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JPH042903A - Position detector - Google Patents

Position detector

Info

Publication number
JPH042903A
JPH042903A JP2104904A JP10490490A JPH042903A JP H042903 A JPH042903 A JP H042903A JP 2104904 A JP2104904 A JP 2104904A JP 10490490 A JP10490490 A JP 10490490A JP H042903 A JPH042903 A JP H042903A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
intensity distribution
alignment
light intensity
alignment mark
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2104904A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masakazu Matsugi
優和 真継
Shigeyuki Suda
須田 繁幸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2104904A priority Critical patent/JPH042903A/en
Publication of JPH042903A publication Critical patent/JPH042903A/en
Pending legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

PURPOSE:To accurately detect a positional deviation by regulating a light intensity distribution of passed luminous fluxes in response to the code of an angle formed between the main light rays of two fluxes emitted from two alignment marks 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, and light intensity distribution regulating means 20. Here, the light intensity distribution of passed fluxes is regulated in response to the code of an angle formed between optical paths of main light rays of two fluxes to be emitted from the two marks 5, 6 or 3, 4 provided on the surface of one of the articles 1, 2. Then, the fluxes diffracted by the marks 5, 6 are, 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 fluxes which are dispersed by the mark 3 and converged 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.

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すれ量を画像処理
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
1・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 misalignment 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 Publication No. 157033, a zone plate is used as an alignment mark, a light beam is irradiated onto the zone plate 1, and at this time, the position of a converging point on a predetermined plane of the light beam emitted from the zone plate is detected. etc.

一般にゾーンプレートを利用したアライメント方法は、
単なるアライメントマークを用いた方法に比べてフライ
メン1ヘ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かある。
In general, alignment methods using zone plates are
Compared to a method using a simple alignment mark, this method has the advantage of being able to achieve relatively high-grain alignment without being affected by defects in flymen 1 marks.

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にマスクチャック1
16を介して支持している。本体115上部にアライメ
ントヘッド114か配置されている。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M
M及びウェハアライメントマークWMかそれぞれマスク
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 is attached to a mask chuck 1 on an aligner body 115.
16. An alignment head 114 is arranged above the main body 115. Mask alignment mark M is used to align the mask M and wafer W.
M and wafer alignment mark WM are printed on mask M and 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
レートより成り点Qへ集光する光を反射回折させ検出部
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 to the convergence point Q by the reflective zone plate and forms an image on the detection section 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が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と位置すれ量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, when 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 amount of light (center of gravity) shifts. There is a certain relationship between the amount of deviation ΔδW on the detection surface 119 and the amount of positional deviation ΔσW at this time, and the amount of deviation ΔδW on the detection surface 119 at this time is
By detecting W, the relative positional deviation amount ΔσW between the mask M and the wafer W is detected.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら従来の位置検出装置に郭いては位置合わせ
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 positioning 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上に導光する為
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。
In addition, the position relative to the alignment head or alignment mark that has a built-in light source, a light projecting optical system for guiding the light beam from the light source onto the mask surface, a light receiving system for receiving signal light, etc. When the fluctuation occurs, the incident position of the light beam onto the detection surface of the detection section also changes, resulting in a problem in that a detection error of the positional deviation amount ΔδW occurs.

本発明は位置合わせをすべき第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目的とする。
The present invention can be used even if there is a change in the distance between the first object and the second object to be aligned, which deviates from a preset value, or the position of the alignment head changes relative to the alignment mark. 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 beam onto the alignment mark, the amount of relative positional deviation between the two objects can be reduced. The purpose of the present invention is to provide a position detection device that can detect the position accurately.

(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すれ量の検出を行う際、該
第1物体と第2物体面上の各々の2つのアライメントマ
ークはその軸が互いにすれており、該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
マークと該第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、該第1
物体と第2物体のうち一方の物体面上に設けた2つのア
ライメントマークから射出する2つの光束の主光線の光
路のなす角度の符号に対応し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 through alignment marks provided on the first object and the second object through a light intensity distribution adjusting means, and the two light beams on the predetermined surface are When detecting the relative positional displacement between the first object and the second object by detecting the incident position of the light beam with the detection means, the two objects on each of the first and second object surfaces are detected. The alignment marks have their axes grazing each other, and at least one of the two light beams is subjected to imaging action by the alignment mark on the first object plane and the alignment mark on the second object plane, respectively. , the light intensity distribution adjusting means is configured to adjust the first
The light intensity distribution of the passing light beam is adjusted in accordance with the sign of the angle formed by the optical path of the principal ray of the two light beams emitted from two alignment marks provided on the object surface of one of the object and the second object. It is characterized by

即ち、本発明は物体面Aと物体面Bを位置合わせすべき
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A1及びA2を互いに軸をすらして形成し、
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1〜マークB1
及びB2を互いに軸をずらして形成し、前記アライメン
トマー2り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 a first object and a second object to be aligned. A1 and A2 are formed with their axes aligned with each other,
Also on the object plane B, there are alignment members 1 to mark B1 for the first and second signals which also function as physical optical elements.
and B2 are formed with their axes shifted from each other, a light beam is made incident on the alignment mark 2A1, and the diffracted light generated at this time is made incident on the alignment mark B1. The center of gravity of the luminous flux is the first
The first detection unit detects the incident position of the 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
がピーク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第1物体又は
第2物体面上の2つのアライメントマークからの2つの
光束の主光線の光路のなす角の符号に応して通過光束の
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 is at its peak 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 flux according to the sign of the angle formed by the optical path of the principal rays of the two light fluxes from the two alignment marks on the first object or the second object surface. There is.

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の位置す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1〜マークAI、A2.Bl、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 misalignment of the object plane A and the object plane B. Alignment 1~Mark AI, A2. Bl and B2 are 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図の構成に基づく本発明の第1実
施例の要部斜視図である。
(Example) Fig. 1 is an explanatory diagram showing the principles and constituent elements of the present invention developed, and Fig. 2 is a perspective view of main parts of the first embodiment of the present invention based on the configuration of Fig. 1. .

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。11゜12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−トLとする。第1物体1と第2物体2の距離をg
、アライメントマーク5及び6の焦点距離を各々fal
+ f a2とし、第1物体1と第2物体2の相対位置
ずれ量をΔσ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5182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 11 and 12 indicate first and second detection units for detecting the first and second signal beams, respectively. from the second object 2 to the first
Alternatively, the optical distance to the second detection unit 11.12 will be referred to as L for convenience of explanation. The distance between the first object 1 and the second object 2 is g
, the focal lengths of alignment marks 5 and 6 are respectively fal
+f a2, and the amount of relative positional deviation between the first object 1 and the second object 2 is Δσ, and the first . Second detection unit 11.
The amount of displacement of the 12 first and second signal beam centers from the coincident state is 5182, respectively. 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、、F2とアライメントマーク3,
4の光軸中心を結ぶ直線LIL2と、検出部11及び1
2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の相対位置すれに対して各信
号光束重心の変位量S、、S2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。
The displacement amount 81 and S2 of the center of gravity of the signal beam are the focal points F, , F2 of the alignment marks 5 and 6 and the alignment mark 3,
A straight line LIL2 connecting the optical axis centers of 4 and the detection units 11 and 1
It is determined geometrically as the intersection with the light-receiving surface of No. 2. Therefore, in order to obtain the displacement amounts S, , S2 of the center of gravity of each signal beam in opposite directions with respect to the relative positional deviation between the first object 1 and the second object 2, the sign of the optical imaging magnification of the alignment mark 3.4 is adjusted. This is achieved by reversing 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を介して第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。
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.
0 to the alignment marks 5 and 6 on the first object 1 obliquely to the normal to the object surface.

このとき光強度分布調整手段20は例えば71〜リツク
ス的に場所的に透過率を変えたハーフミラ−や液晶部材
等が適用可能である。光強度分布調整手段を通過した光
束の光強度分布は後述するように2つのアライメントマ
ークからの光束の主光線の光路のなす角が正なので第1
図に示すように光束中心付近で極小となる不均一分布を
している。即ち2つのアライメントマーク5,6の領域
の境界域で光強度が極小となる各型分布としている。
At this time, the light intensity distribution adjusting means 20 may be, for example, a half mirror or a liquid crystal member whose transmittance is varied depending on the location. As will be described later, the light intensity distribution of the light flux that has passed through the light intensity distribution adjustment means is the first because the angle formed by the optical path of the principal ray of the light flux from the two alignment marks is positive.
As shown in the figure, there is a non-uniform distribution that becomes minimum near the center of the luminous flux. That is, each type distribution is such that the light intensity is minimum in the boundary area between the two alignment marks 5 and 6.

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均一の光
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面上のアライメントマ
ーク5.6で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で凹パワ
ーの発散作用を受けた後、第2物体面上のアライメント
マーク3.4に到達する。
As described above, the alignment light beam enters the alignment marks 5 and 6 on the first object plane as a single light beam with a non-uniform light intensity distribution. The light beam diffracted by the alignment marks 5 and 6 on the first object surface is subjected to a converging effect of convex power at the alignment mark 5, a diverging effect of concave power at the alignment mark 6, and then to the alignment mark 3 on the second object surface. .4 is reached.

更に第2物体面ト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 have undergone the diverging effect of 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.

尚、本実施例では図示のX方向に位置すれ量を検出する
場合を示した。また各検出部はX方向の光強度分布を計
測する1次元センサを用いている。
In this embodiment, a case is shown in which the amount of positional deviation is detected in the illustrated X direction. Furthermore, each detection section uses a one-dimensional sensor that measures the light intensity distribution in the 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
物体1又は第2物体2からの2つのアライメントマーク
から射出する第1.第2信号光束7.8の主光線の光路
のなす角が正(主光線が互いに拡がる方向)ならば光強
度分布調整手段2゜により、それを通過する光束の光強
度分布が2つのアライメントマーク5,6の配列中心付
近で極小となるようにし、又逆になす角が負(主光線が
互いに接近する方向)ならば光強度分布調整手段20に
より、それを通過する光束の光強度分布が2つのアライ
メントマーク5,6の配列中心付近で極大となるように
するのが、第1物体1と第2物体2との間の間隔の変動
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。
The present invention is based on a simulation based on ray tracing.
The first . If the angle formed by the optical path of the principal ray of the second signal beam 7.8 is positive (in the direction in which the principal rays diverge from each other), the light intensity distribution adjusting means 2° adjusts the light intensity distribution of the light beam passing through it to the two alignment marks. If the angle is negative (the direction in which the principal rays approach each other), the light intensity distribution of the light flux passing through it is adjusted by the light intensity distribution adjusting means 20. Setting the two alignment marks 5 and 6 to a maximum near the center of the arrangement minimizes the occurrence of positional deviation detection errors caused by fluctuations in the distance between the first object 1 and the second object 2. It has been found that this can be suppressed well.

即ち、本実施例では第1物体と第2物体間の相対位置ず
れ量が不変であフ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(等
測的に光強度重心位置)間の距離の変動による位置すれ
量検出誤差を光強度調整手段を採用することにより良好
に抑えることか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 that occurs due to a change in the distance between the first object and the second object, which has conventionally been a problem. .12
The error in detecting the amount of positional deviation due to the variation in the distance between the above two alignment signal light beam incident positions (isometrically, the light intensity gravity center position) can be suppressed well by adopting a light intensity 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ィ型
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, and a 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な行う手順としては、
例えば次の方法を採ることができる。
In this example, the alignment procedure is as follows:
For example, the following method can be adopted.

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上ての光束重心ずれ量Δδの信号を得、信号処理
部18で重心すれ信号から双方の物体間との位置ずれ量
Δσを求め、そのときの位置すれ量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 drives the stage 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
繰り返して行う。
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 repeat this process 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#13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 light #13 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筺体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面内て1
7,5°の角度で斜入射する。
Figure 4 is 1. FIG. 4 is an explanatory diagram of the incident state of the second signal light beams 7 and 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 placed on one mask surface in the yz plane with respect to the normal to the mask surface.
Oblique incidence at an angle of 7.5°.

アライメント光束のマスク1面上の光強度分布(1(x
、y))は図に示すように座標系をとると (1a) σ、=680 μm  、 σ、=120 μm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)), if the coordinate system is taken as shown in the figure, (1a) σ, = 680 μm, σ, = 120 μm. Furthermore, the amount of positional deviation is detected in the X direction.

マスクとウニ八面上の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50μ
mであり第2図のように隣接して配置されている。
The sizes of the two alignment marks on the mask and the eight faces of the sea urchin are both 90 μm in the X direction and 50 μm in the X direction.
m and are arranged adjacent to each other as shown in FIG.

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214゜723μm、+1
次透過回折光の主光線のyz面内の偏向角は17.5°
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 first surface of the mask is a grating lens with convex power that has a light flux convergence effect, and the focal length corresponding to the +1st-order diffracted light is 214°723 μm, +1
The deflection angle in the yz plane of the principal ray of the next transmitted diffracted light is 17.5°
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0°で主光線方向は変らない。
In both alignment marks 5.6, the polarization angle is 0° in the xz plane, and the principal ray direction does not change.

本実施例においてマスク1面への光束斜入射角度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 angle of oblique incidence α of the light beam on one surface of the mask is 10°〈 α 〈80゜ It is desirable to set it within the range of .

ウェハ2面−七のアライメントマーク3においてはマス
ク1面」二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
距離は刊82.9]2μmであり、xz面内では主光線
方向はウニへ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上に到達する。
At the alignment mark 3 on the wafer surface 2-7, the light beam that has been diffracted and transmitted in the +1st order by the alignment mark 5 on the mask 1 surface is incident. 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 concave power, and the focal length is 82.9]2 μm.In the xz plane, the principal ray direction is emitted to the sea urchin at an angle of 13° with respect to the surface normal. After that, as shown in FIG. 4, it reaches above the detection unit 11 while maintaining the angle.

同様にウェハ1上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1i1t190.378μm)であり、マスク1上
のアライメントマーク6で透過口折した光束8に対して
光学的作用を及ぼしている。
Similarly, the alignment mark 4 on the wafer 1 is a grating lens (focal length 1i1t 190.378 μm) with convex power corresponding to the +1st-order reflected diffraction light, and the alignment mark 4 on the mask 1 corresponds to the light beam 8 transmitted and refracted 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。以上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.

一方、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°、130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, when ejecting from the second side of the wafer, the first. The exit angles of the second signal beams 7 and 8 in the yz plane are 7 degrees and 130 degrees, respectively, with respect to the normal to the surface of the sea urchin, and the second signal beams 7 and 8 are arranged so as to be incident on two spatially separated detection units 11 and 12. Elements such as alignment mark shape and optical system are set in .

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で反射した光束の集光点o1
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までの距離な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
 )倍に拡大される。例えば、a=0.5mm、b=5
0mmとすれば重心ずれ量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 convergence point o1 of the luminous flux reflected by the grating lens 3 of
Let b be the distance between the beams and a be the distance to the focal point F1 of the light beam that has passed through the grating lens 5 of the mask 1, then the shift amount Δδ of the center of gravity of the focal point on the detection unit 11 is Δδ = Δσx (- +1) ・・・・・・・・・(a
), that is, the center of gravity shift amount Δδ is (b / a + 1
) will be magnified twice. For example, a=0.5mm, b=5
If it is set to 0 mm, the center of gravity shift amount Δδ will be expanded by a factor of 101 according to equation (a).

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3.4の傘径は
180μm、マスク1上のグレーティングレンズ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。
The diameter of the grating lenses 3.4 on the wafer 2 is 180 μm, and the diameter of the grating lenses 5, 6 on the mask 1 is 180 μm.
The diameter of the umbrella is 180 μm, and the positional deviation (axis deviation) between the mask and the sea urchin is magnified by 100 times, causing the center of gravity of the light beam to shift on the detection unit 11.12.
The diameter of the upper luminous flux (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01μmであるとすると位置すれ量Δ
σ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 is 12 or 01 μm, the positional deviation amount Δ
σ is a positional 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mm)とし
た結果、第1.第2信号光7,8の検出部11.12面
上での検出感度(即ちマスクとウェハとの間の相対位置
ずれ変動ff1(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
になった。
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: mm), the 1st. Detection sensitivity of the second signal beams 7 and 8 on the detection unit 11 and 12 surfaces (i.e., the amount of variation in the light beam incident position on the detection unit surface with respect to the relative positional deviation variation ff1 (X direction) between the mask and the wafer) percentage) is +100. -100
Became.

次に本実施例におけるマスク用のクレーティングレンズ
5,6とウェハ用のク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 the mask crating lenses 5 and 6 and the wafer crating lenses 3 and 4 in this embodiment will be explained.

ます、マスク用のクレーティングレンズ5,6は所定の
ビーム径の平行光束か所定の角度で入射し、所定の位置
に集光するように設定される。
First, the mask crating lenses 5 and 6 are set so that a parallel beam of a predetermined beam diameter enters at a predetermined angle and is condensed at a predetermined position.

般にク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。
In general, the pattern of a crating 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yz面内で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(XI 、 y+ + Z+ )の
位置で結像するようなりレーテインクレンズの曲線群の
方程式は、グレーティングの輪郭位置なx、yで表わす
と ysjn  a    P、(x、y)−P2 =mλ
/ 2−・・(+)P+(X、y)=   (x−x+
)2 +  (y−y+)2 +  z、2P2   
=  XI”!l’l”Zl’て与えられる。ここに^
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. α in the yz plane with respect to the normal to the mask surface
A parallel light beam whose projected component is incident at an angle of The equation of the group of curves is ysjn a P, (x, y) - P2 = mλ, where x and y are the contour positions of the grating.
/ 2-...(+)P+(X,y)=(x-x+
)2 + (y-y+)2 + z, 2P2
= XI"!l'l"Zl' is given. Here ^
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(XI 、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
m72倍光路長が長い(短い)ことを示し、左辺は主光
線の光路に対し、マスク上の点(x、y、0)を通り点
(XI 、 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 (XI, Y+, Z+), the right side of equation (1) is determined by the value of m, which changes the wavelength to the principal ray. m72 times indicates that the optical path length is long (short), and the left side is the optical path of the ray that passes through the point (x, y, 0) on the mask and reaches the point (XI, y+, Z+) with respect to the optical path of the principal ray. Represents the difference in length.

方、ウェハ上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
の露光時のキャップなgとおくと(XI 、’j+ 、
Zl g)で表わされる。マスクとウェハの位置合わせ
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すれば、ウェハ上のグ
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
系で 十mλ/2 ・・・・・・・・・(2) と表わされる。
On the other hand, grating lenses 3 and 4 on the 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). Let the position of the point light source be g, which is the cap during exposure of the mask and wafer (XI, 'j+,
Zl g). Assuming that the mask and wafer are aligned in the X-axis direction, and that the alignment beam is focused on the point (X2 + y2 + 22) on the detection surface when alignment is completed, the grating lens on the wafer The equation of the curve group is expressed as 10 mλ/2 (2) in the coordinate system determined earlier.

(2)式はウニへ面がz=−gにあり、主光線かウニ八
面上の原点及びマスク面上の点(0,0゜−g)、更に
検出面上の点(X2 + y2’ + 22 )を通る
光線であるとして、マスク面上グレーティング(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) indicates that the sea urchin surface is at z=-g, the principal ray is the origin on the sea urchin surface, the point on the mask surface (0,0°-g), and the point on the detection surface (X2 + y2 '+22), and the grating (x, y
, -g) and the principal ray satisfy the condition that the difference in optical path length is an integral multiple of a half wavelength.

般にマスク用のゾーンプレート(ク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グ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。(])、(2)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、そしてウェハ上のグレーティングレンズ
3又は4では矩形格子のラインとスペースの比が1:1
であることを意味する。
Generally, a zone plate (crating lens) for a mask has two areas formed alternately: an area through which light rays pass (transparent area) and an area through which light rays do not pass (shading area).
1 amplitude type 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 (2), the outline of the grating is defined at a position that is an integer multiple of half a wavelength with respect to the chief ray. Ratio is 1=
1, and the ratio of the lines and spaces of the rectangular grating is 1:1 in the grating lens 3 or 4 on the wafer.
It means that.

マスク上のグレーティングレンズ5.6は例えばポリイ
ミド製の有機薄膜上に予めEB露光で形成したレチクル
のグ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 lens 5.6 on the mask is formed, for example, by transferring the grating lens pattern of the reticle previously formed by EB exposure onto an organic thin film made of polyimide, or the grating lens on the wafer is formed by transferring the exposure pattern of the wafer onto the mask. After forming, it is formed by exposure transfer.

第1θ図(’A)にマスク面上のグレーティングレンズ
5,6、同図(B)にウニへ面上のグレーティングレン
ズ3,4の一実施例のパターンを示す。
FIG. 1.theta.('A) shows the pattern of the grating lenses 5, 6 on the mask surface, and FIG. 1(B) shows the pattern of one embodiment of the grating lenses 3, 4 on the surface of the mask.

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筺体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称する)の
変動の大きさを測定した。この結果、光強度分布調整手
段20を用い前述の(1a)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±30μmに対しスポット間隔の変動量は1.9
μmとなり、マスクとウェハ間の相対位置ずれ検出誤差
は0.0095μmになった。
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 gravity center positions (hereinafter referred to as spot interval) measured along the X direction of the second signal light beam was measured. As a result, by using the light intensity distribution adjusting means 20 to irradiate the alignment mark with a light beam having a light intensity distribution expressed by the above-mentioned equation (1a), the variation amount of the spot interval is 1.9 for a gap variation of ±30 μm.
μm, and the relative positional deviation detection error between the mask and the wafer was 0.0095 μm.

これに対して従来の光強度分布がカラシアン分布を示す
光束をアライメントマークに照射する位置検出装置では
、位置ずれ検出感度は同しても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0.063
μmてあった。即ち本発明に係る光強度分布調整手段を
用いれば検出誤差は約60分の1に縮小する。
On the other hand, in a conventional position detection device that irradiates the alignment mark with a light beam whose light intensity distribution has a Calacian distribution, although the positional deviation detection sensitivity is the same, the variation in the spot interval is 12.56 μm, resulting in a positional deviation detection error. is 0.063
It was μm. That is, by using the light intensity distribution adjusting means according to the present invention, the detection error is reduced to about 1/60th.

一方、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0.009μm(従来光路系では0.019
μm)となり従来に比べて約2分の1に縮少した。
On the other hand, with respect to positional fluctuations of the pickup housing 16 (translation in parallel to the
μm), which is about half that of the conventional one.

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
ダイオード等からなる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。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。但し、
アライメントマーク配置は同図に示すように所定距離前
させている。
In this embodiment, two light sources 13-1.13-2 made of semiconductor lasers, superluminescent diodes, etc. are used. By adjusting the output, 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. Optical path of the principal rays of the two signal beams 7 and 8 (arrangement of alignment marks),
The configuration of other elements is the same as in the first embodiment. however,
The alignment mark is placed a predetermined distance ahead as shown in the figure.

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が極小となり、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の光路を位置すれ検出方向を含
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 structure is such that the intensity is minimum near the center of the gap, and increases as the distance from the center increases. Then, the optical paths of the two signal beams 7 and 8 that finally arrive at the light receiving section 11.12 from the left and right alignment marks 5 and 6 are aligned, and from the alignment mark 5 on the left hand side to the left hand in the cross section including the misalignment 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(g分
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面上て各々所定距離、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 (g-minute beams 7 and 8) are arranged at predetermined distances, 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5゜6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、ギャップ変動、アライメントヘ
ット筐体の位置の変動に対する位置すれ計測誤差は増大
してくる。
Here, assuming that the diameter of the projected light beam projected onto the alignment mark 5°6 on the mask 1 surface is the same as in the first embodiment, the first . The final relative angle of the second signal light beam is not the optimum value, and the positional deviation measurement error due to gap 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°としている。
Therefore, in this embodiment, the diameter of the projected light beam 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 emission angles of the second signal beam in the xz plane are −4 and +4.8 degrees, respectively.

第10図(A) 、 (B)にそれぞれ本実施例におけ
るマスクとウニ八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 the eight faces of the sea urchin, 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
、焦点距離などの各要素によってきまる。本実施例はこ
れを多数の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。
As described above, 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 value is obtained through simulation using a large number of ray tracings, 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 beam 7,
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面一上のアライメントマー
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 one surface of the mask and alignment marks 3 and 4 on one surface of the wafer.

第8図と第10図(C) 、 (D)において領域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。
In FIG. 8 and FIG. 10 (C) and (D), the area 70
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L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 to reticle alignment marks 3L1 and 3L2 on a reticle L 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1[faw、aw′だけ離れた点
Q、Q′に集光している。
The light flux from Qo' is focused by a reduction lens system 18 on points Q and Q' that are separated by a distance of 1 [faw, aw' from the wafer W as the second object.

図中、7.8はそれぞれアライメントマーク3’L1,
3L2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, 7.8 is the alignment mark 3'L1,
The first . caused by 3L2. 807 indicates a second signal beam;
, 808 are respective chief rays.

ウェハW上にはウェ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か入射してくると、
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 light beams 7 and 8 converge on points Q and Q', respectively, enter,
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.

ウニ八面上のアライメントマーク4w1゜4w2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、不均一なガウ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 flux having a light intensity distribution such as a non-uniform Gaussian 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
れ量が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(等測的に光
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, there is a problem on the detection unit 11. 2
To satisfactorily suppress a positional deviation amount detection error due to a change in the distance between the incident positions of two alignment signal light beams (isometrically, light intensity barycenter positions) by employing the above-mentioned light intensity distribution adjustment means and crossed optical paths. We are making it possible to do so.

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, by using the light intensity distribution adjusting means and the crossed optical paths, the inventors have also 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 be suppressed in a similar manner. I discovered that it can be done.

本発明はこのような交叉光路が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 so that such crossed optical paths are formed, and increases 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 beam 7.8 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
ない所定の値となる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。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面上のアライメントマーク5.6で回折した光束は
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で凹パワーの発散作用を受けた後、
第2物体面上のアライメントマーク3゜4に到達する。
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. As described above, the alignment light beam enters the alignment marks 5 and 6 on the first object plane as a single Gaussian beam. The light beam diffracted by the alignment marks 5 and 6 on the surface of the first object 1 receives, for example, a converging effect of convex power at the alignment mark 5 and a diverging effect of concave power at the alignment mark 6, and then
The alignment mark 3°4 on the second object plane is reached.

更に第2物体面上のアライメントマーク3て凹パワーの
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 second signal beams 7 and 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.

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互いに軸をずらして配置した2
つのアライメントマークから射出した2つの光束の主光
線の光路のなす角の符号に応じ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、 (イ)位置す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
して一側に斜めに射出するような光路構成において、2
つの信号光束の光路のなす角が正のときは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すれ
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 arranged with two axes shifted from each other using the light intensity distribution adjusting means.
The distribution is non-uniform depending on the sign of the angle formed by the optical path of the principal ray of the two luminous fluxes emitted from the two alignment marks, and when the two luminous fluxes emitted from the two alignment marks are guided to the light receiving section, ( b) The light beam that reaches the light receiving part from the alignment mark on the + side with respect to the misalignment detection direction 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 the + side with respect to the misalignment detection direction is emitted obliquely to the + side with respect to the normal line of the alignment mark surface. In an optical path configuration in which light is emitted obliquely to one side with respect to the normal to the surface, 2
When the angle formed by the optical path of the two signal beams is positive, the light intensity in the positional deviation detection direction becomes minimum near the center of the entire area including the two alignment marks, and from the point where the light intensity becomes minimum in the position deviation detection direction The alignment mark is irradiated with a light intensity distribution in which the light intensity increases at a predetermined gradient as the distance from the alignment mark increases.

(ロ)位置すれ検出方向に対して(イ)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つの信号光束の光
路のなす角が負のときは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す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か減少するような光強
度分布をアライメントマークに照射する。
(b) With respect to the misalignment detection direction, as in (a), the + side alignment mark emits light diagonally to one side with respect to the normal line of the alignment mark surface, and the side alignment mark emits light on the alignment mark surface. When the angle formed by the optical path of the two signal beams is negative in an optical path configuration in which the optical path is emitted obliquely to the + side with respect to the normal line, the optical path is positioned near the center of the entire area including the two alignment marks in the misalignment detection direction. The alignment mark is irradiated with a light intensity distribution in which the light intensity reaches a maximum and decreases at a predetermined gradient as it moves away from the maximum point in the positional deviation detection direction.

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 configuration described above.

(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すれ量を検出する際、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、受光部に入射する2つの光束の主光線のなす角
の符号に応じ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ができる。
(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 the incident position information of the second signal light beam on a predetermined surface, the 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 making adjustments according to the sign of the angle formed by the principal rays of the two light beams that enter the light receiving section, the system is highly insensitive to changes in the distance between the two objects being aligned and to changes in the position of the light beam projected from the light source. Therefore, it is possible to achieve a position detection device that can detect the amount of positional deviation with high precision.

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

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11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(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はマスクスクライブライン、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ト筐体、18は
信号処理部、19はウェハステージ駆動制御部である。 特許出願人  キャノン株式会社 派 図 (B) (C)
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. A schematic diagram of the main parts of the first embodiment applied to a proximity type semiconductor manufacturing apparatus, FIG. 3(B) and '(C) are flowcharts of the measurement control of FIG. FIG. 2 is a cross-sectional diagram of the optical path of the first embodiment, FIGS. 5 to 8 are perspective views of essential parts of the second to fifth embodiments of the present invention, and FIGS. A perspective view of a main part and an explanatory diagram of an optical path cross section of the sixth embodiment of the invention, ~Figure 10 (A) ~ (
D) is an explanatory diagram of the arrangement of alignment marks according to the present invention,
FIG. 11 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 mask 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. Patent applicant: Canon Co., Ltd. Hazu (B) (C)

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、該第1物体と第2物体
面上の各々の2つのアライメントマークはその軸が互い
にずれており、該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該第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、該第1物体と第2物体のう
ち一方の物体面上に設けた2つのアライメントマークか
ら射出する2つの光束の主光線の光路のなす角度の符号
に対応し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 placed 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, the axes of the two alignment marks on the first and second object surfaces are shifted from each other, and the two light beams are At least one of the light beams is subjected to imaging action by the alignment mark on the first object surface and the alignment mark on the second object surface, and the light intensity distribution adjusting means is configured to The light intensity distribution of the passing light beam is adjusted in accordance with the sign of the angle formed by the optical path of the principal ray of the two light beams emitted from the two alignment marks provided on the surface of one of the two objects. position detection device.
(2)前記光強度分布調整手段は、前記一方の物体面上
の2つのアライメントマークから射出する2つの光束の
主光線の光路のなす角が正ならば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、又なす角が負ならば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) The light intensity distribution adjusting means adjusts the light intensity distribution of the passing light beams to two alignments if the angle formed by the optical paths of the principal rays of the two light beams emitted from the two alignment marks on the one object surface is positive. 2. The position detection device according to claim 1, wherein the position detection device is adjusted so that the minimum value occurs near the center of the arrangement of the marks, and the maximum value occurs near the center of the arrangement of the two alignment marks if the angle formed is negative.
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JP2104904A Pending JPH042903A (en) 1990-04-20 1990-04-20 Position detector

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