JPH01240803A - Detecting apparatus for pattern position - Google Patents

Detecting apparatus for pattern position

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JPH01240803A
JPH01240803A JP63067374A JP6737488A JPH01240803A JP H01240803 A JPH01240803 A JP H01240803A JP 63067374 A JP63067374 A JP 63067374A JP 6737488 A JP6737488 A JP 6737488A JP H01240803 A JPH01240803 A JP H01240803A
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JP
Japan
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alignment mark
image
pattern
reticle
wafer
Prior art date
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Pending
Application number
JP63067374A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshishige Kurosaki
利栄 黒崎
Souichi Katagiri
創一 片桐
Tsuneo Terasawa
恒男 寺澤
Keiji Kataoka
慶二 片岡
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPH01240803A publication Critical patent/JPH01240803A/en
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Abstract

PURPOSE:To enable the correction of chromatic aberration without using a chromatic aberration correction lens and thereby to improve the precision in detection of a mark, by disposing a linear-type Fresnel zone plate (FZP) on a reticle. CONSTITUTION:An alignment mark 12 on a wafer is illuminated through a projection lens 3 by a light 6 of a wavelength being different from an exposure wavelength. An image of the alignment mark 12 is projected reversely by the projection lens 3. FZP 2 is disposed on a reticle 1: this FZP 2 functions as a chromatic aberration correction lens, enabling the formation of an image I of the alignment mark 12 in an arbitrary position. The FZP 2 is of a linear type and it is so disposed as to intersect perpendicularly the alignment mark 12 on the wafer.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ホトマスク上のLSIなどの回路パターンを
半導体ウェーハ上のホトレジストに露光転写する装置に
係り、特に精度の高い位置合せを行なうに好適なパター
ン位置検出装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to an apparatus for exposing and transferring a circuit pattern such as an LSI on a photomask to a photoresist on a semiconductor wafer, and is particularly suitable for performing highly accurate alignment. The present invention relates to a pattern position detection device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の装置の一例として、特開昭55−162227号
に記載の縮小投影露光装置における場合を例にとって説
明する。従来装置の概略図を第6図に示す。
As an example of a conventional apparatus, a reduction projection exposure apparatus described in Japanese Patent Laid-Open No. 55-162227 will be described. A schematic diagram of the conventional device is shown in FIG.

縮小投影露光装置では、通常前工程で形成されたウェー
ハ4上の回路パターン15に対して新たに形成すべきレ
ティクル1上の回路パターン14を露光用集光レンズ1
8および縮小レンズ3により重ね露光を行なう。通常、
何枚かのレティクルについてこの重ね露光を順次繰返し
て所望する回路パターンをウェーハ上に形成する。この
とき、重ね合せすべき2つの回路パターンの位置合せは
、形成されるパターン寸法の1/4〜115の精度が必
要とされている。第6図に示す従来の縮小投影露光装置
では、このような位置合せはウェーハ上の位置合せマー
ク12の位置を検出し、そのウェーハと一致するように
新たに形成するパターンを有するレティクルを相対移動
することにより行なっている。すなわち、ウェーハ4の
位置合せマーク12は光源5により局部照明され、その
反射光が投影レンズ(縮小レンズ)3によってレティク
ル1の基準マーク2上に逆投影で結像される。
In a reduction projection exposure apparatus, a circuit pattern 14 on a reticle 1 to be newly formed is usually formed on a circuit pattern 15 on a wafer 4 formed in a previous process using a condensing lens 1 for exposure.
8 and the reduction lens 3 perform overlapping exposure. usually,
This overlapping exposure is sequentially repeated for several reticles to form a desired circuit pattern on the wafer. At this time, the alignment of the two circuit patterns to be superimposed requires an accuracy of 1/4 to 115 of the pattern dimension to be formed. In the conventional reduction projection exposure apparatus shown in FIG. 6, such alignment is performed by detecting the position of the alignment mark 12 on the wafer and relatively moving the reticle having a newly formed pattern to match the wafer. It is done by doing. That is, the alignment mark 12 of the wafer 4 is locally illuminated by the light source 5, and the reflected light is imaged by the projection lens (reducing lens) 3 onto the reference mark 2 of the reticle 1 by back projection.

この基準マークと結像した位置合せマークを拡大光学系
10で拡大結像させる。拡大像はスリットにより走査さ
れスリット通過光の明暗がホトマルにより光電変換され
検出信号を得る。検出信号から基準マークとウェーハの
位置合せマークの相対位置を求め、その相対位置のずれ
量に従ってレティクルを移動して位置合せを行なう。
The alignment mark imaged with this reference mark is enlarged and imaged by an enlarging optical system 10. The enlarged image is scanned by a slit, and the brightness and darkness of the light passing through the slit is photoelectrically converted by a photomultiplier to obtain a detection signal. The relative position of the reference mark and the alignment mark of the wafer is determined from the detection signal, and the reticle is moved according to the amount of deviation of the relative position to perform alignment.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上記従来技術では、投影レンズ3を介してマーク位置を
検出するときには、投影レンズ3は露光波長に対して収
差補正されているので、通常検出光波長としても露光波
長のみの単色光を使用する。
In the above-mentioned prior art, when detecting a mark position via the projection lens 3, since the projection lens 3 has aberrations corrected with respect to the exposure wavelength, monochromatic light having only the exposure wavelength is normally used as the detection light wavelength.

それゆえ、ウェーハ上に塗布されたホトレジスト19中
で等5干渉縞が発生し、ホトレジストの厚さによって検
出信号のコントラストの低下を導き、パターン位置合せ
精度が劣化するという欠点がある。また、露光波長のウ
ェーハからの反射が微細パターンの形成を妨げるので、
ウェーハに反射防止膜を設けたり、ホトレジスト中に露
光波長の吸光剤を混入することがある。このような時、
露光波長による検出ではウェーハから検出に十分な反射
光強度が得られない。上記の欠点を解消するため、露光
波長と異なる波長によるマーク検出が必要となる。この
とき、通常は投影レンズ3とレティクル2の間に色収差
補正レンズを設けることによってレティクルとウェーハ
との相対位置の検出を可能としていた。
Therefore, there is a drawback that equal five interference fringes are generated in the photoresist 19 applied on the wafer, leading to a decrease in the contrast of the detection signal depending on the thickness of the photoresist, and pattern alignment accuracy is degraded. In addition, reflection of the exposure wavelength from the wafer hinders the formation of fine patterns.
An antireflection film may be provided on the wafer, or a light absorber at the exposure wavelength may be mixed into the photoresist. At times like this,
Detection using the exposure wavelength does not provide sufficient reflected light intensity from the wafer for detection. In order to eliminate the above drawbacks, it is necessary to detect marks using a wavelength different from the exposure wavelength. At this time, a chromatic aberration correcting lens is usually provided between the projection lens 3 and the reticle 2 to enable detection of the relative position between the reticle and the wafer.

しかし、この色収差補正レンズの位置変動によりマーク
位置検出誤差が発生し、高精度なマーク検出を行なうこ
とができないという欠点を有していた。
However, this has the disadvantage that mark position detection errors occur due to positional fluctuations of the chromatic aberration correcting lens, and highly accurate mark detection cannot be performed.

本発明の目的は、露光波長と異なる波長を用いてマーク
検出するに当って、色収差補正レンズなどを用いなくと
もマーク検出精度を向上させ、パターン位置合せの高精
度化を図る手段を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a means for improving mark detection accuracy without using a chromatic aberration correction lens or the like when detecting marks using a wavelength different from the exposure wavelength, and achieving high precision in pattern alignment. It is in.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記目的を達成するために、本発明では第1゜第2図に
示すごとく、レティクル1上の所定の位置にリニヤ型フ
レネルゾーンプレート(以下FZPとする)2を互いに
直交するように2ヶ設け、ウェーハ上には合せマークと
して格子パターン12をレティクル上の2ケのFZPと
対応するように2ヶ設ける。該合せマークには露光波長
とは異なる波長の光6で照明する。また検出光学系内に
ウェーハからの回折光のうち0次光成分を除去し、±1
次光成分7−1.7−2あるいは一±1次以上の回折光
成分を取り出す空間フィルタを設けた。
In order to achieve the above object, in the present invention, as shown in Figs. Two grating patterns 12 are provided on the wafer as alignment marks so as to correspond to the two FZPs on the reticle. The alignment mark is illuminated with light 6 having a wavelength different from the exposure wavelength. In addition, the 0th order light component of the diffracted light from the wafer is removed within the detection optical system, and ±1
A spatial filter was provided for extracting the 7-1, 7-2 order light components or the diffracted light components of the 1st ± 1st order or more.

〔作用〕[Effect]

以上の構成において、第1図に示すごとく露光波長とは
異なる波長の光6で投影レンズ3を介してウェーハ上の
合せマーク12を照明する。合せマーク12の像は、投
像レンズ3で逆投影され、FZP2がないとすると投影
レンズ3の色収差のためレティクル1から光軸方向にか
なりずれた位置に像Jを結像する。そこで、レティクル
1上に配置したFXP2が色収差補正レンズの働きをす
るので、任意の位置に合せマーク12の像■を結像させ
ることが可能となる。なお、FZPは透過型でも反射型
でもよい。
In the above configuration, as shown in FIG. 1, the alignment mark 12 on the wafer is illuminated via the projection lens 3 with light 6 having a wavelength different from the exposure wavelength. The image of the alignment mark 12 is back-projected by the projection lens 3, and if the FZP 2 were not provided, an image J would be formed at a position considerably shifted from the reticle 1 in the optical axis direction due to the chromatic aberration of the projection lens 3. Therefore, since the FXP 2 placed on the reticle 1 functions as a chromatic aberration correcting lens, it becomes possible to form the image (2) of the alignment mark 12 at an arbitrary position. Note that the FZP may be of a transmission type or a reflection type.

さらに、FXP2はリニヤ型にしてあり、しかもウェー
ハ上の合せマーク12と直交するように配置しである。
Further, the FXP 2 is of a linear type and is arranged perpendicularly to the alignment mark 12 on the wafer.

また、合せマーク12は格子パターンとしであるので、
格子パターンからの±1次回折光7−1,7−2のみを
選択的にとり出せば、結像された合せマーク像工は格子
パターンピッチの−のピッチからなる干渉パターンとな
る。この関係において、合せマークの像■は、FZP、
つまりレティクルがY方向に変位すわばY方向に変位す
るが、X方向に変位しても変化はない。一方、ウェーハ
がX方向に変位すれば、機工はX方向に変位するが、Y
方向に変位したとしても機工はY方向に変位しない。以
上のことから1組のFXPと合せマークとでレティクル
とウェーハのXYのいずれかの方向の変位が分かる。従
って第2−A図に示すごとく、2組のFZPと合せマー
クを用いればレティクルとウェーハのXY力方向変位を
同時に検出することができる。つまり、1組はFZP2
aと合せマーク12aの組合せ、もう1組はこれと直交
するように配置したFZP2b、合せマーク12bの組
合にする。こうすることによって合せマークの像rは、
Ia、Ibのように結像する。いま、レティクルとウェ
ーハの位置関係がずれていたとすると合せマークの像は
■、L。
Also, since the alignment mark 12 is a grid pattern,
If only the ±1st-order diffracted lights 7-1 and 7-2 from the grating pattern are selectively taken out, the imaged registration mark image becomes an interference pattern consisting of a pitch of - of the grating pattern pitch. In this relationship, the alignment mark image ■ is FZP,
In other words, if the reticle is displaced in the Y direction, it is displaced in the Y direction, but there is no change even if it is displaced in the X direction. On the other hand, if the wafer is displaced in the X direction, the machine will be displaced in the X direction, but the Y
Even if the machine is displaced in the Y direction, the machine will not be displaced in the Y direction. From the above, the displacement of the reticle and wafer in either of the X and Y directions can be determined using a set of FXP and alignment marks. Therefore, as shown in FIG. 2-A, by using two sets of FZPs and alignment marks, it is possible to simultaneously detect the displacements of the reticle and wafer in the XY force directions. In other words, one set is FZP2
a and the alignment mark 12a, and the other set is a combination of the FZP 2b and the alignment mark 12b arranged orthogonally to this. By doing this, the alignment mark image r is
Images are formed as shown in Ia and Ib. Now, if the positional relationship between the reticle and the wafer is misaligned, the images of the alignment marks are ■ and L.

Ib’のようになる。従って理想的な像Ia、 Ibか
らはX方向にX rt + X w + Y方向にYR
+Ywだけずれていることになる。なお、2つの像Ia
、Iゎの距離、Xo、Yoはそれぞれ2つのFXP2と
合せマーク12の距離、d、D投影レンズの倍率によっ
て決まる値である。
It becomes like Ib'. Therefore, from the ideal images Ia and Ib, X rt + X w + YR in the Y direction.
This means that it is shifted by +Yw. In addition, two images Ia
, Iゎ, Xo, and Yo are values determined by the distance between the two FXPs 2 and the alignment mark 12, and the magnification of the projection lens d and D, respectively.

以上のとおり、従来のように色収差補正レンズをレティ
クルと縮小レンズの間に設けることなく、レティクルと
ウェーハの相対位置を正確に検出することかできる。
As described above, the relative position between the reticle and the wafer can be accurately detected without providing a chromatic aberration correction lens between the reticle and the reduction lens as in the conventional case.

なお、上で述べたような合せマーク12からの反射光の
うち±1次回折光のみで結像させるのでなく、0次光を
除去しただけで±1次以上の成分で結像した場合でも有
効に作用する。ただし、この場合はFZPに対して合せ
マークの寸法を十分大きくする必要がある。
Note that it is effective not only to form an image using only the ±1st-order diffracted light of the light reflected from the alignment mark 12 as described above, but also to form an image using components of ±1st order or higher by simply removing the 0th-order light. It acts on However, in this case, it is necessary to make the size of the alignment mark sufficiently larger than the FZP.

また、結像される像は検出光学系内に設けた空間フィル
タを通すことによって、ウェーハ上の合せマークで回折
される回折光のうち±1次回光成分あるいは、±1次以
上の回折光成分で形成される。従って、検出信号はウェ
ーハ上のホトレジスト膜による干渉の影響を受けずコン
トラストを高くできる。
In addition, by passing through a spatial filter provided in the detection optical system, the image to be formed is formed of the ±1st-order light component of the diffracted light diffracted by the alignment mark on the wafer, or the diffracted light component of ±1st-order or higher order. is formed. Therefore, the detection signal is not affected by interference from the photoresist film on the wafer, and the contrast can be increased.

また、第2−A図に示した、FZP2a、2b、合せマ
ーク12a、12bは、それぞれd=0゜D=Oとし第
2−B図、第2−C図のようにしてもよい、こうするこ
とによって、FZP、合せマークの領域を小さくできる
Further, the FZPs 2a, 2b and alignment marks 12a, 12b shown in Fig. 2-A may be set as shown in Figs. 2-B and 2-C with d=0°D=O, respectively. By doing so, the area of the FZP and alignment mark can be made smaller.

さらに、縮小レンズの色収差が非常に大きい場合、露光
波長と異なる検出光により結像する像は収差のためコン
トラストが低くなってしまう。このような場合、±1次
回折成分のみを通す空間フィルタを用いることによって
結像される像は干渉パターンとなるので非常にコントラ
ストの良い検出信号を得ることができる。
Furthermore, if the chromatic aberration of the reduction lens is very large, the contrast of an image formed by detection light different from the exposure wavelength will be low due to the aberration. In such a case, by using a spatial filter that passes only the ±1st-order diffraction components, the image formed becomes an interference pattern, so that a detection signal with very good contrast can be obtained.

また、本発明では投影レンズの投影領域の周辺部に合せ
マークを配置し、しかも互いに直交するパターン配置で
あるため、投影レンズの非点収差の影響が出ることが考
えられる。このためには、FZPのパターンを非点収差
が補正するパターンとすれば2つの直交パターンが焦点
ずれなく同一焦点位置で検出できる。
Furthermore, in the present invention, the alignment marks are arranged at the periphery of the projection area of the projection lens, and the patterns are arranged orthogonally to each other, so it is conceivable that the astigmatism of the projection lens will be affected. To this end, if the FZP pattern is a pattern that corrects astigmatism, two orthogonal patterns can be detected at the same focal position without defocusing.

このように、非常にコントラストの良い検出信号を得る
ことが出来るので高精度なパターン位置検出が可能とな
る。
In this way, a detection signal with very good contrast can be obtained, making it possible to detect the pattern position with high precision.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を第3図により説明する。第3
図は、本発明をエキシマレーザを光源とする縮小投影露
光装置に実施したものである。露先光として波長248
.4nmのに、Fレーザ光を用い、縮小レンズ3は、焦
点距離801m、倍率115である屈折率1.5083
1の合成石英ガラスのみの硝材から成る単色タイプのも
のを用いている。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. Third
The figure shows the present invention implemented in a reduction projection exposure apparatus using an excimer laser as a light source. Wavelength 248 as exposure light
.. 4 nm, F laser light is used, and the reduction lens 3 has a refractive index of 1.5083 with a focal length of 801 m and a magnification of 115.
A monochromatic type made of only synthetic quartz glass is used.

縮小レンズ3はウェーハ4側にテレセントリックな構成
とすると、レティクル1と入射隨間の距離は4801f
f11となる。マーク検出のための光源5は波長632
.8  nmのHe −N eレーザを用いる。
If the reduction lens 3 is telecentric to the wafer 4 side, the distance between the reticle 1 and the entrance hole is 4801f.
It becomes f11. The light source 5 for mark detection has a wavelength of 632
.. An 8 nm He-Ne laser is used.

レティクル1上にはFZPパターン2が設けられ。An FZP pattern 2 is provided on the reticle 1.

ウェーハ4上には合せマークとして格子パターン12が
設けられている。レティクル1の上方にはマーク検出光
学系9,10,1.1が設けられている。
A grating pattern 12 is provided on the wafer 4 as an alignment mark. Mark detection optical systems 9, 10, 1.1 are provided above the reticle 1.

以上の構成の装置でレティクル1とウェーハ4との相対
位置を合せるための動作を説明する。レティクル1と縮
小レンズ3の間に設置したH e −Neレーザ5から
射出されたビーム6はビームベンダ8で折まげられ縮小
レンズ3を通ってウェーハ4上に前の工程で形成された
合せマーク12を照明する。合せマーク12からの反射
光7−1゜7−2は、再び縮小レンズ3を通り1合せマ
ーク12の像がレティクル側に逆投影される。いま、レ
ティクル1上のFZP2がない場合を考えると合せマー
ク12の像はレティクル1からLだけ離れたJの位置に
結像することになる。ここで用いた縮小レンズの場合、
検出光として波長632.8nmを用いているのでレン
ズ材料である石英の検出光に対する屈折率が1.457
1となり縮小レンズの焦点距離も801mから89mm
と大きく変わる。従ってレティクル1から合せマークの
結像位置Jまでの距離りは734圃にもなる。しかも、
縮小レンズ3は単色タイプのレンズであるため、色収差
のみならず他の収差が発生し結像された合せマークの像
のコントラストは非常に低いものとなる。
The operation for aligning the relative positions of the reticle 1 and the wafer 4 using the apparatus having the above configuration will be explained. A beam 6 emitted from the H e -Ne laser 5 installed between the reticle 1 and the reduction lens 3 is bent by the beam bender 8 and passes through the reduction lens 3 onto the wafer 4 at the alignment mark formed in the previous process. 12. The reflected light 7-1°7-2 from the alignment mark 12 passes through the reduction lens 3 again, and the image of the alignment mark 12 is back-projected onto the reticle side. Now, if we consider the case where there is no FZP2 on the reticle 1, the image of the alignment mark 12 will be formed at a position J, which is a distance L away from the reticle 1. In the case of the reduction lens used here,
Since a wavelength of 632.8 nm is used as the detection light, the refractive index of the quartz lens material for the detection light is 1.457.
1, and the focal length of the reduction lens also changes from 801m to 89mm.
It changes a lot. Therefore, the distance from the reticle 1 to the imaging position J of the alignment mark is 734 fields. Moreover,
Since the reduction lens 3 is a monochromatic type lens, not only chromatic aberration but also other aberrations occur, and the contrast of the formed alignment mark image becomes extremely low.

そこで、本発明では、レテイクる1上にFZ P2によ
りレティクルに近い位置Sに合せマークの像を結像させ
る。レティクル1から結像位置まで距離SはFZPの焦
点距離で決まる。本実施例ではFZP2の焦点距離を1
onoとしたので距離Sは10.14 +aとなる。F
ZP2の寸法は、0.25 rrtn四方とし、ウェー
ハ上の合せマーク12は、ピッチ8μm、40tLm四
方とした。
Therefore, in the present invention, an image of an alignment mark is formed on the reticle 1 at a position S near the reticle using FZ P2. The distance S from the reticle 1 to the imaging position is determined by the focal length of the FZP. In this example, the focal length of FZP2 is 1
Since it is set to ono, the distance S becomes 10.14 +a. F
The dimensions of ZP2 were 0.25 rrtn square, and the alignment marks 12 on the wafer were 40 tLm square with a pitch of 8 μm.

FZP2により結像した合せマークの像■は、検出光学
系9.10−1.10−3により拡大され2次元固体撮
像素子11の撮像面に像■s′ として再結像される。
The alignment mark image (2) formed by the FZP2 is magnified by the detection optical system 9.10-1.10-3 and re-imaged on the imaging surface of the two-dimensional solid-state image sensor 11 as an image (2) s'.

検出光学系内には、空間フィルタ10−2があり、合せ
マーク]2からの反射回折光のうち、±1次回折光のみ
を通過させるようにしである。従って、合せマークの像
は干渉パターンとして形成される。
A spatial filter 10-2 is provided in the detection optical system, and is configured to allow only the ±1st-order diffracted light among the reflected diffracted light from the alignment mark]2 to pass through. Therefore, the image of the alignment mark is formed as an interference pattern.

固体撮像素子11′上には、第5図(a)に示すように
1./、よりlのパターンが投影されている。固体撮影
素子は2次元状にM X N個の光電変換部を有してお
り、投影されたパターンの明暗変化を電圧の変化に変換
する。本実施例では512×500絵素の素子を使用し
た。信号の処理は第5図(d)の回路で行なう。いま素
子上に投影されているIa’パターンの素子上の位置を
求めるために、Ta2 の右端のパターンに着目する。
On the solid-state image sensor 11', as shown in FIG. 5(a), 1. /, a pattern of l is projected. The solid-state imaging device has M x N photoelectric conversion sections in two dimensions, and converts changes in brightness of the projected pattern into changes in voltage. In this example, an element of 512×500 picture elements was used. Signal processing is performed by the circuit shown in FIG. 5(d). In order to find the position on the element of the Ia' pattern currently projected onto the element, attention is paid to the rightmost pattern of Ta2.

Ia’のパターンの位置誤差は1本来あるべき位置(M
 o 、 N o )からのずれ量を求めればよい。こ
の位置誤差を求めるには、(M o 、 N o )を
含む(11j)番目から(i+m、j+n)番目の領域
についてのみ信号処理を行なう。つまり、X方向の位置
を求めるには、iからi+mまで各X方向についてjか
らj + nまでの光強度を積算回路20で積算してメ
モリ21に格納する。メモリ内の光強度信号は第5図(
b)に示すようになる。同様にX方向の位置は、jから
j+nまで各X方向の位置についてiからi+mまでの
光強度を積算してメモリ21に格納する。この光強度信
号は、第5図(c)のごとくになる。なお、光強度信号
を求める領域(i、j)〜(i+m、j+n)は、常に
同じ位置としである。パターンIa’は、ウェーハ4及
びレティクル1をあらかじめ別な方法で±5μmていど
に粗位置決めされるので、必ず所定の領域に入っている
。以上の方法でメモリ上に光強度信号が格納された後、
各パターンの中心位置i + xまたはj+yを求める
には、スレッショールドTHX、THYと交叉する点の
中立点を演算すればよい。
The position error of the pattern Ia' is 1 (M
o , N o ). To obtain this position error, signal processing is performed only on the (11j)th to (i+m, j+n)th regions including (M o , N o ). That is, to obtain the position in the X direction, the light intensity from j to j + n is integrated in each X direction from i to i+m by the integrating circuit 20 and stored in the memory 21 . The optical intensity signal in the memory is shown in Figure 5 (
b). Similarly, for the position in the X direction, the light intensity from i to i+m is accumulated for each position in the X direction from j to j+n and stored in the memory 21. This light intensity signal becomes as shown in FIG. 5(c). Note that the regions (i, j) to (i+m, j+n) for which the light intensity signal is obtained are always at the same position. Since the wafer 4 and reticle 1 are roughly positioned in advance by ±5 μm using a different method, the pattern Ia' always falls within a predetermined area. After the optical intensity signal is stored in the memory using the above method,
In order to obtain the center position i + x or j + y of each pattern, it is sufficient to calculate the neutral point of the point that intersects the thresholds THX and THY.

同様には、Ib’パターンでは上端のパターンに着目し
くk、 Q)から(k+m、Q+n)の領域で光強度信
号を求めパターンの中心位置に+η。
Similarly, for the Ib' pattern, focusing on the upper end pattern, calculate the light intensity signal in the area from k, Q) to (k+m, Q+n) and set +η to the center position of the pattern.

Q+ξを求める。Find Q+ξ.

このようにして得られた各パターンのXY力方向中心位
置から各パターンのずれ量を求めるには。
To obtain the amount of deviation of each pattern from the center position of each pattern in the XY force direction obtained in this way.

次に示す演算式に従った演算回路22で行なう。This is performed by the arithmetic circuit 22 according to the following arithmetic expression.

Xw=Mo−(i+x) XR=(k+η) −Pa YR= (i+y)  N。Xw=Mo−(i+x) XR=(k+η)-Pa YR=(i+y)N.

Yw=Q  CQ+ξ) また、Ia’ とIb’の理想的な位置での相対位[X
o、YoはX o = P o  M o 、 Y o
 = Q o  N oで表わされる。
Yw=Q CQ+ξ) Also, the relative position of Ia' and Ib' at the ideal position [X
o, Yo are X o = P o Mo, Yo
= Q o No.

なお、検出光学系の拡大倍率を40倍としであるので1
絵素あたりのウニーハ上換算寸法は0.2μmとなる。
Note that the magnification of the detection optical system is 40x, so the
The converted dimension on the surface of each pixel is 0.2 μm.

さらに絵素間を1/10ていどに内挿することによって
検出分解能は0.02 μmとすることができる。
Furthermore, the detection resolution can be set to 0.02 μm by interpolating the distance between picture elements to 1/10.

以上の方法で、レティクル1とウェーハ4の相対位置は
第2図に示すようなXR+XW、YR+YWを求めるこ
とによって得られる。次にこの値をゼロとするように、
しかもIa’ と■b′の位置関係Xo、Yoが所定の
値となるようにレティクル1の載った微動台を微動し、
レティクル1とウェーハ4との相対位置合せを行なう。
With the above method, the relative positions of the reticle 1 and the wafer 4 can be obtained by determining XR+XW and YR+YW as shown in FIG. Next, set this value to zero,
Moreover, the fine movement base on which reticle 1 is mounted is slightly moved so that the positional relationship Xo and Yo between Ia' and ■b' becomes the predetermined value.
The relative positioning of the reticle 1 and the wafer 4 is performed.

一方、上の例では1対のFZPと合せマークによってX
Y力方向位置合せを行なったが、レティクルとウェーハ
との位置合せをより高精度に行なうためには、第4図の
示すごとく、レティクル1上に2組のFZP2.2’ 
を設け、同時に、ウェーハ4上の各チップ15にも2組
の合せマーク12.12’ を配置すればよい。こうす
ることによってレティクルとウェーハ上のチップの回転
による位置関係も正確に検出できるので高精度な位置合
せが実現できる。
On the other hand, in the above example, a pair of FZP and alignment marks
Alignment was performed in the Y force direction, but in order to align the reticle and wafer with higher precision, two sets of FZP2.2' were placed on the reticle 1 as shown in FIG.
At the same time, two sets of alignment marks 12 and 12' may be placed on each chip 15 on the wafer 4. By doing so, the rotational positional relationship between the reticle and the chip on the wafer can be detected accurately, so that highly accurate alignment can be achieved.

なお、以上の説明はエキシマレーザを光源とした縮小投
影露光装置の実施例を示したが、水銀ランプの発光スペ
クトルのg線r lt i線などを光源とする露光装置
でも適用ができる。さらに、縮小投影型の露光装置に限
定されるものでなく、等倍の投影露光装置、投影光学系
を使用しないプロキシミテイ露光装置などにも適用がで
きる。
Although the above description has been made with respect to an embodiment of a reduction projection exposure apparatus using an excimer laser as a light source, the present invention can also be applied to an exposure apparatus using as a light source the g-line, r lt i-line, etc. of the emission spectrum of a mercury lamp. Furthermore, the present invention is not limited to a reduction projection type exposure apparatus, but can also be applied to a projection exposure apparatus of equal magnification, a proximity exposure apparatus that does not use a projection optical system, and the like.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、fi光波長と異なる波長の光でマーク
位置検出を行なう場合、レテイク上のFZPが色収差補
正の働きをするので、色収差が発生していても、色収差
補正レンズなど新たに光学系を付加しなくても良いので
、非常に高精度な位置検出及び位置合せを行なうことが
できる効果がある。
According to the present invention, when mark position detection is performed using light of a wavelength different from the fi light wavelength, the FZP on the retake functions to correct chromatic aberration, so even if chromatic aberration occurs, new optical Since there is no need to add a system, there is an advantage that position detection and alignment can be performed with extremely high precision.

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

第1図、第2図は本発明の原理を示す図、第3図は、本
発明の一実施例である縮小投影露光装置の概略図、第4
図は、合せマークのレティクル。 ウェーハ上で配列例、第5図は、信号処理方法及び処理
回路を示す図、第6図は従来例の構成概略図である。 1・・・レティクル、2・・・フレネルゾーンプレート
、3・・・投影レンズ、4・・・ウェーハ、6・・・マ
ーク検出光、9,10・・・検出光学系、11・・・2
次元光電検第  1  図 ハ  − /2−B  図 ■、より 一一■−−〜工久 ■ ■ 一一■■■−工え ■ ■ 硼「 \\ \才 \\才
1 and 2 are diagrams showing the principle of the present invention, FIG. 3 is a schematic diagram of a reduction projection exposure apparatus which is an embodiment of the present invention, and FIG.
The figure shows the alignment mark reticle. An example of arrangement on a wafer, FIG. 5 is a diagram showing a signal processing method and processing circuit, and FIG. 6 is a schematic diagram of the configuration of a conventional example. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Reticle, 2... Fresnel zone plate, 3... Projection lens, 4... Wafer, 6... Mark detection light, 9, 10... Detection optical system, 11... 2
Dimensional Photoelectric Inspection No. 1 Fig. HA - /2-B Fig.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、第1の物体と第2の物体との相対位置を検出する装
置において、第1の物体上に設けた互いに帯の方向の交
差する少なくとも1組のリニヤフレネルゾーンプレート
と、第2の物体上に設けた上記リニヤフレネルゾーンプ
レートに対応する少なくとも1組の互いに交差する格子
状パターンを有する合せマークと、上記リニヤフレネル
ゾーンプレートで結像して上記合せマークの像を結像す
る検出光学系と、上記合せマークの像の2次元位置を検
出する検出手段を有するパターン位置検出装置。 2、前記1組のフレネルゾーンプレートは、帯の方向が
互いに垂直であることを特徴とする特許請求の範囲第1
項記載のパターン位置検出装置。 3、前記1組の合せマークは、対応する前記リニヤフレ
ネルゾーンプレートの帯上記合せマークの格子状パター
ンの格子が垂直に交わるような方向で設けられることを
特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項記載のパ
ターン位置検出装置。 4、前記検出光学系は、前記合せマークの像を形成する
光のうち±1次以上の回折光成分を通過する空間フィル
タを有することを特徴とする特許請求の範囲第3項記載
のうちいずれかのパターン位置検出装置。 5、前記第1の物体と前記第2の物体との間に投影レン
ズを有し、第2の物体上の合せマークを該投影レンズで
第1の物体側に投影し、さらに第1の物体上のリニヤフ
レネルゾーンプレートで結像させる場合において、該リ
ニヤフレネルゾーンプレートは当該投影レンズの収差を
補正する機能を有することを特徴とする特許請求の範囲
第1項乃至第4項記載のパターン位置検出装置。
[Claims] 1. In a device for detecting the relative position of a first object and a second object, at least one set of linear Fresnel zone plates provided on the first object and whose band directions intersect with each other. an alignment mark having at least one set of mutually intersecting lattice patterns corresponding to the linear Fresnel zone plate provided on a second object; and an image of the alignment mark formed by forming an image on the linear Fresnel zone plate. A pattern position detection device comprising a detection optical system that forms an image and a detection means that detects a two-dimensional position of an image of the alignment mark. 2. Claim 1, wherein the one set of Fresnel zone plates has strip directions perpendicular to each other.
The pattern position detection device described in . 3. The set of alignment marks is provided in a direction such that the grids of the grid-like pattern of alignment marks on the bands of the corresponding linear Fresnel zone plate intersect perpendicularly. Or the pattern position detection device according to item 2. 4. Any one of the claims set forth in claim 3, wherein the detection optical system has a spatial filter that passes diffracted light components of ±1st order or higher of the light forming the image of the alignment mark. A pattern position detection device. 5. A projection lens is provided between the first object and the second object, the alignment mark on the second object is projected onto the first object side by the projection lens, and the alignment mark on the second object is projected onto the first object side; When an image is formed by the upper linear Fresnel zone plate, the pattern position according to any one of claims 1 to 4, wherein the linear Fresnel zone plate has a function of correcting aberrations of the projection lens. Detection device.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6876946B2 (en) * 1993-01-21 2005-04-05 Nikon Corporation Alignment method and apparatus therefor

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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