JPH11243048A - 斜光軸光学系を用いた位置検出装置及び方法 - Google Patents

斜光軸光学系を用いた位置検出装置及び方法

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JPH11243048A
JPH11243048A JP10045508A JP4550898A JPH11243048A JP H11243048 A JPH11243048 A JP H11243048A JP 10045508 A JP10045508 A JP 10045508A JP 4550898 A JP4550898 A JP 4550898A JP H11243048 A JPH11243048 A JP H11243048A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アライメントマークからの散乱光による像と
背景とのコントラスト高くし、容易に位置検出を行うこ
とが可能な位置検出装置を提供する。 【解決手段】 入射光を散乱させる位置合わせ用ウエハ
マークが形成された露光面を有するウエハのウエハマー
クと、入射光を散乱させる位置合わせ用のマスクマーク
が形成された露光マスクとが、ある間隔を隔てて相互に
平行配置される。照明光学系が、ウエハマークとマスク
マークとに、露光面に対して斜めの光軸に沿って照明光
を照射する。観測光学系が、ウエハマークとマスクマー
クからの散乱光を受光面に結像させる。観測光学系の光
軸は、ウエハの露光面の法線方向に関して照明光学系の
光軸と反対の向きに傾いている。受光面にはウエハ及び
マスクからの照明光の正反射光が入射しない。制御手段
が、ウエハマーク及びマスクマークからの散乱光による
像に基づいて、ウエハとマスクとの相対位置を検出す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アライメント時の
位置検出装置及び方法に関し、特に、対象物の表面に対
して斜めの光軸を有する観測光学系を用いた位置検出装
置、及びそれを用いた位置検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】レンズ系と画像処理系とを組み合わせた
アライメント装置において、アライメント時のウエハと
マスクの位置合わせ方法として、垂直検出法が知られて
いる。垂直検出法は、アライメントマークをマスク面に
垂直な方向から観測する方法である。
【０００３】垂直検出法で用いられる合焦方法として、
色収差二重焦点法が知られている。色収差二重焦点法
は、マスクに形成されたマスクマークとウエハに形成さ
れたウエハマークとを異なる波長の光で観測し、色収差
を利用して同一平面に結像させる方法である。以下、ウ
エハマークとマスクマークとを総称してアライメントマ
ークと呼ぶ。色収差二重焦点法は、原理的にレンズの光
学的な分解能を高く設定できるため、絶対的な位置検出
精度を高めることができる。
【０００４】一方、アライメントマークを垂直方向から
観測するために、観測のための光学系が露光領域に入り
込む。このままで露光すると、光学系が露光光を遮るこ
とになるため、露光時には光学系を露光領域から退避さ
せる必要がある。退避させるための移動時間が必要にな
るため、スループットが低下する。また、露光時にアラ
イメントマークを観測できないため位置検出ができなく
なる。これは、露光中のアライメント精度低下の原因に
なる。
【０００５】上記垂直検出法の課題を解決することがで
きる斜方検出法が、特開平９−２７４４９号公報に開示
されている。
【０００６】図８は、特開平９−２７４４９号公報に開
示された斜方検出法で用いられる位置検出装置の概略斜
視図を示す。この位置検出装置は、ウエハ／マスク保持
部１１０、光学系１２０を含んで構成されている。
【０００７】ウエハ／マスク保持部１１０は、ウエハ保
持台１１５及びマスク保持台１１６から構成されてい
る。位置合わせ時には、ウエハ保持台１１５の上面にウ
エハ１１１を保持し、マスク保持台１１６の下面にマス
ク１１２を保持する。ウエハ１１１とマスク１１２と
は、ウエハ１１１の露光面とマスク１１２との間に一定
の間隙が形成されるように配置される。ウエハ１１１の
露光面には、位置合わせ用のウエハマーク１１３が形成
され、マスク１１２の下面（マスク面）には位置合わせ
用のマスクマーク１１４が形成されている。
【０００８】ウエハマーク１１３及びマスクマーク１１
４には、入射光を散乱させるエッジが形成されている。
これらのマークに光が入射すると、エッジに当たった入
射光は散乱し、その他の領域に当たった入射光は正反射
する。
【０００９】光学系１２０は、像検出装置１２１、レン
ズ１２２、ハーフミラー１２３、及び光源１２４を含ん
で構成されている。
【００１０】光学系１２０は、その光軸１２５が露光面
に対して斜めになるように配置されている。光源１２４
から放射された照明光はハーフミラー１２３で反射して
光軸１２５に沿った光線束とされ、レンズ１２２を通し
て露光面に斜入射される。光源１２４はレンズ１２２の
像側の焦点に配置されており、光源１２４から放射され
た照明光はレンズ１２２でコリメートされて平行光線束
になる。なお、光源１２４は、照射光の強度を調整する
ことができる。
【００１１】ウエハマーク１１３及びマスクマーク１１
４のエッジで散乱された散乱光のうちレンズ１２２の入
射ひとみに入射する光は、レンズ１２２で収束されて像
検出装置１２１の受光面に結像する。このように、照明
光の光軸および観測光学系の光軸が、露光面に対して斜
めに配置されているため、各光学系を露光面の露光領域
上に配置する必要がない。このため、光学系を露光領域
上から退避させるこなく、露光を行うことができる。ま
た、露光中もアライメントマークを観測することが可能
になる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】図８に示す位置検出装
置においては、照明光がレンズ１２２を通り、アライメ
ントマーク１１３、１１４に照射される。照明光の大部
分はレンズ１２２を透過するが、その一部はレンズ１２
２の表面によって反射する。この反射光によってフレア
が発生し、像検出装置１２１の受光面を照射する光のバ
ックグラウンドレベルが上昇する。このため、アライメ
ントマークからの散乱光による像と背景とのコントラス
トが低下してしまう。
【００１３】さらに、アライメントマークからの散乱光
は、ハーフミラー１２３を透過して像検出装置１２１に
入射する。このため、ハーフミラー１２３により、像検
出装置１２１に到達する散乱光の強度が約１／２にな
る。照明光の強度を強くすることにより、像検出装置１
２１に到達する散乱光の強度を強くすることはできる。
しかし、この方法によると、照明光によるフレアも同時
に強くなってしまうため、像検出装置１２１に到達する
散乱光による像と背景とのコントラストを高くするため
の有効な措置とはいえない。
【００１４】本発明の目的は、アライメントマークから
の散乱光による像と背景とのコントラスト高くし、容易
に位置検出を行うことが可能な位置検出装置を提供する
ことである。
【００１５】本発明の他の目的は、アライメントマーク
からの散乱光による像と背景とのコントラスト高くし、
容易に位置検出を行うことが可能な位置検出方法を提供
することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、入射光を散乱させる位置合わせ用ウエハマークが形
成された露光面を有するウエハの該ウエハマークと、入
射光を散乱させる位置合わせ用のマスクマークが形成さ
れたマスク面を有し、該マスク面が前記露光面に対して
ある間隔を隔てて平行になるように配置された露光マス
クの該マスクマークとに、前記露光面に対して斜めの光
軸に沿って照明光を照射する照明光学系と、前記ウエハ
マークとマスクマークからの散乱光を結像させる受光面
を有する観測光学系であって、該観測光学系の光軸が、
前記ウエハの露光面の法線方向に関して前記照明光学系
の光軸と反対の向きに傾き、前記受光面には前記ウエハ
及びマスクからの前記照明光学系による照明光の正反射
光が入射しないような構成とされている観測光学系と、
前記観測光学系により得られた前記ウエハマーク及びマ
スクマークからの散乱光による像に基づいて、前記ウエ
ハとマスクとの相対位置を検出する制御手段とを有する
位置検出装置が提供される。
【００１７】本発明の他の観点によると、入射光を散乱
させる位置合わせ用ウエハマークが形成された露光面を
有するウエハと、入射光を散乱させる位置合わせ用のマ
スクマークが形成されたマスク面を有する露光マスクと
を、該露光面と該マスク面とがある間隔を隔てて対向す
るように、前記ウエハと露光マスクとを配置する工程
と、前記ウエハマークとマスクマークとに、前記露光面
に対して斜めの光軸に沿って照明光を照射する工程と、
前記ウエハマークとマスクマークからの散乱光を結像さ
せる受光面を有する観測光学系であって、該観測光学系
の光軸が、前記ウエハの露光面の法線方向に関して前記
照明光学系の光軸と反対の向きに傾き、前記受光面には
前記ウエハ及びマスクからの前記照明光学系による照明
光の正反射光が入射しないような構成とされている観測
光学系により、前記ウエハマークとマスクマークからの
散乱光による像を観測する工程と、前記観測する工程で
得られた観測結果に基づいて、前記ウエハとマスクとの
相対位置を検出する工程とを有する位置検出方法が提供
される。
【００１８】照明光が観測光学系内の光学部品を通過し
ないため、観測光学系の光学部品によるフレアの影響を
防止でき、像と背景とのコントラストを高めることがで
きる。また、前方散乱光を観測するため、後方散乱光を
観測する場合に比べて強い散乱光を観測することがで
き、明るい像を得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施例による位
置検出装置の概略断面図を示す。実施例による位置検出
装置はウエハ／マスク保持部１０、観測光学系２０、照
明光学系２３、及び制御装置３０を含んで構成されてい
る。
【００２０】ウエハ／マスク保持部１０は、ウエハ保持
台１５、マスク保持台１６、駆動機構１７及び１８を含
んで構成されている。位置合わせ時には、ウエハ保持台
１５の上面にウエハ１１を保持し、マスク保持台１６の
下面にマスク１２を保持する。ウエハ１１とマスク１２
とは、ウエハ１１の露光面とマスク１２のウエハ側の面
（マスク面）との間に一定の間隙が形成されるようにほ
ぼ平行に配置される。ウエハ１１の露光面には、位置合
わせ用のウエハマークが形成され、マスク１２のマスク
面には位置合わせ用のマスクマークが形成されている。
【００２１】駆動機構１７は、ウエハ１１とマスク１２
との露光面内に関する相対位置が変化するように、ウエ
ハ保持台１５若しくはマスク保持台１６を移動させるこ
とができる。駆動機構１８は、ウエハ１１の露光面とマ
スク１２のマスク面との間隔が変化するように、ウエハ
保持台１５を移動させることができる。図の左から右に
Ｘ軸、紙面に垂直な方向に表面から裏面に向かってＹ
軸、露光面の法線方向にＺ軸をとると、駆動機構１７
は、ウエハ１１とマスク１２のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ
軸の回りの回転方向（θZ 方向）に関する相対位置を調
整し、駆動機構１８は、Ｚ軸方向、Ｘ軸及びＹ軸の回り
の回転（あおり）方向（θX 及びθY 方向）の相対位置
を調整する。
【００２２】観測光学系２０は、像検出装置２１、レン
ズ２２を含んで構成される。照明光学系２３は、ウエハ
１１に形成されたウエハマーク及びマスク１２に形成さ
れたマスクマークに照明光を照射する。ウエハマーク及
びマスクマークにより散乱された散乱光がレンズ２２に
入射し、像検出装置２１の受光面２９に、散乱光による
像が結ばれる。
【００２３】照明光の光軸２４及びレンズ２２の光軸２
５は、共にＸＺ面に平行であり、かつ露光面に対して斜
めになるように配置されている。光軸２４と光軸２５と
は、露光面の法線方向（Ｚ軸方向）に関して相互に反対
の向きに傾いている。また、光軸２４と光軸２５とは、
ウエハ１１の露光面及びマスク１２の表面からの正反射
光が、レンズ２２に入射しないような配置とされてい
る。ここで、正反射とは、入射光のうちほとんどの成分
が、同一の反射方向に反射するような態様の反射をい
う。
【００２４】像検出装置２１は、受光面２９上に結像し
たウエハ１１及びマスク１２からの散乱光による像を光
電変換し画像信号を得る。これらの画像信号は制御装置
３０に入力される。
【００２５】制御装置３０は、像検出装置２１から入力
された画像信号を処理して、ウエハ１１とマスク１２と
の相対位置を検出する。さらに、ウエハ１１とマスク１
２が所定の相対位置関係になるように、駆動機構１７及
び１８に対して制御信号を送出する。駆動機構１７は、
この制御信号に基づいてマスク保持台１６をＸＹ面内で
平行移動させ、Ｚ軸の回りに回転させる。駆動機構１８
は、この制御信号に基づいてウエハ保持台１５をＺ軸方
向に平行移動させ、Ｘ軸とＹ軸の回りに微小回転させ
る。
【００２６】図２（Ａ）は、図１のウエハ１１及びマス
ク１２に形成された位置合わせ用のウエハマーク１３
Ａ、１３Ｂ、及びマスクマーク１４の相対位置関係の一
例を示す平面図である。長方形パターンをＹ軸方向に３
個、Ｘ軸方向に１４個、行列状に配列して各ウエハマー
ク１３Ａ及び１３Ｂが形成されている。同様の長方形パ
ターンをＹ軸方向に３個、Ｘ軸方向に５個、行列状に配
置して１つのマスクマーク１４が形成されている。位置
合わせが完了した状態では、マスクマーク１４は、Ｙ軸
方向に関してウエハマーク１３Ａと１３Ｂとのほぼ中央
に配置される。
【００２７】ウエハマーク１３Ａ、１３Ｂ、及びマスク
マーク１４の各長方形パターンの長辺はＸ軸と平行にさ
れ、短辺はＹ軸と平行にされている。各長方形パターン
の長辺の長さは例えば２μｍ、短辺の長さは例えば１μ
ｍであり、各マーク内における長方形パターンのＸ軸及
びＹ軸方向の配列ピッチは４μｍである。ウエハマーク
１３Ａと１３Ｂとの中心間距離は、５６μｍである。
【００２８】図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の一点鎖線Ｂ２
−Ｂ２における断面図を示す。ウエハマーク１３Ａ及び
１３Ｂは、例えば露光面上に形成したＳｉＮ膜、ポリシ
リコン膜等をパターニングして形成される。マスクマー
ク１４は、例えばＳｉＣ等からなるメンブレン１２のマ
スク面上に形成したＴａ4 Ｂ膜をパターニングして形成
される。
【００２９】図２（Ｃ）は、図２（Ａ）の一点鎖線Ｃ２
−Ｃ２における断面図を示す。ウエハマーク１３Ａ、１
３Ｂ及びマスクマーク１４に入射した照明光は、図２
（Ｃ）の各長方形パターンの短辺側のエッジで散乱され
る。エッジ以外の領域に照射された光は正反射し、図１
のレンズ２２には入射しない。従って、像検出装置２１
でアライメントマークからの散乱光のみを検出すること
ができる。
【００３０】図１のレンズ２２の物空間において光軸２
５に垂直な１つの平面上の複数の点からの散乱光が、像
検出装置２１の受光面２９上に同時に結像する。受光面
２９上に結像している物空間内の物点の集合した平面を
「物面」と呼ぶこととする。
【００３１】図２（Ｃ）において、ウエハマーク１３
Ａ、１３Ｂ及びマスクマーク１４の各エッジのうち、物
面２７上にあるエッジからの散乱光は受光面上に合焦す
るが、物面上にないエッジからの散乱光は合焦せず、エ
ッジが物面から遠ざかるに従って、当該エッジからの散
乱光による像のピントがぼける。従って、各マークのエ
ッジのうち物面に最も近い位置にあるエッジからの散乱
光による像が最も鮮明になり、物面から離れた位置にあ
るエッジからの散乱光による像はぼける。
【００３２】図３は、ウエハマーク１３Ａ、１３Ｂ及び
マスクマーク１４のエッジからの散乱光による受光面上
の像のスケッチである。図３のｕ軸が図２（Ｃ）におけ
る物面２７とＸＺ面との交線方向に相当し、ｖ軸が図２
（Ｃ）におけるＹ軸に相当する。ウエハマーク１３Ａ及
び１３Ｂからの散乱光による像４０Ａ及び４０Ｂが、ｖ
軸方向に離れて現れ、その間にマスクマーク１４からの
散乱光による像４１が現れる。
【００３３】各長方形パターンの前方のエッジと後方の
エッジによる散乱光が観測されるため、１つの長方形パ
ターンに対して２つの点状の像が現れる。各像におい
て、図２（Ｃ）の物面２７近傍のエッジからの散乱光に
よる像がはっきりと現れ、それからｕ軸方向に離れるに
従ってぼけた像となる。また、図２（Ｃ）に示すよう
に、観測光軸２５が露光面に対して傾いているため、ウ
エハマークからの散乱光による像４０Ａ及び４０Ｂの最
もピントの合っている位置とマスクマークからの散乱光
による像４１の最もピントの合っている位置とは、ｕ軸
方向に関して一致しない。
【００３４】マスクマークからの散乱光による像４１
が、ｖ軸方向に関して像４０Ａと４０Ｂとの中央に位置
するように、図１のウエハ保持台１５とマスク保持台１
６とを移動させることにより、Ｙ軸方向、即ち物面と露
光面との交線方向に関してウエハ１１とマスク１２との
位置合わせを行うことができる。
【００３５】図１に示す位置検出装置では、ウエハマー
ク及びマスクマークを斜方から観測するため、観測光学
系２０及び照明光学系２３を露光光４０の光路内に配置
する必要がない。このため、露光時に観測光学系２０及
び照明光学系２３を露光範囲外に退避させる必要がな
い。また、位置合わせ完了後にウエハを露光する場合、
露光中も常時位置検出が可能である。
【００３６】また、照明光が、観測用のレンズ２２を透
過することなくアライメントマークを照射するため、レ
ンズ２２の表面からの照明光の反射によるフレアの発生
がない。このため、散乱光による像と背景とのコントラ
ストの低下を防止できる。また、図８に示すハーフミラ
ー１２３を配置する必要がないため、ハーフミラー１２
３による照明光及び散乱光の減衰を防止することができ
る。
【００３７】さらに、照明光の光軸２４と観測用レンズ
２２の光軸２５とが、露光面の法線に関して相互に反対
向きに傾いている。すなわち、レンズ２２は、アライメ
ントマークからの前方散乱光を観測していることにな
る。一般に、平面上に付着した１μｍ程度の微粒子から
の前方散乱光の強度は、後方散乱光の強度よりも大きい
（秋山等、斜方照明・斜方検出による微粒子検出装置の
開発、精密工学会誌第６３巻第１０号、１９９７年参
照）。ここで、後方散乱光とは、照明光の光軸と観測用
レンズの光軸とが、露光面の法線に関して相互に同じ向
きに傾いている場合の散乱光を意味する。上記実施例の
場合には、前方散乱光を観測するため、より明るい像を
得ることが可能になる。
【００３８】図４は、ウエハマークがＳｉＮで形成さ
れ、マスクマークがＴａ4 Ｂで形成されている場合に、
像検出装置２１により得られた画像信号の一例を示す。
横軸は図３のｖ軸に対応し、縦軸は光強度を表す。な
お、この画像信号は、図３に示す受光面を走査して得ら
れた画像信号のうち、像４０Ａ及び４０Ｂの最もピント
の合っている位置の走査線と像４１の最もピントの合っ
ている位置の走査線に対応する画像信号を合成したもの
である。ほぼ中央にマスクマークに対応する３本のピー
クが現れ、その両側にウエハマークに対応する３本のピ
ークが現れている。
【００３９】以下、図４に示す波形から、マスクマーク
とウエハマークとの相対位置を検出する方法の一例を簡
単に説明する。まず、マスクマークに対応するピーク波
形をｖ軸方向にずらせながら２つのウエハマークの各々
に対応するピーク波形との相関係数を計算する。最大の
相関係数を与えるずらし量が、ウエハマークとマスクマ
ークとの中心間距離に対応する。
【００４０】マスクマークに対応するピーク波形とその
両側のウエハマークの各々に対応するピーク波形との間
隔が等しくなるように、ウエハとマスクとを移動させる
ことにより、図１のＹ軸方向に関して位置合わせを行う
ことができる。
【００４１】なお、図３に示す２次元の画像信号を、ｕ
軸方向及びｖ軸方向に平行移動し、マスクマークの像と
ウエハマークの像との相似性パターンマッチングを行う
ことにより、ウエハとマスクとの相対位置を求めてもよ
い。２次元画像のパターンマッチングを行うことによ
り、ｕ軸方向とｖ軸方向に関する像間の距離を求めるこ
とができる。
【００４２】次に、ウエハとマスクとの間隔を測定する
方法について説明する。図３において、ウエハマークか
らの散乱光による像４０Ａ、４０Ｂ内のｕ軸方向に関し
て最もピントの合っている位置ｕ0 が、図２（Ｃ）にお
ける物面２７と露光面との交線Ｐ0 に相当する。また、
図３において、マスクマークからの散乱光による像４１
のうち、ｕ軸方向に関して最もピントの合っている位置
ｕ1 が、図２（Ｃ）における物面２７とマスク面との交
線Ｐ1 に相当する。例えば、図３に示す２次元画像のパ
ターンマッチングにより位置ｕ0 とｕ1 との間の距離を
求めることができる。
【００４３】線分Ｐ0 Ｐ1 の長さをＬ（Ｐ0 Ｐ1 ）で表
すと、ウエハ１１とマスク１２との間隔δは、
【００４４】
【数１】 δ＝Ｌ（Ｐ0 Ｐ1 ）×ｓｉｎ（α） …（５） と表される。ここで、αは露光面の法線方向と光軸２５
とのなす角である。従って、図３におけるｕ軸上の位置
ｕ0 とｕ1 との間の距離Ｌ（ｕ0 ｕ1 ）を測定して線分
Ｐ0 Ｐ1 の長さを求めることにより、間隔δを知ること
ができる。間隔δをより正確に知るためには、ｕ軸上の
位置ｕ0 とｕ1 との間の距離を正確に測定することが好
ましい。このためには、レンズの焦点深度が浅いほうが
よい。
【００４５】なお、観測された像同士のパターンマッチ
ングを行うのではなく、予め準備された基準となる像と
のパターンマッチングを行ってもよい。この場合、所望
の相対位置関係を満たすようにウエハとマスクとを配置
した状態における基準画像信号を、予め記憶しておく。
観測されたウエハマークの像と予め記憶されているウエ
ハマークの像との相似性パターンマッチングを行うこと
により、ウエハの基準位置からのずれ量を求める。同様
に、観測されたマスクマークの像と予め記憶されている
マスクマークの像との相似性パターンマッチングを行う
ことにより、マスクの基準位置からのずれ量を求める。
この２つのずれ量から、ウエハとマスクの相対位置を知
ることができる。
【００４６】図５（Ａ）は、図１に示す位置検出装置の
照明光の光軸２４とレンズ２２の光軸２５との位置関係
を説明するための模式図である。レンズ２２の光軸２５
とウエハ１１の露光面の法線方向とのなす角をθ1 、レ
ンズ２２の開口角を２θ2 、照明光の光軸２４とウエハ
１１の露光面の法線方向とのなす角をθ3 とする。
【００４７】
【数２】 θ3 ＞θ1 ＋θ2 …（２） が満足される場合に、照明光の正反射光がレンズ２２の
入射ひとみ内に入射しない。このため、アライメントマ
ーク１３からの散乱光による像と背景とのコントラスト
を高めることができる。なお、
【００４８】
【数３】 θ3 ＜θ1 −θ2 …（３） としてもよいが、この場合には、照明光学系が露光光を
遮らないように照明光学系を配置することが困難とな
る。
【００４９】図５（Ｂ）は、照明光の正反射光が観測光
学系２１の受光面２９に到達しないようにするための他
の構成例を示す。照明光の光軸２４ａと露光面の法線と
のなす角が、レンズ２２の光軸２５と露光面の法線方向
とのなす角θ1 に等しい。この場合には、正反射光がレ
ンズ２２の開口角内に進行する。
【００５０】レンズ２２の下半分を通過する光束が、遮
光部材２６により遮られる。レンズ２２の開口のうち、
遮光部材２６により遮光される領域と遮光されない領域
との境界線は、ウエハマーク１３の観測すべきエッジの
延在する方向、すなわち図２（Ａ）におけるＹ軸方向に
平行である。このような遮光部材２６を配置することに
より、疑似的な暗視野観察を行うことができる。すなわ
ち、照明光の光軸と観測光学系の光軸とを、露光面の法
線に関して対称に配置しても、疑似的暗視野観察を行う
ことができる。図５（Ｂ）に示す構成は、式（２）また
は（３）を満たすように光学系を配置することが困難な
場合に有効である。
【００５１】上記実施例では、図１においてウエハ１１
とマスク１２とのＹ軸方向の位置を検出する場合を説明
した。図１に示す観測光学系２０と照明光学系２３とを
３組配置することにより、Ｘ及びＹ軸方向、及びθZ 方
向に関する位置検出を行うことができる。
【００５２】図６は、光学系を３組配置する場合の露光
面上のアライメントマーク、照明光学系、及び観測レン
ズの位置関係を示す概略平面図である。露光領域ＥＡ内
にＸ軸方向の位置合わせ用のアライメントマークＭx 、
Ｙ軸方向の位置合わせ用のアライメントマークＭy1及び
Ｍy2が配置されている。なお、図５ではウエハマークと
マスクマークとをまとめて１つのマークとして表してい
る。３つのアライメントマークＭx 、Ｍy1及びＭy2によ
り、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びθz 方向の位置合わせを
行うことができる。
【００５３】アライメントマークＭx 、Ｍy1及びＭy2に
は、それぞれ照明光学系２３x 、２３y1、及び２３y2か
ら照明光が照射される。アライメントマークＭx 、Ｍy1
及びＭy2からの散乱光が、それぞれ観測光学系２０x 、
２０y1、及び２０y2により観測される。各照明光学系と
それに対応する観測光学系とは、図１に示す位置関係を
満足している。照明光学系２３x の光軸２４X と観測光
学系２０x の光軸２５ X は、共にＹＺＸ平面に平行であ
る。照明光学系２３y1及び２３y2の光軸２４y1及び２４
y2と観測光学系２０y1及び２０y2の光軸２５y1及び２５
y2は、すべてＸＺ平面に平行である。
【００５４】照明光学系２３y1の光軸２４y1と照明光学
系２３y2の光軸２４y2とは、Ｙ軸に沿った方向から見て
相互に反対向きに傾いている。
【００５５】図７は、図６に示す照明光学系２３y1及び
観測光学系２０y1の配置の一例を示す正面図である。照
明光学系２３y1は、光ファイバ５０y1、収束レンズ５１
y1、及び反射ミラー５２y1を含んで構成される。光ファ
イバ５０y1を伝搬してきた光が収束レンズ５１y1で収束
され、反射ミラー５２y1で反射して照明光軸２４y1に平
行な収束光線束とされる。
【００５６】照明光学系２３y1は、図６に示す観測光学
系２０y2に固定されている。同様に、照明光学系２３y2
は、観測光学系２０y1に固定されている。このように、
相互に異なるアライメントマークに対応する照明光学系
と観測光学系とを相互に固定することにより、光学系全
体の構成を簡単にし、装置を小型化することが可能にな
る。
【００５７】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
【００５８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
アライメントマークからの前方散乱光による像を観測す
ることにより、像と背景とのコントラストを高め、容易
に位置検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による位置検出装置の概略を示
す断面図である。
【図２】ウエハマークとマスクマークの平面図及び断面
図である。
【図３】ウエハマークとマスクマークからの散乱光によ
る像をスケッチした図である。
【図４】実施例を説明するための比較例による画像信号
を示すグラフである。
【図５】実施例による位置検出装置の照明光軸と観測光
軸との位置関係を説明するための模式図である。
【図６】アライメントマーク及び光学系の配置を説明す
るための光学系及び露光エリアの概略平面図である。
【図７】照明光学系と観測光学系の正面図である。
【図８】従来例による斜方検出装置の概略正面図であ
る。
【符号の説明】
１０ ウエハ／マスク保持部 １１ ウエハ １２ マスク １３Ａ、１３Ｂ ウエハマーク １４ マスクマーク １５ ウエハ保持台 １６ マスク保持台 １７、１８ 駆動機構 ２０ 観測光学系 ２１ 像検出装置 ２２ レンズ ２３ 照明光学系 ２４ 照明光軸 ２５ 観測光軸 ２６ 遮光部材 ２７ 物面 ２９ 受光面 ３０ 制御装置 ４０Ａ、４０Ｂ ウエハマークからの散乱光による像 ４１ マスクマークからの散乱光による像 ５０y1 光ファイバ ５１y1 収束レンズ ５２y1 反射ミラー

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入射光を散乱させる位置合わせ用ウエハ
    マークが形成された露光面を有するウエハの該ウエハマ
    ークと、入射光を散乱させる位置合わせ用のマスクマー
    クが形成されたマスク面を有し、該マスク面が前記露光
    面に対してある間隔を隔てて平行になるように配置され
    た露光マスクの該マスクマークとに、前記露光面に対し
    て斜めの光軸に沿って照明光を照射する照明光学系と、 前記ウエハマークとマスクマークからの散乱光を結像さ
    せる受光面を有する観測光学系であって、該観測光学系
    の光軸が、前記ウエハの露光面の法線方向に関して前記
    照明光学系の光軸と反対の向きに傾き、前記受光面には
    前記ウエハ及びマスクからの前記照明光学系による照明
    光の正反射光が入射しないような構成とされている観測
    光学系と、 前記観測光学系により得られた前記ウエハマーク及びマ
    スクマークからの散乱光による像に基づいて、前記ウエ
    ハとマスクとの相対位置を検出する制御手段とを有する
    位置検出装置。
  2. 【請求項２】 前記露光面の法線と前記観測光学系の光
    軸とのなす角をθ1、前記観測光学系の対物レンズの開
    口角を２θ2 、前記露光面の法線と前記照明光の光軸と
    のなす角をθ3 としたとき、θ3 ＞θ1 ＋θ2 を満たす
    請求項１に記載の位置検出装置。
  3. 【請求項３】 前記ウエハの露光面にさらに他のウエハ
    マークが形成され、前記露光マスクのマスク面にさらに
    他のマスクマークが形成されており、 さらに、 前記他のウエハマークと他のマスクマークとに照明光を
    照射する他の照明光学系であって、該他の照明光学系が
    前記観測光学系に固定され、該他の照明光学系の光軸
    が、前記照明光学系の照明光の入射面に平行であり、か
    つ該入射面に垂直な方向から見て前記照明光学系の光軸
    とは反対の向きに傾いている他の照明光学系と、 前記他のウエハマークと他のマスクマークからの散乱光
    を結像させる受光面を有する他の観測光学系であって、
    該他の観測光学系が前記照明光学系に固定され、該他の
    観測光学系の光軸が、前記ウエハの露光面の法線方向に
    関して前記他の照明光学系の光軸と反対の向きに傾き、
    前記受光面には前記ウエハ及びマスクからの前記他の照
    明光学系による照明光の正反射光が入射しないような構
    成とされている他の観測光学系とを有し、 前記制御手段が、前記観測光学系及び他の観測光学系に
    より得られた像に基づいて、前記ウエハとマスクとの相
    対位置を検出する請求項１または２に記載の位置検出装
    置。
  4. 【請求項４】 入射光を散乱させる位置合わせ用ウエハ
    マークが形成された露光面を有するウエハと、入射光を
    散乱させる位置合わせ用のマスクマークが形成されたマ
    スク面を有する露光マスクとを、該露光面と該マスク面
    とがある間隔を隔てて対向するように、前記ウエハと露
    光マスクとを配置する工程と、 前記ウエハマークとマスクマークとに、前記露光面に対
    して斜めの光軸に沿って照明光を照射する工程と、 前記ウエハマークとマスクマークからの散乱光を結像さ
    せる受光面を有する観測光学系であって、該観測光学系
    の光軸が、前記ウエハの露光面の法線方向に関して前記
    照明光学系の光軸と反対の向きに傾き、前記受光面には
    前記ウエハ及びマスクからの前記照明光学系による照明
    光の正反射光が入射しないような構成とされている観測
    光学系により、前記ウエハマークとマスクマークからの
    散乱光による像を観測する工程と、 前記観測する工程で得られた観測結果に基づいて、前記
    ウエハとマスクとの相対位置を検出する工程とを有する
    位置検出方法。
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