JP3252526B2 - Position detecting device and method of manufacturing semiconductor device using the same - Google Patents

Position detecting device and method of manufacturing semiconductor device using the same

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JP3252526B2
JP3252526B2 JP10747493A JP10747493A JP3252526B2 JP 3252526 B2 JP3252526 B2 JP 3252526B2 JP 10747493 A JP10747493 A JP 10747493A JP 10747493 A JP10747493 A JP 10747493A JP 3252526 B2 JP3252526 B2 JP 3252526B2
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7003Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
    • G03F9/7023Aligning or positioning in direction perpendicular to substrate surface
    • G03F9/7026Focusing

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は位置検出装置及びそれを
用いた半導体素子の製造方法に関し、例えば半導体素子
製造用の投影露光装置(ステッパー)においてレチクル
等の第1物体面上に形成されている電子回路パターンを
ウエハ等の第2物体面上に投影レンズにより投影し、露
光転写する際のレチクル、ウエハ間の相対的な位置合わ
せ(位置検出)を行う場合に好適なものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a position detecting device and a method for manufacturing a semiconductor device using the same, for example, a projection exposure apparatus (stepper) for manufacturing a semiconductor device formed on a first object surface such as a reticle. This is suitable for a case in which an electronic circuit pattern is projected onto a second object surface such as a wafer by a projection lens, and relative positioning (position detection) between the reticle and the wafer during exposure transfer is performed.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子製造用の投影露光装置におい
て、レチクルとウエハの相対的な位置合わせは高精度化
を図る為の重要な一要素となっている。
2. Description of the Related Art In a projection exposure apparatus for manufacturing semiconductor devices, relative positioning between a reticle and a wafer is an important factor for achieving high precision.

【0003】特に最近では半導体素子の高集積化に伴っ
てサブミクロン以下の位置合わせ精度が要求されてい
る。
In particular, recently, high integration of semiconductor devices has required alignment accuracy of submicron or less.

【0004】レチクルとウエハとの相対的な位置検出
(アライメント)を行なう一方法に投影レンズを介して
行なうTTL方式がある。
One method for detecting the relative position (alignment) between a reticle and a wafer is a TTL method using a projection lens.

【0005】このうちレチクル面上のパターンを照明し
ウエハ面上に焼き付ける際の露光光とは異なった波長の
光束を用いて所定面上の基準位置(基準マーク)とウエ
ハ面に設けたアライメントマークとの相対的位置検出を
行なう位置検出装置が種々と提案されている。
[0005] Of these, a reference position (reference mark) on a predetermined surface and an alignment mark provided on the wafer surface using a light beam having a wavelength different from that of exposure light when illuminating the pattern on the reticle surface and printing it on the wafer surface. There have been proposed various position detecting devices for detecting a relative position with respect to the position.

【0006】本出願人は例えば特願平1−198261
号で所定面上、例えば撮像手段面上におけるアライメン
トマーク像を、CCDカメラ等の撮像手段を用いて観察
しながら高精度な位置検出が可能な観察方法及び観察装
置を提案している。
The applicant of the present invention has disclosed, for example, Japanese Patent Application No. 1-198261.
The publication proposes an observation method and an observation apparatus capable of performing high-accuracy position detection while observing an alignment mark image on a predetermined surface, for example, an imaging means surface using an imaging means such as a CCD camera.

【0007】又、位置検出装置において使用する光束の
波長幅が狭いと、例えばレジストを塗布したウエハ面上
のアライメントマークを観察する際、レジスト表面と基
板面からの反射光により干渉縞が多く発生し、検出誤差
の原因となってくる。
Further, if the wavelength width of the light beam used in the position detecting device is narrow, for example, when observing an alignment mark on a wafer surface coated with a resist, many interference fringes are generated due to light reflected from the resist surface and the substrate surface. However, this causes a detection error.

【0008】このときの干渉縞を軽減する為に半値全幅
が数十nm程度のスペクトル幅が広い多色光束を放射す
る光源を用いてアライメントマークを観察するようにし
た投影露光装置が提案されている。
In order to reduce interference fringes at this time, there has been proposed a projection exposure apparatus which observes an alignment mark by using a light source which emits a polychromatic light beam having a wide full width at half maximum of several tens nm and a wide spectral width. I have.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】従来の位置検出装置で
は検出光学系の光学深度とプロセスとの関係によってウ
エハ面上のアライメントマークのどの位置を検出してい
るのかを区別するのが難しいという問題点があった。こ
の問題点が位置検出精度を劣化させる一原因となってい
た。
A problem with the conventional position detecting device is that it is difficult to distinguish which position of the alignment mark on the wafer surface is being detected due to the relationship between the optical depth of the detecting optical system and the process. There was a point. This problem has been a cause of deteriorating the position detection accuracy.

【0010】次にその理由を図面を用いて説明する。Next, the reason will be described with reference to the drawings.

【0011】図7はアライメントマークの断面概略図で
ある。
FIG. 7 is a schematic sectional view of an alignment mark.

【0012】同図では簡単の為にシリコン(Si)をエ
ッチングしてアライメントマークを作成し、その面上に
フォトレジスト(PR)を塗布した場合を示している。
FIG. 1 shows a case where an alignment mark is formed by etching silicon (Si) for simplicity, and a photoresist (PR) is applied on the surface.

【0013】検出光学系でウエハ面をCCD等の撮像手
段面上に結像する場合、例えば、使用光束の波長λを6
32.8nm、ウエハ面上でのN.A=0.5とすると
光学深度を±λ/2N.A2 とすれば±1.3μm(範
囲2.5μm)の深度となる。
When an image of the wafer surface is formed on the surface of an image pickup means such as a CCD by the detection optical system, for example, the wavelength λ of the used light beam is set to 6
32.8 nm, N.F. If A = 0.5, the optical depth is ± λ / 2N. If A 2 , the depth is ± 1.3 μm (range 2.5 μm).

【0014】現在の半導体プロセスの多くは、このアラ
イメントマークの段差d、レジスト厚T、は共に1μm
程度又はそれ以上となっている。
In many current semiconductor processes, the step d of the alignment mark and the resist thickness T are both 1 μm.
Or more.

【0015】又、照明光は図7に示すように、フォトレ
ジスト表面PRFで反射した反射光L1、フォトレジス
トPRの傾斜部で屈折して曲げられた屈折光L2、アラ
イメントマークのエッジ部で散乱した散乱光L3等、種
々の反射光があり、その全ての反射光によりCCDカメ
ラの撮像素子面上にアライメントマーク像を作成する。
As shown in FIG. 7, the illumination light is reflected light L1 reflected on the photoresist surface PRF, refracted light L2 refracted and bent by the inclined portion of the photoresist PR, and scattered at the edge of the alignment mark. There are various types of reflected light such as the scattered light L3, and an alignment mark image is created on the image pickup device surface of the CCD camera by all the reflected light.

【0016】フォトレジストPRの屈折率をNとすると
幾何光学的光路長は(T+d)/Nとなり、光学深度と
同等のオーダーとなる。
Assuming that the refractive index of the photoresist PR is N, the geometric optical path length is (T + d) / N, which is on the order of the optical depth.

【0017】撮像素子面上でのアライメントマーク像は
フォトレジスト表面PRFからの反射光とウエハ面から
の反射光で構成していることとなり、どこの面を検出し
ているのか区別することができない。
The alignment mark image on the image sensor surface is composed of the reflected light from the photoresist surface PRF and the reflected light from the wafer surface, and it is not possible to distinguish which surface is being detected. .

【0018】図8はウエハのプロセスによってアライメ
ントマークの断面形状が非対称となった場合を示してい
る。
FIG. 8 shows a case where the cross-sectional shape of the alignment mark becomes asymmetric due to the wafer process.

【0019】検出光学系では前述のようにフォトレジス
ト表面PRF、ウエハの表面(Top)WF、ウエハの
底面(Bottom)WBの区別なく各面からの反射光
を検出している為、例えばウエハ底面WBに合わせたい
としても合わせることができない。
As described above, the detection optical system detects reflected light from each surface without discrimination between the photoresist surface PRF, the wafer surface (Top) WF, and the wafer bottom surface (Bottom) WB. If you want to match WB, you can't.

【0020】図9はプロセスで、ウエハ面上の透明膜が
多層となっている場合を示している。
FIG. 9 shows a process in which the transparent film on the wafer surface has a multilayer structure.

【0021】Locosでアライメントマークを作製
し、そのうえにPSGを設ける。このときPSGのカバ
レージが悪く、断面形状が非対称になると、画像信号が
非対称になり、Locosが対称(誤差がない)で、そ
のLocosに合わせたいとしてもPSGの非対称性に
より、検出精度が劣化してくる。
An alignment mark is formed by Locos, and a PSG is provided thereon. At this time, if the coverage of the PSG is poor and the cross-sectional shape becomes asymmetric, the image signal becomes asymmetric, the Locos is symmetric (no error), and even if it is desired to match the Locos, the detection accuracy deteriorates due to the asymmetric PSG. Come.

【0022】フォトレジストPRの塗布が悪いと、図1
0(A)に示すようにアライメントマークの下方部が対
称でもフォトレジストPRがアライメントマーク近傍で
非対称な為に撮像手段からのビデオ信号の波形が図10
(B)に示すように非対称となってくる。
If the application of the photoresist PR is poor, FIG.
Even if the lower part of the alignment mark is symmetrical as shown in FIG. 10 (A), the waveform of the video signal from the imaging means is changed because the photoresist PR is asymmetric near the alignment mark.
It becomes asymmetric as shown in FIG.

【0023】この結果、前述と同様にアライメントマー
クの位置検出精度が低下してくる。ビデオ信号の波形が
非対称になる原因としてはウエハの下地のパターンや、
その面上に設けた透明膜や半透明膜、レジスト等、種々
の要因があり、高い位置合わせ精度が要求されてくる
と、これらの要因は無視出来なくなってくる。
As a result, the accuracy of detecting the position of the alignment mark decreases as described above. The causes of the asymmetrical video signal waveforms include the underlying pattern of the wafer,
There are various factors such as a transparent film, a translucent film, a resist, and the like provided on the surface, and when high alignment accuracy is required, these factors cannot be ignored.

【0024】本発明は透明膜が施されているウエハ面上
の、例えばウエハの底面の位置情報だけを検出するか、
又はウエハの上部の透明膜であるLocosの位置情報
だけを検出することにより、プロセスのバラツキによる
位置情報の検出精度の向上を図った位置検出装置及びそ
れを用いた半導体素子の製造方法の提供を目的とする。
According to the present invention, it is possible to detect only the position information on the wafer surface on which the transparent film is formed, for example, the bottom surface of the wafer.
Alternatively, it is possible to provide a position detection device that improves the detection accuracy of position information due to process variations by detecting only the position information of Locos, which is a transparent film on the upper portion of a wafer, and a method of manufacturing a semiconductor element using the same. Aim.

【0025】[0025]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明の位置検
出装置は透明膜が塗布されたウエハの位置を検出する位
置検出装置において、前記ウエハの前記透明膜に覆われ
たアライメントマークを検出する共焦点顕微鏡と、前記
ウエハの前記透明膜の表面の光軸方向の位置を検出する
検出手段と、該検出手段により検出した前記透明膜の表
面の光軸方向の位置と前記透明膜の膜厚及び屈折率とに
基づいて、前記アライメントマークが前記共焦点顕微鏡
のピント位置にくるように前記ウエハを前記光軸方向に
移動させる手段とを有することを特徴としている。請求
項2の発明は請求項1の発明において前記アライメント
マークは段差を有し、前記移動させる手段は、前記アラ
イメントマークの段差の上部が前記共焦点顕微鏡のピン
ト位置にくるように前記ウエハを前記光軸方向に移動さ
せることを特徴としている。請求項3の発明は請求項1
の発明において前記アライメントマークは段差を有し、
前記移動させる手段は、前記検出手段により検出した前
記透明膜の表面の光軸方向位置と前記透明膜の膜厚及び
屈折率と前記アライメントマークの段差量とに基づい
て、前記アライメントマークの段差の底部が前記共焦点
顕微鏡のピント位置にくるように前記ウエハを前記光軸
方向に移動させることを特徴としている。請求項4の発
明の位置検出装置は透明膜が塗布されたウエハの位置を
検出する位置検出装置において、前記ウエハの前記透明
膜に覆われたアライメントマークを検出する共焦点顕微
鏡を有し、該共焦点顕微鏡は、前記ウエハと光学的に共
役な平面の近傍にスリット状ピンホールを多数配置した
格子部材を当該平面と平行に設けてあり、該格子部材を
光軸に対して斜め方向に移動しながら前記アライメント
マークからの光を前記各スリット状ピンホールを介して
光電変換し、得られた電気信号に基づいて、前記格子部
材が前記アライメントマークとが光学的に共役な位置に
ある時の前記アライメントマークの位置を検出すること
を特徴としている。請求項5の発明の位置検出装置は請
求項1から4のいずれか1項の発明において前記透明膜
がレジストであることを特徴としている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a position detecting apparatus for detecting a position of a wafer coated with a transparent film, the alignment mark being covered by the transparent film on the wafer. Confocal microscope, detecting means for detecting the position of the surface of the transparent film on the wafer in the optical axis direction, the position of the surface of the transparent film detected by the detecting means in the optical axis direction, and the film of the transparent film Means for moving the wafer in the optical axis direction based on the thickness and the refractive index so that the alignment mark comes to a focus position of the confocal microscope. According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the alignment mark has a step, and the moving means moves the wafer so that an upper part of the step of the alignment mark is at a focus position of the confocal microscope. It is characterized in that it is moved in the optical axis direction. The invention of claim 3 is claim 1
In the invention, the alignment mark has a step,
The moving unit is configured to detect a step of the alignment mark based on an optical axis direction position of the surface of the transparent film detected by the detection unit, a thickness and a refractive index of the transparent film, and a step amount of the alignment mark. The wafer is moved in the optical axis direction such that a bottom portion is at a focus position of the confocal microscope. The position detecting device of the invention according to claim 4 is a position detecting device for detecting a position of a wafer coated with a transparent film, wherein the position detecting device has a confocal microscope for detecting an alignment mark of the wafer covered with the transparent film. The confocal microscope is provided with a lattice member in which a number of slit-shaped pinholes are arranged in the vicinity of a plane optically conjugate with the wafer in parallel with the plane, and moves the lattice member obliquely with respect to the optical axis. While the light from the alignment mark is photoelectrically converted through each of the slit-shaped pinholes, based on the obtained electric signal, when the lattice member is at a position optically conjugate with the alignment mark, The position of the alignment mark is detected. According to a fifth aspect of the present invention, in the position detecting device according to any one of the first to fourth aspects, the transparent film is a resist.

【0026】請求項6の発明の露光装置は請求項1乃至
5のいずれか一項記載の位置検出装置を用いてマスク又
はレチクルに対してウエハをアライメントする手段と、
前記マスク又はレチクルのパターンを前記ウエハ上に投
影する投影光学系と、を有することを特徴としている。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus for aligning a wafer with respect to a mask or a reticle using the position detecting device according to any one of the first to fifth aspects.
A projection optical system for projecting the mask or reticle pattern onto the wafer.

【0027】請求項7の発明の半導体素子の製造方法は
請求項6記載の露光装置を用いてウエハを露光する工程
を有することを特徴としている。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the step of exposing a wafer using the exposure apparatus according to the sixth aspect.

【0028】[0028]

【実施例】図1は本発明を半導体素子製造用の投影露光
装置に適用したときの実施例1の要部概略図である。
FIG. 1 is a schematic view of a main part of a first embodiment when the present invention is applied to a projection exposure apparatus for manufacturing a semiconductor device.

【0029】図中23は投影光学系であり、照明系28
からの露光光で照明された第1物体としてのレチクル2
1面上のパターンを第2物体としてのウエハ22面上に
投影している。そしてウエハ22を公知の現像処理工程
を介して半導体素子を製造している。
In the drawing, reference numeral 23 denotes a projection optical system, and an illumination system 28.
2 as the first object illuminated with exposure light from
The pattern on one surface is projected on the surface of the wafer 22 as the second object. Then, semiconductor elements are manufactured from the wafer 22 through a known developing process.

【0030】尚、ウエハ22は感光体として非感光波長
のアライメント波長には透明なレジストが塗布されてお
り、干渉計付のXYステージ24上に配置されたティル
トと光軸方向に移動可能なティルトステージ25上に固
定配置されている。
The wafer 22 is coated with a transparent resist at the alignment wavelength of the non-photosensitive wavelength as a photoreceptor, and has a tilt disposed on an XY stage 24 with an interferometer and a tilt movable in the optical axis direction. It is fixedly arranged on the stage 25.

【0031】ティルトステージ25は、例えばピエゾ等
を駆動源としてサブミクロンの駆動精度で制御されてい
る。
The tilt stage 25 is controlled with submicron drive accuracy using, for example, piezo as a drive source.

【0032】XYステージ24やティルトステージ25
は各々レーザー測長器(不図示)でモニターし、各々移
動量を制御している。
XY stage 24 and tilt stage 25
Are respectively monitored by a laser length measuring device (not shown), and the moving amounts are respectively controlled.

【0033】29はウエハ露光用のAF検出系である。Reference numeral 29 denotes an AF detection system for wafer exposure.

【0034】1は共焦点(コンフォーカル)顕微鏡であ
り、投影光学系23を介さない、所謂non−TTL−
off Axis顕微鏡として配置している。コンフォ
ーカル顕微鏡1にはレジスト面の位置情報を検出する焦
点検出系(AF検出系)2が設けられている。
Reference numeral 1 denotes a confocal microscope, which is a so-called non-TTL-type which does not pass through the projection optical system 23.
It is arranged as an off Axis microscope. The confocal microscope 1 is provided with a focus detection system (AF detection system) 2 for detecting positional information on the resist surface.

【0035】焦点検出系2はAir方式や光学的な斜入
射方式等を利用してレジスト表面の位置情報を検出して
いる。
The focus detection system 2 detects position information on the resist surface by using an Air method, an optical oblique incidence method, or the like.

【0036】コンフォーカル顕微鏡1は、例えば図11
に示すように検出面22と光学的に共役面にピンホール
32を配置している。尚、L1は照明系である。
The confocal microscope 1 is, for example, shown in FIG.
The pinhole 32 is arranged on a plane optically conjugate with the detection surface 22 as shown in FIG. L1 is an illumination system.

【0037】検出面であるウエハ面22がディフォーカ
スすると図12に示すようにピンホール面32で光束が
拡がりピンホールを通過する光束が減少する。
When the wafer surface 22, which is the detection surface, is defocused, the light beam spreads on the pinhole surface 32 as shown in FIG. 12, and the light beam passing through the pinhole decreases.

【0038】この光学原理により、従来の光学系に比べ
て焦点深度の浅い検出光学系を構成している。
Based on this optical principle, a detection optical system having a shallower depth of focus than a conventional optical system is constructed.

【0039】図13はコンフォーカル顕微鏡で2次元的
にウエハ面22の位置情報を検出するときの要部概略図
である。図13において3はニッポウ円盤であり、図1
4に示すように多数のピンホールを設けた円盤より成
り、軸3aを中心に回転している。
FIG. 13 is a schematic view of a main part when detecting positional information of the wafer surface 22 two-dimensionally by a confocal microscope. In FIG. 13, reference numeral 3 denotes a Nippou disk, and FIG.
As shown in FIG. 4, the disk is provided with a large number of pinholes and rotates about a shaft 3a.

【0040】図1に戻り、26は制御系であり、ウエハ
22のウエハ面やレジスト面等の位置情報を検出制御し
ている。制御系26には事前にプロセスの各種の情報を
入力している。
Referring back to FIG. 1, reference numeral 26 denotes a control system which detects and controls positional information of the wafer 22 such as the wafer surface and the resist surface. Various information of the process is input to the control system 26 in advance.

【0041】例えば、図7においてはウエハ面に設けた
フォトレジストPRの厚さT、フォトレジストPRの屈
折率N、アライメントマークの段差量d、及び合わせる
面(例えばウエハの表面WT、又はウエハの底面WB)
等を入力する。
For example, in FIG. 7, the thickness T of the photoresist PR provided on the wafer surface, the refractive index N of the photoresist PR, the step amount d of the alignment mark, and the alignment surface (for example, the surface WT of the wafer or the surface of the wafer) (Bottom WB)
And so on.

【0042】次に本実施例におけるウエハ面の位置情報
の検出フローについて説明する。
Next, a flow of detecting the position information on the wafer surface in this embodiment will be described.

【0043】ステップ1.検出されるべき、ウエハ22
面上のアライメントマークが、コンフォーカル顕微鏡1
の下方に位置するようにX−Yステージ24を移動させ
る。
Step 1. Wafer 22 to be detected
Alignment mark on the surface is confocal microscope 1
The XY stage 24 is moved so as to be located below the.

【0044】ステップ2.AF検出系によりフォトレ
ジスト表面PRFを検出する。このときの値によりコン
フォーカル顕微鏡1のピント面までのZ方向(光軸方
向)の駆動量Z0 を算出する。
Step 2. A photoresist surface PRF is detected by the AF detection system 2 . The drive amount Z 0 in the Z direction (optical axis direction) up to the focal plane of the confocal microscope 1 is calculated from the value at this time.

【0045】ステップ3.入力モード、例えばコンフォ
ーカル顕微鏡1をウエハ表面WTに合わせるときはウエ
ハ22をティルトステージ25によりZ0 +T/Nだけ
Z方向の駆動を行う。
Step 3. When the input mode, for example, the confocal microscope 1 is adjusted to the wafer surface WT, the wafer 22 is driven by the tilt stage 25 in the Z direction by Z 0 + T / N.

【0046】ステップ4.コンフォーカル顕微鏡1によ
りウエハ表面WTの位置を検出する。
Step 4. The position of the wafer surface WT is detected by the confocal microscope 1.

【0047】尚、ウエハ底面WBの検出のときはステッ
プ3でのZ方向の駆動量はZ0 +(T+d)/Nとな
る。
When detecting the bottom surface WB of the wafer, the driving amount in the Z direction in step 3 is Z 0 + (T + d) / N.

【0048】この様な値は予め既知量である為、検出位
置がフォトレジスト(PR)の表面PRFよりどれだけ
下方にあるかをあらかじめウエハを処理するジョブとリ
ンクして与える事により、アライメント信号検出の際の
フォーカス位置が決定される。
Since such a value is a known value in advance, the degree of the detection position below the surface PRF of the photoresist (PR) is given in advance by linking with the job for processing the wafer, so that the alignment signal is given. The focus position at the time of detection is determined.

【0049】従来は単純に像のコントラストを見て、そ
のピークを把えるといった低精度な方法しか無かった
が、本発明の様にコントラストでは無く、把えるべき位
置を予め設定する事により、より合理的且つ高精密な信
号を検出している。
Conventionally, there has been only a low-precision method of simply observing the contrast of an image and identifying its peak. However, instead of the contrast as in the present invention, the position to be grasped is set in advance. Detects reasonable and highly accurate signals.

【0050】アライメントマークの段差の上の部分と下
の部分の情報を分離して検出し、両者の差を検出してど
ちらの情報が所望の値(例えば予め別手段、例えばレジ
スト塗布前のウエハのスケーリングの値が所望の値)に
近いかを、予めわかっているスケーリングや、均一な伸
縮成分からのバラツキを分析する事によって知り、検出
すべき信号を決定するようにしても良い。
The information of the portion above and below the step of the alignment mark is separated and detected, and the difference between the two is detected to determine which information is a desired value (for example, another means such as a wafer before resist application, The value to be detected may be determined by knowing whether or not the scaling value is close to the desired value) by analyzing a scaling that is known in advance or a variation from a uniform expansion and contraction component.

【0051】図2は本発明を半導体素子製造用の投影露
光装置に適用したときの実施例2の要部概略図である。
FIG. 2 is a schematic view of a main part of a second embodiment when the present invention is applied to a projection exposure apparatus for manufacturing a semiconductor device.

【0052】本実施例は図1の実施例1に比べてコンフ
ォーカル顕微鏡6を投影光学系23を介して用いて、ウ
エハ面22上の位置情報を検出するTTL−off A
xis顕微鏡として用いている点が異っており、その他
の構成は略同じである。
In this embodiment, the TTL-off A for detecting position information on the wafer surface 22 using the confocal microscope 6 via the projection optical system 23 is different from the first embodiment shown in FIG.
The difference is that it is used as an xi microscope, and other configurations are substantially the same.

【0053】コンフォーカル顕微鏡6の構成は図1に示
したものと基本的に同じである。
The configuration of the confocal microscope 6 is basically the same as that shown in FIG.

【0054】AF検出系29はウエハ22の露光時に使
用するものをアライメントのときにも使っている。
The AF detection system 29 used at the time of exposure of the wafer 22 is also used at the time of alignment.

【0055】本実施例において「コンフォーカル」を達
成する為に「ニッポウ円盤」でなく、ピンフォールを使
用した場合は、X−Yステージ24を移動又は走査する
ことにより、位置情報を検出することが必要となる。こ
の時、光電変換素子は図13のCCDカメラ等の撮像手
段4である必要はなく、たとえば図11のSiディテク
タ31でよく、又配置する位置も像面に置く必要はな
い。
In the present embodiment, when a pinfall is used instead of the “Nippou disk” to achieve “confocal”, the position information is detected by moving or scanning the XY stage 24. Is required. At this time, the photoelectric conversion element does not need to be the imaging means 4 such as the CCD camera in FIG. 13, but may be, for example, the Si detector 31 in FIG. 11, and the arrangement position does not need to be located on the image plane.

【0056】図3は本実施例に係るアライメントマーク
の概略図である。
FIG. 3 is a schematic view of an alignment mark according to this embodiment.

【0057】本実施例において、X−Y方向のアライメ
ントマークを検出する場合にはX−Yステージ24はX
方向に走査してX方向の位置情報を、又Y方向に走査し
てY方向の位置情報を各々検出することになる。「コン
フォーカル」にするためのピンフォールの大きさで焦点
深度が決定される。一般に結像光学系の限界解像力くら
いのピンホール径が採用されるが、ピンフォール径が小
さくなると以下の2つの問題点が発生してくる。 (1−1)光量が少なくなる。 (1−2)検出時間が長くなる。
In the present embodiment, when detecting an alignment mark in the XY direction, the XY stage 24
Scanning in the direction detects position information in the X direction, and scanning in the Y direction detects position information in the Y direction. The depth of focus is determined by the size of the pinfall for “confocal”. Generally, a pinhole diameter about the limit resolution of the imaging optical system is employed. However, when the pinfall diameter becomes small, the following two problems occur. (1-1) The amount of light decreases. (1-2) The detection time becomes longer.

【0058】特に(1−2)の検出時間について図3の
アライメントマークのX方向に着目して説明する。
In particular, the detection time (1-2) will be described focusing on the X direction of the alignment mark in FIG.

【0059】ピンフォール径を例えばウエハ上φ0.5
μmとすると、走査線S1にピンフォールが結像関係と
なる様にしてX−Yステージ24を駆動して走査する。
高精度な位置検出をする為には走査線をS1だけでなく
X−Yステージ24をY方向に移動して走査線S2〜S
4の走査を行なう必要がある。このため、たとえば走査
線S1〜S4まで計4回走査することになり、時間がか
かってしまう。
The pin fall diameter is set to, for example, φ0.5 on the wafer.
When the distance is set to μm, the XY stage 24 is driven and scanned so that a pinfall forms an imaging relationship with the scanning line S1.
In order to perform high-precision position detection, the scanning lines are moved not only in S1 but also in the scanning lines S2 to S
4 scans need to be performed. Therefore, for example, scanning is performed four times in total for the scanning lines S1 to S4, which takes time.

【0060】そこで、本発明ではアライメントマークに
あったスリット状のピンフォールを採用することによ
り、前記(1−1),(1−2)の問題点を解決してい
る。スリットの細い寸法は0.5μmと、前述のピンフ
ォールの径と同じとし、長い寸法はアライメントマーク
の長さに応じたものとなる。端の影響を取り除く為に長
い寸法はアライメントマークの長さより少し短く、具体
的には図3のアライメントマークの場合では、走査線S
1からS4までの距離が相当する。端の影響を取り除く
為、長い寸法の長さはアライメントマークの長さより5
μm以上短い事が好ましい。
Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems (1-1) and (1-2) by employing a slit-shaped pinfall which is in alignment with the alignment mark. The narrow dimension of the slit is 0.5 μm, which is the same as the diameter of the pin fall, and the long dimension is in accordance with the length of the alignment mark. In order to remove the influence of the edge, the long dimension is slightly shorter than the length of the alignment mark. Specifically, in the case of the alignment mark of FIG.
The distance from 1 to S4 corresponds. The length of the long dimension should be 5 times longer than the length of the alignment mark to remove edge effects.
It is preferably shorter than μm.

【0061】図4は図3のアライメントマークに対して
構成したコンフォーカル顕微鏡の要部概略図である。
FIG. 4 is a schematic view of a main part of a confocal microscope constructed for the alignment mark of FIG.

【0062】同図では、スリット状ピンフォールはP
1 ,P2 と2ケあり、それぞれ図3のX−Y方向のアラ
イメントマークに対応して90°直交している。スリッ
ト状ピンフォールP1 ,P2 用にそれぞれSiディテク
ター41,42が配置されている。まず、X方向にX−
Yステージ24を一回走査してSiディテクター41で
受光してX方向の位置検出を行なう。
In the figure, the slit-shaped pinfall is P
1, P 2 and there are two Ke corresponds to 90 ° perpendicular to the alignment mark of the X-Y-direction, respectively, in FIG 3. Si detectors 41 and 42 are arranged for slit-shaped pinfalls P 1 and P 2 , respectively. First, X-
The Y stage 24 is scanned once, the light is received by the Si detector 41, and the position in the X direction is detected.

【0063】次にX−Yステージ24を移動してY方向
のアライメントマークの位置をSiディテクター42で
検出する。
Next, the XY stage 24 is moved, and the position of the alignment mark in the Y direction is detected by the Si detector 42.

【0064】このとき図4のY方向は紙面と垂直の方向
となる。この時のフォーカス設定も実施例1の方法と同
様である。
At this time, the Y direction in FIG. 4 is a direction perpendicular to the paper surface. The focus setting at this time is the same as the method of the first embodiment.

【0065】図4のスリット状ピンフォールP1 ,P2
をX方向、及びY方向に振動させ、Siディテクター4
1,42のかわりにCCDカメラにすることによりX−
Yステージ24を走査することなしに本発明の目的を達
成するコンフォーカル顕微鏡が可能となる。
The slit-shaped pinfalls P 1 and P 2 shown in FIG.
Is vibrated in the X direction and the Y direction, and the Si detector 4
By using a CCD camera instead of 1,42, X-
A confocal microscope that achieves the object of the present invention without scanning the Y stage 24 is enabled.

【0066】また、図5(A)の様なチップとアライメ
ントマークの時には図5(B)に示す様にX方向計測用
の顕微鏡7、Y方向計測用の顕微鏡8を配置することも
できる。
When a chip and an alignment mark as shown in FIG. 5A are used, a microscope 7 for measuring in the X direction and a microscope 8 for measuring in the Y direction can be arranged as shown in FIG. 5B.

【0067】このとき顕微鏡7、8のスリット状ピンフ
ォールはそれぞれ1つであり振動する方向も1方向であ
る。そのため顕微鏡7、8は同一のものを角度を90°
直交する様に配置すれば良いことになる。
At this time, each of the microscopes 7 and 8 has one slit-shaped pinfall, and the vibration direction is also one direction. Therefore, the microscopes 7 and 8 are the same and the angle is 90 °.
What is necessary is just to arrange them orthogonally.

【0068】スリットを振動させるかわりに、液晶アレ
イシャッターの透明部を、あたかもスリットが振動する
様に駆動してコンフォーカル顕微鏡を作ることも可能で
ある。
Instead of vibrating the slit, it is also possible to make a confocal microscope by driving the transparent portion of the liquid crystal array shutter as if the slit vibrated.

【0069】図6(A),(B),(C)に液晶アレイ
シャッターの駆動例を示す。図6(A)は透明部T1は
左にあり時間とともに図6(B)の透明部T2の様にす
すみ、図6(C)の透明部T3の様に右側に駆動する。
この駆動時間はCCDカメラの蓄積時間の間に数回駆動
する様にする。液晶アレイシャッターを使うことにより
走査が高速で行なわれ、かつ振動のない検出光学系を作
ることができるので系の安定性が向上する。
FIGS. 6A, 6B and 6C show driving examples of the liquid crystal array shutter. In FIG. 6A, the transparent portion T1 is on the left, and progresses over time like the transparent portion T2 in FIG. 6B, and is driven to the right like the transparent portion T3 in FIG. 6C.
The driving time is set to be several times during the accumulation time of the CCD camera. By using a liquid crystal array shutter, scanning can be performed at high speed and a detection optical system free from vibration can be formed, so that the stability of the system is improved.

【0070】次に実施例1,2においてアライメント用
のAF検出系2,29のFocusoff setの決
め方について説明する。
Next, the method of determining the Focus Offset of the AF detection systems 2 and 29 for alignment in Embodiments 1 and 2 will be described.

【0071】図15はフォーカス測定用のマークであ
る。これはレチクル上のマークとして示してあり、黒い
部分がCr、白い部分がCrのない透明な部分である。
ポジ型レジストを使用してウエハ上にレチクルパターン
を転写し現像するとCr部のみレジストが残り、それを
使用してエッチングするとCr部のない部分(図15の
白い部分)のみ、へこむことになる。
FIG. 15 shows marks for focus measurement. This is shown as a mark on the reticle, where the black portions are Cr and the white portions are transparent portions without Cr.
When a reticle pattern is transferred and developed on a wafer using a positive resist, only the Cr portion remains, and when it is etched using the resist, only the portion without the Cr portion (white portion in FIG. 15) is dented.

【0072】このマークに図16に示す様な3つのウイ
ンドウA、B、Cの各計測を前述までのコンフォーカル
顕微鏡で実施する。この時の各計測値をTOCA ,TO
B,TOCC とすると、
Each measurement of three windows A, B, and C as shown in FIG. 16 is performed on this mark by the confocal microscope described above. Each measured value at this time is referred to as TOC A , TOC
Assuming C B and TOC C ,

【0073】[0073]

【数1】 として、この値Δをウエハのfocusを変化させて計
測し、Δ=φとなるFocus値をFocus off
setとして決めている。
(Equation 1) The value Δ is measured by changing the focus of the wafer, and the focus value where Δ = φ is set to Focus off.
set.

【0074】もし、計測系に所定のoff setがあ
る時には図17に示す図15と白黒反転したマークで同
様にFocus変化の値Δを計測し、その値Δが図15
と一致したところのFocusがFocus off
setとなる。
If there is a predetermined offset set in the measurement system, the value Δ of the Focus change is measured in the same manner as in FIG.
Focus that matches with is Focus off
set.

【0075】もしプロセスの歪が図18(A),
(B),(C)に示す様な場合には、値ΔはDefoc
usで変化しない。
If the distortion of the process is as shown in FIG.
In the cases shown in (B) and (C), the value Δ is Defoc
Us does not change.

【0076】図18(B)が設計値(線幅W0 )とし
て、図18(B)が凹マークで、εだけ右に歪でるとし
て、図18(C)が凸マークでεだけ左側に歪でいると
する。この時計測するとε/2ずつ両方のマークに右側
にズレて計測され、値Δにはでてこないことになる。そ
の為、この時には線幅Wを計測し、その値が所定量の線
幅W0 と一致したデフォーカス量をdefocus o
ff setとすればよい。
FIG. 18 (B) shows the design value (line width W 0 ), FIG. 18 (B) shows a concave mark, and skews to the right by ε. FIG. 18 (C) shows a convex mark and ε to the left by ε Suppose it is distorted. At this time, both marks are shifted to the right by ε / 2, and the value Δ does not appear. Therefore, at this time, the line width W is measured, and the defocus amount whose value matches the predetermined amount of the line width W 0 is defined as the defocus amount.
ff set may be used.

【0077】図18(D)にデフォーカス対線幅Wの計
測値をグラフ化した例を示す。凸マークはデフォーカス
を上にすると線幅Wは短くなり、凹マークは長くなる。
この場合W=W0 と凸凹とも一致したデフォーカス値
(図18の例では底面(bottom))がoff s
etとなる。
FIG. 18D shows an example in which measured values of the defocus versus the line width W are graphed. When the defocus is raised, the line width W of the convex mark becomes shorter, and the concave mark becomes longer.
In this case, the defocus value (bottom in the example of FIG. 18) that coincides with W = W 0 and the unevenness is off s.
et.

【0078】プロセスが複雑で、この線幅W0 が決まら
ない場合には、図18(E)に示す様にウエハの中心s
hoeのマークを所定値とすることもできる。もちろ
ん、この時凸マークと凹マークの線幅W0 は異なること
になり、それはoff set処理すれば良い。
If the process is complicated and the line width W 0 is not determined, as shown in FIG.
The mark of hoe can be set to a predetermined value. Of course, the line width W 0 of the Tokitotsu mark and a concave mark will be different, it may be off set processing.

【0079】以上、説明したように、実施例1,2では
コンフォーカル顕微鏡を使用してフォトレジスト表面か
ら所定量ズレた面を検出することによって、所望のプロ
セスとの位置合せを可能としている。
As described above, in the first and second embodiments, by using a confocal microscope, a surface deviated by a predetermined amount from the photoresist surface is detected, thereby enabling alignment with a desired process.

【0080】又、図8や図9に示すような被測定物のと
きは、PR,PSG,LOCOSの厚さと屈折率とどの
面に合わせるかを入力する。
In the case of an object to be measured as shown in FIGS. 8 and 9, the thickness and the refractive index of PR, PSG, and LOCOS and the surface to be matched are input.

【0081】このことにより、プロセスの誤差により位
置合わせ精度の低下を防止した位置検出を可能としてい
る。
As a result, it is possible to perform position detection while preventing a decrease in alignment accuracy due to a process error.

【0082】尚、本発明においてはコンフォーカルとす
るスリット状ピンホールの代わりにスリット状ピンホー
ルを多数配置した回折格子(以下「グレーティング」と
称する。)状のもの(格子部材)を計測方向に振動する
ようにしても、前述と同様の効果が得られる。
In the present invention, a diffraction grating (hereinafter, referred to as a “grating”) having a large number of slit-shaped pinholes (grating member) instead of a confocal slit-shaped pinhole is used in the measurement direction. The same effect as described above can be obtained even if the vibration is applied.

【0083】図19にグレーティングGの概略図を示
す。
FIG. 19 is a schematic view of the grating G.

【0084】グレーティングGの開口(透明)部W
形状は1ヶのスリット状ピンホールの時と同様である。
そのピッチPが小さいと隣りの開口部の光が回り込んで
DC成分のノイズ光となる。たとえば開口部の細い寸法
を0.5μm、ピッチを0.6μm(全てウエハ上寸
法)とすると、開口部W間の不透明部分は0.1μmと
なり、開口部を透過した光がウェハをDefocusし
ている時に反射すると隣りの開口部に入ってきてしま
う。
[0084] The shape of the grating G opening (transparent) portion W 0 is the same as the case of one month of the slit-shaped pinholes.
If the pitch P is small, the light in the adjacent opening wraps around and becomes DC component noise light. For example, if the narrow size of the opening is 0.5 μm and the pitch is 0.6 μm (all dimensions on the wafer), the opaque portion between the openings W is 0.1 μm, and the light transmitted through the opening defocuses the wafer. If it is reflected when it is, it will enter the adjacent opening.

【0085】その為には透明部と不透明部の比率(デュ
ティ)は1:1以上に不透明部を大きくする必要があ
る。ただこの比率を大きくすると光量が下がってくる。
For this purpose, it is necessary to increase the ratio of the transparent portion and the opaque portion (duty) to 1: 1 or more. However, increasing this ratio will decrease the amount of light.

【0086】今、開口部を0.5μmと固定したとす
る。そうすると不透明部の比率が大きくなるのとピッチ
が大きくなるのとは等しいことになる。CCDカメラ等
で受光する場合は、ピッチが大きいとグレーティングを
振動させる姿勢精度による計測精度の劣化も発生する。
Assume that the opening is fixed at 0.5 μm. Then, an increase in the ratio of the opaque portions is equivalent to an increase in the pitch. In the case of receiving light with a CCD camera or the like, if the pitch is large, the measurement accuracy is deteriorated due to the posture accuracy of vibrating the grating.

【0087】CCDカメラの1ヶの受光セル1ヶに蓄積
時間の間に1回しかスリットの開口部が重なり合わない
場合を図20を使用して説明する。1つの開口部W1
CCDの蓄積時間の間に受光セルD1から受光セルD5
まで移動するとする。
Referring to FIG. 20, a case where the opening of the slit overlaps with one light receiving cell of the CCD camera only once during the accumulation time will be described. One opening W 1 is receiving cells from the light receiving cell D1 between the CCD storage time D5
Suppose you move to

【0088】この時開口部のピッチPを受光セル5ヶ分
と同じとすると、もう1つの開口部W2 はその時受光セ
ルD6から受光セルD11まで移動することになる。
At this time, if the pitch P of the openings is the same as that of the five light receiving cells, the other opening W 2 moves from the light receiving cell D 6 to the light receiving cell D 11 at that time.

【0089】この移動する速さにムラがある時には光量
は逆比例して、光電変換後の信号波形の歪の原因とな
り、アライメント精度劣化につながる。
When there is unevenness in the moving speed, the amount of light is inversely proportional, causing distortion of the signal waveform after photoelectric conversion, leading to deterioration of alignment accuracy.

【0090】そのため1つの受光セルを多数の開口部が
通過する様にしてムラがランダムに発生する場合には、
平均化効果により、開口部Wの姿勢精度による不均一走
査による計測精度劣化を解消している。
Therefore, in the case where irregularities occur randomly as many apertures pass through one light receiving cell,
By the averaging effect, deterioration of measurement accuracy due to uneven scanning due to the posture accuracy of the opening W is eliminated.

【0091】次に具体的に数値例を用いて説明する。Next, a specific example will be described using numerical examples.

【0092】尚、以下は特にことわりがなければウェハ
面上での換算値とする。
The following values are converted values on the wafer surface unless otherwise specified.

【0093】 CCDカメラの受光セル間のピッチ Pc 0.2μm CCDカメラの蓄積時間 Tc 30mSec グレーティングのピッチ Pg 2μm グレーティングの開口部 Wa 0.5μm グレーティングの移動の速さ V 0.5mm/Sec 尚、光電変換後の処理等の時間TP は、まず『0Se
c』として数値例を考えるとする。
[0093] accumulation time of the pitch P c 0.2 [mu] m CCD camera between CCD camera light receiving cells T c 30 msec grating pitch P g 2 [mu] m grating openings W a 0.5 [mu] m grating moving velocity V 0.5 mm of / Sec It should be noted that the time T P for processing after photoelectric conversion is first set to “0Sec”.
Let us consider a numerical example as "c".

【0094】一つの受光セルを蓄積時間内にグレーティ
ングの開口部が透過する回数Nは、N=V*Tc /Pg
=500*0.03/2=7.5回となる。
The number of times N through which the aperture of the grating passes through one light receiving cell within the storage time is N = V * T c / P g
= 500 * 0.03 / 2 = 7.5 times.

【0095】CCDカメラで受光する光量は、この回数
Nに比例する。
The amount of light received by the CCD camera is proportional to the number N.

【0096】速さの『ムラ』を平均化により解消するた
めにもこの回数Nが多いほうが良い。回数Nを大きくす
るには、速さVと蓄積時間Tc を大きな値とするか、ピ
ッチPg を小さな値とする必要がある。光量は、グレー
ティングGのデュティーDと開口部Wa にも比例する。
In order to eliminate the “unevenness” of the speed by averaging, it is preferable that the number N is large. To increase the number N, it is necessary to set the speed V and the accumulation time Tc to a large value, or to set the pitch Pg to a small value. Amount is also proportional to the Deyuti D and the opening W a of the grating G.

【0097】上記の場合は、D=Wa /Pg =4 次にオートフォーカス機能も同時に持ったコンフォーカ
ル検出方式について説明する。
In the above case, D = W a / P g = 4 Next, a description will be given of a confocal detection system having an autofocus function at the same time.

【0098】これはコンフォーカルとするピンホール
(ピンホール板)を光軸方向にも移動させることによっ
て達成している。
This is achieved by moving the confocal pinhole (pinhole plate) also in the optical axis direction.

【0099】図21は本発明の実施例3の要部概略図で
ある。同図ではグレーティング移動タイプに適用した場
合を示している。
FIG. 21 is a schematic view of a main part of a third embodiment of the present invention. The figure shows a case where the present invention is applied to a grating movement type.

【0100】図21はウエハ106を投影光学系105
を透して検出する場合である。ファイバー101から射
出した照明光102は偏光ビームスプリッタ103を介
してS成分のみ反射されて、グレーティング104を透
過する。更に投影光学系105を透過して、ウエハ10
6上のアライメントマークを照明する。反射した光は、
再度投影光学系105と、グレーティング104を透過
することにより『コンフォーカル』な検出を可能として
いる。
FIG. 21 shows a state where the wafer 106 is projected onto the projection optical system 105.
This is a case in which the detection is performed through. The illumination light 102 emitted from the fiber 101 is reflected only by the S component via the polarization beam splitter 103 and passes through the grating 104. Further, through the projection optical system 105, the wafer 10
6. Illuminate the alignment mark on 6. The reflected light is
By transmitting the light again through the projection optical system 105 and the grating 104, "confocal" detection is enabled.

【0101】図22は図21に示している矢印側から見
た概略図である。グレーティング104を光軸107に
対して、図中の矢印の方向のように、斜めに移動させて
いる。
FIG. 22 is a schematic view seen from the arrow side shown in FIG. The grating 104 is moved obliquely with respect to the optical axis 107 as shown by the arrow in the figure.

【0102】計測方向には、移動するので『コンフォー
カル』とすることは、前述までと同様である。光軸方向
に移動しながら画像を受光して、グレーティング104
の位置が、ウエハ106と光学的に共役となった位置
で、その全受光光量が、最大となることにより、オート
フォーカス機能を可能としている。
Since the object moves in the measurement direction, "confocal" is the same as described above. The image is received while moving in the optical axis direction, and the grating 104 is received.
Is a position optically conjugate with the wafer 106, and the total amount of received light becomes maximum, thereby enabling the autofocus function.

【0103】図22に示す、速さVでグレーティング1
04は光軸とのなす角θで移動するとすると、光軸方向
へ移動する速さVz と、ウエハ位置を計測する方向へ移
動する速さVx は以下のようになる。
The grating 1 at the speed V shown in FIG.
04 When moving at an angle between the optical axis theta, and speed V z which moves in the optical axis direction, the speed V x of moving in a direction to measure the wafer position is as follows.

【0104】Vz =V Cosθ Vx =V Sinθ 対物レンズLENSを介してCCDカメラ114で受光
するときには、蓄積時間Tc の間で光軸方向の変化を、
光学深度内とすると、深度DOFを0.2μmとする
と、 DOF≧Vz *Tc より 0.2/0.03=6.67≧Vz (μm/Sec)と
なる。
V z = V Cos θ V x = V Sin θ When light is received by the CCD camera 114 via the objective lens LENS, the change in the optical axis direction during the accumulation time T c is
Assuming that the depth DOF is within the optical depth, if the depth DOF is 0.2 μm, then DOF ≧ V z * T c , so that 0.2 / 0.03 = 6.67 ≧ V z (μm / Sec).

【0105】今までの数値は、ウエハ106上で算出し
ていたが、グレーティング104上でいくつになるかこ
れから算出するとする。
The numerical values up to now have been calculated on the wafer 106, but it is assumed that the number on the grating 104 will be calculated from now.

【0106】グレーティング104を、位置検出するウ
エハ106から、光学倍率20倍のところに置くとする
と、速さVz は、 0.2*202 /0.03=2.67≧Vz (mm/S
ec) の条件となる。
Assuming that the grating 104 is placed at an optical magnification of 20 times from the position of the wafer 106 for position detection, the speed V z is 0.2 * 20 2 /0.03=2.67≧V z (mm / S
ec).

【0107】ここでVz =2.67,V=10mm/S
ecとすると、Vz =V Cosθより θ=Cos-1(2.67/10)=74.5(deg)
となる。
Here, V z = 2.67, V = 10 mm / S
Assuming that ec, from V z = V Cos θ, θ = Cos −1 (2.67 / 10) = 74.5 (deg)
Becomes

【0108】Vx =V Sinθより、 Vx =10*Sin(74.5)=9.64(mm/S
ec)となる。
From V x = V Sin θ , V x = 10 * Sin (74.5) = 9.64 (mm / S)
ec).

【0109】蓄積時間Tc の間で計測方向の変化量Sc
は、 SC =Tc *Vx =0.03*9.64=0.289
(mm)となり、ウエハ106上では、光学倍率20倍
で割って、14.5(μm)となる。
[0109] variation of the measurement direction between the storage time T c S c
S c = T c * V x = 0.03 * 9.64 = 0.289
(Mm) on the wafer 106, which is 14.5 (μm) divided by 20 times the optical magnification.

【0110】グレーティング104のピッチを1μmと
すれば、CCDカメラ114の一つの受光セルを、蓄積
時間内にグレーティング104の開口部が透過する回数
Nは、14.5回となる。
Assuming that the pitch of the grating 104 is 1 μm, the number N of times that one aperture of the grating 104 passes through one light receiving cell of the CCD camera 114 within the accumulation time is 14.5 times.

【0111】光軸方向には、速さVz (=VCosθ)
でグレーティング104は移動するので、連続に計測可
能である最短時間TR を、 TR =TC +TP とすると、 Z=Vz *TR の間隔でオートフォーカスのための検
出、または位置計測が可能となる。
In the optical axis direction, the speed V z (= VCos θ)
In so grating 104 moves, the shortest time T R can be measured continuously, when T R = T C + T P , detection, or location measurements for auto focus distance Z = V z * T R Becomes possible.

【0112】TR =50mSecとすれば(TP =20
mSec) Z=2.67*0.05/202 =0.33μmとな
る。
Assuming that T R = 50 mSec, (T P = 20
mSec) Z = 2.67 * 0.05 / 20 2 = 0.33 μm.

【0113】この数値例では、0.33μmピッチで計
測ができることになる。
In this numerical example, measurement can be performed at a pitch of 0.33 μm.

【0114】オートフォーカスをする時には、グレーテ
ィング104の移動の速さの均一姓は必要ない。その為
図22の白矢印109の方向には均一移動可能とせずに
フォーカスを計測し、フォーカスが判明してから、その
値だけウエハ106を動かしてフォーカスを合わせて、
逆の矢印108の方向に均一に移動させることにより、
ウエハ106の位置を検出するようなシーケンスも考え
られる。
When performing autofocus, it is not necessary to have a uniform moving speed of the grating 104. For this reason, focus is measured without allowing uniform movement in the direction of the white arrow 109 in FIG. 22, and after the focus is determined, the wafer 106 is moved by that value to adjust the focus.
By moving uniformly in the direction of the opposite arrow 108,
A sequence for detecting the position of the wafer 106 is also conceivable.

【0115】もちろん計測が同時にできるのであれば、
フォーカスと位置検出を一回の移動で行うこともでき
る。
Of course, if measurements can be made simultaneously,
Focusing and position detection can be performed in a single movement.

【0116】以上のようにすることにより、オートフォ
ーカス機能も同時に持ったコンフォーカル検出方法が可
能としている。
As described above, a confocal detection method having an autofocus function at the same time is possible.

【0117】グレーティング104を光軸方向に移動さ
せると、グレーティング104とCCDカメラ114と
の結像関係がズレてオートフォーカスは可能でも、デフ
ォーカスすることで像コントラストは低下してしまう。
When the grating 104 is moved in the direction of the optical axis, the focusing relationship between the grating 104 and the CCD camera 114 is shifted, so that autofocusing is possible. However, defocusing lowers the image contrast.

【0118】その対応策として、 (2−1)グレーティング104以後の光学系もグレー
ティングと同量移動する。
As a countermeasure, (2-1) the optical system after the grating 104 moves by the same amount as the grating.

【0119】(2−2)グレーティング104の移動量
分だけ光路長を逆補正する。
(2-2) The optical path length is inversely corrected by the amount of movement of the grating 104.

【0120】この補正の姿勢精度が悪いと検出の精度劣
化の原因となる。
If the posture accuracy of the correction is poor, the accuracy of the detection is deteriorated.

【0121】そこでグレーティング104とウエハ10
6との間に参照するマークを配置して、補正している時
にその参照マークも同時に検出することにより、姿勢精
度が悪くても、検出の精度劣化とならないようにするこ
とが可能である。
Therefore, the grating 104 and the wafer 10
By arranging a reference mark between the position and the reference mark 6 and simultaneously detecting the reference mark during the correction, it is possible to prevent the detection accuracy from deteriorating even if the posture accuracy is poor.

【0122】又、姿勢精度が悪いが、再現性がある場合
には、ウエハ検出する前に、そのズレ量を求めておい
て、オフセットとして処理することもできる。
In the case where the attitude accuracy is low but reproducibility is obtained, the amount of deviation can be obtained before the wafer is detected and processed as an offset.

【0123】図22には、光路長を逆補正した補正系
10を用いた概略図を示している。同図においては、グ
レーティング104が速さVz で移動した時光路長の補
正系110は速さVz /2で光路が一定となる様に動け
ばよい。
FIG. 22 shows a correction system 1 in which the optical path length is inversely corrected.
10 shows a schematic diagram using FIG. In the figure, the correction system 110 velocity V z / 2 of the optical path length may move as the optical path is constant when the grating 104 is moved at a speed V z.

【0124】図21に参照マーク112を配置し、照明
系113で照明した例を示す。
FIG. 21 shows an example in which the reference mark 112 is arranged and illuminated by the illumination system 113.

【0125】アライメント光とは別の波長の光を放射す
るLED等の照明系113から参照マーク112を照明
しダイクロミラー111で反射してCCDカメラ114
で受光される。
A reference mark 112 is illuminated from an illumination system 113 such as an LED that emits light having a wavelength different from that of the alignment light, reflected by a dichroic mirror 111, and reflected by a CCD camera 114.
Is received at.

【0126】図23はこのときのグレーティング104
の拡大説明図である。
FIG. 23 shows the grating 104 at this time.
FIG.

【0127】同図において中央はグレーティングの形状
で周辺に参照マーク用の窓Ws1 ,Ws2 が透明にして
ある。この時グレーティング104が横に移動しても参
照マーク112がCCDカメラ114で受光できる様窓
s1 ,Ws2の幅は決定されている。
In the figure, the center is the shape of a grating and the windows W s1 and W s2 for reference marks are transparent around the center. At this time, the widths of the windows W s1 and W s2 are determined so that the reference mark 112 can be received by the CCD camera 114 even if the grating 104 moves sideways.

【0128】本実施例では以上のようにしてウエハ10
6面の位置情報を移動可能なグレーティング104やC
CDカメラ114等を利用して検出している。
In this embodiment, as described above, the wafer 10
Gratings 104 and C that can move position information on six surfaces
The detection is performed using the CD camera 114 or the like.

【0129】[0129]

【発明の効果】本発明によれば以上のように、透明膜が
施されているウエハ面上の、例えばウエハの底面の位置
情報だけを検出するか又はウエハの透明膜、たとえばL
ocosの位置情報だけを検出することにより、プロセ
スのバラツキによる位置情報の検出精度の向上を図った
位置検出装置及びそれを用いた半導体素子の製造方法を
達成することができる。
As described above, according to the present invention, only the positional information on the wafer surface on which the transparent film is formed, for example, on the bottom surface of the wafer, or the transparent film on the wafer, such as L, is detected.
By detecting only the position information of ocos, it is possible to achieve a position detection device that improves the detection accuracy of the position information due to process variations and a method of manufacturing a semiconductor element using the same.

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

【図1】本発明の実施例1の要部概略図FIG. 1 is a schematic view of a main part of a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例2の要部概略図FIG. 2 is a schematic diagram of a main part of a second embodiment of the present invention.

【図3】図2のアライメントマークの説明図FIG. 3 is an explanatory view of an alignment mark in FIG. 2;

【図4】本発明に係るコンフォーカル顕微鏡の説明図FIG. 4 is an explanatory view of a confocal microscope according to the present invention.

【図5】本発明に係る図4の一部分の説明図FIG. 5 is an explanatory view of a part of FIG. 4 according to the present invention;

【図6】液晶アレイシャッターを用いたときの撮像素子
面上の説明図
FIG. 6 is an explanatory diagram on an imaging element surface when a liquid crystal array shutter is used.

【図7】フォトレジストとウエハマークとの断面説明図FIG. 7 is an explanatory sectional view of a photoresist and a wafer mark.

【図8】フォトレジストとウエハマークとの断面説明図FIG. 8 is an explanatory sectional view of a photoresist and a wafer mark.

【図9】フォトレジストとウエハマークとの断面説明図FIG. 9 is an explanatory sectional view of a photoresist and a wafer mark.

【図10】フォトレジストとウエハマークとの断面説明
FIG. 10 is an explanatory sectional view of a photoresist and a wafer mark.

【図11】本発明に係るコンフォーカル顕微鏡の要部概
略図
FIG. 11 is a schematic diagram of a main part of a confocal microscope according to the present invention.

【図12】本発明に係るコンフォーカル顕微鏡の要部概
略図
FIG. 12 is a schematic diagram of a main part of a confocal microscope according to the present invention.

【図13】本発明に係るコンフォーカル顕微鏡の要部概
略図
FIG. 13 is a schematic diagram of a main part of a confocal microscope according to the present invention.

【図14】ニッポウ円盤の説明図FIG. 14 is an explanatory view of a Nippou disk.

【図15】本発明に係るフォーカス測定用のマークFIG. 15 is a mark for focus measurement according to the present invention.

【図16】本発明に係るフォーカス測定用のマークFIG. 16 is a mark for focus measurement according to the present invention.

【図17】本発明に係るフォーカス測定用のマークFIG. 17 is a mark for focus measurement according to the present invention.

【図18】本発明に係るフォーカス測定用のマークの断
面説明図
FIG. 18 is an explanatory sectional view of a focus measurement mark according to the present invention.

【図19】本発明に係るグレーティングの説明図FIG. 19 is an explanatory diagram of a grating according to the present invention.

【図20】本発明に係るCCDカメラの撮像素子の説明
FIG. 20 is an explanatory diagram of an image sensor of a CCD camera according to the present invention.

【図21】本発明の実施例3の要部概略図FIG. 21 is a schematic view of a main part of a third embodiment of the present invention.

【図22】図21の一部分の説明図FIG. 22 is an explanatory view of a part of FIG. 21;

【図23】図21の一部分の説明図FIG. 23 is an explanatory view of a part of FIG. 21;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,6 コンフォーカル顕微鏡 2,29 焦点検出系 21 レチクル(マスク) 22,106 ウエハ 23,105 投影光学系 24 XYステージ 25 ティルトステージ 26 制御系 32 ピンホール 104 回折格子 1,6 confocal microscope 2,29 focus detection system 21 reticle (mask) 22,106 wafer 23,105 projection optical system 24 XY stage 25 tilt stage 26 control system 32 pinhole 104 diffraction grating

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/027 G03F 7/22 G03F 9/00 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 27/027 G03F 7/22 G03F 9/00

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 透明膜が塗布されたウエハの位置を検出1. A position of a wafer coated with a transparent film is detected.
する位置検出装置において、前記ウエハの前記透明膜にPosition detecting device, the transparent film of the wafer
覆われたアライメントマークを検出する共焦点顕微鏡Confocal microscope to detect covered alignment marks
と、前記ウエハの前記透明膜の表面の光軸方向の位置をAnd the position of the surface of the transparent film on the wafer in the optical axis direction.
検出する検出手段と、該検出手段により検出した前記透Detecting means for detecting, and the transparency detected by the detecting means.
明膜の表面の光軸方向の位置と前記透明膜の膜厚及び屈The position of the surface of the bright film in the optical axis direction, the thickness of the transparent film,
折率とに基づいて、前記アライメントマークが前記共焦Based on the folding ratio, the alignment mark
点顕微鏡のピント位置にくるように前記ウエハを前記光The wafer is moved to the focus position of the point microscope with the light
軸方向に移動させる手段とを有することを特徴とする位Means for moving in the axial direction.
置検出装置。Position detection device.
【請求項2】 前記アライメントマークは段差を有し、2. The alignment mark has a step.
前記移動させる手段は、前記アライメントマークの段差The moving means may include a step of the alignment mark.
の上部が前記共焦点顕微鏡のピント位置にくるように前Of the confocal microscope so that the top of the
記ウエハを前記光軸方向に移動させることを特徴とするMoving the wafer in the optical axis direction.
請求項1に記載の位置検出装置。The position detecting device according to claim 1.
【請求項3】 前記アライメントマークは段差を有し、3. The alignment mark has a step,
前記移動させる手段は、前記検出手段により検出した前The moving means may be before the detection by the detection means.
記透明膜の表面の光軸方向位置と前記透明膜の膜厚及びThe position of the surface of the transparent film in the optical axis direction and the thickness of the transparent film and
屈折率と前記アライメントマークの段差量とに基づいBased on the refractive index and the step amount of the alignment mark
て、前記アライメントマークの段差の底部が前記共焦点The bottom of the step of the alignment mark is the confocal
顕微鏡のピント位置にくるように前記ウエハを前記光軸Place the wafer on the optical axis so that it is in the focus position of the microscope.
方向に移動させることを特徴とする請求項1に記載の位The position according to claim 1, wherein the position is moved in the direction.
置検出装置。Position detection device.
【請求項4】 透明膜が塗布されたウエハの位置を検出4. A position of a wafer coated with a transparent film is detected.
する位置検出装置において、前記ウエハの前記透明膜にPosition detecting device, the transparent film of the wafer
覆われたアライメントマークを検出する共焦点顕微鏡をConfocal microscope to detect covered alignment marks
有し、該共焦点顕微鏡は、前記ウエハと光学的に共役なThe confocal microscope is optically conjugate with the wafer.
平面の近傍にスリット状ピンホールを多数配置した格子A grid with many slit-shaped pinholes arranged near a plane
部材を当該平面と平行に設けてあり、該格子部材を光軸A member is provided parallel to the plane, and the grating member is
に対して斜め方向に移動しながら前記アライメントマーWhile moving in an oblique direction with respect to
クからの光を前記各スリット状ピンホールを介して光電Light from the laser through the slit pinholes
変換し、得られた電気信号に基づいて、前記格子部材がConverted, based on the obtained electrical signal, the grid member is
前記アライメントマークとが光学的に共役な位置にあるThe alignment mark is at an optically conjugate position
時の前記アライメントマークの位置を検出することを特Detecting the position of the alignment mark at the time.
徴とする位置検出装置。A position detecting device to be used as an indicator.
【請求項5】 前記透明膜はレジストであることを特徴5. The method according to claim 1, wherein the transparent film is a resist.
とする請求項1から4のいずれか1項に記載の位置検出The position detection according to any one of claims 1 to 4,
装置。apparatus.
【請求項6】 請求項1乃至5のいずれか一項記載の位6. The position according to claim 1, wherein:
置検出装置を用いてUsing the position detection device マスク又はレチクルに対してウエハWafer to mask or reticle
をアライメントする手段と、前記マスク又はレチクルのMeans for aligning the mask or reticle
パターンを前記ウエハ上に投影する投影光学系と、を有A projection optical system for projecting the pattern onto the wafer.
することを特徴とする露光装置。An exposure apparatus, comprising:
【請求項7】 請求項記載の露光装置を用いてウエハ
を露光する工程を有することを特徴とする半導体素子の
製造方法。
7. A wafer using the exposure apparatus according to claim 6.
Exposing a semiconductor device.
Production method.
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