JPH02105002A - Detecting method for pattern on semiconductor element and manufacture of semiconductor device using said method and projecting and exposing device used therefor - Google Patents

Detecting method for pattern on semiconductor element and manufacture of semiconductor device using said method and projecting and exposing device used therefor

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JPH02105002A
JPH02105002A JP63259027A JP25902788A JPH02105002A JP H02105002 A JPH02105002 A JP H02105002A JP 63259027 A JP63259027 A JP 63259027A JP 25902788 A JP25902788 A JP 25902788A JP H02105002 A JPH02105002 A JP H02105002A
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JP
Japan
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pattern
illumination light
irradiation
optical axis
vertical
Prior art date
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Application number
JP63259027A
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Japanese (ja)
Inventor
Susumu Komoriya
進 小森谷
Takao Kawanabe
川那部 隆夫
Nobuyuki Irikita
信行 入来
Shinya Nakagawa
慎也 中川
Takayoshi Oosakatani
大坂谷 隆義
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To exactly detect the end edge coordinate and to enhance the matching accuracy by changing arbitrarily a lighting irradiation angle to a pattern step difference against a vertical reference optical axis of an element plane. CONSTITUTION:When an illuminating light irradiates by giving a prescribed inclination angle theta on a vertical reference optical axis of a pattern, a position of one of both end edges of the pattern can be detected exactly. Accordingly, when the irradiation is repeated by varying an inclination angle, even if a distortion is generated in the pattern and the cross section becomes an asymmetrical shape, the pattern position can be detected exactly, and the matching accuracy can be enhanced. Also, by comparing a first coordinate value obtained by varying the inclination angle and a second coordinate value obtained by an illuminating light being in parallel to the vertical reference optical axis, the correction quantity to a second coordinate value is operated, and at the time detecting the succeeding position, a matching processing is executed efficiently by correcting the data of only a vertical illuminating light.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、アライメント技術に関し、特に半導体装置の
製造にふける縮小投影露光工程にふけるマスクに対する
半導体ウェハ(以下単に、「ウェハ」と略称する)のア
ライメントに適用して有効な技術に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to alignment technology, and in particular to semiconductor wafers (hereinafter simply referred to as "wafers") for masks used in reduction projection exposure processes used in the manufacture of semiconductor devices. Concerning techniques that are effective when applied to alignment.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

レチクル等のマスク上に遮光膜で形成された回路パター
ンをウェハ上に転写する技術としては、縮小投影露光装
置を用いた技術が一般的であるが、このときのウェハと
マスクとの位置合わせは、例えば以下のようにして行わ
れる。
A common technique for transferring a circuit pattern formed with a light-shielding film on a mask such as a reticle onto a wafer is to use a reduction projection exposure system, but the alignment of the wafer and mask at this time is , for example, as follows.

すなわち、ウェハの表面に凹凸の段差形状によって形成
されたアライメントパターンに対して、縮小投影レンズ
を通じて照明光を照射し、上記アライメントパターンか
らの反射光をハーフミラ−等を介してTV左カメラ入射
させ、この反射光の光量に基づいてこれを電気信号に変
換することによつて上記アライメントパターンの位置を
把握し、マスクに対するウェハの目的露光領域の位置決
めを行うものである。このような位置決め技術は、一般
にスルー・ザ・レンズ(TTL)方式と呼ばれている。
That is, illumination light is irradiated through a reduction projection lens to an alignment pattern formed by uneven step shapes on the surface of the wafer, and the reflected light from the alignment pattern is made to enter the TV left camera via a half mirror or the like. By converting this reflected light into an electrical signal based on the amount of reflected light, the position of the alignment pattern is grasped, and the target exposure area of the wafer is positioned with respect to the mask. Such a positioning technique is generally called a through-the-lens (TTL) method.

なお、TTL方式による投影露光技術に関しては、本出
願人による特開昭60−177625号公報、TTL方
式の今後の課題を指摘した文献としては、日経マグロウ
ヒル社、昭和62年12月1日発行、「日経マイクロデ
バイセズ」P80〜P81がある。
Regarding projection exposure technology using the TTL method, Japanese Patent Application Laid-Open No. 177625/1988 by the applicant, and documents pointing out future issues with the TTL method include Nikkei McGraw-Hill Publishing, December 1, 1988, "Nikkei Micro Devices" P80-P81.

ここで、−船釣なTTL方式のアライメント技術につい
て第11図の系統図を用いてさらに詳しく説明する。
Here, the TTL type alignment technology will be explained in more detail using the system diagram shown in FIG. 11.

第11図にふいて、101は被露光対象物であるウェハ
、このウェハの直上に配置される102は露光用の縮小
投影レンズ、103は原版としてのレチクル、104は
[1部としてのTV左カメラ105は露光光源としての
水銀ランプである。上記縮小投影レンズ102とTV左
カメラ04との光路上には反射鏡106、リレーレンズ
107およびハーフミラ−108がそれぞれ配置されて
おり、当該ハーフミラ−108を透過された反射光はT
V左カメラ04に入射される構造となっている。一方、
水銀ランプ105とハーフミラ−108との間には水銀
ランプ105からの波長中、E線(546nm)のみを
通過させるバンドパスフィルタ110およびコンデンサ
レンズ111がそれぞれ配置されている。
In FIG. 11, 101 is a wafer that is an object to be exposed, 102 is a reduction projection lens for exposure, which is placed directly above the wafer, 103 is a reticle as an original, and 104 is a TV left as part 1. The camera 105 is a mercury lamp as an exposure light source. A reflecting mirror 106, a relay lens 107, and a half mirror 108 are arranged on the optical path between the reduction projection lens 102 and the TV left camera 04, respectively, and the reflected light transmitted through the half mirror 108 is
The structure is such that the light is incident on the V left camera 04. on the other hand,
A bandpass filter 110 and a condenser lens 111 are respectively arranged between the mercury lamp 105 and the half mirror 108 to allow only E-ray (546 nm) to pass among the wavelengths from the mercury lamp 105.

水銀ランプ105から発せられた照明光は、ハーフミラ
−108より中継レンズ107、反射鏡106、縮小投
影レンズ102を経てウェハ101上に照射され、この
ウェハ101からの反射光は上記光路を逆進してTV左
カメラ04に入射し、当該TV左カメラ04の認識画像
に基づいて波形検出を行っていた。
The illumination light emitted from the mercury lamp 105 is irradiated onto the wafer 101 from the half mirror 108 via the relay lens 107, the reflecting mirror 106, and the reduction projection lens 102, and the reflected light from the wafer 101 travels backward along the optical path. and entered the TV left camera 04, and waveform detection was performed based on the recognized image of the TV left camera 04.

第12図(a)は、上記ウェハ101上に形成され、 
 ているアライメントパターン112を概略的に示した
部分断面図である。
FIG. 12(a) shows the structure formed on the wafer 101,
FIG. 2 is a partial cross-sectional view schematically showing an alignment pattern 112.

上記アライメントパターン112は、ウェハ101上に
おいて、配線パターン等と同期して形成され、内周両側
端がエツジ状に形成された凹断面構造を有している。こ
のようなアライメントパターン112の形成されたウェ
ハ平面に対して照明光は垂直上方より照射され、そのウ
ェハ平面で反射された反射光は再度上記照明光と一致し
た光路を逆進することを前提としていた。
The alignment pattern 112 is formed on the wafer 101 in synchronization with the wiring pattern, etc., and has a concave cross-sectional structure with edge-shaped edges on both sides of the inner circumference. The wafer plane on which such an alignment pattern 112 is formed is irradiated with illumination light from vertically above, and the reflected light reflected from the wafer plane travels back along the same optical path as the illumination light. there was.

同図に示されているように、ウェハ101上において理
想状態で歪みを生じることなくアライメントパターン1
12が形成されている場合、これによって得られる波形
は同図ら)に示すように、−対のエツジの部分でピーク
値を示すものとなっており、両ピーク値の座標Xa 、
  XL よりそのアライメントパターン112の中心
位’fl ((X@+ xL)/2)を算出して、これ
を基準値X0 としてアライメントを実施していた。
As shown in the figure, the alignment pattern 1 is formed on the wafer 101 in an ideal state without causing distortion.
12 is formed, the resulting waveform shows a peak value at the edge of the - pair, as shown in the same figure, and the coordinates of both peak values are Xa,
The center position 'fl ((X@+xL)/2) of the alignment pattern 112 was calculated from XL, and alignment was performed using this as the reference value X0.

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

ところが、アライメントパターン112のAlの形成時
において、段差底面の膜厚のばらつきを生じ、アライメ
ントパターン112の断面形状が非対称となると、光の
反射角度が乱れ、検出されるエツジの波形に歪を生じ、
エツジ位置の座標を正確に把握することが困難となる場
合があった。
However, when forming the Al of the alignment pattern 112, if the film thickness at the bottom of the step varies and the cross-sectional shape of the alignment pattern 112 becomes asymmetrical, the reflection angle of light will be disturbed and the waveform of the detected edge will be distorted. ,
In some cases, it was difficult to accurately determine the coordinates of the edge position.

また、エツジの先端が欠は等を生じていると、この欠は
面の乱反射が要因となりエツジ位置の座標把握が困難に
なる場合もあった。
Furthermore, if the tip of an edge has a chip, etc., the chip may be caused by diffused reflection from the surface, making it difficult to grasp the coordinates of the edge position.

本発明は、上記課題に着目してなされたものでアリ、そ
の目的は、アライメントパターンの歪みに影響されずに
、正確なエツジ座標の検出を行い、アライメント精度を
高めることのできる技術を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to provide a technology that can accurately detect edge coordinates and improve alignment accuracy without being affected by distortion of alignment patterns. There is a particular thing.

本発明の上記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述右よび添付図面から明らかになるであろう
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

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

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、概ね次のとおりである。
A brief overview of typical inventions disclosed in this application is as follows.

すなわち、段差状に形成された半導体素子上のパターン
を光学的に検出する際に、上記段差に対する照明照射角
度を上記半導体素子平面の垂直基準光軸に対して傾斜角
を与えて照射するものである。
That is, when optically detecting a pattern on a semiconductor element formed in the shape of a step, the illumination irradiation angle for the step is given at an inclination angle with respect to the vertical reference optical axis of the plane of the semiconductor element. be.

また、段差に対する照明照射角度を半導体素子平面の垂
直基準光軸に対して傾斜角を与えて照射することにより
得られた第1の座標値と、垂直基準光軸と平行な垂直照
明光の照射によって得られた第2の座標値とを比較する
ことによって垂直照明光の第2の座標値に対する補正量
を算出し、以降のパターン検出においては垂直照明光の
照射から得られた座標値に上記補正量を加えることによ
って真の座標値を算出するものである。
In addition, the first coordinate value obtained by irradiating the step with the illumination irradiation angle given an inclination angle with respect to the vertical reference optical axis of the semiconductor element plane, and the irradiation of vertical illumination light parallel to the vertical reference optical axis The correction amount for the second coordinate value of the vertical illumination light is calculated by comparing it with the second coordinate value obtained from the irradiation of the vertical illumination light. The true coordinate values are calculated by adding the correction amount.

〔作用〕[Effect]

上記した手段によれば、パターンの垂直基準光軸に対し
て所定の傾斜角を与えて照明光を照射することによって
、パターンの両端のエツジのうち一方の位置は正確に検
出することが可能となる。
According to the above-mentioned means, by applying illumination light at a predetermined inclination angle with respect to the vertical reference optical axis of the pattern, it is possible to accurately detect the position of one of the edges at both ends of the pattern. Become.

したがって、このように傾斜角を変化させてパターンに
対する照明光の照射を繰り返すことによって、形成され
ているパターンに歪みを生じている場合、すなわち断面
非対称形状に形成されているパターンにおいても正確な
位置検出が可能となり、アライメント精度を高めること
ができる。
Therefore, by repeatedly irradiating the pattern with illumination light while changing the inclination angle in this way, even if the formed pattern is distorted, that is, the pattern is formed with an asymmetrical cross-sectional shape, it is possible to accurately position the pattern. Detection becomes possible and alignment accuracy can be improved.

また、第1の座標値と、第2の座標値とを比較して補正
量を算出することによって、垂直照明光での検出による
ずれ量が明かとなるため、後続の位置検出では垂直照明
光のみから得られたデータを補正することによって効率
的なアライメント処理を行うことができる。
In addition, by comparing the first coordinate value and the second coordinate value and calculating the correction amount, the amount of deviation due to detection with vertical illumination light becomes clear, so in subsequent position detection, vertical illumination light Efficient alignment processing can be performed by correcting the data obtained only from the above.

〔実施例1〕 第1図は本発明の一実施例に使用される縮小投影露光装
置を示す要部斜視図、第2図はその光学系を説明するた
めの系統図、第3図(a)および(ハ)はそれぞれ光軸
移動部による光軸の傾斜状態を示す説明図、第4図(a
)および(b)は実施例中の色収差についての説明図、
第5図(a)および0))はウェハ上のアライメントパ
ターンの形成状態を示す部分断面図およびその平面図、
第6図〜第8図は本実施例のパターン検出方法を示す説
明図、第9図(a)およびら)は本実施例のパターン検
出における信号処理手順を示すフロー図である。
[Embodiment 1] FIG. 1 is a perspective view of the main parts of a reduction projection exposure apparatus used in an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a system diagram for explaining its optical system, and FIG. ) and (c) are explanatory diagrams showing the tilted state of the optical axis by the optical axis moving unit, respectively, and FIG.
) and (b) are explanatory diagrams regarding chromatic aberration in the examples,
5(a) and 0)) are a partial cross-sectional view and a plan view thereof showing the state of formation of an alignment pattern on a wafer,
6 to 8 are explanatory diagrams showing the pattern detection method of this embodiment, and FIGS. 9(a) and 9) are flowcharts showing the signal processing procedure in pattern detection of this embodiment.

第1図において、縮小投影レンズW1は、水銀ランプか
らなる露光光源2と、この露光光源2から照射される露
光光を集束する集光レンズ3と、縮小投影レンズ4とか
らなる露光光学系を有している。
In FIG. 1, the reduction projection lens W1 includes an exposure optical system consisting of an exposure light source 2 made of a mercury lamp, a condenser lens 3 that focuses the exposure light emitted from the exposure light source 2, and a reduction projection lens 4. have.

上記集光レンズ3と縮小投影レンズ4との間には、透明
な石英ガラス基板にクロム(Cr)等の遮光膜によって
集積回路パターンの形成されたレチクル5 (原版)が
着脱可能に配置されている。
Between the condensing lens 3 and the reduction projection lens 4, a reticle 5 (original plate) is removably arranged, which has an integrated circuit pattern formed on a transparent quartz glass substrate with a light shielding film such as chromium (Cr). There is.

一方、同図中、上記縮小投影レンズ4の下方にはXYス
テージ6の上面にふいて、水平方向にその位置調整が可
能とされたウェハ7 (露光対象物体〉が載萱されてい
る。当該ウェハ7は、所定のアライメントパターン8が
第5図に示されるように段差状に形成されており、さら
にその上面にフォトレジスト膜10が回転塗布技術によ
って被着された状態となっている。すなわち、第1図に
おいて、露光光源2から照射されレチクル5を透過した
露光光は、縮小投影レンズ4によって所定の倍率(たと
えば115)に縮小されてウェハ7に投影される。これ
によって上記レチクル5の集積回路パターンが上記フォ
トレジスト膜10上に転写され、露光光の照射部分のフ
ォトレジスト膜10が化学変化を生じてフォトレジスト
膜IOによるレジストパターンが形成されるものである
On the other hand, in the figure, a wafer 7 (object to be exposed) whose position can be adjusted in the horizontal direction is mounted below the reduction projection lens 4 on the top surface of the XY stage 6. The wafer 7 has a predetermined alignment pattern 8 formed in a stepped shape as shown in FIG. 5, and a photoresist film 10 is further deposited on the upper surface of the wafer 7 by a spin coating technique. In FIG. 1, exposure light emitted from an exposure light source 2 and transmitted through a reticle 5 is reduced by a reduction projection lens 4 to a predetermined magnification (for example, 115) and projected onto a wafer 7. An integrated circuit pattern is transferred onto the photoresist film 10, and a chemical change occurs in the photoresist film 10 in the portion irradiated with exposure light, thereby forming a resist pattern of the photoresist film IO.

上記露光光学系の近傍には、照明光源11が設けられて
ふり、この照明光源11からの照明光は、コンデンサレ
ンズ12および光軸移動部13等を経てハーフミラ−1
4により所定角度に反射され、さらにリレーレンズ15
、色収差補正レンズ群16および反射鏡17を経て縮小
投影レンズ4に至り、さらにこの縮小投影レンズ4より
ウェハ7の所定部位を照明する構成となっている。
An illumination light source 11 is provided near the exposure optical system, and the illumination light from this illumination light source 11 passes through a condenser lens 12, an optical axis moving section 13, etc., and then passes through a half mirror 1.
4 at a predetermined angle, and is further reflected by a relay lens 15.
, a chromatic aberration correcting lens group 16 and a reflecting mirror 17 before reaching a reduction projection lens 4, which further illuminates a predetermined portion of the wafer 7.

本実施例では、上記照明光源11は、上記露光光源2よ
り光フアイバ18等の導光手段によって導いた構成とさ
れており、バンドパスフィルタ20を光路上に配置して
、露光光源2である水銀ランプの放光波長のうち、E線
(λ=546nm)とD線(λ=589nm)のみを透
過させる構成としてている。上記バンドパスフィルタ2
0を透過した照明光は、可視光範囲における連続スペク
トル光としてハーフミラ−14に入射されることになる
。このような連続スペクトル光とする利点は、単色光で
生じる干渉縞を防止し、検出精度を高める点にある。
In this embodiment, the illumination light source 11 is guided from the exposure light source 2 by a light guiding means such as an optical fiber 18, and a bandpass filter 20 is disposed on the optical path. Of the emission wavelengths of the mercury lamp, only E-line (λ=546 nm) and D-line (λ=589 nm) are transmitted. Bandpass filter 2 above
The illumination light that has passed through 0 is incident on the half mirror 14 as continuous spectrum light in the visible light range. The advantage of using such continuous spectrum light is that it prevents interference fringes caused by monochromatic light and improves detection accuracy.

上記ハーフミラ−I4より色収差補正レンズ群16を経
て反射鏡17および縮小投影レンズ4を経てウェハ7上
に照射された照明光は、ウェハ7上に形成された所定の
アライメントパターン8を照射した後、その反射光とし
て、上記照明光の光路を逆進してTVカメラ21に入射
される構造となっている。なおこの照明光の光路につい
ては後で詳述する。
The illumination light irradiated onto the wafer 7 from the half mirror I4 via the chromatic aberration correction lens group 16, the reflecting mirror 17 and the reduction projection lens 4, after irradiating a predetermined alignment pattern 8 formed on the wafer 7, The reflected light is configured to travel backward along the optical path of the illumination light and enter the TV camera 21. Note that the optical path of this illumination light will be described in detail later.

光軸移動部13は、照明絞り孔22の貫通形成されたシ
ャッタ23と、このシャッタ23と一体にガイド24に
沿ってスライド移動可能なシャッタ支持部25とを有し
ており、このシャッタ支持部25は、ステップモータ2
6等により第3図(a)右よび(b)に示すように水平
方向に±lだけ微調整可能とされている。
The optical axis moving unit 13 includes a shutter 23 through which an illumination aperture hole 22 is formed, and a shutter support 25 that is slidable along a guide 24 together with the shutter 23. 25 is step motor 2
As shown in FIG. 3(a) right and FIG. 3(b), it is possible to make fine adjustments by ±l in the horizontal direction.

すなわち、上記ステップモータ26の移動によってシャ
ッタ23が水平方向に所定量±βだけ移動されると、シ
ャッタ23に開設された照明絞り孔22も光軸を同図の
左右方向に±lだけ移動され、コンデンサレンズ12に
対する照明光の光軸が所定角度に傾斜されることになる
That is, when the shutter 23 is moved by a predetermined amount ±β in the horizontal direction due to the movement of the step motor 26, the illumination aperture hole 22 formed in the shutter 23 is also moved by ±l in the left-right direction in the figure. , the optical axis of the illumination light to the condenser lens 12 is tilted at a predetermined angle.

このような光軸の傾斜にともなって、縮小投影レンズ4
を経てウェハ7のアライメントパターン8上に照射され
る照明光も所定角度に傾斜された状態となる。本実施例
では垂直基準光軸、すなわちシャッタ23の平面に対し
て垂直となる軸を中心として、所定距離ずつ左右に±l
ずつ移動することによってアライメントパターン8に対
して±θの角度で照明光を入射できるようにされている
Due to the inclination of the optical axis, the reduction projection lens 4
The illumination light that is irradiated onto the alignment pattern 8 of the wafer 7 is also tilted at a predetermined angle. In this embodiment, the vertical reference optical axis, that is, the axis perpendicular to the plane of the shutter 23, is the center of the vertical reference optical axis.
By moving in steps, the illumination light can be incident on the alignment pattern 8 at an angle of ±θ.

次に、本実施例で用いられる色収差補正、レンズ群16
について説明する。
Next, the chromatic aberration correction used in this example, the lens group 16
I will explain about it.

説明に先だって、縮小投影露光技術において生じる色収
差の原理について第4図(a)および(b)を用いて簡
単に説明する。
Prior to the explanation, the principle of chromatic aberration that occurs in the reduction projection exposure technique will be briefly explained using FIGS. 4(a) and 4(b).

なお、同図中aおよびbは、それぞれレンズ120から
結像位置までの距離を示している。ここで上記レンズ1
20の焦点距離をfとすると、a。
Note that a and b in the figure each indicate the distance from the lens 120 to the imaging position. Here, the above lens 1
If the focal length of 20 is f, then a.

b、fの関係式は、一般に周知の通り下記の如くなる。As is generally known, the relational expression between b and f is as follows.

1/a+l/b=1/f     ・・・(1)このと
き、焦点距離がΔfだけ変化したとすると、結像位置の
変化Δbは、 Δb= (b2/f” )Δf   ・・・(2)とな
る。一方、第4図(b)に示すように、レンズ120の
焦点距離fと屈折率nの関係式は、下記の如くである。
1/a+l/b=1/f...(1) At this time, if the focal length changes by Δf, the change Δb in the imaging position is Δb=(b2/f”)Δf...(2 ).On the other hand, as shown in FIG. 4(b), the relational expression between the focal length f and the refractive index n of the lens 120 is as follows.

f=R/(n−1)        ・・・(3)上式
において、Rはレンズ120の球面における半径長を示
している。この式より、屈折率の変化Δnにともなう焦
点距離の変化Δfは、Δf=−RΔn/(n−1)” =−fΔn/(n−1)    ・・・(4)となる。
f=R/(n-1) (3) In the above equation, R indicates the radial length of the spherical surface of the lens 120. From this equation, the change Δf in the focal length due to the change Δn in the refractive index is Δf=−RΔn/(n−1)”=−fΔn/(n−1) (4).

この(4)式を上記(2)式に代入すると、Δb=−b
”  Δn/f  (n−1)  ・・・(5)となる
。ここで、結像倍¥−mは、m = b / aである
から、上式(5)は、 Δb=−f  (1+m)2 Δn/(n−1)・・・
(6) となる。この(6)式より、屈折率nの変化Δnにとも
なって、結像位置もΔbだけ変化することが理解できる
Substituting this equation (4) into the above equation (2), Δb=-b
” Δn/f (n-1) ...(5).Here, since the imaging magnification ¥-m is m = b / a, the above formula (5) becomes Δb = -f ( 1+m)2 Δn/(n-1)...
(6) becomes. From this equation (6), it can be understood that as the refractive index n changes Δn, the imaging position also changes by Δb.

ここで、屈折率nと光の波長とは反比例する特性を有し
ているため、レンズ120に入射される波長が長くなる
と、これにともなって結像位置もΔbだけレンズ120
の方向に向かってシフトする。これが色収差である。
Here, since the refractive index n and the wavelength of light have a characteristic that is inversely proportional to the wavelength of light, as the wavelength incident on the lens 120 becomes longer, the imaging position also changes by Δb from the lens 120.
shift towards the direction of. This is chromatic aberration.

一般に、縮小投影露光装置1で用いられる上記の縮小投
影レンズ4は、露光光であるG線(λ=436nm)に
対して最適な光学特性を得られるように設計されている
ため、照明光としてE線あるいはD線等の他波長の光を
用いた場合の色収差の問題については配慮されていない
In general, the reduction projection lens 4 used in the reduction projection exposure apparatus 1 is designed to obtain optimal optical characteristics for G-line (λ = 436 nm), which is the exposure light, and therefore is used as illumination light. No consideration is given to the problem of chromatic aberration when using light of other wavelengths such as E-line or D-line.

したがって、上記に説明したようにE線とD線とによる
連続スペクトル光を照明光として用いた場合には、波長
の比較的短いE線はレンズの近傍で結像し、波長の比較
的長いD線はレンズの遠方で結像する結果となってしま
い、本発明者の算出によれば、色収差補正を行うことな
くアライメント光学系を通過した両波長のTVカメラ2
1による結像位置の差は数十mm程度にまでなってしま
っている。
Therefore, as explained above, when continuous spectrum light consisting of E-line and D-line is used as illumination light, the E-line, which has a relatively short wavelength, is imaged near the lens, and the D-ray, which has a relatively long wavelength, forms an image near the lens. The line ends up being imaged far from the lens, and according to the inventor's calculations, the TV camera 2 of both wavelengths passes through the alignment optical system without performing chromatic aberration correction.
1, the difference in image formation position is on the order of several tens of millimeters.

本実施例の色収差補正レンズ群16は、上記の色収差、
すなわち照明光として連続スペクトル光を用いた場合の
結像位置のずれを修正するために用いられている。
The chromatic aberration correction lens group 16 of this embodiment has the above-mentioned chromatic aberration,
That is, it is used to correct a shift in the imaging position when continuous spectrum light is used as illumination light.

すなわち、本実施例の色収差補正レンズ群16は、入射
波長の大小にかかわらず、結像位置を一定に維持する機
能を有するものであり、入射波長が大、すなわち屈折率
nの小さな光に対してはレンズからの結像距離を小とし
、入射波長が小、すなわち屈折率の大きな光に対しては
レンズからの結像距離を大とするように調整されている
・。
In other words, the chromatic aberration correcting lens group 16 of this embodiment has a function of maintaining the image formation position constant regardless of the magnitude of the incident wavelength, and for light having a large incident wavelength, that is, a small refractive index n. The imaging distance from the lens is adjusted to be small, and the imaging distance from the lens is adjusted to be large for light with a small incident wavelength, that is, a large refractive index.

このような、色収差補正レンズ群16の構成としては、
たとえばフリントガラスからなる凹レンズと、クラウン
ガラスからなる凸レンズとを適宜組み合わせたものであ
り、λ=500nm〜59Qnm程度のE線とD線とを
包含する波長帯域での色収差補正が可能である。色収差
補正可能範囲の調整については、上記組合せレンズのレ
ンズ間間隔を変更することによって容易である。
The configuration of the chromatic aberration correction lens group 16 is as follows:
For example, it is a combination of a concave lens made of flint glass and a convex lens made of crown glass, and it is possible to correct chromatic aberration in a wavelength band including E-line and D-line of about λ=500 nm to 59 Q nm. The range in which chromatic aberration can be corrected can be easily adjusted by changing the distance between the lenses of the combination lens.

第5図(a)および(b)は、上記ウェハ7上に形成さ
れたアライメントパターン8の断面構造および平面構造
を詳細に示している。
FIGS. 5(a) and 5(b) show in detail the cross-sectional structure and planar structure of the alignment pattern 8 formed on the wafer 7. FIG.

すなわち、シリコン(Si)半導体からなる半導体基板
31の上部には、アルミニウム(Ajり等で図示しない
配線パターンの形成に同期して形成された第1のパター
ン31aを有しており、この第1のパターン31aのエ
ツジ形状(L、R)が上層に反映されて第2および第3
のパターン31b、31cが形成されている。このよう
な各パターン31a−cの形成手順をさらに詳しく説明
すると下記の通りである。
That is, on the upper part of a semiconductor substrate 31 made of a silicon (Si) semiconductor, there is a first pattern 31a formed by aluminum (Aj etching, etc.) in synchronization with the formation of a wiring pattern (not shown). The edge shape (L, R) of the pattern 31a is reflected on the upper layer to form the second and third
Patterns 31b and 31c are formed. The steps for forming each of the patterns 31a-c will be described in more detail below.

まず半導体基板31上に、第1層配線(図示せず)の形
成工程等と同期して第1のパターン31aが形成された
後、フォトレジスト工程を通じて第1の絶縁膜32aが
形成される。この第1の絶縁膜32aは、当初アライメ
ントパターン8の全面を覆うようにして形成された後、
再度フォトレジスト工程を通じて第1のパターン31a
の上面の第1の絶縁膜32aがエツチング除去される。
First, a first pattern 31a is formed on a semiconductor substrate 31 in synchronization with a process of forming a first layer wiring (not shown), and then a first insulating film 32a is formed through a photoresist process. This first insulating film 32a is initially formed to cover the entire surface of the alignment pattern 8, and then
The first pattern 31a is formed through the photoresist process again.
The first insulating film 32a on the upper surface is etched away.

これによって、上記第1のパターン31aの表面が露出
状態となる。この状態で、第2のパターン31、bが第
2層配線(図示せず)と同期して形成される。このよう
に、本実施例では、第1のパターン31aと第2のパタ
ーン31bとは、第1の絶縁膜32aを介することなく
直接積層された状態となっているため、絶縁膜の介在が
原因となるパターンの歪み等が比較的防止されている。
As a result, the surface of the first pattern 31a is exposed. In this state, the second pattern 31,b is formed in synchronization with the second layer wiring (not shown). As described above, in this embodiment, the first pattern 31a and the second pattern 31b are directly stacked without intervening the first insulating film 32a, so the interposition of the insulating film may be the cause. Pattern distortion and the like are relatively prevented.

上記第2のパターン31bの形成後、再度フォトレジス
ト工程によって第2の絶縁膜32bが形成され、この第
2の絶縁膜32bがさらに部分的にエツチング除去され
て上記第2のパターン31bが露出される。その後、こ
の笑2のパターン31b上に第3のパターンが上記と同
様の手順で形成される。
After forming the second pattern 31b, a second insulating film 32b is formed again by a photoresist process, and this second insulating film 32b is further partially etched away to expose the second pattern 31b. Ru. Thereafter, a third pattern is formed on this second pattern 31b in the same manner as above.

以上のように、本実施例によれば、第1〜第3のパター
ン31a−cが絶縁膜を介在することなく直接積層され
ているため、第3のパターン31Cにおいても下層の第
1および第2のパターン31a、31t)形状が反映さ
れた比較的歪みのないエツジを備えた構造となっている
As described above, according to this embodiment, since the first to third patterns 31a to 31c are directly stacked without an intervening insulating film, the lower first and third patterns 31C also overlap. The structure has relatively undistorted edges that reflect the shapes of patterns 31a and 31t of No. 2.

次に、以上のようにして形成されたアライメントパター
ン8 (第3のパターン)を用いたアライメント手順に
ついて説明する。なお、第6図〜第8図に示されたアラ
イメントパターン8は図示の都合上、簡略化して示しで
あるが、上記第5図で示した断面構造とほぼ同様のもの
である。
Next, an alignment procedure using alignment pattern 8 (third pattern) formed as described above will be explained. Although the alignment pattern 8 shown in FIGS. 6 to 8 is shown in a simplified manner for convenience of illustration, it has a cross-sectional structure that is almost the same as that shown in FIG. 5 above.

第6図は、上記アライメントパターン8が対称形状、す
なわち歪みの無い状態で形成されている場合であり、第
7図は非対称形状、すなわちウェハ7の各層の形成プロ
セスにおける処理のばらつき、たとえば第5図における
第1および第2のパターン31bの膜厚のムラ等が原因
となっているものであり、第6図はアライメントパター
ン8のエツジ部分に欠けを生じている場合である。
FIG. 6 shows a case where the alignment pattern 8 is formed in a symmetrical shape, that is, without distortion, and FIG. This is caused by unevenness in the film thickness of the first and second patterns 31b in the figure, and FIG. 6 shows a case where the edge portion of the alignment pattern 8 is chipped.

第6図に示すように、アライメントパターン8がほぼ対
称形状の理想状態で形成されている場合には、従来技術
におけるアライメント方法、すなわち垂直方向からの直
進光(垂直照明光S)のみでも十分なアライメント精度
を得ることができる。
As shown in FIG. 6, when the alignment pattern 8 is formed in an ideal state with a substantially symmetrical shape, the alignment method in the prior art, that is, only the straight light from the vertical direction (vertical illumination light S) is sufficient. Alignment accuracy can be obtained.

しかし、実際のウェハ7の製造プロセスにおいては上記
のように常に対称形状でのアライメントパターン8を形
成することは難しく、第7図および第8図に示されたよ
うな断面非対称形状のアライメントパターン8となるこ
とが多い。
However, in the actual manufacturing process of the wafer 7, it is difficult to always form the alignment pattern 8 with a symmetrical shape as described above, and the alignment pattern 8 with an asymmetric cross-section as shown in FIGS. 7 and 8 is difficult to form. This is often the case.

以下のアライメント手順の説明では、まず第6図のよう
にアライメントパターン8が対称形状で形成されている
場合、続いて第7図および第8TIAのように非対称形
状の場合について説明する。
In the following explanation of the alignment procedure, first, a case where the alignment pattern 8 is formed in a symmetrical shape as shown in FIG. 6, and then a case where the alignment pattern 8 is formed in an asymmetrical shape as shown in FIGS. 7 and 8 TIA will be described.

まず、XYステージ6を移動させることによって、照明
光源11より照明光が放射されると、コンデンサレンズ
12を経てシャッタ23に達する。
First, by moving the XY stage 6, illumination light is emitted from the illumination light source 11 and reaches the shutter 23 via the condenser lens 12.

ここで、上記シャッタ支持部25とともにシャッタ23
の照明絞りは、ステップモータ26の作動により−1の
方向に移動されており(第3図ら))、この照明絞り2
2を経た照明光は垂直基準光軸よりも一〇だけ傾斜され
た状態で以降のアライメント光学系に進光する。
Here, the shutter 23 together with the shutter support section 25 is
The illumination diaphragm 2 is moved in the -1 direction by the operation of the step motor 26 (Fig. 3, etc.).
The illumination light that has passed through step 2 advances to the subsequent alignment optical system in a state where it is tilted by 10 with respect to the vertical reference optical axis.

上記照明光は、さらにリレーレンズ15、色収差補正レ
ンズ群16を通過する。この段階で、連続スペクトル光
による色収差が補正された照明光はさらに、反射fil
!17、縮小投影レンズ4を経てアライメントパターン
8上に照射される。
The illumination light further passes through a relay lens 15 and a chromatic aberration correction lens group 16. At this stage, the illumination light whose chromatic aberration due to the continuous spectrum light has been corrected is further reflected by a reflected film.
! 17, the alignment pattern 8 is irradiated through the reduction projection lens 4.

このとき、当該照明光(R検出光)は、上記光路上のシ
ャッタ23の移動によって、垂直基準光軸よりも偏位さ
れた状態でアライメントパターン8に対して照射される
ことになる。この状態を示したのが第6図(a)である
。同図によれば、アライメントパターン8における垂直
基準光軸に対して傾斜角度−〇の斜め上方からのR検出
光として照射されている。
At this time, the illumination light (R detection light) is irradiated onto the alignment pattern 8 while being deviated from the vertical reference optical axis due to the movement of the shutter 23 on the optical path. FIG. 6(a) shows this state. According to the figure, the R detection light is irradiated from diagonally above at an inclination angle of −0 with respect to the vertical reference optical axis in the alignment pattern 8 .

上記R検出光が照射されたアライメントパターン8から
の反射光は、前述の説明のように、上記R検出光の光路
を逆進してTV左カメラ1に入射されるが、TV左カメ
ラ1を通じて光電変換された波形信号は、同図(b)に
示す通りとなっている。
As described above, the reflected light from the alignment pattern 8 irradiated with the R detection light travels in the opposite direction along the optical path of the R detection light and enters the TV left camera 1. The photoelectrically converted waveform signal is as shown in FIG. 3(b).

なお同図では信号波形が谷状となっている部位がアライ
メントパターン8のエツジ位置であり、この座標を読み
取ることによりアライメントパターン8のL画布(XL
 )およびR側(X友)のエツジ位置の認識が可能とな
っている。
In the same figure, the part where the signal waveform has a valley shape is the edge position of the alignment pattern 8, and by reading this coordinate, the L canvas (XL) of the alignment pattern 8 can be determined.
) and R side (X side) edge positions can be recognized.

ここで、同図からも明らかなように、このような傾斜角
度−〇を有するR検出光は、同図(a)に示すアライメ
ントパターン8の左側のエツジLによって形部が形成さ
れているため、これが波形信号に影響し、左側(L)の
エツジ位置の正確な位置X、の検出はできなくなってい
る。しかし、右側(R)のエツジ検出波形にはエツジR
による照明の形部等のノイズ成分は一切含まれていない
ため、Rエツジ位置X、は正確に検出される。したがっ
て、R検出光によってエツジ位置検出を行った場合には
、R側のエツジの位置データxlのみを採用し、L側の
ノイズ成分を含んだ位置データXLは使用しない。
Here, as is clear from the figure, the R detection light having such an inclination angle -〇 has a shape portion formed by the left edge L of the alignment pattern 8 shown in figure (a). , which affects the waveform signal, making it impossible to accurately detect the left (L) edge position X. However, the edge detection waveform on the right (R)
Since no noise components such as the shape of the illumination are included, the R edge position X is accurately detected. Therefore, when the edge position is detected using the R detection light, only the edge position data xl on the R side is employed, and the position data XL containing the noise component on the L side is not used.

次に、ステップモータ26がさらに作動されて、シャッ
タ23が+1の位置となるとく第3図(6))、垂直基
準光軸に対して傾斜角が十〇の照明光として光路上を通
過してアライメントパターン8上に照射される。このと
きの照明光は、第6図(e)に示すように、アライメン
トパターン8において、基準軸よりも十〇だけ傾斜され
たL検出光となっている。
Next, when the step motor 26 is further operated and the shutter 23 is at the +1 position (FIG. 3 (6)), illumination light having an inclination angle of 10 with respect to the vertical reference optical axis passes through the optical path. and is irradiated onto the alignment pattern 8. As shown in FIG. 6(e), the illumination light at this time is L detection light that is tilted by 10 degrees from the reference axis in the alignment pattern 8.

このときの検出波形を示したのが同図(f)であり、R
エツジ位置X、の検出については影の影響によるノイズ
成分によりは困難であるが、L側の信号波形にはエツジ
Lによる照明の形部等によるノイズ成分が含まれないた
め、Lエツジ位置XL は正確かつ確実に検出される。
Figure (f) shows the detected waveform at this time, and R
Detection of the edge position Detected accurately and reliably.

なふ、このときもし検出光により得られたエツジ位置デ
ータはL側のもの(XL )だけとし、ノイズ成分を含
んでいるR側の位置データX11 は採用しない。
At this time, if the edge position data obtained by the detection light is only for the L side (XL), the R side position data X11 containing noise components is not adopted.

このように本実施例では、R,L側の各エツジ位置(X
L 、  Xi )の検出に際して、各々について最適
な傾斜角度(±θ)の検出光(R検出光およびL検出光
)を用いて、Rエツジ位置およびLエツジ位置の検出を
行うものである。
In this way, in this embodiment, each edge position (X
When detecting L, Xi), the R edge position and the L edge position are detected using detection lights (R detection light and L detection light) each having an optimal inclination angle (±θ).

なお、説明が前後したが、ステップモータ26の作動に
より、シャッタ23が+0の位置となった状態、すなわ
ち垂直基準光軸上に照明絞り孔が位置された状態におい
ては、照明光は垂直照明光Sとして、従来技術のものと
同じである。このような垂直照明光Sは、第6図(a)
、 (C)および(e)に示されるように、アライメン
トパターン8が理想状態、すなわち断面形状が対称で高
精度に形成されている限りでは、この垂直照明光Sの照
射のみでR側およびL側の双方のエツジ位!t (XL
 、 Xa)ともに正確な位置検出が可能である。
It should be noted that although the explanation has been repeated, when the shutter 23 is at the +0 position due to the operation of the step motor 26, that is, when the illumination aperture hole is located on the vertical reference optical axis, the illumination light is vertical illumination light. S is the same as that of the prior art. Such vertical illumination light S is shown in FIG. 6(a).
, (C) and (e), as long as the alignment pattern 8 is in an ideal state, that is, the cross-sectional shape is symmetrical and formed with high precision, only the irradiation with this vertical illumination light S is required to form the R side and L side. Etsuji rank of both sides! t (XL
, Xa) both allow accurate position detection.

しかし、アライメントパターン8の断面形状が非対称で
ある場合には、乱反射等の影響により反射光にノイズ成
分が含まれるため、TVカメラ21からの検出信号波形
によっては正確な位置検出が困難な場合が多い。
However, if the cross-sectional shape of the alignment pattern 8 is asymmetrical, noise components are included in the reflected light due to the influence of diffused reflection, etc., so accurate position detection may be difficult depending on the detection signal waveform from the TV camera 21. many.

次に、このようなアライメントパターン8の断面形状が
非対称である場合、すなわち本実施例のアライメント技
術が最も効果のある場合について説明する。
Next, a case will be described in which the cross-sectional shape of the alignment pattern 8 is asymmetrical, that is, a case in which the alignment technique of this embodiment is most effective.

アライメントパターン8が第7図に示すように、その段
差底面が、例えば2〜5度程度傾斜している場合、第7
図(C)に示すような垂直照明光Sでは、同図(イ)に
示すように、R側のエツジ検出波形にノイズを含んでい
る。
As shown in FIG.
In the vertical illumination light S as shown in Figure (C), the edge detection waveform on the R side includes noise, as shown in Figure (A).

この点について、本実施例では上記で説明したR検出光
を用いることにより、同図(a)に示すように、Rエツ
ジ位置(X、)の正確な検出が可能となる。しかし、従
来技術の垂直照明光Sでは、第7図(C)に示すように
、R側のエツジ検出において、底面の傾斜にともなう反
射光がノイズ成分として加わるため、正確なRエツジ位
置検出が困難となっている(同図(6))。
Regarding this point, in this embodiment, by using the R detection light described above, it is possible to accurately detect the R edge position (X,) as shown in FIG. However, with the conventional vertical illumination light S, as shown in FIG. 7(C), when detecting the edge on the R side, reflected light due to the inclination of the bottom surface is added as a noise component, making it difficult to accurately detect the R edge position. It has become difficult ((6) in the same figure).

しかしながら、L側のエツジ検出に際しては、同図(e
)および(f)に示したように、+θの傾斜角度を有す
るし検出光を用いることにより、L側の正確なエツジ検
出が可能となっている。同様にR側のエツジ検出に際し
ては、同図(a)および(C)に示したように−〇の傾
斜角度を有するR検出光を用いることにより、R側の正
確なエツジ検出が可能となっている。
However, when detecting the edge on the L side,
) and (f), by using the detection light having an inclination angle of +θ, it is possible to accurately detect the edge on the L side. Similarly, when detecting edges on the R side, as shown in Figures (a) and (C), by using the R detection light having an inclination angle of -0, accurate edge detection on the R side becomes possible. ing.

ところで、上記垂直照明光Sのみを用いた場合のノイズ
成分の原因としては、上記第7図のように段差底面が傾
斜している場合の他、第8図に示すように、段差角部に
ダレ33を生じている場合もある。
By the way, the causes of the noise component when only the vertical illumination light S is used include the case where the bottom surface of the step is inclined as shown in FIG. In some cases, sagging 33 may occur.

すなわち、第8図(C)に示すように、ブレ面33を生
じているアライメントパターン8に対して垂直照明光S
を照射した場合、ブレ面33からの乱反射によって、同
図(6)に示すようにブレ面33のあるL側のエツジの
検出波形にノイズを生じ、L側の正確なエツジ位置の検
出が困難となっている。
That is, as shown in FIG. 8(C), the vertical illumination light S is applied to the alignment pattern 8 causing the blurring surface 33.
, the diffused reflection from the blurred surface 33 causes noise in the detection waveform of the edge on the L side where the blurred surface 33 is located, as shown in (6) in the same figure, making it difficult to detect the accurate edge position on the L side. It becomes.

このような場合にも、本実施例によれば同図(a)に示
すR検出光を用いることによりRエツジ位置X、の正確
な検出が可能となり、一方、L検出光を用いることによ
りLエツジ位置X、の正確な検出が可能となる。したが
って、R検出光により得られたRエツジ位置データXi
 と、L検出光により得られたしエツジ位置データxL
 とを用いることにより、ブレ面33によるの乱反射の
影響を受けることなく、R側およびL側の両エツジ位置
の正確な検出が可能となる。
Even in such a case, according to this embodiment, the R edge position X can be accurately detected by using the R detection light shown in FIG. Accurate detection of edge position X becomes possible. Therefore, the R edge position data Xi obtained by the R detection light
and the edge position data xL obtained by the L detection light
By using this, it is possible to accurately detect both the R side and L side edge positions without being affected by diffused reflection from the blurring surface 33.

以上で説明したエツジ検出を信号処理のレベルで第9図
(a)のフロー図を用いて説明すると下記の通りである
The edge detection described above will be explained at the level of signal processing using the flow diagram of FIG. 9(a) as follows.

まず、R検出光によってRエツジ位置の検出を行い、こ
の検出位置座標をX、とする(第9図(a)ステップ9
01)。なお、このときのしエツジ位置データは採用し
ない。
First, the R edge position is detected by the R detection light, and the coordinates of this detection position are set to X (Step 9 in FIG. 9(a)
01). Note that the edge position data at this time is not employed.

次に、L検出光によってLエツジ位置の検出を行い、こ
の検出位置座標をX、とする(ステップ902)。この
ときも同様にRエツジ位置データは採用しない。
Next, the L edge position is detected using the L detection light, and the coordinates of this detected position are set to X (step 902). At this time as well, R edge position data is not employed.

このようにして得られたX、とXL との平均座標を算
出し、これをパターン基準位置座標Xo として[kす
る(ステップ903)。
The average coordinate between X and XL obtained in this way is calculated, and this is set as the pattern reference position coordinate Xo (step 903).

次に、上記で説明したR検出光、垂直照明光SおよびL
検出光を用いることによって、アライメントパターン8
の非対称性を検出する場合について説明する。
Next, the R detection light, vertical illumination light S and L described above are
By using the detection light, the alignment pattern 8
The case of detecting asymmetry will be explained.

まず、上記第9図(a)の信号処理によってXo を求
めた後(ステップ904)、上記アライメントパターン
8に対して第6図〜第7図の各(C)でそれぞれ示した
垂直照明光Sを照射し、このときのR検出位置座標(2
m )とL検出位置座標(ZL )とを得た後、これら
の平均値であるZ。を算出する(905)。もちろんこ
のとき得られる各座標Z1.ZL(Rエッジ位置データ
、Lエツジ位置データ)のいずれかは上記でも説明した
ようにノイズ成分を含んでいるため、これによって得ら
れるZo も真の値ではない。
First, after determining Xo by the signal processing shown in FIG. 9(a) above (step 904), the vertical illumination light S shown in each (C) of FIGS. 6 to 7 is applied to the alignment pattern 8. , and the R detection position coordinates (2
m) and the L detection position coordinate (ZL), the average value of these Z. is calculated (905). Of course, each coordinate Z1 obtained at this time. Since either ZL (R edge position data or L edge position data) contains a noise component as explained above, Zo obtained thereby is also not a true value.

次に、上記Z0 からステップ903で得られたXa 
を差し引いて、ΔZを算出する(906)。
Next, Xa obtained in step 903 from Z0 above
ΔZ is calculated by subtracting ΔZ (906).

このΔZは、真のパターン基準位置座標xO0対するZ
o のずれ量をあられすことになる。したがって、以降
のアライメント処理においては、垂直照明光Sから得ら
れたZo に補正量であるΔZを加えることによって、
R検出光およびL検出光を用いることなく真のパターン
基準位置座標X。を得ることができる。
This ΔZ is Z with respect to the true pattern reference position coordinate xO0
The amount of deviation of o will be calculated. Therefore, in the subsequent alignment process, by adding the correction amount ΔZ to Zo obtained from the vertical illumination light S,
True pattern reference position coordinates X without using R detection light and L detection light. can be obtained.

このように本実施例では、−旦、R検出光およびL検出
光を用いてパターン基準位置座標X0 を求めた後は、
後続のアライント作業においては、垂直照明光Sによる
検出値に補正量ΔZを加える演算処理を行うのみで、各
アライメントパターン8について、正確なパターン位置
の認識が可能となる。
In this way, in this embodiment, after determining the pattern reference position coordinate X0 using the R detection light and the L detection light,
In the subsequent alignment work, accurate pattern position recognition for each alignment pattern 8 becomes possible by simply performing arithmetic processing of adding the correction amount ΔZ to the value detected by the vertical illumination light S.

〔実施例2〕 第1O図は、本発明の他の実施例である縮小投影露光装
置にふける照明光源の配置を示す部分系統図である。
[Embodiment 2] FIG. 1O is a partial system diagram showing the arrangement of illumination light sources in a reduction projection exposure apparatus which is another embodiment of the present invention.

本実施例2では、上記実施例1で説明した光軸移動部を
設けることなく、照明光源を2箇所に配置して実施例1
と同様の効果を得るようにしている。
In the present Example 2, the illumination light sources are arranged in two places without providing the optical axis moving part explained in the above Example 1.
I'm trying to get the same effect.

すなわち、第1の照明光源41aは、垂直基準光軸に対
して十〇の角度で検出光Rとしてアライメントパターン
8に入射されるよう配置されておリ、一方策2の照明光
源41bは、垂直基準光軸に対して一〇の角度で検出光
りとしてアライメントパターン8に入射されるよう配置
されている。
That is, the first illumination light source 41a is arranged so as to be incident on the alignment pattern 8 as the detection light R at an angle of 10 with respect to the vertical reference optical axis, and the illumination light source 41b of the second method is arranged at an angle of 100 with respect to the vertical reference optical axis. It is arranged so that it is incident on the alignment pattern 8 as a detection light at an angle of 10 with respect to the reference optical axis.

このような第1および第2の照明光源41a。Such first and second illumination light sources 41a.

41bとしては、上記実施例1と同様に光ファイバ18
によって露光光源2から導くことによって設けた構成と
してもよいし、あるいは独立した光源体を配してもよい
As 41b, the optical fiber 18 is used as in the first embodiment.
The light may be guided from the exposure light source 2, or an independent light source may be provided.

このようにして、本実施例では、第1の照明光源41a
と、第2の照明光源41bとの照明の切り換えを行うこ
とによって、実施例1と同様のR検出光およびL検出光
を得ることができ、正確なエツジ位置の検出が可能とな
る。
In this way, in this embodiment, the first illumination light source 41a
By switching the illumination between the second illumination light source 41b and the second illumination light source 41b, it is possible to obtain the same R detection light and L detection light as in the first embodiment, making it possible to accurately detect the edge position.

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。
Although the invention made by the present inventor has been specifically explained above based on Examples, it goes without saying that the present invention is not limited to the above Examples and can be modified in various ways without departing from the gist thereof. Nor.

たとえば、実施例においては照明光源11として、露光
光源2である水銀ランプの光を光フアイバ18等で導い
た場合について説明したが、照明光#!11として独立
したキセノンランプ等を用いてもよい。各波長において
比較的均一な光エネルギーを放出するキセノンランプを
使用することにより、連続スペクトラム光を選択的に採
用することが可能となり、干渉縞のないさらに高精度な
パターン検出を実施することができる。
For example, in the embodiment, a case has been described in which light from a mercury lamp, which is the exposure light source 2, is guided as the illumination light source 11 through the optical fiber 18 or the like, but the illumination light #! An independent xenon lamp or the like may be used as the lamp 11. By using a xenon lamp that emits relatively uniform light energy at each wavelength, it is possible to selectively employ continuous spectrum light, allowing for more accurate pattern detection without interference fringes. .

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその利用分野である、いわゆる縮小投影露光における
アライメント技術に適用した場合について説明したが、
これに限定されるものではなく、たとえば1:1の等倍
露光におけるフォトマスクとウェハとのアライメント技
術にも適用できる。
The above explanation has mainly been about the case where the invention made by the present inventor is applied to the field of application, which is alignment technology in so-called reduction projection exposure.
The present invention is not limited to this, and can also be applied to, for example, an alignment technique between a photomask and a wafer in 1:1 equal-magnification exposure.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。
A brief explanation of the effects obtained by typical inventions disclosed in this application is as follows.

すなわち、パターンの垂直基準光軸に対して所定の傾斜
角を与えて照明光を照射することによって、パターンの
両端のエツジのうち一方の位置は正確に検出することが
可能となる。したがって、このように傾斜角を変化させ
てパターンに対する照明光の照射を繰り返すことによっ
て、形成されているパターンに歪みを生じている場合、
すなわち断面非対称形状に形成されているパターンにお
いても正確な位置検出が可能となり、アライメント精度
を高めることができる。
That is, by irradiating the illumination light at a predetermined inclination angle with respect to the vertical reference optical axis of the pattern, it becomes possible to accurately detect the position of one of the edges at both ends of the pattern. Therefore, if the formed pattern is distorted by repeatedly irradiating the pattern with illumination light while changing the inclination angle,
That is, accurate position detection is possible even in a pattern formed with an asymmetric cross-sectional shape, and alignment accuracy can be improved.

また、傾斜方向からの検出光の照射によって得られた第
1の座標値と、垂直照明光から得られた第2の座標値と
を比較して補正量を算出することによって、垂直照明光
での検出によるずれ量が明かとなるため、後続の位置検
出では垂直照明光のみから得られたデータを補正するこ
とによって効率的なアライメント処理を行うことができ
る。
In addition, by calculating the correction amount by comparing the first coordinate value obtained by irradiating the detection light from the oblique direction with the second coordinate value obtained from the vertical illumination light, Since the amount of deviation detected by the detection becomes clear, efficient alignment processing can be performed in subsequent position detection by correcting data obtained only from the vertical illumination light.

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

第1図は本発明の一実施例に使用される縮小投影露光装
置を示す要部斜視図、 第2図はその光学系を説明するための系統図、第3図(
a)〜(6)はそれぞれ光軸移動部による光軸の傾斜状
態を示す説明図、 第4図(a)および(b)は実施例中の色収差について
の説明図、 第5図(a)および(b)はウェハ上のアライメントパ
ターンの形成状態を示す部分断面図および平面図、第6
図(a)〜(f)〜第8図(a)〜(f)は上記実施例
のパターン検出方法を示す説明図、 第9図(a)および(5)は上記実施例のパターン検出
における信号処理手順を示すフロー図、第10図は、本
発明の他の実施例である縮小投影露光装置における照明
光源の配置を示す部分系統図、 第11図は従来技術におけるTTL方式によるアライメ
ント技術を説明するための系統図、第12図(a)およ
びら)は従来技術においてアライメントパターンの形成
状態を説明するための部分断面図およびそれによって得
られる信号波形図である。 1・・・縮小投影露光装置、2・・・露光光源、3・・
・集光レンズ、4・・・縮小投影レンズ、5・・・レチ
クル、6・・・XYステージ、7・・・ウェハ、8・・
・アライメントパターン、lO・・・フォトレジスト膜
、11・・・照明光源、12・・・コンデンサレンズ、
13・・・光軸移動部、14・・・ハーフミラ−115
・・・リレーレンズ、16・・・色収差補正レンズ群、
17・・・反射鏡、18・・・光ファイバ、20・・・
バンドパスフィルタ、21・・・TVカメラ、22・・
・照明絞り孔、23・・・シャッタ、24・・・ガイド
、25・・・シャッタ支持部、26・・・ステップモー
タ、31・・・半導体基板、31a・・・第1のパター
ン、31b・・・第2のパターン、31C・・・第3の
パターン、32a・・・第1の絶縁膜、32b・・・第
2の絶縁膜、33・・・ダレ、41a・・・第1の照明
光源、41b・・・第2の照明光源、101・・・ウェ
ハ、102・・・縮小投影レンズ、103・・・レチク
ル(原版)、104・・・TVカメラ(認識部)、10
5・・・水銀ランプ(照明光源)、106・・・反射鏡
、107・・・リレーレンズ、108・・・ハーフミラ
−1110・・・バンドパスフィルタ、111・・・コ
ンデンサレンズ、112・・・アライメントパターン、
120・・・レンズ。 代理人 弁理士 筒 井 大 和 第2図 R検出光 L検出光 3図 第5図 第6図 R検出光 第7図 R検出光 垂直照明光S 第8図 R検出光 X 第9 (a) 図 (b)
Fig. 1 is a perspective view of the main parts of a reduction projection exposure apparatus used in an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a system diagram for explaining its optical system, and Fig. 3 (
a) to (6) are explanatory diagrams each showing the state of inclination of the optical axis by the optical axis moving unit, FIGS. 4(a) and (b) are explanatory diagrams regarding chromatic aberration in the example, and FIG. 5(a) and (b) is a partial cross-sectional view and a plan view showing the formation state of the alignment pattern on the wafer.
Figures (a) to (f) to Figure 8 (a) to (f) are explanatory diagrams showing the pattern detection method of the above embodiment, and Figures 9 (a) and (5) are diagrams showing the pattern detection method of the above embodiment. FIG. 10 is a flow diagram showing the signal processing procedure, and FIG. 10 is a partial system diagram showing the arrangement of illumination light sources in a reduction projection exposure apparatus that is another embodiment of the present invention. FIG. FIGS. 12(a) and 12(a), 12(a), 12(a) and 12(a) are partial sectional views for explaining the formation state of alignment patterns in the prior art, and signal waveform diagrams obtained thereby. 1... Reduction projection exposure device, 2... Exposure light source, 3...
・Condensing lens, 4... Reduction projection lens, 5... Reticle, 6... XY stage, 7... Wafer, 8...
- Alignment pattern, lO... Photoresist film, 11... Illumination light source, 12... Condenser lens,
13... Optical axis moving unit, 14... Half mirror 115
...Relay lens, 16...Chromatic aberration correction lens group,
17...Reflector, 18...Optical fiber, 20...
Bandpass filter, 21...TV camera, 22...
- Illumination aperture hole, 23... Shutter, 24... Guide, 25... Shutter support part, 26... Step motor, 31... Semiconductor substrate, 31a... First pattern, 31b. ... second pattern, 31C... third pattern, 32a... first insulating film, 32b... second insulating film, 33... sag, 41a... first illumination Light source, 41b... Second illumination light source, 101... Wafer, 102... Reduction projection lens, 103... Reticle (original plate), 104... TV camera (recognition unit), 10
5...Mercury lamp (illumination light source), 106...Reflector, 107...Relay lens, 108...Half mirror 1110...Band pass filter, 111...Condenser lens, 112... alignment pattern,
120...lens. Agent Patent Attorney Daiwa Tsutsui Figure 2 R detection light L detection light 3 Figure 5 Figure 6 R detection light Figure 7 R detection light Vertical illumination light S Figure 8 R detection light X 9th (a) Figure (b)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、段差状に形成された半導体素子上のパターンを光学
的に検出する際に、上記段差に対する照明照射角度を上
記半導体素子平面の垂直基準光軸に対して傾斜角を任意
にかえて照射することを特徴とする半導体素子上のパタ
ーン検出方法。 2、段差に対する照明照射角度を半導体素子平面の垂直
基準光軸に対して傾斜角を与えて照射することにより得
られた第1の座標値と、垂直基準光軸と平行な垂直照明
光の照射によって得られた第2の座標値とを比較するこ
とによって垂直照明光の第2の座標値に対する補正量を
算出し、以降のパターン検出においては垂直照明光の照
射から得られた座標値に上記補正量を加えることによっ
て真の座標値を算出することを特徴とする請求項1記載
のパターン検出方法。 3、半導体ウェハの表面に複数の特性層を積層形成する
際に、ウェハ平面の垂直軸を中心に両端に第1および第
2のエッジを有する段差状のパターンを形成し、該パタ
ーンに対して照明光を照射し、その反射光によって両エ
ッジの座標位置を認識する際に、上記第1のエッジに照
射する照明光と上記第2のエッジに照射する照明光とで
はその光の照射角度を別にしたことを特徴とする半導体
素子上のパターン検出方法。 4、半導体ウェハの表面にマスクを用いて順次複数の特
性層を積層形成する際に、ウェハ平面の垂直軸を中心に
両端に第1および第2のエッジを有する断面非対称な段
差状のパターンを形成し、第1のエッジ位置を検出する
際には第2のエッジ方向から傾斜して入射される第1の
照明光を用い、第2のエッジ位置を検出する際には第1
のエッジ方向から傾斜して入射される第2の照明光を用
い、上記第1の照明光の照射によって得られた第1のエ
ッジ位置の座標と第2の照明光の照射によって得られた
第2のエッジ位置の座標とより両エッジの中心座標を算
出し、この上層に形成する特性層は、上記算出された中
心座標を基準にしてマスクとの位置決めを行うことを特
徴とする半導体装置の製造方法。 5、露光工程において半導体ウェハに形成された段差状
のパターンに対して照明光の照射を行いその反射光によ
ってマスクとの位置決めを行う投影露光装置であって、
半導体ウェハに対する照明光を異なる照射角度から照射
可能な光路制御手段を備えていることを特徴とする投影
露光装置。 6、上記光路制御手段が、照明光源からの基準光軸を遮
るようにして設けられ、その主面に絞り孔を備え上記基
準光軸に対して直交方向に移動可能な照明絞りであるこ
とを特徴とする請求項5記載の投影露光装置。 7、上記照明光の照射光源が露光用光源とは独立したパ
ターン検出専用光源であることを特徴とする請求項5記
載の投影露光装置。
[Claims] 1. When optically detecting a pattern on a semiconductor element formed in the shape of a step, the illumination irradiation angle for the step is set at an inclination angle with respect to the vertical reference optical axis of the plane of the semiconductor element. A method for detecting a pattern on a semiconductor device, characterized in that irradiation is performed in an arbitrary manner. 2. The first coordinate value obtained by irradiating the step with the illumination irradiation angle given an inclination angle with respect to the vertical reference optical axis of the semiconductor element plane, and the irradiation of vertical illumination light parallel to the vertical reference optical axis. The correction amount for the second coordinate value of the vertical illumination light is calculated by comparing it with the second coordinate value obtained from the irradiation of the vertical illumination light. 2. The pattern detection method according to claim 1, wherein the true coordinate values are calculated by adding a correction amount. 3. When forming a plurality of characteristic layers on the surface of a semiconductor wafer, a stepped pattern having first and second edges at both ends is formed around the vertical axis of the wafer plane, and When irradiating illumination light and recognizing the coordinate positions of both edges by the reflected light, the illumination angle of the illumination light irradiated to the first edge and the illumination light irradiated to the second edge are different. A method for detecting patterns on a semiconductor device, characterized in that: 4. When sequentially stacking a plurality of characteristic layers on the surface of a semiconductor wafer using a mask, a step-like pattern with an asymmetric cross section having first and second edges at both ends centered on the vertical axis of the wafer plane is formed. When detecting the first edge position, the first illumination light incident obliquely from the second edge direction is used, and when the second edge position is detected, the first illumination light is used.
The coordinates of the first edge position obtained by irradiation with the first illumination light and the coordinates of the first edge position obtained by irradiation with the second illumination light are The center coordinates of both edges are calculated from the coordinates of the edge position in step 2, and the characteristic layer formed on the upper layer is positioned with respect to the mask based on the calculated center coordinates. Production method. 5. A projection exposure apparatus that irradiates illumination light onto a stepped pattern formed on a semiconductor wafer in an exposure process and uses the reflected light to position the pattern with a mask,
A projection exposure apparatus comprising an optical path control means capable of irradiating illumination light onto a semiconductor wafer from different irradiation angles. 6. The optical path control means is an illumination diaphragm that is provided so as to block the reference optical axis from the illumination light source, has an aperture hole in its main surface, and is movable in a direction orthogonal to the reference optical axis. 6. A projection exposure apparatus according to claim 5. 7. The projection exposure apparatus according to claim 5, wherein the irradiation light source for the illumination light is a light source dedicated to pattern detection independent of the exposure light source.
JP63259027A 1988-03-07 1988-10-14 Detecting method for pattern on semiconductor element and manufacture of semiconductor device using said method and projecting and exposing device used therefor Pending JPH02105002A (en)

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US07/313,180 US5094539A (en) 1988-03-07 1989-02-21 Method of making semiconductor integrated circuit, pattern detecting method, and system for semiconductor alignment and reduced stepping exposure for use in same
KR1019890002738A KR0130773B1 (en) 1988-03-07 1989-03-06 Method of making semiconductor integrated circuit, pattern detecting method and system for semiconductor alignment and reduced stepping exposure for use in same
US07/811,059 US5260771A (en) 1988-03-07 1991-12-20 Method of making semiconductor integrated circuit, pattern detecting method, and system for semiconductor alignment and reduced stepping exposure for use in same
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7106444B2 (en) 1999-03-24 2006-09-12 Nikon Corporation Position measuring device, position measurement method, exposure apparatus, exposure method, and superposition measuring device and superposition measurement method
WO2007052360A1 (en) * 2005-11-07 2007-05-10 Fujitsu Limited Lamination status inspecting apparatus, lamination status inspecting method and lamination status detecting program

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