the convergence effect of the convex power at the alignment mark 4 become first and second signal beams 7 and 8, respectively, and exit the second object surface 2. , after passing through the surface of the first object, enters the detection unit 11.12 located at a predetermined position. Note that this embodiment shows a case where the amount of positional deviation is detected in the illustrated X direction.

本発明は光線追跡に基づくシュミレーションにより第1
検出部と第2検出部に入射する2つの信号光束の位置検
出方向であるX方向の入射位置の相対距#(相対重心距
離)の長短に応じてアライメントマーク5,6への投射
光束の光強度分布を変えることが、第1物体1と第2物
体2との間の間隔の変動によりでもたらされる、位置ず
れ量検出誤差の発生を極めて良好に抑えることができる
ことを見出した。
The present invention is based on a simulation based on ray tracing.
The light beams projected onto the alignment marks 5 and 6 are adjusted according to the relative distance # (relative center of gravity distance) of the incident positions in the X direction, which is the position detection direction of the two signal beams incident on the detection unit and the second detection unit. It has been found that by changing the intensity distribution, it is possible to extremely effectively suppress the occurrence of positional deviation amount detection errors caused by variations in the distance between the first object 1 and the second object 2.

即ち、本実施例では第1物体と第2物体間の相対位置ず
れ量か不変であっても従来問題となっていた第1物体と
第2物体の間隔の変動に伴って生じる検出部11.12
上での2つのアライメント用の信号光束の入射位置く等
価的に光強度重心位置)間の距離の変動による位置ずれ
量検出誤差を光強度分布調整手段を採用することにより
良好に抑えることができるようにしている。
That is, in this embodiment, even if the amount of relative positional deviation between the first object and the second object remains unchanged, the detection unit 11. 12
The error in detecting the amount of positional deviation due to fluctuations in the distance between the two alignment signal beam incident positions (equivalently, the light intensity gravity center position) can be suppressed well by employing a light intensity distribution adjustment means. That's what I do.

更に本発明者は第1物体面上のアライメント光束の照射
中心位置の変動によってもたらされる位置ずれ量検出誤
差の発生も同様に良好に抑えることができることを見出
した。
Furthermore, the inventors have found that the occurrence of positional deviation amount detection errors caused by fluctuations in the irradiation center position of the alignment light beam on the first object plane can also be effectively suppressed.

本発明はこのように光強度分布調整手段を用い光束の光
強度分布を制御することにより、前述の位置ずれ量検出
誤差の発生を抑え第1物体と第2物体の相対的な位置ず
れ量の高精度な検出を可能としている。
The present invention suppresses the occurrence of the above-mentioned positional deviation amount detection error by controlling the light intensity distribution of the light beam using the light intensity distribution adjusting means, and thereby reduces the relative positional deviation between the first object and the second object. This enables highly accurate detection.

第3図(A)は第2図の第1実施例をプロキシミテイ型
半導体製造装置に適用した際の装置周辺部分の構成図を
示すものである。第2図に示さなかった要素として光源
13、コリメーターレンズ系(又はビーム径変換レンズ
)14、投射光束折り曲げミラー15、ピックアップ筐
体(アライメントヘッド筐体)16.ウェハステージ1
7、位置ずれ信号処理部18、ウェハステージ駆動制御
部19等である。Eは露光光束幅を示す。
FIG. 3(A) shows a configuration diagram of the peripheral portion of the apparatus when the first embodiment shown in FIG. 2 is applied to a proximity type semiconductor manufacturing apparatus. Elements not shown in FIG. 2 include a light source 13, a collimator lens system (or beam diameter conversion lens) 14, a projection light beam bending mirror 15, a pickup housing (alignment head housing) 16. Wafer stage 1
7, a positional deviation signal processing section 18, a wafer stage drive control section 19, etc. E indicates the exposure beam width.

本実施例においても第1物体としてのマスク1と第2物
体としてのウェハ2の相対位置ずれ量の検出は第1実施
例で説明したのと同様にして行われる。
In this embodiment as well, detection of the amount of relative positional deviation between the mask 1 as the first object and the wafer 2 as the second object is performed in the same manner as described in the first embodiment.

尚、本実施例において位置合わせを行う手順としては、
例えば次の方法を採ることかできる。
In this example, the procedure for alignment is as follows:
For example, you can use the following method.

第1の方法としては2つの物体間の位置ずれ量Δσに対
する検出部11.12の検出面11a。
The first method is the detection surface 11a of the detection unit 11.12 for the amount of positional deviation Δσ between the two objects.

12b上での光束重心ずれ量Δδの信号を得、信号処理
部18で重心ずれ信号から双方の物体間との位置ずれ量
Δσを求め、そのときの位置ずれ量Δσに相当する量た
けステージ駆動制御部19でウェハステージ17を移動
させる。
12b is obtained, the signal processing unit 18 calculates the positional deviation amount Δσ between both objects from the gravity center deviation signal, and the stage is driven by an amount corresponding to the positional deviation amount Δσ at that time. The wafer stage 17 is moved by the control unit 19.

第2の方法としては検出部11,12からの信号から位
置ずれ量Δσを打ち消す方向を信号処理部18で求め、
その方向にステージ駆動制御部19でウェハステージ1
7を移動させて位置ずれ量Δσが許容範囲内になるまで
縁り返して行う。
The second method is to use the signal processing unit 18 to determine the direction in which the positional deviation amount Δσ is canceled from the signals from the detection units 11 and 12.
The stage drive control unit 19 moves the wafer stage 1 in that direction.
7 and turn the edges until the positional deviation amount Δσ falls within the allowable range.

以上の位置合わせ手順のフローチャートを、それぞれ第
3図(B)、(C)に示す。
Flowcharts of the above alignment procedure are shown in FIGS. 3(B) and 3(C), respectively.

本実施例では第3図(A)より分かるように光i13か
らの光束は露光光束の外側よりアライメントマーク5.
6に入射し、アライメントマーク3.4から露光光束の
外側に出射する回折光を露光光束外に設けられた検出部
11.12で受光して入射光束の位置検出を行っている
In this embodiment, as can be seen from FIG. 3(A), the light beam from the light i13 is directed from the outside of the exposure light beam to the alignment mark 5.
6 and exits from the alignment mark 3.4 to the outside of the exposure light beam, which is received by a detection unit 11.12 provided outside the exposure light beam, thereby detecting the position of the incident light beam.

このような構成でピックアップ筐体16は露光中退避動
作を必要としない系も具現化できる。
With such a configuration, it is possible to realize a system in which the pickup housing 16 does not require a retracting operation during exposure.

次に第1実施例の各部の構成の詳細について第2図、第
3図(A)、第4図を参照して説明する。
Next, details of the configuration of each part of the first embodiment will be explained with reference to FIGS. 2, 3(A), and 4.

第4図は第1.第2信号光束7.8の第1゜第2検出部
11.12への入射状態の説明図である。アライメント
用のピックアップ筺体16内の光源13である半導体レ
ーザー(中心波長0.785μm)から射出したアライ
メント光束はコリメーターレンズ系14及びビームスプ
リッタ(又はハーフミラ−)15から成る投光光学系を
経て略平行光束となって光強度分布調整手段20を介し
た後マスク1面上にマスク面法線に対してyz面内で1
75°の角度で斜入射する。
Figure 4 is 1. FIG. 7 is an explanatory diagram of the incident state of the second signal light beam 7.8 to the 1° second detection section 11.12. The alignment light beam emitted from the semiconductor laser (center wavelength 0.785 μm), which is the light source 13 in the pickup housing 16 for alignment, passes through a projection optical system consisting of a collimator lens system 14 and a beam splitter (or half mirror) 15. After becoming a parallel light beam and passing through the light intensity distribution adjusting means 20, it is distributed on one mask surface at a angle of 1 in the yz plane with respect to the normal to the mask surface.
Oblique incidence at an angle of 75°.

アライメント光束のマスク1面上の光強度分布(1(x
、y))は初期設定値として同図に示すように座標系を
とると (1a) σX =680 μm   、  a、=  120p
mとなる。又位置ずれ量の検出はX方向に行う。
Light intensity distribution of alignment light flux on one mask surface (1(x
, y)) takes the coordinate system as shown in the figure as the initial setting value (1a) σX = 680 μm, a, = 120p
m. Furthermore, the amount of positional deviation is detected in the X direction.

マスクとウェハ面上の2つのアライメントマークの領域
のサイズはともにX方向に90μm、X方向に50μm
てあり第2図のよ、うに隣接して配置されている。
The sizes of the two alignment mark areas on the mask and wafer surface are both 90 μm in the X direction and 50 μm in the X direction.
They are placed adjacent to each other as shown in Figure 2.

マスク1面上のアライメントマーク5は光束収斂作用を
有する凸パワーのグレーティングレンズであり、+1次
回折光に対応する焦点距離は214723μm、+1次
透過回折光の主光線のyz面内の偏向角は17.56で
マスク1面を射出する主光線方向はマスク面法線と平行
になる。
The alignment mark 5 on the mask 1 surface is a grating lens with convex power that has a light flux convergence effect, the focal length corresponding to the +1st order diffracted light is 214723 μm, and the deflection angle in the yz plane of the principal ray of the +1st order transmitted diffraction light is 17 .56, the direction of the principal ray exiting one surface of the mask is parallel to the normal line of the mask surface.

又、マスク1面上のアライメントマーク6は光束発散作
用を有する凹パワーのグレーティングレンズであり、+
1次回折光に対応する焦点距離は158.455μm、
アライメントマーク5と同様に主光線の偏向角はyz面
内で17.5°になる。
In addition, the alignment mark 6 on the first surface of the mask is a grating lens with concave power that has a luminous flux diverging effect, and has a +
The focal length corresponding to the first-order diffracted light is 158.455 μm,
Similar to the alignment mark 5, the deflection angle of the chief ray is 17.5° in the yz plane.

両方のアライメントマーク5.6ともxz面内では偏光
角はOoで主光線方向は変らない。
In both alignment marks 5.6, the polarization angle is Oo in the xz plane, and the principal ray direction does not change.

本実施例においてマスク1面への光束入射位置αは 10° 〈  α  〈80゜ の範囲で設定されることが望ましい。In this example, the light flux incident position α on one mask surface is 10°〈 α  〈80゜ It is desirable to set it within the range of .

ウェハ2面上のアライメントマーク3においてはマスク
1面上のアライメントマーク5で+1次で回折透過した
光束が入射する。ここで更に+1次で回折、反射する第
1信号光束7は発散作用を受ける。アライメントマーク
3は凹パワーのグレーティングレンズであり、焦点距離
は−182,912μmであり、xz面内では主光線方
向はウェハ面法線に対して一3°の角度をなすように射
出した後、第4図に示すように該角度を保ちながら検出
部11−Fに到達する。
A beam of light that has been diffracted and transmitted in the +1st order by the alignment mark 5 on the first mask surface is incident on the alignment mark 3 on the second surface of the wafer. Here, the first signal light beam 7 that is further diffracted and reflected in the +1st order is subjected to a diverging effect. The alignment mark 3 is a grating lens with a concave power, and the focal length is -182,912 μm. After being emitted so that the principal ray direction forms an angle of 13° with respect to the normal to the wafer surface in the xz plane, As shown in FIG. 4, it reaches the detection section 11-F while maintaining the angle.

同様にウェハ1トのアライメントマーク4は+1次反射
回折光に対応して凸パワーのグレーティングレンズ(焦
点距離190.378μm)であり、マスク1上のアラ
イメントマーク6で透過回折した光束8に対して光学的
作用を及はしている。
Similarly, the alignment mark 4 on the wafer 1 is a grating lens (focal length 190.378 μm) with a convex power corresponding to the +1st-order reflected diffraction light, and for the light beam 8 transmitted and diffracted by the alignment mark 6 on the mask 1. It has an optical effect.

又、第4図に示すようにアライメントマーク4から射出
する第2信号光束8はその主光線方向がウェハ2面の法
線に対してxz面内で+3.35°の角度をなすように
射出した後、該角度を保ちながら検出部12上に到達す
る。以十のような光路に対して本実施例では2つの光路
のなす角は正であるとしている。
Further, as shown in FIG. 4, the second signal beam 8 emitted from the alignment mark 4 is emitted such that its principal ray direction forms an angle of +3.35° in the xz plane with respect to the normal to the wafer 2 surface. After that, it reaches above the detection unit 12 while maintaining the angle. In this embodiment, it is assumed that the angle formed by the two optical paths is positive for the optical paths as described above.

方、ウェハ2面から射出する際の第1.第2信号光束7
.8のyz面内での射出角度はウニへ面法線に対してそ
れぞれ7°、13°であり、空間的に分離配置された2
つの検出部11.12に入射するようにアライメントマ
ーク形状及び光学系等の各要素が設定されている。
On the other hand, the first one when ejecting from the second side of the wafer. Second signal beam 7
.. The emission angles of 8 in the yz plane are 7° and 13° with respect to the normal to the sea urchin surface, respectively, and the 2
Elements such as the alignment mark shape and the optical system are set so that the light enters two detection units 11 and 12.

今、マスク1とウェハ2とが位置ずれ検出方向(X方向
)に平行方向にΔσずれており、ウェハ2からウェハ2
のグレーティングレンズ3て反射した光束の集光点01
まての距離をb、マスク1のグレーティングレンズ5を
通過した光束の集光点F1までの距離をaとすると検出
部11上での集光点の重心ずれ量Δδは Δδ=ΔσX(−+1)   ・・・・・・・・・(a
)となる、即ち重心ずれ量Δδは(b / a +1 
)倍に拡大サレル。例えば、a = 0 、 5 mm
、 b = 50mmとずれば重心ずれ量Δδは(a)
式より101倍に拡大される。
Now, the mask 1 and the wafer 2 are shifted by Δσ in the direction parallel to the positional shift detection direction (X direction).
The focal point 01 of the luminous flux reflected by the grating lens 3
Let b be the distance of the light beam passing through the grating lens 5 of the mask 1, and a be the distance to the condensing point F1 of the light beam passing through the grating lens 5 of the mask 1. Then, the amount of gravity shift Δδ of the condensing point on the detection unit 11 is Δδ=ΔσX(-+1 ) ・・・・・・・・・(a
), that is, the center of gravity shift amount Δδ is (b / a +1
) double enlarged Sarel. For example, a = 0, 5 mm
, if b = 50 mm, the center of gravity shift amount Δδ is (a)
It is magnified 101 times according to the formula.

尚、本実施例において凹パワー、凸パワーはマイナスの
次数の回折光を使うか、プラスの次数の回折光を使うか
で決まるものとする。
In this embodiment, the concave power and the convex power are determined depending on whether minus order diffracted light or positive order diffracted light is used.

又、ウェハ2上のグレーティングレンズ340全径は1
80μm、マスク1上のクルーティンクレンズ5,6の
傘径は180μmとし、マスクとウニへ間の位置ずれ(
軸ずれ)を100倍に拡大して検出部11.12上で光
束の重心が移動を起こし、この結果検出部11.12上
の光束の径(エアリディスクe −2径)が200μm
程度となるように配置及び各要素の焦点距離を決めた。
Also, the total diameter of the grating lens 340 on the wafer 2 is 1
The diameter of the crouting lenses 5 and 6 on the mask 1 is 180 μm, and the positional deviation between the mask and the sea urchin (
The center of gravity of the light flux on the detection unit 11.12 is magnified by 100 times (axis deviation), and as a result, the diameter of the light flux on the detection unit 11.12 (Airy disk e -2 diameter) is 200 μm.
The arrangement and focal length of each element were determined so that the

尚、このときの重心ずれ量Δδと位置ずれ量Δσは(a
)式より明らかのように、比例関係となる。検出部11
.12の分解能か0.1μmであるとすると位置ずれ量
Δσは0.001μmの位置分解能となる。
In addition, the center of gravity shift amount Δδ and position shift amount Δσ at this time are (a
) As is clear from the equation, there is a proportional relationship. Detection unit 11
.. If the resolution of 12 is 0.1 μm, the positional deviation amount Δσ has a position resolution of 0.001 μm.

本実施例ではマスクとウェハ上の各アライメントマーク
の焦点距離を前記のとおり設定しマスクとウニへ間の間
隔を30.0μm、検出部11゜12の中心位置をそれ
ぞれ(0,0,−4,203,18,204)(0,0
,−2,277,18,543)  (単位+nm)と
することにより、第1.第2信号光7.8の検出部11
12面上での設計上の検出感度(即ちマスクとウェハと
の間の相対位置ずれ変動量(X方向)に対する検出部面
上の光束入射位置の変動量の割合)はそれぞれ+100
.−100にすることができる。
In this example, the focal length of each alignment mark on the mask and wafer is set as described above, the distance between the mask and the sea urchin is 30.0 μm, and the center positions of the detection parts 11 and 12 are set at (0, 0, -4, respectively). ,203,18,204)(0,0
, -2,277,18,543) (unit + nm), the first. Detection unit 11 for second signal light 7.8
The designed detection sensitivity (i.e., the ratio of the amount of variation in the light beam incident position on the detection surface to the amount of relative positional deviation variation (X direction) between the mask and wafer) on each of the 12 surfaces is +100.
.. -100.

しかしなから一般的にこの設計上の検出感度は、マスク
とウニへ間の間隔の変動などに伴って変化し一定に保つ
ことが難しい。
However, in general, this designed detection sensitivity changes with changes in the distance between the mask and the sea urchin, and it is difficult to keep it constant.

本実施例では第1図に示すようにマスクとウニへ面」二
にそれぞれ配置された左右の2つのアライメントマーク
に光束を投射し、最終的にアライメントマークから受光
部に到達する光線光路がマスク面法線に対し左手側のア
ライメントマークからは左手斜めに右手側のアライメン
トマークからは右手斜めに射出する構成において、 (イ)投射光の光強度分布を第4図に示すような逆カウ
シアン分布(中心部で光強度が最小となる、例えば(A
1)式で示される分布)とする。
In this embodiment, as shown in FIG. 1, a light beam is projected onto two left and right alignment marks placed on the mask and the surface of the sea urchin, respectively, and the optical path of the light beam that finally reaches the light receiving part from the alignment mark is the mask. In a configuration where the alignment mark on the left hand side with respect to the surface normal is emitted diagonally to the left, and the alignment mark on the right hand side emits diagonally to the right, (a) The light intensity distribution of the projected light is an inverse Caussian distribution as shown in Figure 4 (The light intensity is minimum at the center, for example (A
1) Distribution shown by the formula.

(ロ)上記分布の形状を受光部面上での2つの光束の重
心距離(X方向に計測した値)に応して変調する。具体
的には上記重心距離が長くなるほど分布の急峻度か小(
即ち緩やかな分布)となるようにする(但し極小点は概
ね定に保つ)。
(b) The shape of the above distribution is modulated in accordance with the distance between the centers of gravity of the two light beams on the surface of the light receiving section (value measured in the X direction). Specifically, the longer the center of gravity distance mentioned above, the steeper or smaller the distribution (
In other words, the distribution is moderate (however, the minimum point is kept approximately constant).

特に(ロ)は受光部からの出力信号に基づき実時間で光
強度分布調整手段20(本実施例では液晶セルアレー)
と偏光子21を用いて投射光の光強度分布を変調する。
In particular, (b) is a light intensity distribution adjusting means 20 (liquid crystal cell array in this embodiment) in real time based on the output signal from the light receiving section.
and a polarizer 21 to modulate the light intensity distribution of the projected light.

以上のように構成することによりマスクとウニへ間の間
隔変動に伴う位置ずれ検出感度の変動を最大限に抑制す
ることかできる。
By configuring as described above, it is possible to suppress to the maximum extent variations in positional deviation detection sensitivity due to variations in the distance between the mask and the sea urchin.

例えば(1a)式で示される光強度分布の光束のX方向
分布形状1 (x、y)を実時間の光強度分布調整手段
20を用いて次のように変調する。
For example, the X-direction distribution shape 1 (x, y) of the light intensity distribution of the light intensity distribution shown by equation (1a) is modulated as follows using the real-time light intensity distribution adjustment means 20.

σX(ρ)= α 1 σ・0(3) Il。σX(ρ)=α 1 σ・0(3) Il.

〃 、2信号光束間重心距離 ρ0;位置ずれ0のときの2信号光束間X方向距離 ここでαは実験、或はシュミレーションにより求めた数
値でマスクとウェハの間隔変動に対して位置ずれ検出感
度の変動幅か最小となるように選んだ値である。
〃, Center of gravity distance between two signal beams ρ0: Distance in the X direction between two signal beams when positional deviation is 0, where α is a value obtained by experiment or simulation, and is the positional deviation detection sensitivity with respect to mask-to-wafer spacing fluctuations. This is the value chosen to minimize the range of variation in .

次に本実施例におけるマスク用のグレーティングレンズ
5,6とウェハ用のグレーティングレンズ3.4のパタ
ーン形状について説明する。
Next, the pattern shapes of grating lenses 5 and 6 for masks and grating lenses 3 and 4 for wafers in this embodiment will be explained.

ます、マスク用のグレーティングレンズ5,6は所定の
ビーム径の平行光束が所定の角度で人射し、所定の位置
に集光するように設定される。
First, the grating lenses 5 and 6 for the mask are set so that a parallel light beam having a predetermined beam diameter is emitted from the person at a predetermined angle and is condensed at a predetermined position.

般にグレーティングレンズのパターンは光源(物点)と
像点、それぞれに可干渉光源を置いたときのレンズ面に
おける干渉縞パターンとなる。
Generally, the pattern of a grating lens is an interference fringe pattern on the lens surface when a coherent light source is placed at each of the light source (object point) and image point.

ここに原点はスクライブライン幅の中央にあり、スクラ
イブライン方向にX軸、幅方向にy軸、マスク面の法線
方向にZ軸をとる。マスク面の法線に対しαの角度で入
射し、その射影成分がスクライブライン方向と直交する
平行光束がグレーティングレンズ5又は6を透過回折後
、集光点(X+ 、 y+ 、Z+ )の位置で結像す
るようなグレーティングレンズの曲線群の方程式は、り
レーティングの輪郭位置をx、yで表わすとysin 
a   p+(x、y)−P2 =mλ/ 2−(1)
P+(x、y)=  (X−x+)2” (y−L)2
+z、2P2 −1扉2.T丁+ z 、 2 で与えられる。ここにλはアライメント光束の使用波長
域の中心波長、mは整数である。
Here, the origin is located at the center of the scribe line width, with the X axis in the scribe line direction, the Y axis in the width direction, and the Z axis in the normal direction of the mask surface. A parallel beam of light that is incident at an angle α to the normal line of the mask surface and whose projected component is orthogonal to the scribe line direction passes through the grating lens 5 or 6 and is diffracted at the focal point (X+, y+, Z+). The equation for the group of curves of a grating lens that forms an image is ysin, where x and y represent the contour position of the grating.
a p+(x,y)-P2 =mλ/2-(1)
P+(x,y)=(X-x+)2"(y-L)2
+z, 2P2 -1 door 2. T+z, given by 2. Here, λ is the center wavelength of the wavelength range in which the alignment light beam is used, and m is an integer.

主光線を角度αて入射し、マスク面上の原点を通り、集
光点(x+ 、 y+ 、Z+ )に達する光線とする
と(1)式の右辺はmの値によって主光線に対して波長
のm / 2倍光路長か長い(短い)ことを示し、左辺
は主光線の光路に対し、マスク−Lの点(X、 y、0
)を通り点(X+ + y+ + Z+ )に到達する
光線の光路の長さの差を表わす。
Assuming that the principal ray is incident at an angle α, passes through the origin on the mask surface, and reaches the focal point (x+, y+, Z+), the right side of equation (1) has a wavelength relative to the principal ray depending on the value of m. m / 2 times the optical path length or longer (shorter), and the left side is the point of mask-L (X, y, 0
) to reach the point (X+ + y+ + Z+).

方、ウェハ」二のグレーティングレンズ3,4は所定の
点光源から出た球面波を所定の位置(検出面上)に集光
させるように設定される。点光源の位置はマスクとウェ
ハの露光時のギャップをgとおくと(X+ 、 y+ 
、Z+  g)で表わされる。マスクとウニへの位置合
わせはX軸方向に行なわれるとし、アライメント完了時
に検出面上の点(X2 + y2 + 22 )の位置
にアライメント光束が集光するものとずれば、ウェハ上
のクレーティングレンズの曲線群の方程式は先に定めた
座標系て 十mλ/2          ・・・・・・・−(2
)と表わされる。
On the other hand, grating lenses 3 and 4 on the second wafer are set so as to focus the spherical waves emitted from a predetermined point light source onto a predetermined position (on the detection surface). The position of the point light source is determined by (X+, y+), where g is the gap between the mask and the wafer during exposure.
, Z+g). Assuming that the alignment between the mask and the sea urchin is performed in the X-axis direction, if the alignment beam is focused at the point (X2 + y2 + 22) on the detection surface when alignment is completed, then the crater on the wafer The equation of the curve group of the lens is 10 mλ/2 in the coordinate system determined earlier.
).

(2)式はウェハ面がz=−gにあり、主光線がウェハ
面−にの原点及びマスク面上の点(0,0゜g)、更に
検出面−Fの点(X2 、’12.Z2 )を通る光線
であるとして、マスク面上クレーティンク(x、y、−
g)を通る光線と主光線との光路長の差が半波長の整数
倍となる条件を満たす方程式である。
Equation (2) shows that the wafer surface is at z=-g, the chief ray is at the origin on the wafer surface, the point on the mask surface (0,0°g), and the point (X2, '12 .
g) This is an equation that satisfies the condition that the difference in optical path length between the ray passing through and the principal ray is an integral multiple of a half wavelength.

般にマスク用のゾーンプレート(グレーティングレンズ
)は、光線の透過する領域(透明部)と光線の透過しな
い領域(遮光部)の2つの領域が交互に形成される0、
1の振幅型のグレーティンク素子として作成される。又
、ウェハ用のゾーンプレートは例えば矩形断面の位相格
子パターンとして作成される。(+)、(21式におい
て主光線に対して半波長の整数倍の位置で、グレーティ
ングの輪郭を規定したことは、マスク上のグレーティン
グレンズ5又は6では透明部と遮光部の線幅の比が1:
1であること、そしてウェハ上のクレーティングレンズ
3又は4ては矩形格子のラインとスペースの比か1:1
であることを意味する。
In general, a zone plate (grating lens) for a mask has two regions formed alternately: a region through which light rays pass (transparent section) and a region through which light rays do not pass (light shielding section).
It is manufactured as a single amplitude grating element. Further, a zone plate for a wafer is made, for example, as a phase grating pattern with a rectangular cross section. (+), (In Equation 21, the outline of the grating is defined at a position that is an integer multiple of a half wavelength with respect to the principal ray. This means that in the grating lens 5 or 6 on the mask, the line width ratio of the transparent part and the light-shielding part is is 1:
1, and the ratio of the lines and spaces of the rectangular grid for the crating lens 3 or 4 on the wafer is 1:1.
It means that.

マスク」二のグレーティングレンズ5,6はイ列えばポ
リイミド製の有機薄膜上に予めEB露光で形成したレチ
クルのクレーティングレンズパターンを転写して形成、
又はウェハ上のクレーティングレンズはマスク上にウェ
ハの露光パターンを形成したのち露光転写して形成して
いる。
The grating lenses 5 and 6 of the second mask are formed by transferring the grating lens pattern of the reticle, which was previously formed by EB exposure, onto an organic thin film made of polyimide.
Alternatively, a crating lens on a wafer is formed by forming an exposure pattern of the wafer on a mask and then transferring the exposure pattern.

第10図(A)にマスク面上のクレーティングレンズ5
,6、同図(B)にウェハ面上のクレーティングレンズ
3,4の一実施例のパターンを示す。
Figure 10 (A) shows the crating lens 5 on the mask surface.
, 6. Figure (B) shows a pattern of one embodiment of the crating lenses 3 and 4 on the wafer surface.

以上説明した構成によりマスクとウェハ間のギャップ(
間隔)変動及びピックアップ筐体16の位置変動(平行
移動)に伴う第1.第2信号光束のX方向に沿って測っ
た光量重心位置の間隔(スポット間隔と以下綿する)の
変動の大きさを測定した。
With the configuration explained above, the gap between the mask and the wafer (
1. due to the change in distance (interval) and the change in position (parallel movement) of the pickup housing 16. The magnitude of the variation in the interval between the light quantity and gravity center positions (hereinafter referred to as spot interval) measured along the X direction of the second signal light beam was measured.

この結果光強度分布調整手段20を用い前述の(2) 
、 (3)式で示される光強度分布の光束をアライメン
トマークに照射することによりギャップ変動±3.0μ
mに対し、スポット間隔の変動量は1.9μmとなり、
マスクとウェハ間の相対位置ずれ検出誤差は0.000
4μmになった。
As a result, using the light intensity distribution adjusting means 20, the above-mentioned (2)
, By irradiating the alignment mark with a light beam having the light intensity distribution shown by equation (3), the gap variation is ±3.0μ.
m, the variation amount of the spot interval is 1.9 μm,
Relative positional deviation detection error between mask and wafer is 0.000
It became 4 μm.

これに対し、従来の光強度分布がガウシアン分布の光束
と照射する系(位置ずれ検出感度同じ)ではスポット間
隔の変動量は12.56μmとなり、位置ずれ検出誤差
は0.063μmであった。即ち本発明に係る光強度分
布調整手段を用いれば前記検出誤差は約130分の1に
縮少する。
On the other hand, in a conventional system in which the light intensity distribution is irradiated with a light beam having a Gaussian distribution (with the same positional deviation detection sensitivity), the amount of variation in spot interval was 12.56 μm, and the positional deviation detection error was 0.063 μm. That is, by using the light intensity distribution adjusting means according to the present invention, the detection error is reduced to about 1/130.

方、ピックアップ筺体16の位置変動(xy平面に平行
移動)に対しては±10μmの変動に対して位置ずれ検
出誤差は0003μm(従来光路系では0.019μm
)となり従来に比べて約6分の1に縮少した。
On the other hand, with respect to the positional fluctuation of the pickup housing 16 (translation in the xy plane), the positional deviation detection error is 0.003 μm for a fluctuation of ±10 μm (0.019 μm in the conventional optical path system).
), which has been reduced to about one-sixth of the conventional value.

第5図は本発明の第2実施例の要部斜視図である。FIG. 5 is a perspective view of essential parts of a second embodiment of the present invention.

本実施例では半導体レーザ又はスーパールミネッセント
タイオート等からなる2つの光源13−1.13−2を
用い、これら2つの光源13−1.13−2を所定間隔
離して並置し、各光源の出力を調整することにより光強
度分布調整手段としての機能を発揮させている。このと
きのアライメントマーク面上の光強度分布は例えば第1
図又は第4図に示したのと同様である。(但し光強度分
布の極小点は概ね一定に保つ)2つの信号光束7,8の
主光線の光路、アライメントマークの配置、その他の要
素の構成は第1実施例と同様である。このとき投射光の
光強度分布の変調は第1実施例と同様に行い、検出部面
上の2つの光束の重心間隔が長くなるにつれて、2つの
光源13−1,13−2の分離間隔も長くなるように設
定している。
In this embodiment, two light sources 13-1.13-2 made of semiconductor lasers, superluminescent autoclave, etc. are used. By adjusting the output of the light intensity distribution, it functions as a light intensity distribution adjusting means. The light intensity distribution on the alignment mark surface at this time is, for example, the first
It is similar to that shown in FIG. (However, the minimum point of the light intensity distribution is kept approximately constant.) The optical paths of the principal rays of the two signal beams 7 and 8, the arrangement of the alignment marks, and the configuration of other elements are the same as in the first embodiment. At this time, the light intensity distribution of the projected light is modulated in the same manner as in the first embodiment, and as the distance between the centers of gravity of the two light beams on the detection surface increases, the separation distance between the two light sources 13-1 and 13-2 also increases. It is set to be long.

本実施例ではこのように2つの光源13−1゜13−2
を所定距離、離間させ、2つのアライメントマーク5.
6面上の光強度分布を左右のアライメントマーク5,6
間の中心付近で強度か極小となり、該中心から離れる程
増大するように構成している。そして最終的に左右のア
ライメントマーク5,6から受光部11.12に到達す
る2つの信号光束7.8の光路を位置ずれ検出方向を含
む断面内において左手側のアライメントマーク5からは
左手に、右手側のアライメントマーク6からは右手物体
面法線に対して斜めに射出するように構成している。こ
れによりマスク1とウェハ2の間隔変動、アライメント
ヘット筐体とマスクとの位置変動等に伴う位置ずれ量の
検出誤差の発生量を第1実施例と同様に良好に抑えてい
る。
In this embodiment, there are two light sources 13-1 and 13-2.
are separated by a predetermined distance, and the two alignment marks 5.
Adjust the light intensity distribution on the 6th plane using the left and right alignment marks 5 and 6.
The intensity is minimized near the center of the gap, and increases as the distance from the center increases. The optical path of the two signal beams 7.8 that finally reach the light receiving section 11.12 from the left and right alignment marks 5 and 6 is from the alignment mark 5 on the left hand side to the left hand in the cross section including the positional deviation detection direction. The alignment mark 6 on the right hand side is configured to emit light obliquely to the right hand object surface normal. As a result, the amount of errors in detecting the amount of positional deviation due to variations in the distance between the mask 1 and the wafer 2, variations in the position between the alignment head housing and the mask, etc. can be suppressed in a good manner as in the first embodiment.

第6図は本発明の第3実施例の要部斜視図である。FIG. 6 is a perspective view of essential parts of a third embodiment of the present invention.

本実施例においてはアライメント用の第1゜第2信号光
束7,8用のアライメントマーク領域がマスク1とウェ
ハ2面上で各々所定距離、例えば100μ離間するよう
に配置されている。
In this embodiment, alignment mark areas for the first and second signal beams 7 and 8 for alignment are arranged at a predetermined distance, for example, 100 μm, on the mask 1 and wafer 2 surfaces.

ここでマスク1面上のアライメントマーク56に投射さ
れる投射光ビーム径が第1実施例と同じであるとすると
、光路構成における第1.第2信号光束の最終相対角度
は最適値とはならず、キャップ変動、アライメントヘッ
ト筐体の位置の変動に対する位置ずれ計測誤差は増大し
てくる。
Here, assuming that the diameter of the projection light beam projected onto the alignment mark 56 on the first surface of the mask is the same as in the first embodiment, the first . The final relative angle of the second signal beam is not the optimum value, and the positional deviation measurement error due to cap fluctuations and fluctuations in the position of the alignment head housing increases.

そこで本実施例では投射光ビーム径の光強度分布の調整
は第1実施例と同じとし、第1.第2信号光束のxz面
内の最終射出角をそれぞれ4.0°、 +4.8°とし
てし)る。
Therefore, in this embodiment, the adjustment of the light intensity distribution of the projected light beam diameter is the same as in the first embodiment. The final exit angles of the second signal beam in the xz plane are 4.0° and +4.8°, respectively.

第10図(A) 、 (B)にそれぞれ本実施例におけ
るマスクとウェハ面上のアライメントマークのパターン
例を示す。
FIGS. 10A and 10B show examples of patterns of alignment marks on the mask and wafer surface, respectively, in this embodiment.

このように光路の設定及び投射光の光強度分布の最適条
件は投光ビーム径、アライメントマークのサイズ、配置
、焦点距離なとの各要素によってきまる。本実施例はこ
れを光線追跡によるシミュレーションによって最適値を
求め、これに基づいて各要素を構成している。
In this way, the optimum conditions for setting the optical path and the light intensity distribution of the projected light are determined by various factors such as the diameter of the projected beam, the size and arrangement of the alignment mark, and the focal length. In this embodiment, the optimum values are obtained through a simulation using ray tracing, and each element is configured based on this.

第7図は本発明の第4実施例の要部斜視図である。FIG. 7 is a perspective view of essential parts of a fourth embodiment of the present invention.

本実施例ではアライメント用の第1.第2信号光束7.
8用のアライメントマーク領域を同図に示すように一部
、重複するように隣接配置している。
In this embodiment, the first . Second signal beam7.
As shown in the figure, the alignment mark areas for No. 8 are arranged adjacently so that some of them overlap.

第10図(C) 、 (D)はマスク1面上のアライメ
ントマーク5,6とウェハ2面上のアライラン1〜マー
ク3,4のパターンを示す一実施例である。
FIGS. 10C and 10D show an embodiment showing patterns of alignment marks 5 and 6 on the first surface of the mask and alignment marks 1 to 3 and 4 on the second surface of the wafer.

第8図と第10図(G) 、 (D)におイテ領域70
1゜702が互いにアライメントマークが重複している
領域である。
Ite area 70 is shown in Fig. 8 and Fig. 10 (G) and (D).
1° 702 is an area where alignment marks overlap with each other.

本実施例では光束の投射光ビーム径は第1実施例と同じ
とし、第1.第2信号光束のxz面内の最終射出角をそ
れぞれ−2,5°、 +2.8°とした。又各面上のア
ライメントマーク中心間距離は60μmであり、X方向
のアライメントマークの重なる領域(701,702)
は30μmとなっている。
In this embodiment, the diameter of the projected light beam of the luminous flux is the same as that of the first embodiment, and the diameter of the projected light beam is the same as that of the first embodiment. The final exit angles of the second signal beam in the xz plane were set to -2 and +2.8 degrees, respectively. Also, the distance between the centers of the alignment marks on each surface is 60 μm, and the area where the alignment marks overlap in the X direction (701, 702)
is 30 μm.

第8図は本発明を縮少投影露光装置に適用した位置検出
部分を示す第5実施例の要部概略図である。
FIG. 8 is a schematic view of a main part of a fifth embodiment showing a position detection part in which the present invention is applied to a reduction projection exposure apparatus.

同図において光源13から出射した光束を投光レンズ系
14で平行光として光強度分布調整手段20を介して第
1物体としてのレチクル5面のレチクルアライメントマ
ーク3L1,3L2を照射している。このときレチクル
アライメントマーク3L1,3L2は通過光をそれぞれ
点Q。。
In the figure, a light beam emitted from a light source 13 is converted into parallel light by a projection lens system 14 and is irradiated onto reticle alignment marks 3L1 and 3L2 on a reticle 5 surface as a first object via a light intensity distribution adjusting means 20. At this time, the reticle alignment marks 3L1 and 3L2 direct the passing light to point Q, respectively. .

Qo ′に集光させるレンズ作用を有する透過型の物理
光学素子を構成している。そして点Q。。
It constitutes a transmission type physical optical element having a lens function to focus light on Qo'. And point Q. .

Qo′からの光束を縮少レンズ系18により第2物体と
してのウェハWから距11aw、aw′たけ離れた点Q
、Q′に集光している。
The light flux from Qo' is reduced by the reducing lens system 18 to a point Q which is a distance 11aw and aw' away from the wafer W as the second object.
, Q'.

図中、7,8はそれぞれアライメントマーク3L1,3
.L2により生じる第1.第2信号光束を示し、807
,808はそれぞれの主光線である。
In the figure, 7 and 8 are alignment marks 3L1 and 3, respectively.
.. The first . caused by L2. 807 indicates a second signal beam;
, 808 are respective chief rays.

ウェハW上にはウエハアライメントマーク4wl、4w
2が設けられており、このウェハアライメントマーク4
wl、4w2は反射型の物理光学素子を構成し、それぞ
れ点Q、Q′に集光する光束7.8が入射してくると、
その光束を反射させハーフミラ−19を介して検出部1
1面上に結像させる凸面鏡の機能を有している。
Wafer alignment marks 4wl, 4w are on the wafer W.
2 is provided, and this wafer alignment mark 4
wl and 4w2 constitute reflective physical optical elements, and when a beam of light 7.8 converging on points Q and Q' respectively enters,
The light flux is reflected and passed through the half mirror 19 to the detection unit 1.
It has the function of a convex mirror that forms an image on one surface.

ウニへ面北のアライメントマーク4w1゜4 w 2の
作用によって生じる第1.第2信号光束は第8図におい
て主光線807,808のみ代表して示している。
The 1st. As for the second signal beam, only principal rays 807 and 808 are representatively shown in FIG.

第9図(A)、(B)は本発明の第6実施例の要部斜視
図と光路概略図である。
FIGS. 9(A) and 9(B) are a perspective view of a main part and a schematic diagram of an optical path of a sixth embodiment of the present invention.

本実施例においては上記のような第1.第2信号光束7
,8は第2物体2面を射出した後、検出部11.12に
到達するまでの過程で、それぞれの光路の第2物体面(
或は第1物体面)上の射影軌跡が必ず交叉するようにア
ライメントマークや投光光束の入射角等を構成している
。このような光路構成を以下「交叉光路」と称すること
にする。
In this embodiment, the first. Second signal beam 7
, 8, after emitting the second object surface 2, the second object surface (
The alignment marks and the incident angle of the projected light flux are configured so that the projection trajectories on the first object plane (or the first object plane) always intersect. Hereinafter, such an optical path configuration will be referred to as a "crossing optical path."

又2つの信号光束7,8の光路のなす角度は同図の場合
は負と定義する。
Further, the angle formed by the optical paths of the two signal beams 7 and 8 is defined as negative in the case of the figure.

本発明者は先にシミュレーションによる検討の結果、前
述の光強度分布調整手段と、交叉光路を採用することに
より、不均一なカラシアン分布等の光強度分布を有する
アライメント光束で前述のアライメントマーク系に照射
する場合は第1物体1と第2物体2間の間隔の変動によ
ってもたらされる、位置ずれ量検出誤差の発生を極めて
良好に抑えることができることを見出した。
As a result of a simulation study, the inventors of the present invention found that by employing the above-mentioned light intensity distribution adjustment means and crossed optical paths, the above-mentioned alignment mark system can be achieved with an alignment light beam having a light intensity distribution such as a non-uniform Calacian distribution. It has been found that in the case of irradiation, it is possible to extremely effectively suppress the occurrence of positional deviation amount detection errors caused by fluctuations in the distance between the first object 1 and the second object 2.

即ち、本実施例では第1物体と第2物体間の相対位置ず
れ量か不変であっても従来問題となっていた第1物体と
第2物体の間隔の変動による検出部11.12上での2
つのアライメント用の信号光束の入射位置(等価的に光
強度重心位置)間の距離の変動による位置ずれ量検出誤
差を前述の光強度分布調整手段と交叉光路を採用するこ
とにより良好に抑えることができるようにしている。
That is, in this embodiment, even if the amount of relative positional deviation between the first object and the second object remains unchanged, the difference in the distance between the first object and the second object due to the variation in the distance between the first object and the second object, which has been a problem in the prior art, is 2
By employing the above-mentioned light intensity distribution adjustment means and crossed optical paths, it is possible to suppress the positional deviation amount detection error due to variations in the distance between the incident positions of the two alignment signal light beams (equivalently, the light intensity barycenter position). I'm trying to make it possible.

更に本発明者は光強度分布調整手段と交叉光路を利用す
ることにより、第1物体面上のアライメント光束の強度
が1/e2にまで低下する径を適切に設定することによ
り同様の間隔の変動によってもたらされる位置ずれ量検
出誤差の発生も同様に良好に抑えることができることを
見出した。
Further, the present inventor has achieved similar spacing fluctuations by appropriately setting the diameter at which the intensity of the alignment light beam on the first object plane decreases to 1/e2 by using a light intensity distribution adjustment means and a crossed optical path. It has been found that the occurrence of errors in detecting the amount of positional deviation caused by the above can also be effectively suppressed.

本発明はこのような交叉光路か形成されるように各要素
を設定することにより、前述の位置ずれ量検出誤差の発
生を抑え第1物体と第2物体の相対的な位置ずれ量の高
精度な検出を可能としている。
The present invention suppresses the occurrence of the above-mentioned positional deviation amount detection error by setting each element to form such crossed optical paths, thereby increasing the accuracy of the relative positional deviation amount between the first object and the second object. This enables accurate detection.

次に第9図(A)に示すアライメント用の第1.第2信
号光束7,8の主光線の光路について説明する。
Next, the first alignment plate shown in FIG. 9(A). The optical path of the principal ray of the second signal beams 7 and 8 will be explained.

不均一な光強度分布の光束を放射する不図示の光源より
射出した光束は不図示の投光光学系を経て所定のビーム
径に拡大され、略平行光となり、光強度分布調整手段を
介し第1物体1上のアライメントマーク5,6に物体面
法線に対し斜めに入射する。第1物体1面上に到達した
略平行光束の光強度分布は不均一なカラシアン分布であ
る。
A light beam emitted from a light source (not shown) that emits a light beam with a non-uniform light intensity distribution is expanded to a predetermined beam diameter through a projection optical system (not shown), becomes a substantially parallel beam, and is converted into a parallel beam through a light intensity distribution adjusting means. The light is incident on the alignment marks 5 and 6 on the object 1 obliquely with respect to the normal to the object surface. The light intensity distribution of the substantially parallel light beam reaching the surface of the first object 1 is a non-uniform Calacian distribution.

本発明に係るアライメントマークは中心間距離がゼロで
ない所定値となる2つの領域から成り、位置合わせを行
う各物体面上に形成されている。
The alignment mark according to the present invention consists of two regions in which the center-to-center distance is a predetermined value other than zero, and is formed on each object surface to be aligned.

アライメント用の光束は上記のとおり単一のガウシアン
ビームとして第1物体面上のアライメントマーク5.6
に入射する。第1物体1血上のアライメントマーク5,
6て回折した光束は例えばアライメントマーク5で凸パ
ワーの収斂作用、アライメントマーク6て凹パワーの発
散作用を受けた後、第2物体面七のアライメントマーク
3.4に到達する。
As described above, the light beam for alignment is a single Gaussian beam that is applied to the alignment mark 5.6 on the first object plane.
incident on . First object 1 Alignment mark 5 on blood,
The light beam diffracted by 6 is subjected to a converging effect of convex power at alignment mark 5 and a diverging effect of concave power at alignment mark 6, for example, and then reaches alignment mark 3.4 on second object surface 7.

更に第2物体面上のアライメントマーク3で凹パワーの
発散作用、アライメントマーク4で凸パワーの収斂作用
を受けた光束はそれぞれ第1゜第2信号光7.8となり
第2物体2面を射出し、第1物体1面を透過した後、所
定位置にある検出部11.12に入射する。
Further, the light beams which are subjected to the diverging effect of the concave power at the alignment mark 3 on the second object surface and the convergence effect of the convex power at the alignment mark 4 become 1° and 2nd signal beams 7.8, respectively, and exit the second object surface 2. After passing through the surface of the first object, the light enters a detection unit 11.12 located at a predetermined position.

本実施例において投射光の光強度分布の変調の仕方とし
ては検出部面上の2つの信号光束間の重心距#!に対応
して次式のように定めればよい。
In this embodiment, the method of modulating the light intensity distribution of the projected light is the centroid distance #! between the two signal beams on the detection surface. It may be determined as follows according to the following equation.

′J20  +σxo      (+i)σX(Jl
)=α 文 ここに℃。は位置ずれ0のときの2つの信号光束間のX
方向の距離、α′は実験またはシミコーレーションによ
り求めた数値てマスクとウェハの間隔の変動に対して位
置ずれ検出感度の変動幅が最小となるように選んだ値で
あり、文に依存して変化してもよい。即ちα′−α′(
fl)でもよい。
′J20 +σxo (+i)σX(Jl
)=α Sentence here ℃. is the X between the two signal beams when the positional deviation is 0
The distance in the direction, α′, is a numerical value obtained by experiment or simulation, and is selected so that the range of variation in positional deviation detection sensitivity is minimized with respect to variations in the distance between the mask and the wafer, and it depends on the statement. may change. That is, α′−α′(
fl) may be used.

以上の各実施例に示すように本発明によれば光強度分布
調整手段を用い物体面上に照射された光束の位置ずれ量
検出方向の光強度分布を2つのアライメントマークから
射出した2つの光束の所定面−ににおける相対距離に基
ついて不均一な分布とし、該2つのアライメントマーク
から射出した2つの光束を各々受光部に導光する際、 (ハ)位置ずれ検出方向に対して+側のアライメントマ
ークから受光部に到達する光線はアライメントマーク面
の法線に対して+側に斜めに射出し、同様に一側のアラ
イメントマークからはアライメントマーク面の法線に対
して側に斜めに射出するような光路構成において、2つ
の信号光束の所定面トにおける入射位置の相対距離が予
め設定された値よりも長いときは2つのアライメン1へ
マークを合わせた全体領域の中心付近で位置ずれ量検出
方向の光強度が極小となり、光強度が極小となる点から
位置ずれ検出方向に離れるにつれて所定の勾配で光強度
が増大するような光強度分布を(3) 、 (4)式に
基ついてアライメントマークに照射する。
As shown in each of the above embodiments, according to the present invention, the light intensity distribution in the positional deviation detection direction of the light beam irradiated onto the object surface is adjusted by using the light intensity distribution adjusting means to adjust the light intensity distribution of the light beams emitted from the two alignment marks. When the two light fluxes emitted from the two alignment marks are guided to the light receiving section, the distribution is non-uniform based on the relative distance on the - predetermined plane of (c) the + side with respect to the positional deviation detection direction. The light beam that reaches the light receiving part from the alignment mark on one side is emitted obliquely to the + side with respect to the normal line of the alignment mark surface, and similarly, the light beam that reaches the light receiving section from the alignment mark on one side is emitted diagonally to the side with respect to the normal line of the alignment mark surface. In an optical path configuration in which the two signal beams are emitted, if the relative distance between the incident positions of the two signal beams on a predetermined plane is longer than a preset value, the position will shift near the center of the entire area where the marks are aligned to the two alignment members 1. Based on equations (3) and (4), the light intensity distribution is such that the light intensity in the direction of quantity detection is minimum, and the light intensity increases with a predetermined slope as the distance from the point of minimum light intensity in the direction of positional deviation detection is and irradiates the alignment mark.

(ニ)位置ずれ検出方向に対して(ハ)と同様に+側の
アライメントマークからはアライメントマーク面の法線
に対して一側に斜めに射出し、−側のアライメントマー
クからはアライメントマーク面の法線に対して+側に斜
めに射出するような光路構成において2つの信号光束の
所定面上における入射位置の相対距離が予め設定された
値よりも短いときは2つのアライメントマークを合わせ
た全体領域の中心付近で位置ずれ量検出方向に光強度が
極大となり、その極大点から位置ずれ検出方向に離れる
につれて所定の勾配で光強度が減少するような光強度分
布を(5) 、 (6)式に基づいてアライメントマー
クに照射する。
(d) With respect to the positional deviation detection direction, as in (c), the radiation is emitted obliquely to one side from the alignment mark on the + side with respect to the normal to the alignment mark surface, and from the alignment mark on the − side, the radiation is emitted from the alignment mark surface. When the relative distance between the incident positions of the two signal beams on the predetermined plane is shorter than a preset value in an optical path configuration in which the light beams are emitted obliquely to the + side with respect to the normal line, the two alignment marks are aligned. The light intensity distribution is such that the light intensity reaches a maximum near the center of the entire area in the positional deviation detection direction, and the light intensity decreases at a predetermined gradient as it moves away from the maximum point in the positional deviation detection direction. ) irradiates the alignment mark based on the formula.

以上のような構成を採ることを特徴としている。It is characterized by adopting the above configuration.

(発明の効果) 本発明によれば位置合わせを行う第1.第2物体面上に
各々結像作用(光学作用)を有する異なる2つの波面変
換素子(物理光学素子)をアライメントマークとして形
成し、該アライメントマークの結像作用を各物体面上で
順次(例えば第1゜第2物体又は第2.第1物体面の順
など)うけた2つの第1.第2信号光束の所定面上にお
ける入射位置情報により位置ずれ量を検出する際、光強
度分布調整手段を用いてアライメントマーク面上に照射
する光束の光強度分布を2つのアライメントマークから
射出し、所定面トに入射する2つの光束の入射位置の相
対距離に基づいて調整することにより、位置合わせを行
う2つの物体間の間隔変動や光源からの投射光束の位置
変動の影響を非常にうけにくい高精度な位置ずれ量検出
が可能な位置検出装置を達成することかできる。
(Effects of the Invention) According to the present invention, the first . Two different wavefront conversion elements (physical optical elements) each having an imaging action (optical action) are formed on the second object plane as an alignment mark, and the imaging action of the alignment mark is applied sequentially (for example, 1st degree second object or 2nd degree first object plane). When detecting the amount of positional deviation based on information on the incident position of the second signal light beam on a predetermined surface, a light intensity distribution of the light beam irradiated onto the alignment mark surface is emitted from the two alignment marks using a light intensity distribution adjusting means; By adjusting based on the relative distance of the incident positions of the two light beams incident on a given surface, it is extremely resistant to the effects of changes in the distance between the two objects being aligned and positional changes of the light beam projected from the light source. It is possible to achieve a position detection device capable of detecting the amount of positional deviation with high precision.

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

第1図は本発明の原理及び構成要件等を示す説明図、第
2図は第1図の構成に基づく本発明の第1実施例の要部
斜視図、第3図(A)は第2図の第1実施例をプロキシ
ミティ型半導体製造装置に適用した要部概略図、第3図
(B)、(C)は第3図(A)の計測制御のフローチャ
ート図、第4図は第2図の第1実施例光路断面説明図、
第5図〜第8図は各々本発明の第2〜第5実施例の要部
斜視図、第9図(A)、(B)は本発明の第6実施例の
要部斜視図と光路断面説明図、第10図(A)〜(D)
は本発明に係るアライメントマークの配置説明図、第1
1図は従来の位置検出装置の要部概略図である。 図中、1は第1物体くマスク)、2は第2物体(ウェハ
)、3,4,5.6は各々アライメントマーク、7.8
は各々第1.第2信号光束、9はウェハスクライブライ
ン、10はマスタスクライブライン、11.12は検出
部、13は光源、14はコリメーターレンズ系、15は
ハーフミラ−116はアライメントヘッド筐体、18は
信号処理部、19はウェハステージ駆動制御部である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the principle and structural requirements of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of the main part of the first embodiment of the present invention based on the configuration of FIG. 1, and FIG. 3(B) and 3(C) are flowcharts of the measurement control of FIG. 3(A), and FIG. 4 is a flowchart of the measurement control of FIG. 3(A). 2 is an explanatory diagram of a cross-sectional view of the optical path of the first embodiment,
5 to 8 are perspective views of main parts of second to fifth embodiments of the present invention, respectively, and FIGS. 9(A) and (B) are perspective views of main parts and optical paths of a sixth embodiment of the present invention. Cross-sectional explanatory diagram, Fig. 10 (A) to (D)
is an explanatory diagram of the arrangement of alignment marks according to the present invention, the first
FIG. 1 is a schematic diagram of the main parts of a conventional position detection device. In the figure, 1 is the first object (mask), 2 is the second object (wafer), 3, 4, and 5.6 are alignment marks, and 7.8
are the first. 2nd signal beam, 9 wafer scribe line, 10 master scribe line, 11.12 detection unit, 13 light source, 14 collimator lens system, 15 half mirror, 116 alignment head housing, 18 signal processing 19 is a wafer stage drive control section.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)少なくとも2つの物理光学素子より成るアライメ
ントマークを各々設けた第1物体と第2物体とを対向配
置し、投光手段からの光束を、光強度分布調整手段を介
して該第1物体と第2物体に設けた各々のアライメント
マークを介した後2つの光束を所定面上に導光し、該所
定面上における該2つの光束の入射位置を検出手段によ
り検出することにより、該第1物体と第2物体との相対
的な位置ずれ量の検出を行う際、2つの光束のうち少な
くとも一方の光束は該第1物体面上のアライメントマー
クと第2物体面上のアライメントマークで各々結像作用
を受けており、該光強度分布調整手段は、該所定面上に
入射する2つの光束の入射位置の相対距離に基づいて通
過光束の光強度分布を調整していることを特徴とする位
置検出装置。
(1) A first object and a second object, each provided with an alignment mark made of at least two physical optical elements, are arranged facing each other, and the light beam from the light projecting means is directed to the first object through the light intensity distribution adjusting means. The two light beams are guided onto a predetermined surface through respective alignment marks provided on the first and second objects, and the incident positions of the two light beams on the predetermined surface are detected by the detection means. When detecting the amount of relative positional deviation between one object and a second object, at least one of the two light beams is aligned at the alignment mark on the first object surface and the alignment mark on the second object surface, respectively. The light intensity distribution adjusting means adjusts the light intensity distribution of the passing light beam based on the relative distance between the incident positions of the two light beams incident on the predetermined surface. position detection device.
(2)前記光強度分布調整手段は前記所定面上に入射す
る2つの光束の入射位置の相対距離が予め設定された距
離よりも長いときには通過光束の光強度分布が2つのア
ライメントマークの配列中心付近で極小となり、又距離
が短いときは2つのアライメントマークの配列中心付近
で極大となるように調整していることを特徴とする請求
項1記載の位置検出装置。
(2) When the relative distance between the incident positions of the two light beams incident on the predetermined surface is longer than a preset distance, the light intensity distribution adjusting means adjusts the light intensity distribution of the passing light beam to the center of the arrangement of the two alignment marks. 2. The position detecting device according to claim 1, wherein the position detecting device is adjusted so that it becomes a minimum near the center of the arrangement of the two alignment marks, and when the distance is short, it becomes a maximum near the center of the arrangement of the two alignment marks.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7405114B2 (en) * 2002-10-16 2008-07-29 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser irradiation apparatus and method of manufacturing semiconductor device

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