JP3004303B2 - Exposure method and apparatus - Google Patents

Exposure method and apparatus

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JP3004303B2
JP3004303B2 JP2039417A JP3941790A JP3004303B2 JP 3004303 B2 JP3004303 B2 JP 3004303B2 JP 2039417 A JP2039417 A JP 2039417A JP 3941790 A JP3941790 A JP 3941790A JP 3004303 B2 JP3004303 B2 JP 3004303B2
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、露光方法及びその装置に係り、特に、被処
理基板上に形成されている位置合わせマークの検出が正
確に行なえる露光方法及びその装置に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exposure method and an exposure apparatus, and more particularly, to an exposure method and an exposure method capable of accurately detecting an alignment mark formed on a substrate to be processed. Regarding the device.

[従来の技術] 原画パターンをウエハに露光する投影露光装置には、
露光の解像力を向上するため、単波長光と、そのための
単波長光専用投影レンズとを用いる。
[Prior Art] A projection exposure apparatus that exposes an original pattern onto a wafer includes:
In order to improve the resolving power of exposure, a single-wavelength light and a single-wavelength light dedicated projection lens therefor are used.

そのため、位置合わせマーク検出の際にも、単波長光
で、照明し、検出を行なっている。
Therefore, even when detecting the alignment mark, it is illuminated with single-wavelength light and detected.

また、この投影露光装置に用いる単波長専用の縮小投
影レンズは、精密に作られるため、色収差補正が困難で
ある。
Further, since the reduction projection lens dedicated to a single wavelength used in this projection exposure apparatus is precisely manufactured, it is difficult to correct chromatic aberration.

従来の技術において、単波長光を利用した、位置合わ
せマークへの照明とその検出の状態を、第8図を用いて
説明する。
With reference to FIG. 8, the state of illumination and detection of an alignment mark using single-wavelength light in the prior art will be described.

第8図(A)に示すように、レチクル1の上から単波
長照明光102を照射し、縮小投影レンズ4を通して、ウ
エハ5上の位置合わせマーク25を照明する。ここからの
反射光を、ハーフミラー106で反射させて、検出器107で
検出する。
As shown in FIG. 8A, a single-wavelength illumination light 102 is irradiated from above the reticle 1, and the alignment mark 25 on the wafer 5 is illuminated through the reduction projection lens 4. The reflected light from here is reflected by the half mirror 106 and detected by the detector 107.

第8図(B)は、検出器107で検出した画像を拡大し
て示したものであり、マスク上の窓108の中に、位置合
わせマーク25が見えている。
FIG. 8B is an enlarged view of the image detected by the detector 107, and the alignment mark 25 is visible in the window 108 on the mask.

この位置合わせマーク25と、レチクル1に描かれたマ
ークとを一致させ、マスクパターンとウエハパターンと
を合わせている。
The alignment mark 25 and the mark drawn on the reticle 1 are matched to match the mask pattern with the wafer pattern.

一方、通常は、上記位置合わせマークの上には、パタ
ーン形成に必要なため、レジスト109が布装されてい
る。
On the other hand, usually, a resist 109 is provided on the alignment mark because it is necessary for pattern formation.

よって、上記位置合わせマーク近傍の断面図は、第9
図に示すように、マーク部分110と、レジスト部分111と
に分けて、考えることができる。
Therefore, the sectional view near the alignment mark is shown in FIG.
As shown in the drawing, the mark part 110 and the resist part 111 can be considered separately.

従って、この場合、レチクル1の上方から照明した単
波長光は、レジスト部分で干渉を起こすが、レジスト厚
さが均一ならば、干渉光の強度は一定である。
Therefore, in this case, the single-wavelength light illuminated from above the reticle 1 causes interference in the resist portion, but if the resist thickness is uniform, the intensity of the interference light is constant.

しかし、現実には、位置合わせマークの凹凸や、レジ
スト厚さ不均一のため、レジストにも凹凸が生じる。そ
のため、干渉光の強度は一定でなく、位置合わせマーク
の検出精度が低下するという問題が生じていた。
However, in reality, the resist has unevenness due to the unevenness of the alignment mark and the unevenness of the resist thickness. For this reason, the intensity of the interference light is not constant, and there has been a problem that the detection accuracy of the alignment mark is reduced.

この問題を解決するために、特開昭60−80223号公報
に記載されている技術では、照明光として、水銀灯の中
に含まれる輝線(特に輝度の高い光)、例えば、h線
(波長405nm)、g線(波長436nm)、e線(波長546n
m)、d線(波長577nm)の中から、2種類以上の波長の
光を選択して、照明し、検出した光の強度信号を合成す
ることにより、レジスト凹凸の影響を低減している。
In order to solve this problem, in the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-80223, a bright line (particularly high-brightness light) contained in a mercury lamp, for example, an h-line (wavelength of 405 nm) is used as illumination light. ), G-line (436 nm wavelength), e-line (546 nm wavelength)
m) and d-line (wavelength 577 nm), light of two or more wavelengths is selected, illuminated, and the intensity signal of the detected light is combined to reduce the influence of the resist unevenness.

一例として、第10図に、e線およびd線で照明した場
合の検出信号と、これを合成した信号を示す。
As an example, FIG. 10 shows a detection signal in the case of illuminating with the e-line and the d-line, and a signal obtained by combining the detection signals.

同図において、合成した信号を示す図の中心線に対し
て、対象となっている強度の低い部分が、位置合わせマ
ーク25の両端部112を示す。強度が低くなっているの
は、上から光が入射すると、端部で散乱され、上に戻る
光が少なくなるからである。
In the figure, the target low-intensity portions with respect to the center line in the diagram showing the synthesized signal indicate both end portions 112 of the alignment mark 25. The reason why the intensity is low is that when light enters from above, the light is scattered at the end portion and the amount of light returning to the top decreases.

すなわち、2つの信号を合成することにより、位置合
わせマーク25の両端部112が、対称に検出され、レジス
トの凹凸の影響が低減していることがわかる。
That is, by combining the two signals, both end portions 112 of the alignment mark 25 are detected symmetrically, and it is understood that the influence of the unevenness of the resist is reduced.

次に、見かけ上の波長を変えるようにして、照明し、
検出信号を合成する方法が特開昭60−136312号公報に記
載されている。
Next, illuminate by changing the apparent wavelength,
A method of synthesizing the detection signals is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 60-36312.

この技術は、第11図に示すように、照明光として、直
進性の高いレーザ113を用い、光路の途中にある反射鏡1
14を揺動することによって、照明光を、位置合わせマー
ク25を中心に揺動する技術である。すなわち、第12図に
示すように、レジスト109内で、光路長が変化すること
を利用したものである。
In this technique, as shown in FIG. 11, a laser 113 having high linearity is used as illumination light, and a reflecting mirror 1 in the middle of the optical path is used.
This is a technique of swinging the illumination light around the alignment mark 25 by swinging the 14. That is, as shown in FIG. 12, the fact that the optical path length changes in the resist 109 is used.

その結果、レジストの凹凸の影響が低減し、精度よ
く、位置合わせマークを検出できる。
As a result, the influence of the unevenness of the resist is reduced, and the alignment mark can be detected accurately.

また、特開平01−86518号公報に記載の技術は、照明
光として、波長が互いに27nmずつ異なる、4つのレーザ
光を使用することによって、レジスト内の干渉が低減で
き、精度よく、位置合わせマークを検出できることを示
している。特に、波長458,488,515,543nmのレーザを推
奨している。
Further, the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 01-86518 discloses that, as illumination light, four laser beams having wavelengths different from each other by 27 nm are used, so that interference in the resist can be reduced. Is detected. In particular, lasers with wavelengths of 458, 488, 515, and 543 nm are recommended.

[発明が解決しようとする課題 以上の従来技術の中で、最も優れた位置合わせマーク
検出精度を有するものは、特開平01−86518号公報に記
載の、いわゆる、4波長レーザ照明法、または、特開昭
60−136312号公報に記載の、いわゆる、レーザ揺動照明
法と考えられる。
[Problems to be Solved by the Invention] Among the above prior arts, the one having the highest alignment mark detection accuracy is a so-called four-wavelength laser illumination method described in JP-A-01-86518, or JP
This is considered to be a so-called laser swing illumination method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-136312.

しかし、4波長レーザ照明法では、4種のレーザ発振
器が必要なので、投影露光装置が高価になるという問題
がある。
However, in the four-wavelength laser illumination method, since four types of laser oscillators are required, there is a problem that the projection exposure apparatus becomes expensive.

また、レーザ揺動照明法は、レーザを揺動するための
可動部分が存在するので、光軸が変化し易く、位置合わ
せマーク検出精度が低下するという問題がある。
In addition, the laser swing illumination method has a problem that since there is a movable portion for swinging the laser, the optical axis is likely to change, and the accuracy of detecting the alignment mark is reduced.

本発明の第1の目的は、位置合わせマークの検出が精
度よく行なえる露光方法を提供することにある。
A first object of the present invention is to provide an exposure method capable of detecting an alignment mark with high accuracy.

また、本発明の第2の目的は、小形、安価で、かつ、
位置合わせマークの検出が精度よく行なえる露光装置を
提供することにある。
A second object of the present invention is to provide a small, inexpensive, and
An object of the present invention is to provide an exposure apparatus that can accurately detect an alignment mark.

[課題を解決するための手段] 上記第1の目的を達成するため、本発明の第1の態様
によれば、 原画パターンを被処理基板上に露光する露光装置であっ
て、 波長の異なる複数の光をそれぞれS偏光とP偏光とに分
離し、該分離された前記S偏光と前記P偏光とを互いに
異なる角度で前記被処理基板上に予め形成された位置合
わせマーク上に照射し、 該照射により前記位置合わせマークで回折された回折
光を、前記照射した複数の波長の光に対応して前記被処
理基板と光学的に共役な位置で検出し、 該検出した前記複数の波長の光に対応する回折光に基
づいて前記位置合わせマークの位置を求め 該求めた位置合わせマークの位置に基づいて前記原画
パターンと前記被処理基板との相対的な位置を調整し、 前記原画パターンを前記相対的に位置が調整された前
記被処理基板上に露光する、 ことを特徴とする露光方法が提供される。
[Means for Solving the Problems] To achieve the first object, according to a first aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus for exposing an original pattern onto a substrate to be processed, comprising: Are respectively separated into S-polarized light and P-polarized light, and the separated S-polarized light and the P-polarized light are irradiated onto the alignment mark formed on the substrate to be processed at different angles from each other, Detecting the diffracted light diffracted by the alignment mark by irradiation at a position optically conjugate with the substrate to be processed, corresponding to the irradiated light of the plurality of wavelengths, and detecting the detected light of the plurality of wavelengths; The relative position between the original pattern and the substrate to be processed is adjusted based on the position of the alignment mark obtained based on the position of the alignment mark obtained based on the diffracted light corresponding to the original image pattern. Relative position Exposing the substrate to be processed, the position of which is adjusted, to provide an exposure method.

また、上記第2の目的と達成するため、本発明の第2
の態様によれば、 原画パターンを被処理基板上に露光する露光装置であ
って、 波長の異なる複数の光を前記被処理基板上に予め形成
された位置合わせマーク上に照明する照明手段と、 前記被処理基板と光学的に共役な位置に配置されて前記
照射手段により照射され前記位置合わせマークにより回
折された回折光を前記照明した複数の波長の光に対応し
て検出する検出手段と、 前記検出手段により検出された前記複数の波長の光に対
応する回折光に基づいて前記位置合わせマークの位置を
検出する位置検出手段と、 を備え、 前記照射手段は、前記波長の異なる複数の光をそれぞ
れS偏光とP偏光とに分離する偏光分離部を有し、該偏
光分離部により分離された前記S偏光と前記P偏光とを
互いに異なる角度で前記被処理基板に照射する、 ことを特徴とする露光装置が提供される。
In order to achieve the second object, a second aspect of the present invention is provided.
According to the aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus for exposing an original image pattern on a substrate to be processed, and illuminating means for illuminating a plurality of lights having different wavelengths on an alignment mark formed in advance on the substrate to be processed. A detection unit that is disposed at a position optically conjugate with the substrate to be processed and detects the diffracted light irradiated by the irradiation unit and diffracted by the alignment mark in correspondence with the plurality of illuminated lights; Position detecting means for detecting the position of the alignment mark based on diffracted light corresponding to the light of the plurality of wavelengths detected by the detecting means, wherein the irradiating means comprises a plurality of lights having different wavelengths. Respectively, and irradiates the substrate to be processed with the S-polarized light and the P-polarized light separated by the polarized light separating unit at different angles from each other. An exposure apparatus is provided.

[作 用] 上記のように構成された露光装置において、照射手段
は、波長の異なる複数の光を前記被処理基板上に予め形
成された位置合わせマーク上に照射する。例えば、二つ
以上の、波長の異なる光を、各波長の光ごとに、識別可
能な第一の光と第二の光とに分離して、位置合わせマー
クに照射する。照射された光は、位置合わせマークにお
いて回折する。上記検出手段は、位置合わせマークによ
り回折された回折光を前記照射した複数の波長の光に対
応して検出する。この後、上記位置検出手段は、検出手
段により検出された前記複数の波長の光に対応する回折
光に基づいて前記位置合わせマークの位置を検出する。
[Operation] In the exposure apparatus configured as described above, the irradiating unit irradiates a plurality of lights having different wavelengths onto an alignment mark formed in advance on the substrate to be processed. For example, two or more lights having different wavelengths are separated into identifiable first light and second light for each light of each wavelength, and are irradiated on the alignment mark. The irradiated light is diffracted at the alignment mark. The detecting means detects the diffracted light diffracted by the alignment mark in correspondence with the plurality of irradiated lights. Thereafter, the position detecting means detects the position of the alignment mark based on the diffracted light corresponding to the light of the plurality of wavelengths detected by the detecting means.

このように、複数の回折光を検出することにより、干
渉の影響を減少させ、位置合わせマークの位置が精度よ
く検出できる。
As described above, by detecting a plurality of diffracted lights, the influence of interference is reduced, and the position of the alignment mark can be accurately detected.

そして、照明光として、二つの、波長の異なるレーザ
光を用いれば、二つのレーザ光で、四つの識別可能な光
を得ることができるので、四つの光源を用いて、四つの
波長の異なるレーザ光を用いたと同様に、位置合わせマ
ークの位置が精度よく検出できる。
If two laser beams having different wavelengths are used as the illumination light, four identifiable lights can be obtained with the two laser beams. As in the case of using light, the position of the alignment mark can be accurately detected.

また、レーザ揺動照明法のように、レーザを揺動する
ための可動部分は存在しないので、位置合わせマーク検
出精度が低下することはない。
Further, unlike the laser swing illumination method, there is no movable part for swinging the laser, so that the accuracy of the alignment mark detection does not decrease.

さらに、単に、2つの波長の光を垂直に入射した場合
に比べ、レジスト膜厚の不均一、および、パターン段差
により生じる、レジストの凹凸による干渉のための検出
精度の変動を大幅に低減することが可能となるので、レ
ジスト塗布むら、および、位置合わせマークのパターン
段差むらによる検出波形の非対称性が著しく小さくな
り、位置合わせマーク検出精度が顕著に向上し、目的と
するパターンが得られる。
Furthermore, compared to the case where light of two wavelengths is simply incident vertically, the fluctuation of the detection accuracy due to the unevenness of the resist and the interference due to the unevenness of the resist caused by the pattern step is significantly reduced. Therefore, the asymmetry of the detected waveform due to the unevenness of the resist application and the unevenness of the pattern of the alignment mark is significantly reduced, the accuracy of the alignment mark detection is remarkably improved, and the desired pattern can be obtained.

また、連続スペクトル成分、あるいは、多数のスペク
トルを有する光を用いて、検出系を構成することが困難
なパターン検出系において、パターンをおおっている被
検物の透明被膜の影響、および、パターン段差の影響を
受けることがないので、パターンの位置や、2次元(平
面)形状を正確に検出する上で、効果がある。
In addition, in a pattern detection system in which it is difficult to configure a detection system using continuous spectral components or light having a large number of spectra, the influence of the transparent coating of the test object covering the pattern, and the pattern steps Therefore, it is effective in accurately detecting the position of the pattern and the two-dimensional (planar) shape.

[実施例] 以下、本発明の第1実施例を、第1図から第7図、第
13図、第14図により説明する。
Embodiment Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIGS. 13 and 14.

第1図(A)は本実施例に係る露光装置で用いられる
位置合わせマーク検出装置の分解図、第1図(B)はウ
エハ上の位置合わせマークにレーザ光が照射した場合を
拡大して示す説明図、第2図は本実施例における光路を
説明するための説明図、第3図は検出された画像を示す
説明図、第4,5図は本実施例の原理を示す説明図、第6,7
図は実施例の効果を示す説明図、第13,14図は第1実施
例の解析式に数値を代入して結果を求めた表である。
FIG. 1A is an exploded view of an alignment mark detection device used in the exposure apparatus according to the present embodiment, and FIG. 1B is an enlarged view of a case where the alignment mark on the wafer is irradiated with laser light. FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining an optical path in this embodiment, FIG. 3 is an explanatory diagram showing a detected image, FIGS. 4 and 5 are explanatory diagrams showing the principle of the present embodiment, 6th, 7th
FIGS. 13 and 14 are explanatory diagrams showing the effects of the embodiment, and FIGS. 13 and 14 are tables obtained by substituting numerical values into the analytical expressions of the first embodiment.

第1図に示すように、本実施例の構成は、大別して、
位置合わせマークを照射するレーザを出射するレーザ出
射装置200と、位置合わせマークからの回折光を結像さ
せ、位置合わせ検出信号を出す位置合わせ光学装置201
と、レチクル1と、縮小投影レンズ4と、ウエハ5とか
らなる。
As shown in FIG. 1, the configuration of this embodiment is roughly divided into
A laser emitting device 200 that emits a laser for irradiating the alignment mark, and a positioning optical device 201 that forms an image of the diffracted light from the alignment mark and outputs a positioning detection signal.
, A reticle 1, a reduction projection lens 4, and a wafer 5.

各装置の構成を、レーザ光の進む方向に従って、説明
する。
The configuration of each device will be described according to the direction in which the laser beam travels.

まず、レーザ出射装置200の構成を説明する。 First, the configuration of the laser emitting device 200 will be described.

上記レーザ出射装置200は、波長λのレーザ光を出
射するレーザ光源11と,波長λのレーザ光を出射する
レーザ光源12とを有し、レーザ光源11の光路上前方に
は、二つのレーザ光源11,12から出射した二つのレーザ
光を一つの光路上に合わせるダイクロイックミラー13を
配置する。レーザ光源12の光路上前方には、波長λ
レーザ光を、上記ダイクロイックミラー13に入射させる
ための反射鏡39を配置する。
The laser emitting apparatus 200 includes a laser light source 11 for emitting a laser beam of wavelength lambda 1, and a laser light source 12 for emitting a laser beam having a wavelength lambda 2, the optical path in front of the laser light source 11, the two A dichroic mirror 13 for aligning two laser lights emitted from the laser light sources 11 and 12 on one optical path is arranged. On the optical path in front of the laser light source 12, a laser beam having a wavelength lambda 2, to place the reflecting mirror 39 for causing incident on the dichroic mirror 13.

上記ダイクロイックミラー13の前方には、4分の1波
長板14を配置し、さらに、その前方には、複屈折プリズ
ム15を配置する。上記複屈折プリズム15の前方には、こ
の複屈折プラズム15により偏光したレーザ光の一つであ
る、S偏光レーザ光を微小角θだけ屈折させ、光軸から
離れて直進させるためのレンズ16を配置し、その背後に
は、レーザ光を位置合わせ光学装置に導くための反射鏡
19を配置する。
A quarter-wave plate 14 is arranged in front of the dichroic mirror 13, and a birefringent prism 15 is arranged in front of the quarter-wave plate 14. In front of the birefringent prism 15, a lens 16 for refracting an S-polarized laser beam, which is one of the laser beams polarized by the birefringent plasma 15, by a small angle θ and traveling straight away from the optical axis, is provided. Behind it is a reflector for guiding the laser light to the alignment optics behind it
Place 19

次に、位置合わせ光学装置201の構成を、上記と同様
に、レーザ光の進む方向に従って、説明する。
Next, the configuration of the positioning optical device 201 will be described in the same manner as described above, according to the traveling direction of the laser beam.

レーザ出射装置200からのレーザ光を屈折させるため
のハーフプリズム20を、上記反射鏡19の前方に、配置す
る。このハーフプリズム20の前方には、レンズ21を配置
する。さらに、このレンズ21の前方には、レーザ光を縮
小投影レンズ4に入射させるための、反射鏡22を配置す
る。
A half prism 20 for refracting the laser light from the laser emitting device 200 is arranged in front of the reflecting mirror 19. A lens 21 is disposed in front of the half prism 20. Further, in front of the lens 21, a reflecting mirror 22 for causing the laser light to enter the reduction projection lens 4 is arranged.

次に、ウエハ5上の位置合わせマークに入射したレー
ザ光は、上記ウエハ5上の位置合わせマークにおいて回
折されるので、この回折光の進む方向に従って、位置合
わせ光学装置201の構成を、説明する。
Next, since the laser beam incident on the alignment mark on the wafer 5 is diffracted at the alignment mark on the wafer 5, the configuration of the alignment optical device 201 will be described according to the traveling direction of the diffracted light. .

ハーフプリズム20の前方には、波長λのレーザ光を
反射するダイクロイックミラー30を配置する。このダイ
クロイックミラー30の上方には、反射鏡41を配置し、そ
の前方には、波長λのレーザ光による、位置合わせマ
ークの実像31を検出する光電素子33を配置する。
In front of the half prism 20, to arrange the dichroic mirror 30 for reflecting a laser beam having a wavelength lambda 2. The Above the dichroic mirror 30, a reflecting mirror 41 is disposed in its forward, placing the photoelectric device 33 for detecting the by the laser beam wavelength lambda 2, a real image 31 of the alignment mark.

上記ダイクロイックミラー30の前方には、波長λ
レーザ光による、位置合わせマークの実像29を検出する
光電素子32を配置する。
In front of the dichroic mirror 30, disposing the photoelectric element 32 to detect the by the laser beam wavelength lambda 2, a real image 29 of the alignment mark.

さらに、上記二つの光電素子32,33からの電気信号を
加算し、一つの検出信号35を得るための信号加算器34を
有する。
Further, a signal adder 34 for adding the electric signals from the two photoelectric elements 32 and 33 to obtain one detection signal 35 is provided.

なお、ハーフプリズム20、レンズ21、反射鏡22の三つ
の要素は、レーザ出射装置200と位置合わせ光学装置201
とに共通の要素である。
Note that the three elements of the half prism 20, the lens 21, and the reflecting mirror 22 are the laser emitting device 200 and the positioning optical device 201.
And are common elements.

レチクル1の下面には、破線2に囲まれた部分に回路
パターンが描画されており、また、レチクル位置合わせ
マーク3a,3bの上方には、それぞれ、レチクル位置検出
装置7a,7bを設けている。
On the lower surface of the reticle 1, a circuit pattern is drawn in a portion surrounded by a broken line 2, and reticle position detecting devices 7a and 7b are provided above the reticle alignment marks 3a and 3b, respectively. .

レチクル1の下方には、レチクルのパターンを縮小
し、ウエハ5上に結像するための縮小投影レンズ4を配
置する。
Below the reticle 1, a reduction projection lens 4 for reducing the reticle pattern and forming an image on the wafer 5 is arranged.

さらに、縮小投影レンズ4の下方には、図示していな
いステージに乗せた、ウエハ5を配置する。
Further, below the reduction projection lens 4, a wafer 5 placed on a stage (not shown) is arranged.

次に、本実施例の作用について、第1図を用いて、簡
単に、説明する。
Next, the operation of this embodiment will be briefly described with reference to FIG.

まず、後述する、ウエハ位置合わせマーク検出を行な
い、ウエハ5の位置を検出する。つぎに、レチクル1を
微動し、レチクル1上に描画されているレチクル位置合
わせマーク3a,3bと、レチクル位置検出系7a,7bとによ
り、レチクル位置を制御し、目的とする位置にレチクル
1をあわせる。この結果、レチクル1に描画されている
パターンが、ウエハ5上に、目的とする位置精度で重な
る。つぎに、レチクル1上方にある露光照明系(図示せ
ず)により、露光照明光をレチクル1に照射する。その
結果、レチクル1の下面に描画された回路パターンは、
縮小投影レンズ4により縮小され、ウエハ5上のチップ
6に焼き付けられ、重ね露光が終了する。
First, the position of the wafer 5 is detected by detecting a wafer alignment mark, which will be described later. Next, the reticle 1 is slightly moved, and the reticle position is controlled by the reticle alignment marks 3a and 3b drawn on the reticle 1 and the reticle position detection systems 7a and 7b, and the reticle 1 is moved to a target position. Fit together. As a result, the pattern drawn on the reticle 1 overlaps the wafer 5 with the desired positional accuracy. Next, an exposure illumination system (not shown) above the reticle 1 irradiates the reticle 1 with exposure illumination light. As a result, the circuit pattern drawn on the lower surface of the reticle 1 is
The image is reduced by the reduction projection lens 4 and printed on the chip 6 on the wafer 5, and the overlap exposure is completed.

次に、本実施例のウエハ位置合わせマーク検出装置の
作用について、レーザ光の進む方向に従って、第1図に
より説明する。
Next, the operation of the wafer alignment mark detecting device according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

光源11および12からは、それぞれ、波長λおよびλ
のレーザ光が出射され、両者はダイクロイックミラー
13により、一つの光路上に合わされる。上記レーザ光
は、直線偏光であるから、4分の1波長板14を経て、円
偏光となり、複屈折プリズム15に達する。
From the light sources 11 and 12, the wavelengths λ 1 and λ
2 laser light is emitted, and both are dichroic mirrors
By 13 it is combined on one optical path. Since the laser light is linearly polarized light, it becomes circularly polarized light via the quarter-wave plate 14 and reaches the birefringent prism 15.

このため、上記波長λ1のレーザ光は、複屈折プ
リズム15を通過することにより、両者とも、それぞれ、
P偏光レーザ17と、S偏光レーザ18とに分岐する。
Therefore, the laser beams having the wavelengths λ 1 and λ 2 pass through the birefringent prism 15 so that
The light is branched into a P-polarized laser 17 and an S-polarized laser 18.

その後、P偏光レーザ17は、光軸上を直進するが、S
偏光レーザ18は、レンズ16を通過することにより、微小
角θだけ屈折し、光軸から離れて直進する。
Thereafter, the P-polarized laser 17 goes straight on the optical axis,
The polarized laser beam 18 is refracted by a small angle θ by passing through the lens 16, and goes straight away from the optical axis.

次に、波長λのP偏光レーザ17に着目して、更に、
説明を続ける。
Then, by focusing on the P-polarized laser 17 with a wavelength lambda 1, further
Continue explanation.

P偏光レーザ17は、反射鏡19で反射して、ハーフプリ
ズム20(半透明プリズムをハーフプリズムと言う)、レ
ンズ21、反射鏡22を経て、光線23となり、縮小レンズ4
に達する。
The P-polarized laser 17 is reflected by a reflecting mirror 19, passes through a half prism 20 (a semi-transparent prism is referred to as a half prism), a lens 21, and a reflecting mirror 22, and becomes a light ray 23.
Reach

一方、S偏光レーザ18は、光軸上は通らないが、ほぼ
上記と同じ経路をたどって光線24となり縮小レンズ4に
達する。
On the other hand, the S-polarized laser 18 does not pass on the optical axis, but follows almost the same path as described above to become a light ray 24 and reaches the reduction lens 4.

光線23と光線24とは、第1図(B)に示すように、ウ
エハ上の位置合わせマーク25を照明する。
The rays 23 and 24 illuminate the alignment marks 25 on the wafer, as shown in FIG.

位置合わせマークは、2〜3μm角の凹形または凸形
のパターンで形成されており、レーザ光が当ると、同図
中の破線で示す26および27のような回折光が生じる。こ
の回折光は、往路と逆方向に縮小レンズ4、反射鏡22を
経て、像28として、一度、結像する。この像28は、更
に、レンズ21で拡大され、ハーフプリズム20、反射鏡41
を経て、実像29となる。
The alignment mark is formed in a concave or convex pattern of 2 to 3 μm square, and when irradiated with laser light, diffracted light such as 26 and 27 indicated by broken lines in FIG. This diffracted light passes through the reduction lens 4 and the reflecting mirror 22 in the direction opposite to the outward path, and forms an image once as an image 28. This image 28 is further enlarged by the lens 21 and the half prism 20, the reflecting mirror 41
After that, the real image 29 is obtained.

すなわち、位置合わせマーク25の位置と、実像29の位
置とは、共役の関係になっており、光線23と24とで照明
された実像29は、同じ位置に結像する。
That is, the position of the alignment mark 25 and the position of the real image 29 are in a conjugate relationship, and the real image 29 illuminated by the light rays 23 and 24 forms an image at the same position.

ただし、縮小レンズ4には色収差が存在するため、波
長λとλとのレーザ光では、結像する位置が異なっ
ている。
However, since the reduction lens 4 present chromatic aberration, the laser light of the wavelength lambda 1 and lambda 2, a position for imaging are different.

そこで、中間にダイクロイックミラー30を設け、波長
λの光を、反射させて、実像31として結像させる。
Therefore, a dichroic mirror 30 is provided in the middle, and the light of wavelength λ 2 is reflected to form an image as a real image 31.

そして、二つの実像29および31は、別々の光電素子3
2,33で検出し、電気信号に変換した後、信号加算器34で
加算することにより、レジスト内での干渉の影響を除去
した、一つの検出信号35を得ることができる。
Then, the two real images 29 and 31 are separate photoelectric elements 3
After detection by 2 and 33, conversion into an electric signal, and addition by a signal adder 34, one detection signal 35 from which the influence of interference in the resist has been removed can be obtained.

この検出信号35を、予め記憶させているステージの基
準マーク(図示していない)の信号と比較し、ウエハの
位置合わせマーク25の位置と、ステージの基準マークの
位置とを一致させることにより、ウエハ位置合わせは終
了する。
The detection signal 35 is compared with a signal of a reference mark (not shown) of the stage stored in advance, and the position of the alignment mark 25 on the wafer is matched with the position of the reference mark on the stage. The wafer alignment ends.

次に、波長λまたはλのレーザ光の光路を第2図
を用いて、説明する。
Next, the optical path of the laser beam having the wavelength lambda 1 or lambda 2 with reference to FIG. 2, will be described.

第2図(A)は、P偏光レーザ光17の光路を示し、第
2図(B)は、S偏光レーザ光18の光路を示している。
FIG. 2A shows an optical path of the P-polarized laser light 17, and FIG. 2B shows an optical path of the S-polarized laser light 18.

第2図(A)に示すように、4分の1波長板14に入射
した平行レーザ光は、複屈折プリズム15を通ることによ
り、P偏光レーザ光17とS偏光レーザ光18とに分岐され
る。
As shown in FIG. 2A, the parallel laser light incident on the quarter-wave plate 14 is split into a P-polarized laser light 17 and an S-polarized laser light 18 by passing through a birefringent prism 15. You.

P偏光レーザ光17は直進し、レンズ16とレンズ21を経
て、縮小レンズ4の入射瞳40に集光する。
The P-polarized laser light 17 travels straight, passes through the lens 16 and the lens 21, and is condensed on the entrance pupil 40 of the reduction lens 4.

その後、ウエハ5に、入射角零度で、照射される。 Thereafter, the wafer 5 is irradiated at an incident angle of zero degree.

一方、S偏光レーザ18は、レンズ16を通過し、微小角
θだけ屈折して進行し、さらに、レンズ21により屈折
し、像28の位置を通って、入射瞳41に集光した後、平行
光となって、ウエハ5上に、所定の入射角で、斜めに照
射する。
On the other hand, the S-polarized laser 18 passes through the lens 16, refracts by a small angle θ, travels, further refracts by the lens 21, passes through the position of the image 28, condenses on the entrance pupil 41, It becomes light and irradiates the wafer 5 obliquely at a predetermined incident angle.

位置合わせマーク25と像28の位置とは、共役の関係に
あり、レーザ光が像28の位置を通っているので、ウエハ
5上の位置合わせマーク25を照明することができる。
The alignment mark 25 and the position of the image 28 have a conjugate relationship, and the laser beam passes through the position of the image 28, so that the alignment mark 25 on the wafer 5 can be illuminated.

この場合、ウエハ5上を照明する2つのレーザ光は、
1つのレーザ光を分岐したものであるから、一般には、
ウエハ5上で干渉を起こし、激しい照明むらが生じる。
In this case, two laser lights that illuminate the wafer 5 are:
Since one laser beam is branched, in general,
Interference occurs on the wafer 5 and intense illumination unevenness occurs.

この現像を回避するために、本実施例においては、複
屈折プリズム15が、円偏光を、S偏光とP偏光とに分岐
する性質を利用する。
In order to avoid this development, the present embodiment utilizes the property of the birefringent prism 15 to split circularly polarized light into S-polarized light and P-polarized light.

すなわち、第2図(A)では、P偏光レーザをウエハ
5上に、第2図(B)では、S偏光レーザをウエハ5上
に、それぞれ照射している。このようにしたのは、P偏
光レーザとS偏光レーザとは、振動面が異なるため、同
時に照明しても、互いに干渉しないからである。
That is, in FIG. 2A, the P-polarized laser is irradiated on the wafer 5, and in FIG. 2B, the S-polarized laser is irradiated on the wafer 5. The reason for this is that the P-polarized laser and the S-polarized laser have different vibration planes and do not interfere with each other even if they are illuminated simultaneously.

従って、一つのレーザ光を分岐して、見かけ上二つの
レーザ光として、使用することができる。
Therefore, one laser beam can be branched and used as apparently two laser beams.

次に、本実施例の位置合わせマーク検出方式の原理
と、理論的背景とを第4図を用いて、説明する。
Next, the principle of the alignment mark detection method of this embodiment and the theoretical background will be described with reference to FIG.

特開平01−86518号公報の記載によれば、照明光は、
互いに、約27nm波長の異なった4つのレーザ光で照明す
ることが望ましいことが示されている。
According to the description of JP-A-01-86518, the illumination light is
It has been shown that it is desirable to illuminate each other with four different laser beams of about 27 nm wavelength.

この従来技術に従い、第1図(B)における入射光と
して、互いに、27nmだけ異なった波長λ1′,λ2,
λ′のレーザを用い、各波長の回折光を合成して、検
出すればよいのであるが、4個のレーザ光源が必要なた
め、装置が高価になる。
According to this prior art, as incident light in FIG. 1 (B), wavelengths λ 1 , λ 1 ′, λ 2 ,
What is necessary is to combine and detect the diffracted lights of each wavelength using the laser of λ 2 ′, but the apparatus becomes expensive because four laser light sources are required.

そこで、位置合わせマークに対する、垂直入射光23と
して、λ1の波長のレーザを用い、回折光26を検出
すると共に、傾斜させた入射光24にも、λ1の波長
のレーザを用い、回折光27を検出する。
Therefore, a laser having a wavelength of λ 1 , λ 2 is used as the vertical incident light 23 for the alignment mark, the diffracted light 26 is detected, and the inclined incident light 24 has a wavelength of λ 1 , λ 2 . Using a laser, the diffracted light 27 is detected.

この傾斜させた入射光24により、見かけ上λ′,λ
′の波長の光を、垂直入射光23として照射し、回折光
26を検出したものと同じ効果を得ることができる。
Due to the inclined incident light 24, apparently λ 1 ′, λ
2 ′ wavelength light is irradiated as vertically incident light 23 and diffracted light
The same effect as that obtained by detecting 26 can be obtained.

以上が、本実施例の位置合わせマーク検出方式の原理
である。
The above is the principle of the alignment mark detection method of the present embodiment.

上記原理を、位置合わせマークの段差と、レジスト厚
さとの影響に着目して説明する。
The above principle will be described focusing on the influence of the step of the alignment mark and the resist thickness.

初めに、パターン段差の影響に着目して、上記原理を
説明する。
First, the above-described principle will be described focusing on the influence of a pattern step.

第4図は、第1図(A)の位置合わせマーク25の上
に、レジスト25を塗布したものの断面を示す。
FIG. 4 shows a cross section of a resist 25 applied on the alignment mark 25 of FIG. 1 (A).

光線53は、位置合わせマークの上面で回折したもので
あり、光線54は、位置合わせマークの下面で回折したも
のである。両者の光線の位相差δは次式で表わされ
る。
The light ray 53 is diffracted on the upper surface of the alignment mark, and the light ray 54 is diffracted on the lower surface of the alignment mark. The phase difference [delta] 1 of both beams is expressed by the following equation.

ただし、 ここで、hはパターン段差、pはパターンのピッチ、n2
はレジストの屈折率である。
However, Here, h is the step of the pattern, p is the pitch of the pattern, n 2
Is the refractive index of the resist.

θ=0の場合、波長λおよびλ′で照明した時の
位相差をδ10およびδ10′とすると、次式となる。
When θ = 0, assuming that the phase difference at the time of illumination at wavelengths λ 1 and λ 1 ′ is δ 10 and δ 10 ′, the following equation is obtained.

ただし、 一方、波長λ、入射角θ21、照明した時の位相差をδ
11とすると次式となる。
However, On the other hand, the wavelength λ 1 , the incident angle θ 21 , and the phase difference when illuminated are δ
If it is 11 , it becomes the following formula.

ただし、 ここで、δ11=δ10′とすると 式(5)〜(8)を用いて、波長λで照明した時の
θ112121′,θ11′を求めることができる。
However, Where δ 11 = δ 10 Using the equations (5) to (8), θ 11 , θ 21 , θ 21 ′, and θ 11 ′ when illuminated at the wavelength λ 1 can be obtained.

すなわち、レジストの上からθ11の入射角で、波長λ
の光を照射し、回折角θ11′の回折光を検出すれば、
波長λ′の光を垂直に照射して、その時の回折光を検
出したのと同じ効果が得られることがわかる。
That is, at the incident angle of θ 11 from above the resist, the wavelength λ
Irradiating the light of 1 and detecting the diffracted light at the diffraction angle θ 11 ′,
It can be seen that the same effect as when the light of wavelength λ 1 ′ is irradiated vertically and the diffracted light at that time is detected is obtained.

同様にして、波長λで照明した時の値も求めること
ができる。
Similarly, it is possible to determine the values when illuminated with wavelength lambda 2.

λ=0.488μm、λ=0.543μm、p=5μm、n1
=1、n2=1.64とした時の上記の値を上式から求めた結
果を、第13図に示す。
λ 1 = 0.488 μm, λ 2 = 0.543 μm, p = 5 μm, n 1
FIG. 13 shows the result obtained by calculating the above values from the above equation when = 1 and n 2 = 1.64.

なお、波長0.448μmのレーザとしては、Arレーザを
用い、波長0.543μmのレーザとしては、He−Neレーザ
を用いる。
Note that an Ar laser is used as a laser having a wavelength of 0.448 μm, and a He—Ne laser is used as a laser having a wavelength of 0.543 μm.

第13図に示すように、上記の2つの波長λ1のレ
ーザ光を垂直および27.51度を傾けて、位置合わせマー
クを照射し、第1図(B)に示す回折光26,27を検出す
ることにより、波長0.488,0.515,0.543,0.570μmの四
つのレーザ光で照明したのと同じ効果が得られることが
わかる。
As shown in FIG. 13, the laser beams of the two wavelengths λ 1 and λ 2 are vertically and tilted by 27.51 degrees to irradiate the alignment mark, and the diffracted lights 26 and 27 shown in FIG. , It can be seen that the same effect as when illuminated with four laser beams having wavelengths of 0.488, 0.515, 0.543, and 0.570 μm can be obtained.

次に、レジスト厚さの影響に着目して、第5図を用い
て説明する。
Next, the effect of the resist thickness will be described with reference to FIG.

第5図は、位置合わせマーク25の上に、レジスト52が
塗布された状態を示したものである。
FIG. 5 shows a state in which a resist 52 is applied on the alignment mark 25.

光線55が、角度θで入射すると、点Aに達し、回折
光56を生ずる。一方、点Aでの0次回折光(正反射光)
はAからBを経て、Cを照射し、回折光57を生じ、その
結果、光線56と57とが干渉する。
When the ray 55 enters at an angle θ 1 , it reaches point A, producing a diffracted light 56. On the other hand, the zero-order diffracted light (specular reflection light) at point A
Illuminates C from A through B, producing diffracted light 57, so that rays 56 and 57 interfere.

両者の位相差εは、次式で表わされる。Both the phase difference epsilon 1 is expressed by the following equation.

ただし、 ここで、dはレジスト厚さ、n2はレジストの屈折率であ
る。
However, Here, d is the resist thickness, and n 2 is the refractive index of the resist.

θ=0の場合、波長λおよびλ′で照明した時
の位相差をε10およびε10′とすると、これらは、次式
で表わされる。
In the case of θ 1 = 0, assuming that the phase differences when illuminated at wavelengths λ 1 and λ 1 ′ are ε 10 and ε 10 ′, these are expressed by the following equations.

一方、波長λ、入射角θ21で照明した時の位相差
を、ε11とすると次式となる。
On the other hand, the wavelength lambda 1, the phase difference when illuminated with an incident angle theta 21, when the epsilon 11 by the following equation.

ただし、 ここで、ε10=ε10′とすると 式(13)〜(16)を用いて、波長λで照明した時のθ
112121′,θ11′を求めることができる。
However, Here, if ε 10 = ε 10 ′, Using equations (13) to (16), θ when illuminated at wavelength λ 1
11 , θ 21 , θ 21 ′, and θ 11 ′ can be obtained.

同様にして、波長λで照明した時の値も求めること
ができる。
Similarly, it is possible to determine the values when illuminated with wavelength lambda 2.

λ=0.488μm、λ=0.543μm、p=5μm、n1
=1、n2=1.64とした時の上記の値を上式から求めた結
果を第14図に示す。
λ 1 = 0.488 μm, λ 2 = 0.543 μm, p = 5 μm, n 1
FIG. 14 shows the results obtained from the above equation when the above values were set to = 1 and n 2 = 1.64.

第14図に示すように、上記の波長のレーザを、垂直お
よび24.81度傾けてレジスト付位置合わせマークを照射
し、第1図(B)の回折光26,27を検出することによ
り、波長0.488,0.515,0.543,0.570μmのレーザ光で照
明したのと同じ効果が得られることがわかる。
As shown in FIG. 14, the laser having the above wavelength is irradiated vertically and inclined by 24.81 degrees to the registration mark with resist, and the diffracted lights 26 and 27 shown in FIG. It can be seen that the same effect as when illuminated with laser beams of 0.515, 0.543 and 0.570 μm can be obtained.

以上を総合すると、波長0.488μmおよび0.543μmの
レーザ光を、垂直および約26゜傾けて、位置合わせマー
クを照射する構造にすれば、四つレーザ光源を用いなく
てもよいことがわかる。
Summarizing the above, it can be understood that four laser light sources need not be used if laser beams having wavelengths of 0.488 μm and 0.543 μm are vertically and inclined by about 26 ° to irradiate the alignment mark.

波長0.488μmのレーザはArレーザにより、また、波
長0.543μmのレーザはHe−Neレーザにより容易に得ら
れるので実現し易い。
The laser having a wavelength of 0.488 μm can be easily obtained by an Ar laser, and the laser having a wavelength of 0.543 μm can be easily obtained by a He—Ne laser.

次に、本実施例の検出装置を用いて、位置合わせマー
クを検出した場合の検出信号の表示状態を、第3図に示
す。
Next, FIG. 3 shows a display state of a detection signal when an alignment mark is detected using the detection device of this embodiment.

第3図(A)は、第1図(A)での検出信号35を、TV
モニタ50にディスプレーしたものであり、第1図(B)
での位置合わせマーク25が、明信号51として現われてい
る。
FIG. 3A shows the detection signal 35 in FIG.
FIG. 1 (B) is a display on the monitor 50.
Alignment mark 25 at appears as bright signal 51.

第3図(B)は、走査線の信号を示したもので、横軸
はx座標、縦軸は電圧Vである。この信号の中央値を求
めて、ウエハ上の位置合わせマークの位置x0とする。
FIG. 3B shows a signal of a scanning line. The horizontal axis represents the x coordinate, and the vertical axis represents the voltage V. Seeking the center of this signal, the position x 0 of the alignment mark on the wafer.

このウエハの位置合わせマークの位置x0を、予め記憶
させているステージの基準マークの位置(図示していな
い)と比較し、上記二つのマークの位置を一致させるこ
とにより、ウエハ位置合わせは終了する。
The position x 0 of the alignment mark of the wafer, as compared to the position of the reference mark of the stage that is previously stored (not shown), by matching the positions of the two marks, the wafer alignment ends I do.

次に、第6図を用いて、上記レーザ光を照射した場合
の、ウエア上の位置合わせマークのパターン段差hと、
第4図に示した回折光53,54の干渉強度との関係を示
す。
Next, referring to FIG. 6, a pattern step h of an alignment mark on the wear when the laser light is irradiated,
5 shows a relationship with the interference intensity of the diffracted lights 53 and 54 shown in FIG.

第6図(A)は、第1図(B)において、波長0.488
μmのレーザ光を入射光23として入射し、回折光26のみ
を検出した場合を示す。
FIG. 6 (A) shows the wavelength 0.488 in FIG. 1 (B).
A case is shown in which a laser beam of μm is incident as incident light 23 and only the diffracted light 26 is detected.

横軸60は、ウエハ上の位置合わせマークのパターン段
差の値であり、縦軸61は回折光検出値である。
The horizontal axis 60 is the value of the pattern step of the alignment mark on the wafer, and the vertical axis 61 is the diffraction light detection value.

同図に示すように、回折光検出値61は、パターン段差
の値60の影響を大きく受け、0.0〜1.0の間で変動してい
る。回折光検出値61が0.0ということは、パターン回折
光信号が0になることを意味するから、ウエハ上の位置
合わせマークの検出が不可能になってしまう。
As shown in the figure, the detected value 61 of the diffracted light is greatly affected by the value 60 of the pattern step, and fluctuates between 0.0 and 1.0. Since the diffraction light detection value 61 of 0.0 means that the pattern diffraction light signal becomes 0, it becomes impossible to detect the alignment mark on the wafer.

これに対し、第6図(B)は、2波長レーザを照射
し、2つの回折光26,27を検出した場合を示す。
On the other hand, FIG. 6 (B) shows a case where a two-wavelength laser is irradiated and two diffracted lights 26 and 27 are detected.

同図より、本実施例によれば、パターン段差が変化し
ても、回折光検出値61の変動が少なくなっており、ウエ
ハ上の位置合わせマークの検出が可能であることがわか
る。
It can be seen from the figure that, according to the present embodiment, even if the pattern step changes, the fluctuation of the diffracted light detection value 61 is small, and the alignment mark on the wafer can be detected.

以上は、パターン段差hを変化させた場合であるが、
レジスト厚さdを変化させた場合にも同様である。
The above is a case where the pattern step h is changed.
The same applies to the case where the resist thickness d is changed.

第7図は、レジスト塗布むらのあるパターンを検出し
た時の、回折光検出信号を示す。
FIG. 7 shows a diffraction light detection signal when a pattern having uneven resist coating is detected.

横軸は、第1図(B)に示す矢印xの方向に相当し、
縦軸は検出した信号電圧である。
The horizontal axis corresponds to the direction of the arrow x shown in FIG.
The vertical axis is the detected signal voltage.

第7図(A)、(B)は、波長0.488μmのレーザ光
で照明した時の、2つの回折光のそれぞれの検出信号、
同(C)、(D)は、波長0.543μmのレーザ光で照明
した時の、2つの回折光のそれぞれの検出信号、同
(E)は、(A)〜(D)の平均値である。
FIGS. 7A and 7B show detection signals of two diffracted lights when illuminated with a laser beam having a wavelength of 0.488 μm,
(C) and (D) show detection signals of two diffracted lights when illuminated with a laser beam having a wavelength of 0.543 μm, and (E) shows an average value of (A) to (D). .

これらの図から、それぞれの検出信号は非対称である
ことがわかるが、平均化したものは対称となっており、
本実施例の効果が表われていることがわかる。
From these figures, it can be seen that each detection signal is asymmetric, but the averaged one is symmetric,
It can be seen that the effect of this embodiment is exhibited.

以上の実施例では、第1図(A)において、照射光を
傾ける手段として、複屈折プリズム15を使用したが、複
屈折プリズムの代わりに、ガルバミラーを設けてもよ
い。
In the above embodiment, the birefringent prism 15 is used as a means for tilting the irradiation light in FIG. 1A, but a galvanic mirror may be provided instead of the birefringent prism.

この場合、初めに、光軸上を進む光線により、位置合
わせマークを照明し、検出し、その検出画像をメモリに
記録する。次に、ガルバミラーを傾斜させ、斜めから、
レーザ光を照射して、回折光を検出し、その検出画像を
メモリに記録し、先にメモリに記録した画像と重ね合わ
せることによって、画像を検出する。
In this case, first, the alignment mark is illuminated and detected by a light beam traveling on the optical axis, and the detected image is recorded in the memory. Next, tilt the Galva mirror, and from diagonally,
The image is detected by irradiating a laser beam, detecting the diffracted light, recording the detected image in a memory, and superimposing the image on the image previously recorded in the memory.

さらに、照射光を傾ける手段として、AO変向器、EO変
向器または薄膜デバイスを用いてもよい。
Further, an AO diverter, an EO diverter, or a thin film device may be used as a means for tilting the irradiation light.

また、以上は、すべて位置合わせマークからの回折光
を検出する方式を説明したが、照射光を傾ける手段とし
て複屈折プリズムを使用し、位置合わせマークからの正
反射光を検出し、位置合わせマーク像を求め、その位置
合わせマークの位置を求めてもよい。
In the above description, the method of detecting the diffracted light from the alignment mark has been described.However, a birefringent prism is used as a means for inclining the irradiation light, and the regular reflection light from the alignment mark is detected, and the alignment mark is detected. An image may be obtained, and the position of the alignment mark may be obtained.

以上は、一つの位置合わせマークの検出光学系を説明
したが、実際の使用に当っては、これと直角方向に配置
した、もう一つの位置合わせマーク36(第1図参照)を
検出する光学系が必要である。これは、これまで説明し
た光学系を、単に、直角方向に設ければ実現できる。
In the above, one detection mark detection optical system has been described. However, in actual use, an optical system for detecting another registration mark 36 (see FIG. 1) arranged in a direction perpendicular to this position. A system is required. This can be realized by simply providing the optical system described so far in a right angle direction.

次に、第2の実施例として、第1の実施例にかかる位
置合わせマーク検出装置を用いた位置合わせ装置、およ
び、投影露光装置を、第16図に示す。
Next, as a second embodiment, FIG. 16 shows a positioning device and a projection exposure device using the positioning mark detection device according to the first embodiment.

同図において露光照明用光源73の下方には、露光軸72
を一致させて、原画パターンが描画されているレチクル
1、縮小レンズ4が配置され、さらに、縮小投影レンズ
4の下方には、回転ステージ70を上に乗せたXYステージ
が配置される。回転ステージ70の上には、ウエハ5が置
かれる。
In the figure, an exposure axis 72 is provided below a light source 73 for exposure illumination.
The reticle 1 on which the original image pattern is drawn and the reduction lens 4 are arranged, and below the reduction projection lens 4, an XY stage on which a rotary stage 70 is mounted is arranged. The wafer 5 is placed on the rotating stage 70.

また、位置合わせマーク検出のために、レーザ出射装
置と位置合わせ光学装置が、第1実施例と同様の構成で
配置される。
Further, for detecting the alignment mark, the laser emitting device and the alignment optical device are arranged in the same configuration as in the first embodiment.

本実施例の作用を、次に示す。 The operation of the present embodiment will be described below.

レチクル位置検出系7a,7bにより、レチクル1の所定
位置を露出軸72に合わせる。次に、回転ステージ70とXY
ステージ71の基準マークを所定位置に合わせ、この位置
を位置合わせ修正装置に記憶させる。その後、実施例1
に記載された方法でウエハ5の位置合わせマークを検出
し、この検出信号を位置合わせ修正装置に送る。この検
出信号を、予め記憶させた回転ステージ70とXYステージ
71との基準マークの位置の検出信号と一致させるよう
に、図示していない駆動装置により、上記二つのステー
ジを微動する。
The predetermined position of the reticle 1 is adjusted to the exposure shaft 72 by the reticle position detection systems 7a and 7b. Next, rotate stage 70 and XY
The reference mark on the stage 71 is aligned with a predetermined position, and this position is stored in the alignment correction device. Then, Example 1
The alignment mark on the wafer 5 is detected by the method described in (1), and this detection signal is sent to the alignment correction device. This detection signal is stored in advance in the rotary stage 70 and the XY stage.
The two stages are finely moved by a driving device (not shown) so as to match the detection signal of the position of the reference mark 71 with the reference signal.

そして、レチクル1に描画された回路パターンは、露
光照明光により照明されることにより、縮小投影レンズ
4で縮小され、ウエハ5上のチップの所定の位置に焼き
付けられる。
Then, the circuit pattern drawn on the reticle 1 is reduced by the reduction projection lens 4 by being illuminated with exposure illumination light, and is printed on a predetermined position of a chip on the wafer 5.

この結果、従来法では0.1〜0.3μm程度の検出ずれが
発生することがあるが、本実施例に係る装置を用いるこ
とにより、0.03μm程度の検出ずれに押えられる。
As a result, a detection deviation of about 0.1 to 0.3 μm may occur in the conventional method, but by using the apparatus according to the present embodiment, the detection deviation is suppressed to about 0.03 μm.

次に、第3の実施例として、第2の実施例を用いた半
導体製造プラントを、第15図に示す。
Next, as a third embodiment, a semiconductor manufacturing plant using the second embodiment is shown in FIG.

同図に示すように、本実施例の半導体製造プラントに
おいては、回路設計から始まり、封止作業をもって全工
程が終了する。
As shown in the figure, in the semiconductor manufacturing plant of the present embodiment, all the steps are started with circuit design and completed with sealing work.

本実施例の特徴は、ウエハ上に塗布したレジストに、
レチクルに描画されたパターンを露光する装置にあり、
他の装置は、従来から用いられている装置を用いる。
The feature of this embodiment is that the resist applied on the wafer is
In the device that exposes the pattern drawn on the reticle,
As the other device, a conventionally used device is used.

一般に、半導体は、上記露光工程を何度も繰り返して
製造されるのであり、その際、本実施例では、レチクル
に描画した拡大寸法のパターンの縮小像を、ウエハ上に
投影結像して、露光する。
In general, a semiconductor is manufactured by repeating the above-described exposure process many times.In this case, in this embodiment, a reduced image of a pattern of an enlarged size drawn on a reticle is projected and imaged on a wafer, Expose.

この縮小投影露光工程のおいて、第1実施例記載の位
置合わせマーク検出位置を用いる。
In this reduced projection exposure step, the alignment mark detection position described in the first embodiment is used.

上記位置合わせマーク検出装置を用いることにより、
従来のように四つのレーザ光源を必要とせず、二つのレ
ーザ光源のみでよく、構造が簡素化され、半導体製造プ
ラントの小型化が図れる。
By using the alignment mark detection device,
Unlike the conventional case, four laser light sources are not required, and only two laser light sources are required. The structure is simplified, and the size of the semiconductor manufacturing plant can be reduced.

[発明の効果] 本発明に係る露光方法によれば、位置合わせマークを
精度よく検出することができる。また、本発明に係る露
光装置によれば、一つの照明光を入射すれば、識別可能
な二つの照明光として分離されるので、光源の数は、従
来の位置合わせマーク検出装置の光源の半数でよく、構
造が簡素化され、小形化と価格の低減が図れる。
[Effects of the Invention] According to the exposure method of the present invention, an alignment mark can be detected with high accuracy. Further, according to the exposure apparatus of the present invention, if one illumination light is incident, it is separated as two identifiable illumination lights, so that the number of light sources is half the number of light sources of the conventional alignment mark detection device. The structure can be simplified, miniaturization and cost reduction can be achieved.

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

第1図は本発明の第1実施例を示す要部を拡大した斜視
図図、第2図は第1実施例における光路を説明するため
の説明図、第3図は検出された画像を示す説明図、第4,
5図は第1実施例の原理を示す説明図、第6,7図は第1実
施例の効果を示す説明図、第8〜12図は従来技術を説明
する図、第13,14図は第1実施例の解析式に数値を代入
して結果を求めた表、第15図は第3の実施例を示す工程
図、第16図は第2の実施例を示す斜視図である。 1……レチクル、2……回路パターンを示す領域、3a,3
b……レチクル位置合わせマーク、4……縮小投影レン
ズ、5……ウエハ、11,12……レーザ光源、13,30……ダ
イクロイックミラー、14……4分の1波長板、15……複
屈折プリズム、17……P偏光レーザ光、18……S偏光レ
ーザ光、20……ハーフプリズム、23……垂直入射光、24
……傾斜させた入射光、25……ウエハ位置合わせマー
ク、26,27,53,54,56,57……回折光、29,31……実像、3
2,33……光電素子、50……TVモニタ、60……ウエハ上の
位置合わせマークのパターン段差、61……回折光検出
値、200……レーザ出射装置、201……位置合わせ光学装
置、102……単波長照明光、106……ハーフミラー、109
……レジスト、110……マーク部分、111……レジスト部
FIG. 1 is an enlarged perspective view of a main part showing a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining an optical path in the first embodiment, and FIG. 3 shows a detected image. Illustration, 4th,
FIG. 5 is an explanatory view showing the principle of the first embodiment, FIGS. 6 and 7 are explanatory views showing the effect of the first embodiment, FIGS. 8 to 12 are views for explaining the prior art, and FIGS. FIG. 15 is a table showing the results obtained by substituting numerical values into the analytical expressions of the first embodiment, FIG. 15 is a process diagram showing the third embodiment, and FIG. 16 is a perspective view showing the second embodiment. 1 reticle, 2 area showing circuit pattern, 3a, 3
b ... reticle alignment mark, 4 ... reduction projection lens, 5 ... wafer, 12,12 ... laser light source, 13,30 ... dichroic mirror, 14 ... quarter wave plate, 15 ... multiple Refractive prism, 17: P-polarized laser light, 18: S-polarized laser light, 20: Half prism, 23: Normally incident light, 24
…… inclined incident light, 25 …… Wafer alignment mark, 26,27,53,54,56,57 …… Diffraction light, 29,31 …… Real image, 3
2,33 ... photoelectric element, 50 ... TV monitor, 60 ... pattern step of alignment mark on wafer, 61 ... detected value of diffracted light, 200 ... laser emission device, 201 ... optical device for positioning, 102: Single-wavelength illumination light, 106: Half mirror, 109
... resist, 110 ... mark part, 111 ... resist part

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】原画パターンを被処理基板上に露光する露
光装置であって、 波長の異なる複数の光を前記被処理基板上に予め形成さ
れた位置合わせマーク上に照射する照射手段と、 前記被処理基板と光学的に共役な位置に配置されて前記
照射手段により照射され前記位置合わせマークにより回
折された回折光を前記照射した複数の波長の光に対応し
て検出する検出手段と、 前記検出手段により検出された前記複数の波長の光に対
応する回折光に基づいて前記位置合わせマークの位置を
検出する位置検出手段と、 を備え、 前記照射手段は、前記波長の異なる複数の光をそれぞれ
S偏光とP偏光とに分離する偏光分離部を有し、該偏光
分離部により分離された前記S偏光と前記P偏光とを互
いに異なる角度で前記被処理基板に照射する、 ことを特徴とする露光装置。
1. An exposure apparatus for exposing an original pattern onto a substrate to be processed, comprising: an irradiating means for irradiating a plurality of lights having different wavelengths onto an alignment mark previously formed on the substrate to be processed; A detecting unit that is disposed at a position optically conjugate with the substrate to be processed, and detects diffracted light irradiated by the irradiation unit and diffracted by the alignment mark in correspondence with the light of the plurality of irradiated wavelengths; Position detecting means for detecting the position of the alignment mark based on diffracted light corresponding to the light of the plurality of wavelengths detected by the detecting means, wherein the irradiating means emits the plurality of lights having different wavelengths. Each having a polarization separation part for separating into S polarization and P polarization, and irradiating the substrate to be processed with the S polarization and the P polarization separated by the polarization separation part at mutually different angles. Exposure apparatus according to symptoms.
【請求項2】前記被処理基板上に予め形成された位置合
わせマークは、少なくとも一方向に周期性を有するパタ
ーンであって、前記検出手段が前記位置合わせマークの
周期性を有する方向に対して直角な方向に配置されてい
る、 ことを特徴とする請求項1に記載の露光装置。
2. An alignment mark formed in advance on the substrate to be processed is a pattern having a periodicity in at least one direction, and the detecting means is provided in a direction having a periodicity of the alignment mark. The exposure apparatus according to claim 1, wherein the exposure apparatus is arranged in a direction perpendicular to the direction.
【請求項3】原画パターンを被処理基板上に露光する露
光方法であって、 波長の異なる複数の光をそれぞれS偏光とP偏光とに分
離し、該分離された前記S偏光と前記P偏光とを互いに
異なる角度で前記被処理基板上に予め形成された位置合
わせマーク上に照射し、 該照射により前記位置合わせマークで回折された回折光
を、前記照射した複数の波長の光に対応して前記被処理
基板と光学的に共役な位置で検出し、 該検出した前記複数の波長の光に対応する回折光に基づ
いて前記位置合わせマークの位置を求め 該求めた位置合わせマークの位置に基づいて前記原画パ
ターンと前記被処理基板との相対的な位置を調整し、 前記原画パターンを前記相対的に位置が調整された前記
被処理基板上に露光する、 ことを特徴とする露光方法。
3. An exposure method for exposing an original pattern onto a substrate to be processed, comprising: separating a plurality of lights having different wavelengths into S-polarized light and P-polarized light, respectively; At different angles from each other on the alignment mark formed on the substrate to be processed, and the diffracted light diffracted by the alignment mark by the irradiation corresponds to the light of the plurality of irradiated wavelengths. The position of the alignment mark is determined based on the detected diffracted light corresponding to the plurality of wavelengths of light at the position optically conjugate with the substrate to be processed. Adjusting the relative position of the original image pattern and the substrate to be processed based on the original pattern, and exposing the original image pattern on the substrate to be processed whose relative position is adjusted.
【請求項4】前記被処理基板上に予め形成された位置合
わせマークは、少なくとも一方向に周期性を有するパタ
ーンであって、前記回折光を前記位置合わせマークの周
期性を有する方向に対して直角な方向から検出する、 ことを特徴とする請求項3に記載の露光方法。
4. An alignment mark formed in advance on the substrate to be processed is a pattern having periodicity in at least one direction, and diffracts the diffracted light in a direction having periodicity of the alignment mark. The exposure method according to claim 3, wherein the detection is performed from a right angle direction.
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