[go: up one dir, main page]

JPH0547634A - Position detector - Google Patents

Position detector

Info

Publication number
JPH0547634A
JPH0547634A JP3202952A JP20295291A JPH0547634A JP H0547634 A JPH0547634 A JP H0547634A JP 3202952 A JP3202952 A JP 3202952A JP 20295291 A JP20295291 A JP 20295291A JP H0547634 A JPH0547634 A JP H0547634A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pattern
slit
light
waveform
patterns
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
JP3202952A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenji Monma
健治 門馬
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.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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 Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP3202952A priority Critical patent/JPH0547634A/en
Publication of JPH0547634A publication Critical patent/JPH0547634A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a very accurate and noise-resistant position detector. CONSTITUTION:A slit pattern 104 of a reference member 103 and a slit pattern 106 of a reticule M are line-and-space patterns (periodic pattern). These slit patterns, as specific patterns for changing the intensity of a photoelectric signal partially in the direction nearly vertical to the cycle (pitch) direction, are rectangular patterns which have a partially extended part. A first signal processing circuit 301 detects a relative position of the slit patterns 104 and 106 based on the periodicity of the photoelectric signal and a second signal processing circuit 302 detects the position of a peak based on the intensity of the photoelectric signal. The relative position of these slit patterns are detected by specifying the position of the center of a signal wave form within + or -half the cycle of the periodic pattern based on the information about the detected peak position.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、2つの物体の相対位置
を検出する装置に関し、特に半導体素子や液晶表示素子
製造のリソグラフィ工程で使用される露光装置に好適な
マスクまたはレチクルと感光基板(半導体ウエハやガラ
スプレート)との相対的な位置関係を検出する装置に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for detecting the relative position of two objects, and more particularly to a mask or reticle and a photosensitive substrate (photosensitive substrate suitable for an exposure apparatus used in a lithography process for manufacturing a semiconductor element or a liquid crystal display element). The present invention relates to a device for detecting a relative positional relationship with a semiconductor wafer or a glass plate).

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、2つの物体間の位置関係を知るこ
とにより位置計測を行なう手段としては様々な方法が提
案されてきた。それらのうち、2つの物体にそれぞれス
リットを設け、一方のスリットを照明光によって照射し
ながら2つの物体を相対移動し、もう一方のスリットを
通って光電検出器(PINフォトダイオード等)に入射
する照明光の光量(光強度)の変化を求めることによ
り、2つの物体の相対的な位置関係を知る方法は、例え
ばエンコーダー等に利用されているように、広く知られ
ている。
2. Description of the Related Art Conventionally, various methods have been proposed as means for measuring the position by knowing the positional relationship between two objects. Among them, two objects are provided with slits, respectively, while irradiating one slit with the illumination light, the two objects are moved relative to each other, and enter the photoelectric detector (PIN photodiode or the like) through the other slit. A method of finding the relative positional relationship between two objects by obtaining a change in the light amount (light intensity) of illumination light is widely known, as used in encoders and the like.

【0003】その中で、特に高精度を要求される半導体
集積回路製造用の露光装置への適用例は、例えば特開昭
64−10105号公報に開示されている。この公報に
よれば、ウエハステージ上の基準部材に形成されたスリ
ットを下方より照明し、このスリットの像を投影レンズ
を介してレチクルのパターン面に形成する。さらに、ウ
エハステージを微動してこのスリット像とレチクル上の
スリットとを相対移動させ、このレチクルのスリットを
透過した光を光電検出器にて受光する。そして、光電検
出器からの信号をウエハステージの単位移動量(0.0
2μm程度)毎に発生するアップダウンパルスに同期し
てサンプリングし、このサンプリングした値をデジタル
値に変換した後、所定の演算処理により相対位置を検出
している。ここでは、2つのスリットの重なり具合に応
じた光電信号の変化から、信号波形がピークとなる位置
を求めている。
Among them, an example of application to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor integrated circuit which requires particularly high precision is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-10105. According to this publication, a slit formed on a reference member on a wafer stage is illuminated from below, and an image of this slit is formed on a pattern surface of a reticle via a projection lens. Further, the wafer stage is finely moved to relatively move the slit image and the slit on the reticle, and the light transmitted through the slit of the reticle is received by the photoelectric detector. Then, the signal from the photoelectric detector is transferred to the unit movement amount (0.0
Sampling is performed in synchronization with an up / down pulse generated every 2 μm), the sampled value is converted into a digital value, and the relative position is detected by a predetermined calculation process. Here, the position where the signal waveform has a peak is obtained from the change of the photoelectric signal according to the overlapping degree of the two slits.

【0004】また、上記方法以外に、例えば平均化の手
法により計測誤差を低減する方法として、一つもしくは
同一形状の複数のスリット同士の相対走査によって発生
する複数のピークを有する信号波形を、既知のスリット
間隔に基づいてピーク検出を行い、個々の位置の平均値
から全体の位置を計測する方法があった。さらに上記方
法に、特開平1−299402号公報で示されている方
法を適用する方法も考えられた。これは、等間隔に並ん
だ互いに同一な形状からなる複数のスリット同士を用い
ることにより、周期性をもった信号波形から基本波成分
及びその高次成分をフーリエ級数展開により抽出し、そ
れらと、設計上導かれる基本波成分及びその高次成分と
の位相差により、相対位置を算出する方法であった。
In addition to the above method, as a method of reducing a measurement error by, for example, an averaging method, a signal waveform having a plurality of peaks generated by relative scanning of a plurality of slits having one or the same shape is known. There was a method of detecting the peak based on the slit interval and measuring the entire position from the average value of the individual positions. Further, a method of applying the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1-299402 to the above method has been considered. This is, by using a plurality of slits of equal shape arranged at equal intervals, to extract the fundamental wave component and its higher-order components from the signal waveform having periodicity by Fourier series expansion, and with them, It was a method of calculating the relative position by the phase difference between the fundamental wave component and its higher-order component, which were introduced by design.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如き従来の技術では、例えば信号波形のピーク検出にて
位置を検出する方法では、ノイズや光源自体の光量変化
などの影響により波形が乱れた場合、誤った位置を検出
してしまうという問題点があった。また、複数のピーク
を有する信号波形を用いて検出を行なう方法でも、程度
の差はあるにせよ本質的改善には至らなかった。さら
に、エキシマレーザのようなパルス状に発光する光源を
使用した場合には、発光のタイミングに合わせて光量を
検出する必要があり、長い範囲を検出しようとすると、
発光間隔に規制されて、実用上十分な計測精度を得るた
めには長大な時間を要してしまうという問題点があっ
た。
However, in the prior art as described above, for example, in the method of detecting the position by detecting the peak of the signal waveform, when the waveform is disturbed due to the influence of noise or a change in the light amount of the light source itself. However, there is a problem that an incorrect position is detected. In addition, the method of detection using a signal waveform having a plurality of peaks has not been able to achieve essential improvement, although there is a difference in degree. Furthermore, when using a light source that emits light in pulses, such as an excimer laser, it is necessary to detect the amount of light in time with the timing of light emission, and when trying to detect a long range,
There is a problem in that it takes a long time in order to obtain a practically sufficient measurement accuracy due to the light emission interval.

【0006】また、波形の位相差を用いて相対位置を検
出する方法では、ノイズもしくは光源自体の光量変化な
どの影響を受けにくい上、比較的粗い間隔で光量変化を
検出してもかなりの精度が得られるが、設計上導かれる
基本波成分と実際に検出された波形の基本波成分の位相
が半周期以上ずれていると、その原理上、誤検出をして
しまうという問題点があった。
Further, the method of detecting the relative position using the phase difference between the waveforms is not easily affected by noise or a change in the light amount of the light source itself, and even if the change in the light amount is detected at relatively coarse intervals, it is considerably accurate. However, if the phase difference between the fundamental wave component guided by the design and the fundamental wave component of the actually detected waveform deviates by more than half a cycle, there was a problem that erroneous detection would occur due to that principle. ..

【0007】この問題点に対して、特開平1−2994
02号公報においては、予め半周期以上ずれないように
プリアライメントしておくこととした。しかしながら、
プリアライメントに時間を要すること、プリアライメン
ト用のマークが別に必要なこと、及びプリアライメント
用のマークと実際の計測に用いるスリットとの製造誤差
によるずれ(オフセット)等を予め校正しておく必要が
あること等の問題点があった。
To solve this problem, Japanese Patent Laid-Open No. 1-2994
In Japanese Patent Laid-Open No. 02-202, pre-alignment is preliminarily performed so as not to shift by more than a half cycle. However,
Pre-alignment requires time, a separate pre-alignment mark is required, and it is necessary to calibrate in advance the offset (offset) between the pre-alignment mark and the slit used for actual measurement due to manufacturing error. There were problems such as being there.

【0008】本発明は上記問題点を解決する為に提案さ
れたもので、高精度でしかもノイズに強い計測を短時間
で行なうことができる位置検出装置を得ることを目的と
している。
The present invention has been proposed in order to solve the above problems, and an object of the present invention is to obtain a position detecting device capable of highly accurate and noise-resistant measurement in a short time.

【0009】[0009]

【課題を解決する為の手段】上記目的達成の為に本発明
では、第1のパターンを有する第1物体に対して第2の
パターンを有する第2物体を所定の第1方向に相対的に
移動する手段と、前記第2物体の位置を検出する手段
と、第1のパターンと第2のパターンとに照明光を照射
する照明手段と、照明光の照射によって前記第1のパタ
ーンと第2のパターンとから発生する光を受光する光電
検出手段とを備え、第1物体と第2物体とを第1方向に
相対移動させたときに光電検出手段から出力される検出
信号と、検出手段からの検出信号とに基づいて、第1物
体と第2物体との第1方向に関する相対位置を検出する
装置において、第1のパターンと第2のパターンとは、
第1方向に関して周期性を有するとともに、検出信号の
強度を部分的に変化させるための特定パターンが第1の
方向と交差する第2の方向に形成されており;光電検出
手段からの検出信号の周期性に基づいて第1の位置情報
を発生する第1の信号処理手段と;光電検出手段からの
検出信号の強度に基づいて第2の位置情報を発生する第
2の信号処理手段とを設け、この第1の位置情報と第2
の位置情報とに基づいて相対位置を検出することとし
た。以下の実施例では、図1、図2に示すようなパター
ン11、13、15等を2つの物体の各々に形成するこ
とによって、光電信号の強度を部分的に変化させてい
る。
To achieve the above object, in the present invention, a second object having a second pattern is relatively moved in a predetermined first direction with respect to a first object having a first pattern. Moving means, means for detecting the position of the second object, illuminating means for illuminating the first pattern and the second pattern with illumination light, and the first pattern and the second pattern for illuminating with the illumination light. And a photoelectric detection means for receiving light generated from the pattern, and a detection signal output from the photoelectric detection means when the first object and the second object are relatively moved in the first direction, and the detection means. In the device that detects the relative position of the first object and the second object in the first direction based on the detection signal of, the first pattern and the second pattern are:
A specific pattern that has periodicity in the first direction and that partially changes the intensity of the detection signal is formed in the second direction that intersects the first direction; First signal processing means for generating first position information based on periodicity; and second signal processing means for generating second position information based on intensity of a detection signal from the photoelectric detection means are provided. , The first position information and the second
It was decided to detect the relative position based on the position information. In the following embodiments, the intensities of photoelectric signals are partially changed by forming the patterns 11, 13, 15 and the like as shown in FIGS. 1 and 2 on each of two objects.

【0010】[0010]

【作用】本発明では、先の特開平1−299402号公
報に開示された手法、すなわち2つの物体の各々に形成
した周期性パターンを相対走査したときに得られる信号
波形から基本波成分及びその高次成分をフーリエ級数展
開により抽出し、これらと設計上導かれる基本波成分及
びその高次成分との位相差から相対位置を算出する方法
(以下、簡単に位相差計測法と呼ぶ)を採用する。そこ
で本発明は、例えば2つの物体の各々に形成すべきパタ
ーンの一例としてスリットパターンを考えた場合、一方
のスリットパターンが他方のスリットパターンに対して
相対的に移動するとき、その光量Pは移動量xに対する
関数f(x)となり、関数f(x)は2つのスリットパ
ターンの重なり具合、すなわち重なり合った開口部の面
積に比例することに着目し、光量的に特徴ある波形(す
なわち、信号強度が部分的に大きく変化する波形)を発
生させる。つまり、本発明では2つの物体の各々に形成
する周期性パターンに、その周期(ピッチ)方向と交差
する方向に特定パターンを付加することによって、信号
強度を部分的に変化させる、換言すれば上記信号に他の
ピークと区別できる波形(ピークまたはボトム)を発生
させることとした。従って、位相差計測法においてプリ
アライメント等を行わずとも、特定パターンに対応して
部分的に信号強度が変化した光電信号の波形をガイドと
することにより、信号波形の中心位置を周期性パターン
の±半周期以内に特定できる。このため、2つの物体を
1回だけ相対移動することにより、信号波形の中心位置
を±半周期以内に特定して位相差計測法によりその相対
位置を算出することが可能となる。これによって、位置
計測にあたっては1回の相対移動だけで済み、スループ
ットの低下を防止することができるとともに、高精度で
しかもノイズに強い位置計測を実現できる。
In the present invention, the fundamental wave component and its components are obtained from the signal waveform obtained when the method disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 1-299402, that is, the periodic pattern formed on each of two objects is relatively scanned. A method of extracting the higher-order components by Fourier series expansion and calculating the relative position from the phase difference between them and the fundamental wave component and the higher-order components derived by design (hereinafter simply referred to as the phase difference measurement method) is adopted. To do. Therefore, in the present invention, when a slit pattern is considered as an example of a pattern to be formed on each of two objects, when one slit pattern moves relative to the other slit pattern, the light amount P moves. It becomes a function f (x) for the quantity x, and attention is paid to the fact that the function f (x) is proportional to the overlapping degree of the two slit patterns, that is, the area of the overlapping openings. Causes a waveform that partially changes). That is, in the present invention, the signal intensity is partially changed by adding a specific pattern to a periodic pattern formed on each of two objects in a direction intersecting the period (pitch) direction, in other words, It was decided to generate a waveform (peak or bottom) that can be distinguished from other peaks in the signal. Therefore, even if pre-alignment or the like is not performed in the phase difference measuring method, the center position of the signal waveform is set to the periodic pattern by using the waveform of the photoelectric signal in which the signal intensity partially changes corresponding to the specific pattern as a guide. It can be specified within ± half cycle. Therefore, by relatively moving the two objects only once, the center position of the signal waveform can be specified within ± half period and the relative position can be calculated by the phase difference measuring method. As a result, only one relative movement is required for position measurement, it is possible to prevent a decrease in throughput, and it is possible to realize position measurement with high accuracy and resistance to noise.

【0011】ここで、最初に用語の定義から始める。ま
ず、本発明で使用するパターンをスリットパターンとマ
ークパターンの2種類に分類する。スリットパターンと
は測定光を透過させる類のパターンであり、マークパタ
ーンとは測定光を反射させる類のパターンとする。この
分類は、以下の基本原理の説明において使用するための
ものである。これは、本発明において重要なのはそのパ
ターン形状であり、光の透過や反射等の区別はさして重
要ではないからである。以下の基本原理の説明に記述し
た通り、種々のパターンにより得られる信号波形は、本
発明における計測については等価であり、なんら区別さ
れ得ないからである。また、各パターンの形状について
は測定光の光軸上でみた2次元形状であり、実際の形状
が3次元的に複雑であっても、結果的に本発明の条件を
満たしていれば良い。
Here, the definition of terms is first started. First, the patterns used in the present invention are classified into two types: slit patterns and mark patterns. The slit pattern is a kind of pattern which transmits the measuring light, and the mark pattern is a kind of pattern which reflects the measuring light. This classification is for use in the following description of the basic principles. This is because the pattern shape is important in the present invention, and the distinction between transmission and reflection of light is not so important. This is because, as described in the explanation of the basic principle below, the signal waveforms obtained by various patterns are equivalent to the measurement in the present invention and cannot be distinguished at all. Further, the shape of each pattern is a two-dimensional shape seen on the optical axis of the measurement light, and even if the actual shape is three-dimensionally complicated, it is sufficient that the conditions of the present invention are eventually satisfied.

【0012】さらに細かく定義すると、スリットは測定
光を透過する開口であり、その周辺は最低限でも走査範
囲に渡って測定光を遮断するものである。一般には、開
口部とその周辺部との間に信号検出可能な最低限の差
異、すなわち光透過率の差があれば充分で、必ずしも完
全な透過及び遮断を求めるものではない。また、この変
形として、パターン部にて測定光を遮断し、その周辺部
で透過するような反転した構成でも同等であるとする。
また、同様にしてマークパターンとその周辺は、信号検
出可能な範囲で反射率が異なっていればよく、一方のマ
ークパターンについて明暗のいずれかであると特定する
ことは無意味である。
More specifically defined, the slit is an opening that transmits the measurement light, and the periphery of the slit blocks the measurement light at least over the scanning range. Generally, it is sufficient if there is a minimum signal-detectable difference between the opening and the peripheral portion thereof, that is, a difference in light transmittance, and it is not always necessary to obtain complete transmission and blocking. Further, as this modification, it is assumed that the same structure is obtained by inverting the structure in which the measurement light is blocked at the pattern portion and is transmitted at the peripheral portion.
Similarly, it suffices that the mark pattern and its surroundings have different reflectances in a signal detectable range, and it is meaningless to specify that one mark pattern is either bright or dark.

【0013】ところで、本発明において最も重要なパタ
ーン形状について、本発明中の図、例えば図1において
は、2つの物体(パターン)の走査(計測)方向に対し
てほぼ垂直な方向に伸びた長方形の形状、並びにそのパ
ターンを走査方向に対して均等(所定ピッチ)に配列し
て示していたが、必ずしもこれらの形状にとらわれる必
要はない。例えば、図5(a)、(b)に示したように
格子状パターンや、斜めパターンのような形状も考えら
れる。但し、フーリエ級数展開による位置検出のために
は、特開平1−299402号公報に示されているよう
に各パターンの幅及び間隔が走査方向に対して均一で、
発生する波形は周期性を持つ必要があることは言うまで
もない。
Regarding the most important pattern shape in the present invention, in the drawing of the present invention, for example, in FIG. 1, a rectangle extending in a direction substantially perpendicular to the scanning (measurement) direction of two objects (patterns). Although the shapes and patterns thereof are arranged evenly (predetermined pitch) in the scanning direction, they are not necessarily restricted to these shapes. For example, as shown in FIGS. 5A and 5B, shapes such as a lattice pattern and a diagonal pattern are also conceivable. However, for position detection by Fourier series expansion, the width and interval of each pattern are uniform with respect to the scanning direction as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1-299402.
It goes without saying that the generated waveform needs to have periodicity.

【0014】また、走査の方向は、上記パターンの条件
を満たす限り特に限定されない。本発明では第2物体の
位置を検出する手段を有すと記述したが、第2物体の位
置xと時刻tとがx=f(t)なる関係で表わされる場
合において、関数f(t)が既知であるならば、上記の
位置を検出する手段は時刻を検出する手段として置き換
え可能なことは明白である。例えば、一定の回転数で回
転する物体を用いる場合には角度を時間に置き換えて計
測することは容易である。
Further, the scanning direction is not particularly limited as long as the conditions of the above pattern are satisfied. Although the present invention has been described as having a means for detecting the position of the second object, in the case where the position x of the second object and the time t are represented by the relationship x = f (t), the function f (t) Obviously, the means for detecting the position can be replaced by a means for detecting the time, if is known. For example, when an object that rotates at a constant rotation speed is used, it is easy to measure by replacing the angle with time.

【0015】さて、本発明においては、主に光(連続光
でもパルス光でも良い)を用いた計測について記述して
いるが、この光についても赤外線から紫外線まで適用で
きる。また、X線や電子ビーム、粒子ビーム、放射線、
音波、あるいは電波等を使用できる。つまり、波動もし
くは粒子粒であっても直進性を持ち、これに対する透過
率もしくは反射率が異なるパターンを形成し、かつその
強度を測定することが可能なものであれば基本的に適用
可能である。
In the present invention, the measurement using light (continuous light or pulsed light may be used) is mainly described, but this light can be applied from infrared rays to ultraviolet rays. In addition, X-rays, electron beams, particle beams, radiation,
Sound waves or radio waves can be used. In other words, even if it is a wave or a particle, it is basically applicable as long as it has a straight traveling property and can form a pattern having different transmittance or reflectance with respect to it and can measure its intensity. ..

【0016】次に、基本原理について説明する。まず、
2つの物体の各々に、図13(a)に示すような1本の
矩形状パターン(シングルスリット)41が形成されて
いるものとする。ここで、互いのスリットパターンの長
手方向は2つの物体の相対移動方向に対してほぼ垂直に
なっているものとし、移動方向を幅、これと垂直な方向
を長さとすれば、2つのスリットパターンの幅も同一で
あるとする。この場合、2つの物体の各々に設けるスリ
ットパターンの長さは互いに異なっていても構わない
が、当然ながら結果的に短い方に規制されることにな
る。尚、2つの物体の距離(間隔)は零で、物体の厚さ
も零であるとする。また、測定光は平行平面波であると
し、回折や屈折等の影響は微小であり無視し得るもので
あるとする。さらに、スリットパターンの周辺部は測定
光を完全に遮断するものであるとする。
Next, the basic principle will be described. First,
It is assumed that one rectangular pattern (single slit) 41 as shown in FIG. 13A is formed on each of the two objects. Here, it is assumed that the longitudinal directions of the slit patterns are substantially perpendicular to the relative movement direction of the two objects, and the movement direction is the width and the direction perpendicular to the movement direction is the two slit patterns. Are assumed to have the same width. In this case, the lengths of the slit patterns provided on the two objects may be different from each other, but as a result, the length is regulated to be shorter. It is assumed that the distance (distance) between the two objects is zero and the thickness of the objects is also zero. Further, it is assumed that the measurement light is a parallel plane wave, and the influence of diffraction, refraction, etc. is minute and can be ignored. Further, it is assumed that the peripheral portion of the slit pattern completely blocks the measurement light.

【0017】さて、上記の如き2つのシングルスリット
41を相対走査したときに得られる光量(光強度)変化
を図15(a)に示す。図15(a)において横軸は移
動量(位置)x,縦軸は光量p(すなわち、2つのシン
グルスリットを透過した光の強度に応じた光電信号のレ
ベル(電圧値))を表しており、ここでは同図から明ら
かなように1つのピークをもつ三角波状の波形51とな
る。位置xp は、光量pがピーク(光量p1 )となる位
置、すなわち2つのシングルスリットが正確に重なった
ときの位置を表している。
Now, FIG. 15A shows a change in light quantity (light intensity) obtained when the two single slits 41 as described above are relatively scanned. In FIG. 15A, the horizontal axis represents the movement amount (position) x, and the vertical axis represents the light amount p (that is, the level (voltage value) of the photoelectric signal according to the intensity of the light transmitted through the two single slits). Here, as is clear from the figure, a triangular waveform 51 having one peak is obtained. The position x p represents a position where the light amount p reaches a peak (light amount p 1 ), that is, a position when two single slits exactly overlap each other.

【0018】次に上記と同一条件で、2つの物体のうち
の一方に、図13(b)に示すようなn本(図では7
本)のスリットパターンから成るパターン(マルチスリ
ット)42を形成した場合を考える。ここで、各スリッ
トパターンはシングルスリット41と同一形状、同一寸
法であり、各スリットの間隔は幅の2倍、つまりライン
アンドスペースは1:1であるとする。さて、シングル
スリット41とマルチスリット42とを相対走査したと
きに得られる光量変化(光電信号の波形)は、図15
(b)に示すようなn個のピーク(三角波)をもつ波形
52となる。
Next, under the same conditions as above, one of the two objects has n pieces (7 pieces in the figure) as shown in FIG.
Consider a case in which a pattern (multi-slit) 42 including a slit pattern of (book) is formed. Here, each slit pattern has the same shape and the same size as the single slit 41, and the interval between the slits is twice the width, that is, the line and space is 1: 1. Now, the change in the amount of light (waveform of the photoelectric signal) obtained when the single slit 41 and the multi slit 42 are relatively scanned is shown in FIG.
The waveform 52 has n peaks (triangular waves) as shown in (b).

【0019】さらに上記と同一条件で、2つの物体の各
々に、図13(b)に示したマルチスリット42を形成
した場合を考える。このとき、どちらも同一形状、同一
寸法かつ同一本数nであるとする。このとき得られる信
号波形を図15(c)に示す。同図から明らかなよう
に、ここでは(2n−1)個のピークをもつ振幅変調さ
れた三角波状の波形53となる。このとき、各ピークを
結ぶエンベロープEpは三角形になる。また、2つのマ
ルチスリット42が正確に重なったときに、光量pがピ
ーク(光量pn ≒n・p1 )となり、その位置をxp
表している。ちなみに上記と同一条件で、一方の物体の
マルチスリットの本数をm本にすると、信号波形は図1
5(d)に示すような(n+m−1)個のピークをもつ
振幅変調された三角波状の波形54となる。このとき、
各ピークを結ぶエンベロープEpは台形になる。
Further, consider the case where the multi-slit 42 shown in FIG. 13B is formed in each of two objects under the same conditions as above. At this time, both have the same shape, the same size, and the same number n. The signal waveform obtained at this time is shown in FIG. As is clear from the figure, here, an amplitude-modulated triangular waveform 53 having (2n-1) peaks is obtained. At this time, the envelope Ep connecting the peaks becomes a triangle. Further, when the two multi-slits 42 exactly overlap, the light amount p reaches a peak (light amount p n ≈n · p 1 ), and its position is represented by x p . By the way, if the number of multi-slits of one object is m under the same conditions as above, the signal waveform will be as shown in FIG.
An amplitude-modulated triangular waveform 54 having (n + m-1) peaks as shown in FIG. 5 (d) is obtained. At this time,
The envelope Ep connecting the peaks has a trapezoidal shape.

【0020】さて、今まではスリットパターン同士によ
る透過光量変化について述べたが、一方のスリットパタ
ーンをマークパターンに置き換えて考えることも可能で
ある。このような場合でも、スリットパターン側から平
面波を照射することは同じであるが、図16(a)〜
(f)の各々に示すような構成にすることが必要とな
る。図16(a)〜(f)に示した構成は一般に良く知
られているので、ここでは図16(a)のみについて説
明する。図16(a)では、光源65からの照明光をス
リットパターン64を介してマークパターン63に照射
し、両方のパターンからの戻り光をビームスプリッター
(もしくはハーフミラー)67を介して光電検出器66
にて受光するようになっている。尚、図16(a)にお
いて2つの物体61、62は互いに極近接して配置され
ているか、あるいは2つの物体61、62が光学的に共
役な関係に配置されているものとする。さらに、光電検
出器66とマークパターン63及びパターン64とがレ
ンズ系(不図示)によりフーリエ変換の関係に定めれて
いるものとする。以上のことは、図16(b)〜(f)
についても全く同様である。また、物体61のマークパ
ターン側の面は走査範囲、またはそれ以上に渡って測定
光に対して完全反射であり、さらにマークパターン63
は測定光に対して無反射、または完全透過で、かつスリ
ットパターンと同一形状、同一寸法であるものとする。
Up to now, the change in the amount of transmitted light between slit patterns has been described, but it is also possible to consider one slit pattern by replacing it with a mark pattern. Even in such a case, the irradiation of the plane wave from the slit pattern side is the same, but FIG.
It is necessary to have a configuration as shown in each of (f). Since the configurations shown in FIGS. 16A to 16F are generally well known, only FIG. 16A will be described here. In FIG. 16A, the illumination light from the light source 65 is applied to the mark pattern 63 via the slit pattern 64, and the return light from both patterns is passed through the beam splitter (or half mirror) 67 to the photoelectric detector 66.
It is designed to receive light. 16A, it is assumed that the two objects 61 and 62 are arranged in close proximity to each other, or that the two objects 61 and 62 are arranged in an optically conjugate relationship. Further, it is assumed that the photoelectric detector 66 and the mark pattern 63 and the pattern 64 are set in a Fourier transform relationship by a lens system (not shown). The above is shown in FIGS. 16 (b) to 16 (f).
Is exactly the same. The surface of the object 61 on the mark pattern side is completely reflected by the measurement light over the scanning range or more, and the mark pattern 63
Is non-reflecting or completely transmitting the measuring light, and has the same shape and the same size as the slit pattern.

【0021】さて、以上のような構成を採る場合、例え
ばパターン64として図13(a)に示したシングルス
リット41を、マークパターン63としてスリット41
と全く同一のものを用いるものとすると、これらを相対
走査したときに得られる光電検出器66からの光電信号
の強度は、2つのパターンの重なり合った面積に比例し
て反射光が減少していき、完全に重なった場合に零とな
る。従って、このとき得られる信号波形は、図15
(e)に示すような逆三角波状の波形55となる。これ
は、図15(a)に示した波形51と全く逆の波形であ
り、他の組み合わせ(例えば、マルチスリットとマルチ
マーク等)についても同様な結果(スリットパターン同
士での波形と全く逆の波形)が得られる。
In the case of adopting the above structure, for example, the single slit 41 shown in FIG. 13A as the pattern 64 and the slit 41 as the mark pattern 63 are used.
If the same one is used, the intensity of the photoelectric signal from the photoelectric detector 66 obtained when these are relatively scanned is such that the reflected light decreases in proportion to the overlapping area of the two patterns. , It becomes zero when they completely overlap. Therefore, the signal waveform obtained at this time is shown in FIG.
An inverted triangular waveform 55 as shown in (e) is obtained. This is a waveform that is completely opposite to the waveform 51 shown in FIG. 15A, and similar results (waveforms between slit patterns are completely opposite) for other combinations (for example, multi-slit and multi-mark). Waveform) is obtained.

【0022】また、図16と同様な構成で、物体61の
マークパターン側の面を無反射、もしくは完全透過であ
るものとして、マークパターンを完全反射に置き換える
と、上記と逆の波形、すなわちスリットパターン同士と
同様な波形(図15(a)にに示した波形51)が得ら
れる。さらに、図15(c)、(d)に示すように、測
定光を一度マークパターンで反射させ、その反射してき
た光をスリットパターンの裏面で受光するような構成に
した場合も同様に考えることができ、この場合の波形
も、図15(a)〜(d)の各々に示した波形51〜5
4、またはその逆の形状になると言える。同様にして、
図16(e)、(f)に示すようなマークパターンから
の反射光同士を測定した場合も同じ結果が得られると言
える。
If the surface of the object 61 on the side of the mark pattern is non-reflective or is completely transmissive and the mark pattern is replaced with perfect reflection in the same configuration as in FIG. A waveform similar to that of the patterns (waveform 51 shown in FIG. 15A) is obtained. Further, as shown in FIGS. 15 (c) and 15 (d), the same consideration can be given to the case where the measurement light is once reflected by the mark pattern and the reflected light is received by the back surface of the slit pattern. The waveforms in this case are also the waveforms 51 to 5 shown in FIGS. 15A to 15D, respectively.
4 or vice versa. Similarly,
It can be said that the same result can be obtained when the reflected lights from the mark patterns as shown in FIGS. 16E and 16F are measured.

【0023】尚、以下の実施例においては、記述を短く
するために、上記の組み合せを各々、透過/透過型(ス
リットパターン同士)、透過/反射型(図16(a)、
(b))、反射/透過型(図16(c)、(d))、反
射/反射型(図16(e)、(f))と呼ぶようにす
る。ところで、図15に示したような理想的な信号波形
に対して、ピーク検出による2つの物体間の相対位置の
検出は容易である。例えば、図15(a)に示した波形
51の場合、最も光量が多い位置を探してその時の位置
p を求めれば良い。また、図15(b)に示した波形
52の場合には、マルチスリット42の各スリットの間
隔及び本数nが既知であれば、上記と同様の処理を行な
うことで容易に求めることができる。図15(c)、
(d)に示した波形53,54の場合も同様である。図
15(e)に示した波形55、及び図15(b)〜
(d)に示した波形52〜54と逆の形状の波形の場合
も、最も光量の少ない位置を探すようにすれば同様であ
る。
In the following embodiments, in order to shorten the description, the above-mentioned combinations are respectively of transmission / transmission type (slit patterns), transmission / reflection type (FIG. 16 (a),
(B)), reflection / transmission type (FIGS. 16C and 16D), reflection / reflection type (FIGS. 16E and 16F). By the way, it is easy to detect the relative position between two objects by peak detection for an ideal signal waveform as shown in FIG. For example, in the case of the waveform 51 shown in FIG. 15A, the position with the largest amount of light may be searched for and the position x p at that time may be calculated. Further, in the case of the waveform 52 shown in FIG. 15B, if the interval of each slit of the multi-slit 42 and the number n are known, it can be easily obtained by performing the same processing as above. FIG. 15 (c),
The same applies to the case of the waveforms 53 and 54 shown in (d). The waveform 55 shown in FIG. 15E, and FIG.
The same applies to the case of the waveforms having shapes opposite to those of the waveforms 52 to 54 shown in (d), if the position with the smallest light amount is searched for.

【0024】これらの波形について位置検出上の特徴を
述べると、図15(a)に示した波形51の場合は信号
処理が単純であることが上げられる。図15(b)〜
(d)に示した波形52〜54の場合は平均化の効果が
得られるということが上げられる。図15(c)、
(d)に示した波形53,54の場合には、図15
(a)に示した波形51の光量をp1 として(但し、図
15(d)ではn<mとする)、最も光量が多くなる位
置での光量pn はn×p1 となり、S/N比的に有利に
なる。また、スリットパターン間の製造誤差も平均化さ
れることになる。さらに、図15(c)に示した波形5
3の場合には、最も光量が多い位置xp がパターン中心
となるので、計算上楽になるということも言える。
The characteristics of position detection for these waveforms will be described. In the case of the waveform 51 shown in FIG. 15A, the signal processing is simple. FIG. 15 (b)-
It can be said that the averaging effect can be obtained in the case of the waveforms 52 to 54 shown in (d). FIG. 15 (c),
In the case of the waveforms 53 and 54 shown in FIG.
Assuming that the light quantity of the waveform 51 shown in (a) is p 1 (however, n <m in FIG. 15D), the light quantity p n at the position where the light quantity is greatest becomes n × p 1 , and S / It is advantageous in N ratio. Further, the manufacturing error between the slit patterns is also averaged. Furthermore, the waveform 5 shown in FIG.
In the case of 3, it can be said that the position x p with the largest light amount is the center of the pattern, which is easy to calculate.

【0025】ところで、図15(b)〜(d)に示した
波形52〜54の場合には、周期的な波形であることが
前提であるので、特開平1−299402号公報で示さ
れているように信号波形から基本波成分及びその高次成
分をフーリエ級数展開により抽出し、それらと、設計上
導かれる基本波成分及びその高次成分との位相差によ
り、相対位置を算出する方法も適用可能である。この方
法は雑音に影響されにくいという特徴がある。この方法
の場合には、上記公報に示されているように、基本波成
分の±半周期以上は原理上測定できないので、予め基準
位置付近に収まるようにプリアライメントしておくか、
図15(c)に示した波形53の場合には、上記のよう
に信号波形のピーク検出により中心位置が求まるので、
基準位置を計算上ずらすことで対応できる。
By the way, in the case of the waveforms 52 to 54 shown in FIGS. 15 (b) to 15 (d), it is assumed that they are periodic waveforms, so that they are disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1-299402. There is also a method of calculating the relative position by extracting the fundamental wave component and its higher-order components from the signal waveform by Fourier series expansion, and calculating the phase difference between them and the fundamental wave component and its higher-order components that are derived by design. Applicable. This method is characterized by being less susceptible to noise. In the case of this method, as shown in the above publication, it is not possible to measure more than ± half period of the fundamental wave component in principle, so it is necessary to pre-align it so that it fits in the vicinity of the reference position in advance,
In the case of the waveform 53 shown in FIG. 15C, the center position is obtained by the peak detection of the signal waveform as described above,
This can be handled by shifting the reference position in calculation.

【0026】以上のことは、あくまでも図15に示した
ような理想的な波形が得られる場合についてのみ言える
ことであって、実際にはこのような波形が得られること
はほとんどあり得ない。実際には、測定光の回折や拡散
等の影響、測定光自体の光量変化、光電検出器で電気信
号に変換する際の変換誤差、各スリットパターンの製造
誤差、及び様々なところで発生する雑音等によって、例
えば図13(a)に示したシングルスリット同士を相対
走査したときに得られる光量変化(光電信号)は、図1
4(a)に示すような波形43となる。また、図13
(b)に示したマルチスリット同士を相対走査したとき
に得られる光量変化(光電信号)は、図14(b)に示
すような波形44となる。特に上記ノイズ等の影響が大
きい場合は、疑似ピークが現れることもあれば、図14
(c)に示す波形45のように最も光量が多い所が必ず
しもパターン中心ではない場合もある。波形45は、測
定光としてエキシマレーザ等を用いる場合に現れる。こ
のような場合、図14(a)に示した波形43でピーク
検出を行なうと、誤検出する可能性が高くなる。図14
(b)に示した波形44で位相差検出を行なえば、比較
的計測精度は高くなるが、図14(c)に示す如く疑似
ピークが現れて、パターン中心が特定できないことが起
こり得るので、予め2つの物体(パターン)のプリアラ
イメントを行っておく必要がある。通常は計測系の関係
から、上記2種類のスリットパターンを用いて位置検出
を行うことになる。
The above can be said only when an ideal waveform as shown in FIG. 15 is obtained, and it is almost impossible to obtain such a waveform in practice. Actually, the influence of diffraction and diffusion of the measurement light, the change in the light amount of the measurement light itself, the conversion error when converting into an electric signal by the photoelectric detector, the manufacturing error of each slit pattern, and the noise generated in various places, etc. Accordingly, for example, the change in light amount (photoelectric signal) obtained when the single slits shown in FIG.
The waveform 43 is as shown in FIG. In addition, FIG.
The light amount change (photoelectric signal) obtained when the multi-slits shown in (b) are relatively scanned has a waveform 44 as shown in FIG. 14 (b). In particular, when the influence of the noise or the like is large, a pseudo peak may appear, and in FIG.
In some cases, the place with the largest amount of light, such as the waveform 45 shown in (c), is not necessarily the center of the pattern. The waveform 45 appears when an excimer laser or the like is used as the measurement light. In such a case, if peak detection is performed with the waveform 43 shown in FIG. 14A, the possibility of false detection increases. 14
If the phase difference is detected with the waveform 44 shown in (b), the measurement accuracy is relatively high, but a pseudo peak may appear as shown in FIG. 14 (c), and the pattern center may not be specified. It is necessary to pre-align two objects (patterns) in advance. Normally, position detection is performed using the above-mentioned two types of slit patterns due to the relationship of the measurement system.

【0027】さて、次に図1(a)に示すようなパター
ン11について考えてみる。このパターン11の特徴
は、図13(b)に示したマルチスリット42の中央の
パターンの長さを長手方向(周期(ピッチ)方向と交差
する方向)に対して延長したものである。このようなス
リットパターン同士で相対走査を行うと、2つのスリッ
トパターンがほぼ重なり合ったときに、延長された中央
のパターン同士も一致し、その透過光量が飛躍的に増大
することになる。このとき得られる光電信号(光量変
化)の波形は図2(a)に示すような波形12となる。
尚、パターン11では延長された部分が本発明における
特定パターンに相当する。
Now, let us consider a pattern 11 as shown in FIG. The feature of the pattern 11 is that the length of the central pattern of the multi-slit 42 shown in FIG. 13B is extended in the longitudinal direction (direction intersecting the cycle (pitch) direction). When relative scanning is performed with such slit patterns, when the two slit patterns substantially overlap each other, the extended central patterns also coincide with each other, and the amount of transmitted light increases dramatically. The waveform of the photoelectric signal (change in light amount) obtained at this time is a waveform 12 as shown in FIG.
The extended portion of the pattern 11 corresponds to the specific pattern of the present invention.

【0028】このような波形12では、ノイズや他の影
響があっても、波形12の中央付近での光量が最も多く
なるように延長する長さを決めれば、これをガイドにし
て位相差検出を行うことは容易である。つまり、光電信
号の強度が部分的に大きく変化する位置を単純なピーク
検出により求めることによって、スリットパターン11
の設計値(すなわち長さを延長したパターンの位置)か
ら必ずパターン中心が特定でき、これに伴って波形に乱
れのある(ノイズの影響の大きな)測定系であっても、
プリアライメントを省略することが可能になる。このと
きの波形12では、位相差検出を行なうための基本波成
分には、何ら影響を与えないことは明白である。また、
実際に必要なパターンの長さを計算するためには、測定
光の種類による回折光量や、拡散による影響、測定系に
存在し得るノイズのレベル等も考慮する必要があるが、
十分に計算で求めることができる。
With such a waveform 12, even if there is noise or other influence, if the extension length is determined so that the amount of light in the vicinity of the center of the waveform 12 is maximized, this is used as a guide to detect the phase difference. Is easy to do. That is, the slit pattern 11 is obtained by obtaining the position where the intensity of the photoelectric signal changes greatly partially by simple peak detection.
Even if it is a measurement system where the pattern center can always be specified from the design value of (that is, the position of the pattern where the length is extended), and the waveform is disturbed accordingly (the effect of noise is large),
It becomes possible to omit the pre-alignment. It is obvious that the waveform 12 at this time has no influence on the fundamental wave component for performing the phase difference detection. Also,
In order to calculate the actually required pattern length, it is necessary to consider the amount of diffracted light due to the type of measurement light, the effect of diffusion, the level of noise that may exist in the measurement system, etc.
It can be calculated sufficiently.

【0029】尚、図1(a)に示したパターン11のよ
うに、複数本の矩形状パターンのうちの中央のパターン
の長さを延長するのではなく、中央以外のパターンを短
くする、あるいは中央のパターンのみを短くすることに
よっても、同様の効果が得られるが、S/N比が悪化し
得るので、パターン11のように一部のパターンの長さ
を延長することが望ましい。
It should be noted that, as in the pattern 11 shown in FIG. 1A, the length of the central pattern of the plurality of rectangular patterns is not extended, but the pattern other than the central pattern is shortened, or The same effect can be obtained by shortening only the central pattern, but the S / N ratio may be deteriorated. Therefore, it is desirable to extend the length of a part of the pattern like the pattern 11.

【0030】また、図1(b)に示すパターン13のよ
うに、両端のパターンを延長した場合は、図2(b)に
示す波形14のように、両端と中央にツノ状の突起のあ
る波形が発生する。さらに、図1(c)に示すパターン
15のように、両端と中央のパターンを延長した場合
は、図2(c)に示す波形16のように、両端と中央と
その中間にツノ状の突起のある波形が発生する。このこ
とは、実際に2つのスリットパターンが重なっている部
分の面積を考えれば一目瞭然である。尚、波形12,1
4,16の各々での最大光量が同じであるなら、パター
ン11より13、13より15の方が延長する長さは短
くて済む。
When the patterns at both ends are extended as in the pattern 13 shown in FIG. 1 (b), there are horn-shaped protrusions at both ends and the center as shown by the waveform 14 in FIG. 2 (b). Waveform is generated. Further, when the patterns at both ends and the center are extended as in the pattern 15 shown in FIG. 1C, the horn-shaped protrusions are formed at both ends and the center and in the middle as shown by the waveform 16 in FIG. 2C. A waveform with is generated. This is obvious when considering the area of the portion where the two slit patterns actually overlap. Incidentally, the waveforms 12, 1
If the maximum amount of light in each of 4 and 16 is the same, the length of extension of 13 from pattern 11 and 15 from 13 may be shorter.

【0031】さらに、パターンを延長するのではなく、
図1(d)に示すパターン17のように、通常の周期性
パターンの脇(すなわち、周期方向と交差、図中では直
交する方向)に、同じ幅をもつパターン(本発明の特定
パターンに相当)を付加しても同様の波形が得られる。
また、図6(a)に示すように両端のパターンと中央の
パターンとを逆方向に延長すると、延長した部分の相互
干渉が減少するため、波形中央のピークのみを特に増大
することができる。さらに、周期性パターンの本数を多
くできる場合には、図6(b)、(c)に示すようなパ
ターンを使用することによって、波形中央のピークを特
に増大することができる。この際、どのパターンをどれ
だけ延長すれば良いかは、計算及びシミュレーションに
よって最適なものを選び出すことは可能である。尚、図
1及び図6に示したパターンでは、延長する長さを全て
等しく図示したが、必ずしも同じ長さである必要はな
い。また、いずれのパターンも所定ピッチで配列された
周期性パターンであることは言うまでもなく、さらに周
期方向と交差する方向に、本発明における特定パターン
(先のパターン延長部分等に相当)を有していることは
明らかである。
Furthermore, instead of extending the pattern,
Like a pattern 17 shown in FIG. 1D, a pattern having the same width beside a normal periodic pattern (that is, in a direction intersecting with the periodic direction, or a direction orthogonal to the periodic direction) (corresponding to a specific pattern of the present invention). ) Is added, a similar waveform is obtained.
Further, as shown in FIG. 6A, if the patterns at both ends and the pattern at the center are extended in opposite directions, mutual interference at the extended portions is reduced, so that only the peak at the center of the waveform can be particularly increased. Further, when the number of periodic patterns can be increased, the peak at the center of the waveform can be particularly increased by using the patterns shown in FIGS. 6B and 6C. At this time, it is possible to select the optimum pattern by calculating and simulating which pattern should be extended. In the patterns shown in FIGS. 1 and 6, the extending lengths are all shown to be equal, but they do not necessarily have to be the same length. Further, it goes without saying that any of the patterns is a periodic pattern arranged at a predetermined pitch, and further has a specific pattern (corresponding to the above pattern extension portion or the like) of the present invention in a direction intersecting the periodic direction. It is clear that

【0032】ところで、別の考え方として、位相差検出
を行う波形の前後にガイドとなる波形を発生させても、
上記と全く同様の効果を得ることができる。この種のパ
ターンの一例を図3に、これらのパターンを相対走査し
たときに得られる信号波形を図4に示す。図3(a)に
示すようなパターン21、22を2つの物体の各々に形
成すると、図4(a)に示すような波形23が得られる
ことは簡単に判る。同様に、図3(b)に示すようなパ
ターン22、24を用いると、図4(b)に示すような
信号波形25が得られる。このとき、図4(a)、
(b)中の両端に示す波形(ピーク)は、信号波形の中
心位置を周期性パターンの±半周期以内に特定するため
だけに用いられものであって、このようなガイドとなる
波形は位相差検出には用いられないので、周期性パター
ンに隣接して配置されたガイド作成用のパターンの幅
は、特に周期性パターンの幅と等しくする必要はない。
従って、図3に示したパターンを使用する場合には、ガ
イド作成用のパターンの幅を広くすることができる、換
言すればパターンをあまり延長せずとも、そのパターン
面積を大きくすることができるので、図1、図6に示し
たパターンと比較して、周期方向と垂直な方向に延長す
べきガイド作成のためのパターンの長さが短くて済むと
いう利点がある。
By the way, as another way of thinking, if a waveform serving as a guide is generated before and after the waveform for detecting the phase difference,
The same effect as the above can be obtained. An example of this kind of pattern is shown in FIG. 3, and a signal waveform obtained when these patterns are relatively scanned is shown in FIG. It is easily understood that when the patterns 21 and 22 as shown in FIG. 3A are formed on each of the two objects, the waveform 23 as shown in FIG. 4A is obtained. Similarly, when patterns 22 and 24 as shown in FIG. 3B are used, a signal waveform 25 as shown in FIG. 4B is obtained. At this time, as shown in FIG.
The waveforms (peaks) shown at both ends in (b) are used only for specifying the center position of the signal waveform within ± half cycle of the periodic pattern, and such a waveform serving as a guide is a position. Since it is not used for phase difference detection, the width of the guide forming pattern arranged adjacent to the periodic pattern does not need to be particularly equal to the width of the periodic pattern.
Therefore, when the pattern shown in FIG. 3 is used, the width of the pattern for creating the guide can be increased, in other words, the pattern area can be increased without extending the pattern too much. As compared with the patterns shown in FIGS. 1 and 6, there is an advantage that the length of the pattern for creating the guide to be extended in the direction perpendicular to the periodic direction can be short.

【0033】また、図7(a)に示すように円筒に本発
明の周期性パターンを形成する場合、及び図7(b)に
示すように円板にその回転中心から放射状に広がる形に
パターンを形成する場合には、角度を検出することも可
能である。
Further, when the periodic pattern of the present invention is formed on a cylinder as shown in FIG. 7 (a), and as shown in FIG. 7 (b), a pattern is formed on the disc so as to extend radially from the center of rotation. When forming the, it is also possible to detect the angle.

【0034】[0034]

【実施例】次に、高精度の位置検出が要求される半導体
集積回路製造用の露光装置に、本発明による位置検出装
置を適用した場合について説明する。図8は本発明の第
1の実施例による位置検出装置を備えた投影露光装置の
概略的な構成を示す図である。本実施例では、透過/透
過方式によりレチクル(またはマスク)とウエハステー
ジとの相対位置関係を検出する場合について説明する。
尚、この種の計測は、レチクルのファインアライメント
時、あるいはベースライン計測時に行われるものであ
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, a case where the position detecting device according to the present invention is applied to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor integrated circuit which requires highly accurate position detection will be described. FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of a projection exposure apparatus having a position detection device according to the first embodiment of the present invention. In this embodiment, a case will be described in which the relative positional relationship between the reticle (or mask) and the wafer stage is detected by the transmission / transmission method.
It should be noted that this type of measurement is performed during fine alignment of the reticle or during baseline measurement.

【0035】図8に示すようにレチクルMは、オプチカ
ルインテグレータ等を含む主照明系(不図示)にて光束
の一様化等が行われた露光用照明光(i線、KrFエキ
シマレーザ等)によってほぼ均一な照度で照明される。
尚、レチクルMのパターン領域の近傍には光透過性のパ
ターン106が形成されており、本実施例ではパターン
106として、例えば図1(a)に示したスリットパタ
ーン11が形成されているものとする。レチクルMのパ
ターン領域を通過した照明光は、両側(もしくは片側)
テレセントリックな投影レンズ105に入射し、投影レ
ンズ105はレチクルMの下面(パターン面)に形成さ
れた回路パターンの像を1/5、または1/10に縮小
して、表面にレジスト層が形成されたウエハW上に結像
投影する。ウエハホルダ110はウエハWを真空吸着す
るとともに、X、Y方向に2次元移動するウエハステー
ジ101に対して微小回転可能に設けられている。ウエ
ハステージ101はモータ112によりステップアンド
リピート方式で2次元移動され、ウエハW上の1つのシ
ョット領域に対するレチクルMの転写露光が終了する
と、次のショット位置までステッピングする。干渉計1
11はウエハステージ101の2次元的な位置を、例え
ば0.02μm程度の分解能で常時検出する。
As shown in FIG. 8, the reticle M is an exposure illumination light (i-line, KrF excimer laser, etc.) whose light flux is uniformized by a main illumination system (not shown) including an optical integrator and the like. Is illuminated with a substantially uniform illuminance.
A light transmissive pattern 106 is formed in the vicinity of the pattern area of the reticle M, and in this embodiment, the pattern 106 is, for example, the slit pattern 11 shown in FIG. 1A. To do. The illumination light that has passed through the pattern area of the reticle M is on both sides (or one side).
The light enters the telecentric projection lens 105, and the projection lens 105 reduces the image of the circuit pattern formed on the lower surface (pattern surface) of the reticle M to 1/5 or 1/10, and a resist layer is formed on the surface. The image is projected on the wafer W. The wafer holder 110 is provided so as to suck the wafer W in a vacuum and is capable of minute rotation with respect to the wafer stage 101 that moves two-dimensionally in the X and Y directions. The wafer stage 101 is two-dimensionally moved by a step-and-repeat method by a motor 112, and when transfer exposure of the reticle M onto one shot area on the wafer W is completed, stepping is performed to the next shot position. Interferometer 1
Reference numeral 11 always detects the two-dimensional position of the wafer stage 101 with a resolution of, for example, about 0.02 μm.

【0036】また、ウエハステージ101にはベースラ
イン計測時等で用いられるフィデューシャル・マーク1
04を備えた基準部材(ガラス基板)103が、ウエハ
Wの表面位置とほぼ一致するように設けられている。基
準部材103にはフィデューシャル・マーク104とし
て、例えば図1(a)に示した光透過性の2組のスリッ
トパターン11が、それぞれX、Y方向に伸びて形成さ
れている。スリットパターン11はデューティ比1:1
のラインアンドスペースパターンであり、ここでは特に
中央の矩形状パターンのみが周期(ピッチ)方向(第1
方向)とほぼ垂直な方向(第2方向)に延長して形成さ
れている。これは、スリットパターン104、106を
相対走査したときに得られる光電信号の波形(光強度)
を部分的に変化させ、後述の位相差検出において信号波
形の中心位置を±半周期以内に特定するためである。
On the wafer stage 101, the fiducial mark 1 used for baseline measurement or the like is also used.
A reference member (glass substrate) 103 including 04 is provided so as to substantially coincide with the surface position of the wafer W. As the fiducial mark 104, for example, two sets of the light transmissive slit patterns 11 shown in FIG. 1A are formed on the reference member 103 so as to extend in the X and Y directions, respectively. The slit pattern 11 has a duty ratio of 1: 1.
Line and space pattern, in which only the central rectangular pattern is in the cycle (pitch) direction (first
Direction) and is formed to extend in a direction (second direction) substantially perpendicular to the (direction). This is the waveform (light intensity) of the photoelectric signal obtained when the slit patterns 104 and 106 are relatively scanned.
Is partially changed, and the center position of the signal waveform is specified within ± half period in the phase difference detection described later.

【0037】また、主照明系から一部分岐した照明光
(露光光)Lは、光ファイバー等の不図示の送光系によ
ってウエハステージ103の内部に導かれた後、ミラー
102で反射されて基準部材103の下まで伝送され、
基準部材103をその裏面から照射するように構成され
ている。これによって、スリットパターン104は下方
(ウエハステージ101の内部)から照明されることに
なり、このスリットパターン104を透過した照明光L
は、投影レンズ105を介してレチクルMの裏面(パタ
ーン面)にスリットパターン104の投影像を結像す
る。さらにウエハステージ101を微動して、スリット
パターン104の投影像とレチクルM上のスリットパタ
ーン106とをその周期方向(計測方向)に相対走査し
たとき、スリットパターン106を通過した照明光はミ
ラー107で反射された後、集光レンズ108を通っ
て、投影レンズ105の瞳共役面近傍に配置された光電
検出器(フォトディテクタ)109により受光されるよ
うに構成されている。
Illumination light (exposure light) L which is partly branched from the main illumination system is guided to the inside of the wafer stage 103 by a light transmission system (not shown) such as an optical fiber, and then reflected by the mirror 102 to be a reference member. Transmitted down to 103,
The reference member 103 is configured to irradiate from the back surface thereof. As a result, the slit pattern 104 is illuminated from below (inside the wafer stage 101), and the illumination light L transmitted through this slit pattern 104 is transmitted.
Forms a projected image of the slit pattern 104 on the back surface (pattern surface) of the reticle M via the projection lens 105. When the wafer stage 101 is further finely moved to relatively scan the projected image of the slit pattern 104 and the slit pattern 106 on the reticle M in the periodic direction (measurement direction), the illumination light passing through the slit pattern 106 is reflected by the mirror 107. After being reflected, the light passes through the condenser lens 108 and is received by the photoelectric detector (photodetector) 109 arranged near the pupil conjugate plane of the projection lens 105.

【0038】また、フォトディテクタ109から出力さ
れる光電信号(図2(a)に示した波形12)は信号処
理系300に入力するとともに、信号処理系300は干
渉計111からの位置信号も入力する。本実施例におい
て信号処理系300は2組の信号処理回路を有してお
り、第1信号処理回路301は先の特開平1−2994
02号公報に開示された手法に従い、光電信号をフーリ
エ級数展開して基本波成分、及びその高次成分を抽出す
るとともに、この抽出された各成分と設計上導かれる基
本波成分及びその高次成分との位相差から相対位置を算
出するものである。尚、詳しくは上記公報に開示されて
いるので、ここでは説明を省略する。一方、第2信号処
理回路302は所定の信号処理(例えばスライスレベル
等)により光電信号のピーク検出(特に本実施例では図
2(a)に示した波形12のほぼ中央でピークとなる位
置の検出)を行うものであって、ここでの検出結果は信
号波形の中心位置を±半周期(180°)以内に特定す
るために用いられる。主制御系500は信号処理系30
0、すなわち第1、第2信号処理回路301、302の
各々での検出結果(第1、第2の位置情報)を入力し、
これらに基づいて2つのスリットパターン104、10
6の相対位置を算出する。すなわち、第1信号処理回路
301にて位相差計測法に従って算出された相対位置
(第1の位置情報)が±半周期以上ずれていても、主制
御系500は第2信号処理回路302で検出されたピー
ク位置(第2の位置情報)に基づいて信号波形の中心位
置を±半周期以内に特定することによって、高精度に相
対位置を算出することが可能となっている。さらに、主
制御系500は干渉計111からの位置情報に基づいて
モータ112に所定の駆動指令を与える他、装置全体を
統括制御する。
Further, the photoelectric signal (waveform 12 shown in FIG. 2A) output from the photodetector 109 is input to the signal processing system 300, and the signal processing system 300 also inputs the position signal from the interferometer 111. .. In this embodiment, the signal processing system 300 has two sets of signal processing circuits, and the first signal processing circuit 301 is the same as the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 1-2994.
In accordance with the method disclosed in Japanese Patent Publication No. 02-202, the photoelectric signal is Fourier-series expanded to extract the fundamental wave component and its higher-order components, and the extracted fundamental components and their higher-order components are derived by design. The relative position is calculated from the phase difference with the component. Since the details are disclosed in the above publication, the description thereof is omitted here. On the other hand, the second signal processing circuit 302 detects the peak of the photoelectric signal by a predetermined signal processing (for example, slice level) (especially, in the present embodiment, at a position where the peak appears at approximately the center of the waveform 12 shown in FIG. 2A). The detection result is used to identify the center position of the signal waveform within ± half period (180 °). The main control system 500 is the signal processing system 30.
0, that is, the detection results (first and second position information) of each of the first and second signal processing circuits 301 and 302 are input,
Based on these two slit patterns 104, 10
The relative position of 6 is calculated. That is, even if the relative position (first position information) calculated by the first signal processing circuit 301 according to the phase difference measurement method is deviated by ± half period or more, the main control system 500 detects the second signal processing circuit 302. By specifying the center position of the signal waveform within ± half cycle based on the obtained peak position (second position information), the relative position can be calculated with high accuracy. Further, the main control system 500 gives a predetermined drive command to the motor 112 on the basis of the position information from the interferometer 111, and also controls the entire device.

【0039】次に、上記構成の装置の動作を簡単に説明
する。図8において、主制御系500はモータ112に
よりウエハステージ101を駆動して、基準部材103
を投影レンズ105の下に送り込む。そして、照明光L
を基準部材103の裏面から照射し、スリットパターン
104の投影像をレチクルMのパターン面に結像する。
しかる後、ウエハステージ101を微動して上記投影像
とスリットパターン106とを相対走査し、その透過光
をフォトディテクタ109で受光する。信号処理系30
0はフォトディテクタ109からの光電信号を、干渉計
111によって計測されるウエハステージ101の位置
に同期してサンプリングし、このサンプリングした値を
デジタル値に変換した後、不図示のメモリに番地順に記
憶する。しかる後、上記の如く第1、第2信号処理回路
301、302の各々において光電信号の波形処理が行
われ、さらに主制御系500はこの検出結果に基づい
て、2つのスリットパターン104、106、すなわち
レチクルMとウエハステージ101(基準部材103)
との相対位置を算出する。
The operation of the apparatus having the above structure will be briefly described below. In FIG. 8, the main control system 500 drives the wafer stage 101 with the motor 112 to drive the reference member 103.
Is sent under the projection lens 105. And the illumination light L
Is irradiated from the back surface of the reference member 103 to form a projected image of the slit pattern 104 on the pattern surface of the reticle M.
Then, the wafer stage 101 is slightly moved to relatively scan the projected image and the slit pattern 106, and the transmitted light is received by the photodetector 109. Signal processing system 30
0 samples the photoelectric signal from the photodetector 109 in synchronism with the position of the wafer stage 101 measured by the interferometer 111, converts the sampled value into a digital value, and stores it in a memory (not shown) in the order of addresses. .. After that, the waveform processing of the photoelectric signal is performed in each of the first and second signal processing circuits 301 and 302 as described above, and the main control system 500 further determines the two slit patterns 104 and 106 based on the detection result. That is, reticle M and wafer stage 101 (reference member 103)
Calculate the relative position with.

【0040】以上、本実施例では図8に示すような構成
を採っていたが、逆にレチクルMの上面より照明光を照
射してスリットパターン106の投影像を基準部材10
3上に結像し、スリットパターン104を介してその透
過光量を検出するような構成としても構わない。また、
照明光Lとして主照明系から一部分岐した露光光を用い
ることとしていたが、当然ながら別の光源からの光(露
光光と全く同一波長である必要はなく、露光波長に近い
波長であれば良く、例えば高調波であっても構わない)
を照明光Lとして使用しても良い。さらに、レチクルM
と基準部材103の少なくとも一方を反射型のマークパ
ターンとすれば、図16(c)、(e)に示したような
反射/透過型や反射/反射型方式も適用できることは言
うまでもない。また、図8では受光系(フォトディテク
タ109等)をレチクルM上に配置していたが、例えば
特開昭64−10105号公報に開示されているよう
に、主照明系の光路中にビームスプリッタを配置し、こ
のビームスプリッタを介してスリットパターン106の
透過光を受光するように構成しても良く、この場合には
レチクルM上でのスリットパターン106の配置(位
置)を自由に選択することができるといった利点が得ら
れる。第6図において示されているような構成により、
マスクM上のスリット106の配置を自由に行なう事も
できる。
As described above, in the present embodiment, the structure as shown in FIG. 8 is adopted, but conversely, illumination light is irradiated from the upper surface of the reticle M to project the projected image of the slit pattern 106 on the reference member 10.
It is also possible to adopt a configuration in which an image is formed on the image 3 and the amount of transmitted light is detected via the slit pattern 104. Also,
Although the exposure light partially branched from the main illumination system is used as the illumination light L, it goes without saying that light from another light source (not necessarily the same wavelength as the exposure light, as long as it has a wavelength close to the exposure wavelength) , For example, it may be a harmonic)
May be used as the illumination light L. Furthermore, Reticle M
Needless to say, if at least one of the reference member 103 and the reference member 103 has a reflective mark pattern, the reflective / transmissive type or the reflective / reflective type as shown in FIGS. 16C and 16E can be applied. Further, in FIG. 8, the light receiving system (photodetector 109 and the like) is arranged on the reticle M. The slit pattern 106 may be arranged so as to receive the transmitted light of the slit pattern 106 via this beam splitter. In this case, the arrangement (position) of the slit pattern 106 on the reticle M can be freely selected. The advantage that it can be obtained. With the configuration as shown in FIG.
The slits 106 on the mask M can be arranged freely.

【0041】次に、図9を参照して本発明の第2の実施
例について説明する。本実施例では、本発明を投影露光
装置のアライメント系に適用した場合、特に透過/反射
型方式により投影レンズを介してレチクルとウエハとの
相対位置関係を検出する場合について述べる。尚、図9
では図8に示した部材と同じ機能、作用の部材には同一
の符号を付してある。また、本実施例における光電信号
の波形処理は第1の実施例と全く同一であるので、図9
では信号処理系300及び主制御系500は省略してあ
る。本実施例では、第1の実施例と異なる点についての
み説明を行う。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, a case where the present invention is applied to an alignment system of a projection exposure apparatus, and particularly a case where a relative positional relationship between a reticle and a wafer is detected via a projection lens by a transmission / reflection type system will be described. Incidentally, FIG.
Then, members having the same functions and actions as those shown in FIG. 8 are designated by the same reference numerals. Further, since the waveform processing of the photoelectric signal in this embodiment is exactly the same as that in the first embodiment,
Then, the signal processing system 300 and the main control system 500 are omitted. In this embodiment, only points different from the first embodiment will be described.

【0042】図9において、主照明系(不図示)から一
部分岐した照明光LはレチクルMのスリットパターン1
06を照射し、その投影像を投影レンズ105を介して
ウエハW上に結像する。尚、主照明系から露光光を分岐
せずとも、スリットパターン106以外の領域に露光光
が照射されないように、不図示のレチクルブラインド等
によってスリットパターン106を含む部分領域のみに
露光光が照射されるようにしても良い。また、ウエハW
上の複数のショット領域の各々には、アライメント用の
マークパターン120(例えば、図1(a)に示したス
リットパターン11と同一形状のもの)が形成されてい
るものとする。ここで、マークパターン120は照明光
Lに対して、マーク領域以外の領域と反射率の異なるパ
ターンが形成されていれば良い。方法としては、エッチ
ング等で表面を荒し、測定光が散乱するようなものが考
えられるが、特にマーク形成方法は問わない。
In FIG. 9, the illumination light L partially branched from the main illumination system (not shown) is the slit pattern 1 of the reticle M.
06, and the projected image is formed on the wafer W via the projection lens 105. Even if the exposure light is not branched from the main illumination system, the exposure light is applied only to a partial area including the slit pattern 106 by a reticle blind (not shown) so that the area other than the slit pattern 106 is not irradiated with the exposure light. You may do it. Also, the wafer W
It is assumed that an alignment mark pattern 120 (for example, one having the same shape as the slit pattern 11 shown in FIG. 1A) is formed in each of the plurality of shot areas above. Here, the mark pattern 120 may have a pattern with respect to the illumination light L that has a reflectance different from that of a region other than the mark region. As a method, a method in which the surface is roughened by etching or the like and the measurement light is scattered is conceivable, but the mark forming method is not particularly limited.

【0043】さて、ウエハステージ101を微動して、
スリットパターン106の投影像とマークパターン12
0とを相対走査すると、マーク形状による反射率に応じ
て、照明光Lは投影レンズ105を介して反射してく
る。この反射光をハーフミラー121により一部分岐し
て集光レンズ108によりフォトディテクタ109の受
光面上に集光する。このときフォトディテクタ109か
ら出力される光電信号を、第1の実施例と全く同様の動
作で波形処理することによって、レチクルMとウエハW
との相対位置を求めることができる。尚、本実施例では
ハーフミラー121をレチクルMと投影レンズ105と
の間に配置しているが、投影レンズ105の透過率を考
慮してウエハWと投影レンズ105との間に配置するよ
うにしても良い。当然ながら、レチクルMの上方に配置
しても構わない。
Now, by slightly moving the wafer stage 101,
The projected image of the slit pattern 106 and the mark pattern 12
When 0 is relatively scanned, the illumination light L is reflected via the projection lens 105 according to the reflectance due to the mark shape. The reflected light is partially branched by the half mirror 121 and condensed on the light receiving surface of the photo detector 109 by the condenser lens 108. At this time, the photoelectric signal output from the photodetector 109 is waveform-processed by the same operation as that of the first embodiment, so that the reticle M and the wafer W are processed.
The relative position with can be obtained. Although the half mirror 121 is arranged between the reticle M and the projection lens 105 in this embodiment, it should be arranged between the wafer W and the projection lens 105 in consideration of the transmittance of the projection lens 105. May be. Of course, it may be arranged above the reticle M.

【0044】次に、図10を参照して本発明の第3の実
施例について説明する。本実施例では、本発明を投影露
光装置のTTL方式のアライメント系に適用した場合、
特に透過/反射型方式により投影レンズを介して専らウ
エハの位置を検出する場合について述べる。尚、図10
に示したアライメント系では、投影レンズ105に関し
てウエハWとほぼ共役な面内に配置された基準板131
上の基準パターン(スリットパターン)131と、ウエ
ハW上のショット領域に付随したマークパターンとの相
対位置が検出されることになる。また、尚、図10では
図8に示した部材と同じ機能、作用の部材には同一の符
号を付してあり、本実施例における光電信号の波形処理
は第1の実施例と全く同一であるので、信号処理系30
0及び主制御系500は省略してある。また、本実施例
では、第1、第2の実施例と異なる点についてのみ説明
を行う。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, when the present invention is applied to a TTL alignment system of a projection exposure apparatus,
Particularly, the case where the position of the wafer is exclusively detected through the projection lens by the transmissive / reflective method will be described. Incidentally, FIG.
In the alignment system shown in FIG. 1, the reference plate 131 arranged in a plane substantially conjugate with the wafer W with respect to the projection lens 105.
The relative position between the upper reference pattern (slit pattern) 131 and the mark pattern attached to the shot area on the wafer W is detected. Further, in FIG. 10, members having the same functions and actions as those shown in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and the waveform processing of the photoelectric signal in this embodiment is exactly the same as that in the first embodiment. Therefore, the signal processing system 30
0 and the main control system 500 are omitted. Further, in the present embodiment, only the points different from the first and second embodiments will be described.

【0045】図10において、照明光Lはハーフミラー
132により反射されて基準板130を照射し、さらに
基準板130上のスリットパターン131を透過した光
はミラー133で反射され、投影レンズ105を介して
ウエハW上にスリットパターン131の投影像を結像す
る。以下、計測動作及び波形処理動作等については、第
1、第2の実施例と全く同じであるので、ここでは説明
を省略する。このように、TTL方式のアライメント系
に対しても本発明を簡単に適用することができ、その計
測精度を向上させることが可能となっている。尚、予め
レチクルM(スリットパターン)と基準板130上のス
リットパターン131との位置関係を正確に校正してお
けば、マークパターン120をスリットパターン131
に合わせ込むことによって、レチクルパターンの投影像
とショット領域とが正確に位置合わせされることは言う
までもない。尚、図8中に示した構成に図10に示した
構成を組み合わせる、すなわち図8においてレチクルM
と投影レンズ105との間に、ミラー133をハーフミ
ラーとして配置し、図10中に示したアライメント系を
組み込めば、基準部材103からの照明光Lはハーフミ
ラー133を介して基準板130も照射することにな
り、レチクルMの位置検出と同時に基準板130の位置
検出を行うことが可能となる。
In FIG. 10, the illumination light L is reflected by the half mirror 132 to illuminate the reference plate 130, and the light transmitted through the slit pattern 131 on the reference plate 130 is reflected by the mirror 133 and passes through the projection lens 105. Then, a projected image of the slit pattern 131 is formed on the wafer W. The measurement operation, the waveform processing operation, and the like are the same as those in the first and second embodiments, and thus the description thereof is omitted here. As described above, the present invention can be easily applied to a TTL alignment system, and its measurement accuracy can be improved. Note that if the positional relationship between the reticle M (slit pattern) and the slit pattern 131 on the reference plate 130 is accurately calibrated in advance, the mark pattern 120 becomes the slit pattern 131.
It goes without saying that the projection image of the reticle pattern and the shot area are accurately aligned by aligning with each other. Note that the configuration shown in FIG. 10 is combined with the configuration shown in FIG. 8, that is, in FIG.
When the mirror 133 is arranged as a half mirror between the projection lens 105 and the projection lens 105 and the alignment system shown in FIG. 10 is incorporated, the illumination light L from the reference member 103 also irradiates the reference plate 130 via the half mirror 133. As a result, the position of the reference plate 130 can be detected at the same time as the position of the reticle M is detected.

【0046】次に、図11を参照して本発明の第4の実
施例について説明する。本実施例では、本発明を投影露
光装置のオフアクシス方式のアライメント系に適用した
場合、特に透過/反射型方式により専らウエハの位置の
みを検出する場合について述べる。尚、図11に示した
アライメント系では、対物レンズ142に関してウエハ
Wとほぼ共役な面内に配置された基準板140上の基準
パターン(スリットパターン)141と、ウエハW上の
ショット領域に付随したマークパターンとの相対位置が
検出されることになる。また、図11では図8に示した
部材と同じ機能、作用の部材には同一の符号を付してあ
り、本実施例における光電信号の波形処理は第1の実施
例と全く同一であるので、信号処理系300及び主制御
系500は省略してある。また、本実施例における計測
動作は、第3の実施例と全く同じであるので、ここでは
簡単に説明する。図11に示すようなオフアクシス方式
のアライメント系では、投影レンズ105を介してマー
クパターン120の計測を行わないので、使用する照明
光Lの波長域を任意に設定できることを始めとして、設
計上の自由度が大きいといった利点等があり、例えばレ
ジスト層での薄膜干渉等を考慮してブロードバンドの照
明光を使用することができる。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a case where the present invention is applied to an off-axis type alignment system of a projection exposure apparatus, particularly a case where only the position of a wafer is detected by a transmission / reflection type method will be described. In the alignment system shown in FIG. 11, the reference pattern (slit pattern) 141 on the reference plate 140 arranged in the plane substantially conjugate with the wafer W with respect to the objective lens 142 and the shot area on the wafer W are attached. The relative position to the mark pattern will be detected. Further, in FIG. 11, members having the same functions and actions as those shown in FIG. 8 are designated by the same reference numerals, and the waveform processing of the photoelectric signal in this embodiment is exactly the same as that in the first embodiment. The signal processing system 300 and the main control system 500 are omitted. Further, the measurement operation in this embodiment is exactly the same as that in the third embodiment, so that it will be briefly described here. In the off-axis alignment system as shown in FIG. 11, since the mark pattern 120 is not measured via the projection lens 105, the wavelength range of the illumination light L to be used can be arbitrarily set, and the design There is an advantage that the degree of freedom is large, and broadband illumination light can be used in consideration of, for example, thin film interference in the resist layer.

【0047】図11において、照明光Lはハーフミラー
143を通過して基準板140上のスリットパターン1
41を照射し、対物レンズ143によりスリットパター
ン141の投影像をウエハW上に結像する。ウエハW上
のマークパターン120からの反射光は対物レンズ14
2、基準板140、ハーフミラー143、及び集光レン
ズ108を介してフォトディテクタ109にて受光され
る。従って、スリットパターン141の投影像とマーク
パターン120とを相対走査すると、フォトディテクタ
109からの光電信号は図2(a)に示したような波形
となる。本実施例においても、先の第1〜第3の実施例
と全く同様に、信号処理系300にて波形処理を行うこ
とによって、スリットパターン141に対するマークパ
ターン120の位置が精度良く検出されることになる。
In FIG. 11, the illumination light L passes through the half mirror 143 and the slit pattern 1 on the reference plate 140.
41, and the projection image of the slit pattern 141 is formed on the wafer W by the objective lens 143. The reflected light from the mark pattern 120 on the wafer W is reflected by the objective lens 14
2, the reference plate 140, the half mirror 143, and the condenser lens 108 to receive light by the photodetector 109. Therefore, when the projected image of the slit pattern 141 and the mark pattern 120 are relatively scanned, the photoelectric signal from the photodetector 109 has a waveform as shown in FIG. Also in this embodiment, the position of the mark pattern 120 with respect to the slit pattern 141 can be accurately detected by performing the waveform processing in the signal processing system 300, exactly as in the first to third embodiments. become.

【0048】ところで、上記第2〜第4実施例におい
て、レチクルM上のスリットパターン106、及び基準
板130、140上のスリットパターン131,141
を反射型のマークパターンに置き換えるとともに、図1
6(e)に示したような光学系を採用すれば、反射/反
射型方式の検出も可能であることは明らかである。次
に、図12を参照して本発明の第5実施例について説明
する。本実施例では、本発明を透過/反射型方式により
角度を検出するロータリーエンコーダに適用した場合に
ついて述べる。
By the way, in the above second to fourth embodiments, the slit pattern 106 on the reticle M and the slit patterns 131, 141 on the reference plates 130, 140.
Is replaced with a reflective mark pattern, and
It is obvious that the reflection / reflection type detection can be performed by using the optical system as shown in FIG. 6 (e). Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, a case where the present invention is applied to a rotary encoder which detects an angle by a transmission / reflection type method will be described.

【0049】図12において、基準板(円板)201は
モータ205により回転可能に構成され、基準板201
上には本発明による反射型のマークパターン202(例
えば図7(b))が、角度検出板203と向かい合う面
に形成されている。角度検出板203はシャフト206
を介して披測定物200と結合されている。尚、披測定
物200、角度検出板203、及び基準板201は回転
中心をほぼ一致させる必要があることは言うまでもな
い。また、その方法については任意で構わない。また、
角度検出板203にはマークパターン202と対向し
て、本発明による透過型のスリットパターン204が形
成されている。角度検出板203においてスリットパタ
ーン204と反対側の面には、マークパターン202と
スリットパターン204との相対角度を検出するための
光学系が配置されている。光源211からの照明光は、
コリメートレンズ212、ハーフミラー213、及び1
/4波長板214を通った後、スリットパターン204
を通過してマークパターン202を照射する。マークパ
ターン202からの反射光は、再びスリットパターン2
04、1/4波長板214を通過してハーフミラーで反
射された後、集光レンズ215によりフォトディテクタ
216の受光面上に集光される。
In FIG. 12, the reference plate (disc) 201 is configured to be rotatable by a motor 205, and the reference plate 201
A reflective mark pattern 202 (for example, FIG. 7B) according to the present invention is formed on the surface facing the angle detection plate 203. The angle detection plate 203 is a shaft 206
Is connected to the measured object 200 via. Needless to say, the measurement object 200, the angle detection plate 203, and the reference plate 201 need to have their centers of rotation substantially aligned. The method may be arbitrary. Also,
A transmissive slit pattern 204 according to the present invention is formed on the angle detection plate 203 so as to face the mark pattern 202. An optical system for detecting the relative angle between the mark pattern 202 and the slit pattern 204 is arranged on the surface of the angle detection plate 203 opposite to the slit pattern 204. The illumination light from the light source 211 is
Collimating lens 212, half mirror 213, and 1
After passing through the quarter wave plate 214, the slit pattern 204
And the mark pattern 202 is irradiated. The reflected light from the mark pattern 202 is returned to the slit pattern 2 again.
After passing through the 04, 1/4 wavelength plate 214 and reflected by the half mirror, the light is condensed by the condenser lens 215 on the light receiving surface of the photodetector 216.

【0050】さて、例えばモータ205が一定の回転数
で回転するごとく、基準板201の角度変位と時刻tの
関係とが明らかであれば、時刻tに対する光量の関係か
ら発生する波形により、前記実施例と全く同様の波形処
理にて角度検出を行なうことは容易である。本実施例で
は角度検出装置について説明したが、これを直線移動に
置き換えれば、リニアエンコーダ等の直線位置検出装置
にも応用が可能である。また、本実施例では回転する2
枚の円板を用いたが、例えば図7(a)に示したような
円筒を2つ使用しても、全く同様に2つの円筒の相対角
度を検出できるさらに、本実施例で示した光学系におい
て光源211を半導体レーザ、フォトディテクタ216
をフォトトランジスタ、ハーフミラー213を偏光ビー
ムスプリッタとすれば、コンパクトディスク再生器のピ
ックアップとほぼ同じ構成であるので、小型の光学系が
実現でき、かつ部品の流用により安価に作成することも
可能である。
If the relationship between the angular displacement of the reference plate 201 and the time t is clear, for example, as the motor 205 rotates at a constant number of revolutions, the above-mentioned operation is performed according to the waveform generated from the relationship of the light amount with respect to the time t. It is easy to detect the angle by the same waveform processing as the example. Although the angle detecting device has been described in the present embodiment, it can be applied to a linear position detecting device such as a linear encoder by replacing it with a linear movement. Further, in this embodiment, it rotates 2
Although one disk is used, the relative angle between the two cylinders can be detected in exactly the same manner by using two cylinders as shown in FIG. 7A. In the system, the light source 211 is a semiconductor laser and the photodetector 216
If it is a phototransistor and the half mirror 213 is a polarization beam splitter, the structure is almost the same as that of a pickup of a compact disc player, so that a small optical system can be realized, and it can be manufactured at low cost by utilizing parts. is there.

【0051】以上の通り第1〜第5の実施例においては
本発明による位置検出装置を投影露光装置やロータリー
エンコーダに適用した例を説明したが、本発明はプロキ
シミティー方式の露光装置のアライメント系、半導体製
造工程で使用される検査装置を始めとする処理装置等に
も適用できることは言うまでもなく、2つの物体の相対
変位を計測する全ての装置に対して適用することが可能
である。尚、図16に模式的に示したように、本発明を
適用可能な装置構成(特に検出光学系)は任意で良いこ
とは言うまでもない。
As described above, in the first to fifth embodiments, an example in which the position detecting device according to the present invention is applied to a projection exposure apparatus or a rotary encoder has been described. However, the present invention is an alignment system of a proximity type exposure apparatus. Needless to say, the present invention can be applied to a processing device such as an inspection device used in a semiconductor manufacturing process, and it can be applied to all devices that measure relative displacement of two objects. Needless to say, as schematically shown in FIG. 16, the apparatus configuration (in particular, the detection optical system) to which the present invention can be applied may be arbitrary.

【0052】[0052]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ノイズに
強く高精度な位置検出が、一組のパターンで、かつ一度
の相対走査のみで行うことができるので、プリアライメ
ントに要していた時間が不要になり、検出時間が短縮で
きるという効果がある。また、プリアライメント用のパ
ターン、及び装置が不要になり、その調整も不要になる
ため、部品点数の削減や装置の製造工程の短縮、及びコ
スト低減等の効果がある。また、透過及び反射の組み合
せが測定系に応じて自由に選べるので、広範囲の分野に
応用できるという効果もある。さらに、本発明は第5実
施例に示した通り角度検出装置に対しても適用できる。
As described above, according to the present invention, highly accurate position detection resistant to noise can be performed with one set of patterns and by only one relative scan, which is necessary for prealignment. The time required for detection is not needed, and the detection time can be shortened. Further, since the pattern for pre-alignment and the device are not required and the adjustment thereof is not required, there are effects such as a reduction in the number of parts, a shortening of the manufacturing process of the device, and a cost reduction. In addition, since the combination of transmission and reflection can be freely selected according to the measurement system, there is an effect that it can be applied to a wide range of fields. Furthermore, the present invention can be applied to the angle detection device as shown in the fifth embodiment.

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

【図1】本発明で好適なパターン形状の一例を示す図。FIG. 1 is a diagram showing an example of a pattern shape suitable for the present invention.

【図2】図1に示したパターンを用いたときに得られる
信号波形の一例を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a signal waveform obtained when the pattern shown in FIG. 1 is used.

【図3】本発明で好適なパターン形状の別の例を示す
図。
FIG. 3 is a diagram showing another example of a pattern shape suitable for the present invention.

【図4】図3に示したパターンを用いたときに得られる
信号波形の一例を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a signal waveform obtained when the pattern shown in FIG. 3 is used.

【図5】本発明で好適なパターン形状の別の例を示す
図。
FIG. 5 is a diagram showing another example of a pattern shape suitable for the present invention.

【図6】本発明で好適なパターン形状の別の例を示す
図。
FIG. 6 is a diagram showing another example of a pattern shape suitable for the present invention.

【図7】本発明を角度検出装置に適用する場合に好適な
パターン形状の別の例を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing another example of a pattern shape suitable when the present invention is applied to an angle detection device.

【図8】本発明の第1の実施例による位置検出装置を備
えた投影露光装置の概略的な構成を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of a projection exposure apparatus having a position detection device according to the first embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第2の実施例の説明に供する図。FIG. 9 is a diagram for explaining a second embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第3の実施例の説明に供する図。
FIG. 10 is a diagram for explaining a third embodiment of the present invention.
..

【図11】本発明の第4の実施例の説明に供する図。
FIG. 11 is a diagram for explaining a fourth embodiment of the present invention.
..

【図12】本発明の第5の実施例の説明に供する図。
FIG. 12 is a diagram for explaining a fifth embodiment of the present invention.
..

【図13】従来の位置検出装置に使用されるパターン形
状の一例を示す図。
FIG. 13 is a diagram showing an example of a pattern shape used in a conventional position detecting device.

【図14】図13に示したパターンを用いたときに実際
に得られる信号波形の一例を示す図。
FIG. 14 is a diagram showing an example of a signal waveform actually obtained when the pattern shown in FIG. 13 is used.

【図15】図13に示したパターンを用いたときに得ら
れる理想的な信号波形の一例を示す図。
FIG. 15 is a diagram showing an example of an ideal signal waveform obtained when the pattern shown in FIG. 13 is used.

【図16】本発明による位置検出装置、特にパターン検
出光学系の構成の一例を模式的に示す図。
FIG. 16 is a diagram schematically showing an example of the configuration of a position detection device according to the present invention, particularly a pattern detection optical system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11、13、15、17 スリットパターン 101 ウエハステージ 103 基準部材 104 フィデューシャルマーク(スリットパターン) 105 投影レンズ 109 フォトディテクタ 111 干渉計 112 モータ 300 信号処理系 301 第1信号処理回路 302 第2信号処理回路 500 主制御系 L 測定光 M レチクル W ウェハ 11, 13, 15, 17 Slit pattern 101 Wafer stage 103 Reference member 104 Fiducial mark (slit pattern) 105 Projection lens 109 Photodetector 111 Interferometer 112 Motor 300 Signal processing system 301 First signal processing circuit 302 Second signal processing circuit 500 Main control system L Measuring light M Reticle W Wafer

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1のパターンを有する第1物体に対し
て第2のパターンを有する第2物体を所定の第1方向に
相対的に移動する手段と、前記第2物体の位置を検出す
る手段と、前記第1のパターンと第2のパターンとに照
明光を照射する照明手段と、前記照明光の照射によって
前記第1のパターンと第2のパターンとから発生する光
を受光する光電検出手段とを備え、前記第1物体と第2
物体とを前記第1方向に相対移動させたときに前記光電
検出手段から出力される検出信号と、前記検出手段から
の検出信号とに基づいて、前記第1物体と第2物体との
前記第1方向に関する相対位置を検出する装置におい
て、 前記第1のパターンと第2のパターンとは、前記第1方
向に関して周期性を有するとともに、前記検出信号の強
度を部分的に変化させるための特定パターンが前記第1
の方向と交差する第2の方向に形成されており;前記光
電検出手段からの検出信号の周期性に基づいて第1の位
置情報を発生する第1の信号処理手段と;前記光電検出
手段からの検出信号の強度に基づいて第2の位置情報を
発生する第2の信号処理手段とを備え、 前記第1の位置情報と第2の位置情報とに基づいて前記
相対位置を検出することを特徴とする位置検出装置。
1. A means for relatively moving a second object having a second pattern in a predetermined first direction with respect to a first object having a first pattern, and detecting the position of the second object. Means, illuminating means for irradiating the first pattern and the second pattern with illumination light, and photoelectric detection for receiving light generated from the first pattern and the second pattern by the illumination light irradiation. Means for providing the first object and the second object
Based on a detection signal output from the photoelectric detection unit when the object is relatively moved in the first direction and a detection signal from the detection unit, the first and second objects are detected. In a device for detecting a relative position in one direction, the first pattern and the second pattern have a periodicity in the first direction and a specific pattern for partially changing the intensity of the detection signal. Is the first
Is formed in a second direction intersecting with the direction; and first signal processing means for generating first position information based on the periodicity of the detection signal from the photoelectric detection means; A second signal processing means for generating second position information based on the intensity of the detection signal of 1., and detecting the relative position based on the first position information and the second position information. Characteristic position detection device.
JP3202952A 1991-08-13 1991-08-13 Position detector Pending JPH0547634A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3202952A JPH0547634A (en) 1991-08-13 1991-08-13 Position detector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3202952A JPH0547634A (en) 1991-08-13 1991-08-13 Position detector

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0547634A true JPH0547634A (en) 1993-02-26

Family

ID=16465885

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3202952A Pending JPH0547634A (en) 1991-08-13 1991-08-13 Position detector

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0547634A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6757629B2 (en) 2000-12-22 2004-06-29 Fujitsu Limited Calibration plate having accurately defined calibration pattern
JP2010153867A (en) * 2008-12-24 2010-07-08 Asml Netherlands Bv Lithographic apparatus and method of manufacturing device
JP2022183203A (en) * 2018-01-12 2022-12-08 ケーエルエー コーポレイション Metrology target and method with tilted periodic structure

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6757629B2 (en) 2000-12-22 2004-06-29 Fujitsu Limited Calibration plate having accurately defined calibration pattern
JP2010153867A (en) * 2008-12-24 2010-07-08 Asml Netherlands Bv Lithographic apparatus and method of manufacturing device
JP2022183203A (en) * 2018-01-12 2022-12-08 ケーエルエー コーポレイション Metrology target and method with tilted periodic structure

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2897276B2 (en) Positioning method and exposure apparatus
US5184196A (en) Projection exposure apparatus
US5004348A (en) Alignment device
US5576829A (en) Method and apparatus for inspecting a phase-shifted mask
US4566795A (en) Alignment apparatus
US5568257A (en) Adjusting device for an alignment apparatus
US5838450A (en) Direct reticle to wafer alignment using fluorescence for integrated circuit lithography
JP5137526B2 (en) Shape measuring apparatus, shape measuring method, and exposure apparatus
JPH0547634A (en) Position detector
JP3203676B2 (en) Projection exposure equipment
JP2574619B2 (en) Exposure equipment
JP3448673B2 (en) Projection exposure equipment
JP2814538B2 (en) Alignment device and alignment method
JPH08146592A (en) Inspection device and inspection method for phase shift mask
JP3106544B2 (en) Position detection device
JPH02133913A (en) Alignment apparatus
JP3218581B2 (en) Positioning method, exposure method and device manufacturing method using the method, and device manufactured by the manufacturing method
JP2892747B2 (en) Tilt or height detection method and device, and projection exposure method and device
JPH06267824A (en) Exposure
JP3305058B2 (en) Exposure method and apparatus
JP3209189B2 (en) Exposure apparatus and method
JPH0453220A (en) Projection optical device
JPH10125598A (en) Exposing method
JP3209186B2 (en) Exposure apparatus and method
JPH10270347A (en) Method and device for detecting alignment offset