JPH02192113A - Manufacture of semiconductor integrated circuit, pattern detecting method and device for semiconductor alignment and stepping reduced exposure used thereon - Google Patents

Manufacture of semiconductor integrated circuit, pattern detecting method and device for semiconductor alignment and stepping reduced exposure used thereon

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JPH02192113A
JPH02192113A JP1009744A JP974489A JPH02192113A JP H02192113 A JPH02192113 A JP H02192113A JP 1009744 A JP1009744 A JP 1009744A JP 974489 A JP974489 A JP 974489A JP H02192113 A JPH02192113 A JP H02192113A
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JP
Japan
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light
wafer
alignment
exposure
pattern
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JP1009744A
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Japanese (ja)
Inventor
Susumu Komoriya
進 小森谷
Takao Kawanabe
川那部 隆夫
Shinya Nakagawa
慎也 中川
Takayoshi Oosakaya
大坂谷 隆義
Nobuyuki Irikita
信行 入来
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PURPOSE:To conduct the detection of pattern accurately, and to make it possible to conduct an alignment operation in a highly precise manner by a method wherein, when an observation operation is conducted, an observation beam picked out from the lower part of a reticle is passed through a color-observation correcting lens. CONSTITUTION:A light source 8 with which a continuous spectrum light, having a least two or more wavelengths, is made to irradiate on the objective substance of exposure 5 through a projection-contracting lens 3, a recognition part 20 with which position recognition is conducted by having a ray of light which comes from the objective substance of exposure 5, and a color aberration correcting lens mechanism 16, which is provided on the optical path of the reflected light located between the objective substance of exposure 5 and the recognition part 20, are provided. To be more precise, the color aberration correcting lens mechanism 16 is provided on the optical path of the illumination light 8, and focal distance is adjusted corresponding to each wavelength. Accordingly, a continuous spectrum light of two or more wavelengths can be used as a pattern illumination light. As a result, even when photoresist film thickness is non-uniform and asymmetrical against the alignment pattern on the part of detection, the impossibility of detection caused by the asymmetry of the interference fringe such as a single wavelength light can be prevented, and the positioning accuracy when an alignment operation is conducted can be enhanced.

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
製造における縮小投影露光工程にお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 alignment of a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as "wafer") with respect to a mask in a reduction projection exposure process in the manufacture of semiconductor devices. Concerning techniques that are effective when applied to

〔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、たとえば以下のようにして行
なわれる。
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、ウニへ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マークに対して、縮小投影レンズを
通じて照明光を照射し、上記アライメントマークからの
反射光をビームスプリッタなどを介してTVカメラに入
射させ、この反射光の光量に基づいて電気信号を検出す
ることにより上記アライメントマークの位置を把握し、
マスクに対するウェハの目的露光領域の位置決めを行な
うものである。このような位置決め技術は、一般ニスル
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 mark formed by uneven steps on the surface of the sea urchin, and the reflected light from the alignment mark is made to enter a TV camera via a beam splitter or the like. , the position of the alignment mark is determined by detecting an electrical signal based on the amount of reflected light,
This is to position the target exposure area of the wafer relative to the mask. Such a positioning technique is called a general second-through-the-lens (TTL) method.

ところで上記TTL方式による今後の課題点を指摘した
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ス」P70〜P72
がある。
By the way, a document that points out future problems with the TTL method mentioned above is "Nikkei Micro Devices" published by Nikkei McGraw-Hill, December 1, 1986, P70-P72.
There is.

ここで、−膜内なTTL方式のアライメント技術を第5
図の系統図によって説明する。
Here, - Intra-film TTL alignment technology is used as the fifth
This will be explained using the system diagram shown in the figure.

すなわち、第5図において71は非露光対象物であるウ
ェハ、その直上に位置される72は露光用の縮小投影レ
ンズ、73は原版としてのレチクル、74は認識部とし
てのTVカメラ、75は露光光源と照明光源とを兼ねた
水銀ランプである。
That is, in FIG. 5, 71 is a wafer that is a non-exposure object, 72 is a reduction projection lens for exposure located directly above the wafer, 73 is a reticle as an original, 74 is a TV camera as a recognition unit, and 75 is an exposure unit. It is a mercury lamp that serves as both a light source and an illumination light source.

上記縮小投影レンズ72とTVカメラ74との光路上に
は反射鏡76、中継レンズ77およびビームスプリッタ
78がそれぞれ配置されており、当該ビームスプリッタ
78によって透過された光はTVカメラ74に入射され
る構造となっている。
A reflecting mirror 76, a relay lens 77, and a beam splitter 78 are arranged on the optical path between the reduction projection lens 72 and the TV camera 74, and the light transmitted by the beam splitter 78 is incident on the TV camera 74. It has a structure.

一方、水銀ランプ75とビームスプリッタ78との間に
は水銀ランプ75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80およびコンデン
サレンズ81がそれぞれ配置されている。
On the other hand, a bandpass filter 80 and a condenser lens 81 are respectively arranged between the mercury lamp 75 and the beam splitter 78 to allow only the E-ray (546 nm) to pass among the wavelengths from the mercury lamp 75.

以上のように、パターン検出のために照明光として、単
色光であるE線が用いられており、露光時は露光光であ
るG線(4a6nm)が用いられる構造とされていた。
As described above, monochromatic E-line light is used as illumination light for pattern detection, and G-line (4a6 nm) exposure light is used during exposure.

照明光はビームスプリッタ78より中継レンズ77、反
射鏡76、縮小投影レンズ72を経てウェハ71上に照
射され、この反射光が上記経路を逆進してTVカメラ7
4に入射し、当該TVカメラ74の認識画像に基づいて
波形検出を行い、第4図(alに示すようなウェハ71
上のアライメントマーク6の中心位置を算出する構造と
なっていた。
The illumination light is irradiated onto the wafer 71 from the beam splitter 78 via the relay lens 77, the reflecting mirror 76, and the reduction projection lens 72, and this reflected light travels backward along the above path to the TV camera 7.
4, the waveform is detected based on the recognized image of the TV camera 74, and the wafer 71 as shown in FIG.
The structure was such that the center position of the upper alignment mark 6 was calculated.

更に、第17図(a)において、201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202は
露光用の縮小投影レンズ、203は原版としてのレチク
ル、204は認識部としてのTVカメラ、205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2
02とTVカメラ204との光路上には反射鏡206、
リレーレンズ207およびハーフミラ−208がそれぞ
れ配置されており、当該ハーフミラ−208を透過され
た反射光はTVカメラ204に入射される構造となって
いる。一方、水銀ランプ205とハーフミラ−208と
の間には水銀ランプ205からの波長中、E線(546
nm)のみを通過させるバンドパスフィルタ210およ
びコンデンサレンズ211がそれぞれ配置されている。
Furthermore, in FIG. 17(a), 201 is a wafer that is an object to be exposed, 202 is a reduction projection lens for exposure placed directly above this wafer, 203 is a reticle as an original, and 204 is a recognition unit. A TV camera 205 is a mercury lamp as an exposure light source. The above reduction projection lens 2
On the optical path between 02 and the TV camera 204, there is a reflecting mirror 206,
A relay lens 207 and a half mirror 208 are respectively arranged, and the reflected light transmitted through the half mirror 208 is incident on the TV camera 204. On the other hand, between the mercury lamp 205 and the half mirror 208, E-ray (546
A bandpass filter 210 and a condenser lens 211 are respectively arranged to allow only wavelengths (nm) to pass through.

水銀ランプ205から発せられた照明光は、ハーフミラ
−208より中継レンズ207、反射鏡206、縮小投
影レンズ202を経てウェハ201上に照射され、この
ウェハ201からの反射光は上記光路を逆進してTVカ
メラ204に入射し、当該TVカメラ204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 205 is irradiated onto the wafer 201 from the half mirror 208 through the relay lens 207, the reflecting mirror 206, and the reduction projection lens 202, and the reflected light from the wafer 201 travels backward along the optical path. and entered the TV camera 204, and waveform detection was performed based on the recognized image of the TV camera 204.

第17図(b)は、上記ウェハ201上に形成されてい
るアライメントパターン212を概略的に示した部分断
面図である。
FIG. 17(b) is a partial cross-sectional view schematically showing the alignment pattern 212 formed on the wafer 201. As shown in FIG.

上記アライメントパターン212は、ウェハ201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212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 212 is formed on the wafer 201 in synchronization with the wiring pattern, etc., and has a concave cross-sectional structure in which both ends of the inner circumference are formed in an edge shape. The wafer plane on which such an alignment pattern 212 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201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2
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(c)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XR1X
Lよりそのアライメントパターン212の中心位置((
XR+XL)/2)を算出して、これを基準値X。とじ
てアライメントを実施していた。
As shown in the figure, the alignment pattern 2 is formed on the wafer 201 in an ideal state without any distortion.
12 is formed, the resulting waveform shows a peak value at the edge of the pair, as shown in FIG. 3(c), and the coordinates of both peak values are XR1
From L, the center position of the alignment pattern 212 ((
Calculate XR+XL)/2) and use this as the reference value X. alignment was performed.

更に本願発明に関連するかもしれない先行技術としては
、以下のものがあるので簡単に紹介する。
Further, as prior art that may be related to the present invention, there are the following, which will be briefly introduced.

銘木(5uzuki )らの日本特開昭第622937
18号(1987年12月21日公開)には、単波長光
による位置合せ光学系を有するステッパーにおいて、球
面収差・非点収差・コマ収差等を補正するための補正レ
ンズ系が示されている。
Japanese Patent Publication No. 622937 by Meiki (5uzuki) et al.
No. 18 (published on December 21, 1987) describes a correction lens system for correcting spherical aberration, astigmatism, coma, etc. in a stepper having an alignment optical system using single wavelength light. .

小森谷(Komoriya)ら日本特開昭第60−17
7625号(1985年9月11日公開)には、連続ス
ペクトルにより位置合せ光学系を有するステッパ等にお
いて、軸上位置合せ光学系の軸外部に色収差補正レンズ
系を挿入する例が示されている。
Komoriya et al. Japanese Patent Publication No. 60-17
No. 7625 (published on September 11, 1985) shows an example of inserting a chromatic aberration correction lens system outside the axis of the on-axis alignment optical system in a stepper or the like that has an alignment optical system based on a continuous spectrum. .

杉山(8ugiyama )の日本特開昭第61−20
3640号(1986年9月9日公開)には、上記と同
様のステッパの位置合せ光学系において、レチクル又は
マスクを通して取出した光を色収差補正レンズを介して
検出系に導く構造が示めされている。
Sugiyama (8ugiyama)'s Japanese Tokukai No. 61-20
No. 3640 (published on September 9, 1986) discloses a structure in which light extracted through a reticle or mask is guided to a detection system via a chromatic aberration correction lens in a stepper alignment optical system similar to the above. There is.

更に、芝(Shiba)らの日本特開昭第61−251
858号(1986年11月8日公開)には、露光用光
源の供給路に円筒内面ミラーを用いることが示されてい
る。
Furthermore, Shiba et al.'s Japanese Patent Publication No. 61-251
No. 858 (published on November 8, 1986) discloses the use of a cylindrical inner mirror in the supply path of the exposure light source.

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

ところが上記第5図の構造における縮小投影露光装置で
は以下のような問題のあることが本発明者によって見い
出された。
However, the inventors have discovered that the reduction projection exposure apparatus having the structure shown in FIG. 5 has the following problems.

すなわち、露光対象物であるウェハは、フォトレジスト
膜82が塗布された状態で上記縮小投影露光装置に提供
されるが、フォトレジスト膜82の塗布はウェハ71を
回転状態としてレジスト液を滴下し、該レジスト液の遠
心力による広がりを利用して行なっている。
That is, the wafer, which is the exposure target, is provided to the reduction projection exposure apparatus with the photoresist film 82 coated thereon, but the photoresist film 82 is coated by rotating the wafer 71 and dropping the resist solution. This is done by utilizing the spread of the resist solution due to centrifugal force.

このため、上記回転時の遠心力によりアライメントマー
クの段差周辺で7オトレジスト膜82の塗布厚が不均衡
となり、特に段差パターンの中心に対してフォトレジス
ト膜82の堆積形状が非対称となる。ここで、上記アラ
イメントのための照明光としては露光に用いられるG線
(436nm)を単一波長(単色光)で用いることが一
般的であるため、本来の段差パターン上からの反射光と
フォトレジスト膜82上からの反射光とによって生じる
干渉縞が非対称となり、TVカメラの認識画像である該
干渉縞から得られる信号電圧波形も非対称かつ複雑とな
り、この結果、アライメントマークの段差パターンの検
出が困難となる場合もあった。
Therefore, due to the centrifugal force during the rotation, the coating thickness of the photoresist film 82 becomes unbalanced around the step of the alignment mark, and in particular, the deposited shape of the photoresist film 82 becomes asymmetrical with respect to the center of the step pattern. Here, as the illumination light for the above alignment, it is common to use the G-line (436 nm) used for exposure with a single wavelength (monochromatic light), so the light reflected from the original step pattern and the photo The interference fringes generated by the reflected light from the resist film 82 become asymmetrical, and the signal voltage waveform obtained from the interference fringes, which is an image recognized by the TV camera, also becomes asymmetrical and complicated. As a result, the detection of the step pattern of the alignment mark becomes difficult. Sometimes it was difficult.

この点に関して、上記文献ではいくつかの解決手段が紹
介されているが、いずれも十分な解決手段を提供するも
のとはいえなかった。
Regarding this point, although several solutions have been introduced in the above literature, none of them can be said to provide a sufficient solution.

更に、第17図(a)〜(c1においても、アライメン
トパターン212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212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。
Furthermore, in FIGS. 17(a) to (c1), when forming the Al of the alignment pattern 212, variations in the film thickness at the bottom of the step occur, and if the cross-sectional shape of the alignment pattern 212 becomes asymmetrical, the angle of light reflection changes. This may cause distortion in the waveform of the detected edge, making it 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あり、そ
の目的はフォトレジスト膜を被着したウェハにおけるパ
ターン検出を確実に行い、高精度なアライメントを実現
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 technique that can reliably detect a pattern on a wafer coated with a photoresist film and realize highly accurate alignment.

本発明−つの目的は、゛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。
An object of the present invention is to provide a technique that can accurately detect edge coordinates and improve alignment accuracy without being affected by distortion of an alignment pattern.

本発明の一つの目的は、多色又は「白色」光によるステ
ッパの位置合せを可能とすることにある。
One object of the present invention is to enable stepper alignment with multicolored or "white" light.

本発明の一つの目的は、種々の収差を正確に除去可能な
ステッパの参照光学系を提供することにある。
One object of the present invention is to provide a reference optical system for a stepper that can accurately remove various aberrations.

本発明の一つの目的は、縮小倍率等の時系列制御が容易
なステッパを提供することにある。
One object of the present invention is to provide a stepper that allows easy time-series control of reduction magnification and the like.

本発明の一つの目的は、2層Alプロセスに適合した位
置検出方法を提供することにある。
One object of the present invention is to provide a position detection method that is compatible with a two-layer Al process.

本発明は、2層Al配線(多層Alも含む)を有するD
RAM等のメモリICのウェハ・プロセスに適合した露
光プロセスを提供することにある。
The present invention provides a D
The object of the present invention is to provide an exposure process that is compatible with the wafer process of memory ICs such as RAM.

本発明の一つの目的は、干渉の発生しにくいケーラー(
Koler)照明の改善方法を提供することにある。
One object of the present invention is to provide a Köhler (
Koler) aims to provide a method for improving lighting.

〔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、次の通りである。
A brief overview of typical inventions disclosed in this application is as follows.

すなわち、少なくとも2波長以上の連続スペクトル光を
投影縮小レンズを介して露光対象物に対して照光する光
源と、該露光対象物からの反射光を入射して位置認識を
行なう認識部と、轟該露光対象物と認識部との間の反射
光の光路上に設けられた色収差補正レンズ機構とを備え
た構造とするものである。
That is, a light source that illuminates an object to be exposed with continuous spectrum light of at least two wavelengths or more through a projection reduction lens, a recognition section that performs position recognition by receiving reflected light from the object, and a recognition section that performs position recognition by receiving reflected light from the object. The structure includes a chromatic aberration correction lens mechanism provided on the optical path of reflected light between the exposure target and the recognition section.

〔作用〕[Effect]

上記した手段によれば、照明光の光路に色収差補正レン
ズ機構を設け、各波長に対応して焦点距離を調整するこ
とによって、パターン照明光として2以上の波長あるい
はそれ以上の連続スペクトル光を用いることが可能とな
る。このため、たとえば検出部分のアライメントパター
ンに対してフォトレジスト膜厚が不均一かつ非対称であ
る場合にも、単一波長光のような干渉縞の非対称にとも
なう検出不能を防止でき、アライメント時の位置決め精
度を高めることができる。
According to the above means, by providing a chromatic aberration correction lens mechanism in the optical path of the illumination light and adjusting the focal length corresponding to each wavelength, continuous spectrum light of two or more wavelengths or more is used as the pattern illumination light. becomes possible. Therefore, for example, even if the photoresist film thickness is uneven and asymmetrical with respect to the alignment pattern of the detection area, it is possible to prevent detection failure due to asymmetrical interference fringes such as single wavelength light, and it is possible to prevent Accuracy can be increased.

〔実施例〕〔Example〕

以下、各実施例に区分して本発明の改良点について説明
するが、これらは相互に置換可能な各構成要素又は一体
の発明の一部分であり、各実施例は相互に無関係なもの
ではない。
Hereinafter, the improvements of the present invention will be explained in terms of each embodiment, but these are mutually replaceable components or parts of an integrated invention, and the embodiments are not independent of each other.

従って、図面における参照番号の下2桁が同じものは、
そうでない旨の記載がないかぎり、原則として、同−又
は類似の機能をなすものとする。
Therefore, if the last two digits of the reference numbers in the drawings are the same,
Unless otherwise stated, in principle, they shall perform the same or similar functions.

(1)  実施例・1 第1図(a)は本発明の実施例・1である縮小投影露光
装置を示す要部斜視図、第1図(blは本実施例の光学
系を示す系統図、第2図(a)および(blは、それぞ
れ色収差補正レンズを示す説明図、第2図(c1は本実
施例に用いられる非点収差補正レンズを示す斜視図、第
3図(al〜(c)は、実施例における色収差補正レン
ズによる補正原理を概念的に示した説明図、第4図(a
)および(b)はウェハ上に形成されたアライメントマ
ークと検出波形との関係を示す説明図である。
(1) Embodiment 1 FIG. 1(a) is a perspective view of the main parts of a reduction projection exposure apparatus which is Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 1 (bl is a system diagram showing the optical system of this embodiment) , FIGS. 2(a) and (bl are explanatory diagrams showing the chromatic aberration correction lens, respectively, FIG. 2 (c1 is a perspective view showing the astigmatism correction lens used in this example, and FIGS. c) is an explanatory diagram conceptually showing the correction principle by the chromatic aberration correction lens in the example, and Fig. 4(a)
) and (b) are explanatory diagrams showing the relationship between alignment marks formed on the wafer and detected waveforms.

本実施例の縮小投影露光装置は、水銀ランプからなる露
光光源1と、この露光光源1から照射される図示されな
い露光光を集束する集光レンズ2と、縮小投影レンズ3
とからなる露光光学系を有している。
The reduction projection exposure apparatus of this embodiment includes an exposure light source 1 made of a mercury lamp, a condenser lens 2 that focuses exposure light (not shown) emitted from the exposure light source 1, and a reduction projection lens 3.
It has an exposure optical system consisting of.

上記集光レンズ2と縮小投影レンズ3との間には、透明
な石英ガラス基板等にクロム(cr )等の遮光膜で集
積回路パターンを形成したレチクル(原版)4が着脱可
能に配置されている。
Between the condenser lens 2 and the reduction projection lens 3, a reticle (original plate) 4, which has an integrated circuit pattern formed on a transparent quartz glass substrate or the like with a light-shielding film such as chromium (CR), is removably arranged. There is.

一方、上記縮小投影レンズ3の下方には、XYステージ
上において水平面内において移動自在とされたウェハ(
露光対象物)5が載置されている。
On the other hand, below the reduction projection lens 3 is a wafer (
An exposure target (object) 5 is placed.

当該ウェハ5は、所定のアライメントマーク6等が第4
図(al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7オトレジスト膜7が回転塗布技術によ
って被着された状態となっている。
The wafer 5 has a predetermined alignment mark 6, etc.
As shown in Figure (al), it is formed in a step-like shape, and a photoresist film 7 is further deposited on its upper surface by a spin coating technique.

すなわち第1図(alにおいて、露光光源1から照射さ
れレチクル4を透過した露光光が縮小投影レンズ3によ
って所定の倍率(たとえば115)に縮小されてウェハ
5に投影されることにより、当該ウェハ5の表面に塗布
されたフォトレジスト膜7が所定パターンに露光される
ものである。
That is, in FIG. 1 (al), the exposure light emitted from the exposure light source 1 and transmitted through the reticle 4 is reduced to a predetermined magnification (for example, 115) by the reduction projection lens 3 and projected onto the wafer 5. A photoresist film 7 coated on the surface of the photoresist film 7 is exposed in a predetermined pattern.

上記露光光学系の近傍には、照明光源8が設け(1!1 られており、この照明光源8からの照明光がその光路上
に設けられたバンドパスフィルタ10およびコンデンサ
レンズ11を介してハーフミラ−構造のビームスプリッ
タ12に入射される構造となっている。
An illumination light source 8 (1!1) is provided near the exposure optical system, and the illumination light from this illumination light source 8 passes through a bandpass filter 10 and a condenser lens 11 provided on its optical path to a half mirror. - The structure is such that the light is incident on the beam splitter 12 of the structure.

本実施例においては、上記照明光源8は、露光光源1か
も光フアイバ13等の導光手段によって導かれ、その先
端に装増された円筒鏡14で構成されている。
In this embodiment, the illumination light source 8 is guided by the exposure light source 1 through a light guide means such as an optical fiber 13, and is constituted by a cylindrical mirror 14 attached to the tip thereof.

上記バンドパスフィルタ10は、たとえば露光光源1で
ある水銀ランプの放光波長のうち、E線(546nm)
とD線(589nm)のみを透過させるものであり、該
バンドパスフィルタ10を通過した照明光は、可視光範
囲における連続スペクトル光としてビームスグリツタ1
2に入射される。ビームスプリッタ120光軸上には、
中継レンズ15、色収差補正レンズ16および非点収差
補正レンズ17がそれぞれ設けられており、上記縮小投
影レンズ3の体上に設けられた反射鏡18に達する構造
となっている。
The bandpass filter 10 is configured to, for example, emit E-line (546 nm) among the emission wavelengths of a mercury lamp, which is the exposure light source 1.
The illumination light that has passed through the bandpass filter 10 is passed through the beam sinter 1 as continuous spectrum light in the visible light range.
2. On the optical axis of the beam splitter 120,
A relay lens 15, a chromatic aberration correction lens 16, and an astigmatism correction lens 17 are provided, respectively, and are structured to reach a reflecting mirror 18 provided on the body of the reduction projection lens 3.

(2tlJ 一方、ビームスプリッタ120光軸上において、上記中
継レンズ15と対称位置には、中継レンズ15を経て認
識部としてのTV右カメラ0が配置されている。
(2tlJ On the other hand, on the optical axis of the beam splitter 120, at a position symmetrical to the relay lens 15, a TV right camera 0 serving as a recognition unit is arranged via the relay lens 15.

次に、本実施例の特徴的な構成要素である色収差補正レ
ンズ16について詳説する。
Next, the chromatic aberration correction lens 16, which is a characteristic component of this embodiment, will be explained in detail.

説明に先だって、色収差について第6図(a)および(
b)に基づいて説明すると、同図中aおよびbはそれぞ
れレンズ21から結像位置までの距離を示している。こ
こで、当該レンズ21の焦点距離をfとすると、a、b
、fの関係式は となる。ここで、焦点距離が△fだげ変化したときの結
像位置の変化△bは上記(1)式より、△b=□△f となる。一方、第8図(b)に示すように、レンズ21
の焦点距離fと屈折率nの関係式は、下記のようになる
Prior to the explanation, we will explain the chromatic aberration in Figures 6(a) and (
To explain based on b), a and b in the figure each indicate the distance from the lens 21 to the imaging position. Here, if the focal length of the lens 21 is f, then a, b
, f is expressed as follows. Here, the change Δb in the imaging position when the focal length changes by Δf becomes Δb=□△f from the above equation (1). On the other hand, as shown in FIG. 8(b), the lens 21
The relational expression between the focal length f and the refractive index n is as follows.

上記(3)式において、Rはレンズ210球面ニおける
半径長を示している。
In the above equation (3), R indicates the radial length of the spherical surface of the lens 210.

この(3)式より、屈折率の変化△nにともなう焦点距
離の変化△fは、 となり、これを(2)式に代入すると、となる。ここで
結像倍率mはm = b / aであるから、 上記(5)式は、 となる。
From this equation (3), the change Δf in the focal length due to the change Δn in the refractive index is as follows, and when this is substituted into the equation (2), it becomes. Here, since the imaging magnification m is m = b/a, the above equation (5) becomes as follows.

この(6)式より、屈折率の変化△nにより結像位置も
△bだけ変化することが理解できる。ここで、光の波長
と屈折率nとは反比例するため、波長が長くなると、結
像位置はへbだげレンズ21の方向にシフトする。これ
が色収差である。一般に縮小投影露光装置で用いられる
縮小投影レンズ3は、露光光であるG線に体して最適な
光学特性となるよう設計されているため、照明光として
E線あるいはD線を用いた場合の焦点距離のずれについ
てまでは考慮されていない。
From this equation (6), it can be understood that the imaging position also changes by Δb due to the change Δn in the refractive index. Here, since the wavelength of light and the refractive index n are inversely proportional to each other, as the wavelength becomes longer, the imaging position shifts toward the bending lens 21. This is chromatic aberration. Generally, the reduction projection lens 3 used in a reduction projection exposure apparatus is designed to have optimal optical characteristics for the G-line, which is the exposure light. The focal length shift is not taken into account.

したがって、干渉縞による検出不能を防止するためE線
とD線とによる連続スペクトル光を用いた場合、波長の
短いE線は比較的レンズの近傍で結像し、波長の長いD
線はレンズの遠方で結像する結果となり、本発明者の算
出によればアライメント光学系を通過した両波長の゛P
■カメラ20におけ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, when using continuous spectrum light consisting of E-rays and D-rays to prevent detection failure due to interference fringes, the short-wavelength E-rays are focused relatively close to the lens, and the long-wavelength rays are focused relatively close to the lens.
As a result, the line is imaged far from the lens, and according to the inventor's calculations, the ゛P of both wavelengths that passed through the alignment optical system
(2) The difference in image formation position in the camera 20 has reached several tens of millimeters.

本実施例では、この点を色収差補正レンズ16によって
解決している。
In this embodiment, this problem is solved by the chromatic aberration correction lens 16.

すなわち、色収差補正レンズ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、入射波長が犬、すなわち屈折率の小さな光に対
しては結像距離を小とし、一方、入射波長が小、すなわ
ち屈折率の大きな光に対しては結像距離を犬とするよう
調整されている。
In other words, the chromatic aberration correction lens 16 has the function of maintaining the imaging position constant regardless of the magnitude of the incident wavelength, and reduces the imaging distance for light with a small incident wavelength, that is, a small refractive index. On the other hand, for light with a small incident wavelength, that is, a large refractive index, the imaging distance is adjusted to be close.

この色収差補正レンズ16は、たとえば第2図(a) 
、 (blに示されるように、フリントカラスからなる
凹レンズ16aとクラウンガラスからなる凸レンズ16
bとを組み合わせて構成されているものであり、本実施
例では上記構成の一対の色収差補正レンズ16.16が
用いられている。なお、同図fblに示される組み合わ
せとしてもよい。当該色収差補正レンズ16は、本実施
例では色収差補正範囲として波長λ==500nm〜5
9Qnm程度のE線とD線を包含する波長帯域での色収
差を補正できるものであればよく、該色収差補正可能範
囲については一対の色収差補正レンズ16間の間隔を変
更することにより調整可能である。
This chromatic aberration correction lens 16 is, for example, shown in FIG. 2(a).
(As shown in bl, a concave lens 16a made of flint glass and a convex lens 16 made of crown glass.
In this embodiment, a pair of chromatic aberration correcting lenses 16 and 16 having the above configuration are used. Note that the combination shown in fbl in the figure may also be used. In this embodiment, the chromatic aberration correction lens 16 has a wavelength λ==500 nm to 500 nm as the chromatic aberration correction range.
It is sufficient that it can correct chromatic aberration in a wavelength band including E-line and D-line of about 9 Qnm, and the chromatic aberration correctable range can be adjusted by changing the distance between the pair of chromatic aberration correction lenses 16. .

以上の色収差補正レンズ16の原理を概念的に示したの
が第3図(al〜(c1であり、同図(alは色収差補
正前のE線の単色光が入射された場合における結像距離
fe、(blは同じくD線における結像距離fd、(c
1は光路上に色収差補正レンズ16を配置して色収差補
正を行なった場合のE線とD線の結像距離fsをそれぞ
れ示している。同図では結像距離fsは、(alと(b
)との結像距離の中間点、すなわちほぼfs=(fe+
fd)/2となるように調整されている。したがって、
照明光としてE線とD線との連続スペクトル光を用いた
場合において、色収差を抑制して、結像位置を一定に保
つことができる。このため、E線あるいはD線のみの単
色光を用いた場合に生じる干渉縞の非対称に起因した位
置検出不能が防止でき、TV左カメラ0による高精度な
アライメントパターンの検出が可能となる。
The principle of the above-mentioned chromatic aberration correction lens 16 is conceptually illustrated in Figure 3 (al to (c1), where (al is the imaging distance when E-line monochromatic light is incident before chromatic aberration correction). fe, (bl is also the imaging distance fd, (c
1 indicates the imaging distance fs of the E-line and the D-line, respectively, when the chromatic aberration correction lens 16 is placed on the optical path to correct the chromatic aberration. In the figure, the imaging distance fs is (al and (b)
), that is, approximately fs=(fe+
fd)/2. therefore,
When continuous spectrum light of E-line and D-line is used as illumination light, chromatic aberration can be suppressed and the imaging position can be kept constant. Therefore, the inability to detect the position due to the asymmetry of the interference fringes that occurs when monochromatic light of only the E line or the D line is used can be prevented, and the alignment pattern can be detected with high precision by the TV left camera 0.

なお、本実施例では光路上において、一対の色収差補正
レンズ16の間に第2図(c)に示すような非点収差補
正レンズ17が設けられている。該非点収差補正レンズ
17は、非点光線束に起因するウェハ5上の検出画像の
XY方向のずれ、すなわち非点収差を補正するだめのも
のであり、シリンドカルレンズからなる凸レンズ17a
と凹レンズ17bとの組合せで構成されている。したが
って、本実施例によれば色収差とともに非点収差も補正
された状態の照明光が′rVカメラ20に入射されるた
め、高精度な画像g識による位置検出が可能となる。
In this embodiment, an astigmatism correction lens 17 as shown in FIG. 2(c) is provided between a pair of chromatic aberration correction lenses 16 on the optical path. The astigmatism correction lens 17 is for correcting the shift in the XY direction of the detected image on the wafer 5 caused by the astigmatism ray bundle, that is, the astigmatism, and is a convex lens 17a made of a cylindrical lens.
and a concave lens 17b. Therefore, according to this embodiment, illumination light whose chromatic aberration and astigmatism have been corrected is incident on the 'rV camera 20, so that position detection based on highly accurate image g recognition is possible.

次に、本実施例によるアライメント方法について説明す
る。
Next, the alignment method according to this embodiment will be explained.

まず、XYステージを移動させることによって、照明光
源8である光ファイバ13の先端の円筒鏡14より照明
光が放射されると、バンドパスフィルタ10、コンデン
サレンズ11を経た後、ビームスプリッタ12で屈折さ
れて、該照明光は、中継レンズ15、色収差補正レンズ
16および非点収差補正レンズ17、反射鏡18、縮小
投影レンズ3を経てウェハ5の所定領域を照射する。こ
のウェハ5からの反射光は上記経路を逆進し、縮小投影
レンズ3、反射鏡18、色収差補正レンズ16および非
点収差補正レンズ17を経てビームスグリツタ12に達
する。ここで、反射光はビームスプリッタ12を通過し
て中継レンズ15を経てTVカメラ20に達する。当該
TVカメラ20には図示されない信号処理部が接続され
ており、’lf’Vカメラ20による認識画像から信号
波形が検出されるようになっている。
First, by moving the XY stage, illumination light is emitted from the cylindrical mirror 14 at the tip of the optical fiber 13, which is the illumination light source 8. After passing through the bandpass filter 10 and the condenser lens 11, it is refracted by the beam splitter 12. The illumination light passes through the relay lens 15 , the chromatic aberration correction lens 16 , the astigmatism correction lens 17 , the reflecting mirror 18 , and the reduction projection lens 3 to illuminate a predetermined area of the wafer 5 . The reflected light from the wafer 5 travels backward along the above-mentioned path, passes through the reduction projection lens 3, the reflecting mirror 18, the chromatic aberration correction lens 16, and the astigmatism correction lens 17, and reaches the beam sinter 12. Here, the reflected light passes through the beam splitter 12 and reaches the TV camera 20 via the relay lens 15. A signal processing section (not shown) is connected to the TV camera 20, and a signal waveform is detected from the image recognized by the 'lf' V camera 20.

この信号検出波形を示したものが第4図(b)である。FIG. 4(b) shows this signal detection waveform.

本実施例によれば照明光の光路上に色収差補正レンズ1
6が設けられているため、E線とD線との連続スペクト
ル光を照明光として使用した場合にも色収差、すなわち
結像位置のずれが修正される。この結果、照明光源8に
単色光を用いた場合に7オトレジスト膜厚の不均一に起
因して生じる干渉波形によるアライメントマーク6の検
出困難が回避され、第4図(blに示されるようにアラ
イメントマーク60段差部に対応する検出信号の把握を
確実に行なうことができ、当該アライメントマーク6の
位置が正確に検出される。このようにして得られたアラ
イメントマーク6の位置に基づいてウェハ5の目的の部
位が、露光光学系上に正確に位置決めされ、その後、露
光光源1から放射され、集光レンズ2、レチクル4、縮
小投影レンズ3を経た図示されない露光光により、レチ
クル4上の集積回路パターンがウェハ5のフォトレジス
ト膜7上に転写される。
According to this embodiment, the chromatic aberration correction lens 1 is placed on the optical path of the illumination light.
6, the chromatic aberration, that is, the shift in the imaging position, is corrected even when continuous spectrum light of E-line and D-line is used as illumination light. As a result, when monochromatic light is used as the illumination light source 8, the difficulty in detecting the alignment mark 6 due to the interference waveform caused by the non-uniformity of the photoresist film thickness can be avoided, and the alignment mark 6 can be easily detected as shown in FIG. The detection signal corresponding to the stepped portion of the mark 60 can be reliably grasped, and the position of the alignment mark 6 can be detected accurately.Based on the position of the alignment mark 6 obtained in this way, the position of the wafer 5 is determined. The target area is accurately positioned on the exposure optical system, and then the integrated circuit on the reticle 4 is exposed by exposure light (not shown) emitted from the exposure light source 1 and passed through the condenser lens 2, reticle 4, and reduction projection lens 3. The pattern is transferred onto the photoresist film 7 of the wafer 5.

以上の説明では、照明光源として露光光源である水銀ラ
ンプを用いた場合について説明したが、検出光源として
独立したキセノンランプを用いてもよい。
In the above description, a case has been described in which a mercury lamp, which is an exposure light source, is used as an illumination light source, but an independent xenon lamp may be used as a detection light source.

この場合には、各波長において比較的均一な光エネルギ
ーを有するキセノンランプを用いることにより、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、色
収差補正レンズ16の補正率を調整して最適補正値を設
定することにより反射光の干渉によるパターン検出不能
を防止でき、高精度な位置検出が可能となる。
In this case, by using a xenon lamp that has relatively uniform light energy at each wavelength, continuous spectrum light can be selectively employed, and the correction rate of the chromatic aberration correction lens 16 can be adjusted to provide optimal correction. By setting the value, it is possible to prevent pattern detection from being impossible due to interference of reflected light, and it is possible to perform highly accurate position detection.

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、本発明は前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棟々変更可能
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 based on the examples above, the present invention is not limited to the above-mentioned examples, and it is possible to make various changes without departing from the gist of the invention. Not even.

たとえば、照明光源としては光ファイバの先端に装着さ
れた円筒鏡を一例として図示したが、これに限らず多角
形柱部体、多角錘筒体等、如何なる形状のものであって
もよい。
For example, although a cylindrical mirror attached to the tip of an optical fiber is shown as an example of the illumination light source, the illumination light source is not limited to this and may be of any shape such as a polygonal column body or a polygonal conical cylinder body.

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
をそのオU用分野である、いわゆるウェハの縮小投影露
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(、一般の縮小
投影露光におけるアライメント技術に広く適用できる。
In the above explanation, the invention made by the present inventor was mainly applied to the alignment technology in the so-called reduction projection exposure of wafers, which is the field of application of the invention, but the invention is not limited to this (but is not limited to this). It can be widely applied to alignment technology in reduction projection exposure.

上記実施例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、下記の通りである。
A brief explanation of the effects obtained by typical examples among the above embodiments is as follows.

すなわち本発明によれば、照明光の光路に色収差補正レ
ンズ機構を設け、各波長に対応して焦点距離を調整する
ことによって、パターン照明光として2以上の波長ある
いはそれ以上の連続スペクトル光を用いることが可能と
なる。このため、たとえば検出部分のアライメントパタ
ーンに対してフォトレジスト膜厚が不均一かつ非対称で
ある場合にも、単一波長光のような干渉による検出不能
を防止でき、アライメント時の位置決め精度を高めるこ
とができる。
That is, according to the present invention, by providing a chromatic aberration correction lens mechanism in the optical path of the illumination light and adjusting the focal length in accordance with each wavelength, continuous spectrum light of two or more wavelengths or more is used as the pattern illumination light. becomes possible. Therefore, even if the photoresist film thickness is uneven and asymmetrical with respect to the alignment pattern of the detection area, for example, it is possible to prevent detection failure due to interference such as single wavelength light, and improve positioning accuracy during alignment. Can be done.

(2)実施例・2の■ 第7図は本発明の実施例・2のIに使用される縮小投影
露光装置を示す要部斜視図、第8図はその光学系を説明
するための系統図、第9図(alおよび(b)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1
0図(alおよび(b)は実施例中の色収差についての
説明図、第11図(alおよび(bl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11図〜第14図は本実施例のパターン検
出方法を示す説明図、第15図(a)および(bl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。
(2) Embodiment 2 (■) FIG. 7 is a perspective view of the main parts of a reduction projection exposure apparatus used in Embodiment 2 (I) of the present invention, and FIG. 8 is a system for explaining its optical system. 9(al) and (b) are explanatory diagrams showing the inclination state of the optical axis by the optical axis moving unit, and FIG.
Figure 0 (al and (b) is an explanatory diagram of chromatic aberration in the example, Figure 11 (al and (bl) is a partial cross-sectional view showing the formation state of the alignment pattern on the wafer and its plan view, Figures 11- FIG. 14 is an explanatory diagram showing the pattern detection method of this embodiment, and FIGS. 15(a) and (bl) are flow diagrams showing the signal processing procedure in pattern detection of this embodiment.

第7図において、縮小投影露光装置101は、水銀ラン
プからなる露光光源102と、この露光光源102から
照射される露光光を集束する集光レンズ103と、縮小
投影レンズ104とからなる露光光学系を有している。
In FIG. 7, a reduction projection exposure apparatus 101 includes an exposure optical system consisting of an exposure light source 102 made of a mercury lamp, a condenser lens 103 that focuses exposure light emitted from the exposure light source 102, and a reduction projection lens 104. have.

上記集光レンズ103と鰯小投影レンズ104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105
(原版)が着脱可能に配置されている。
Between the condenser lens 103 and the sardine small projection lens 104, there is a reticle 105 on which an integrated circuit pattern is formed on a transparent quartz glass substrate with a light-shielding film made of chromium (CR) or the like.
(Original version) is arranged in a removable manner.

一方、同図中、上記縮小投影レンズ104の下方にはX
Yステージ106の上面において、水平方向にその位置
調整が可能とされたウエノ107(露光対象物体)が載
置されている。当該ウェハ107は、所定のアライメン
トパターン108が第11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1
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7図において、露光光源102かも照
射されレチクル105を透過した露光光は、縮小投影レ
ンズ104によって所定の倍率(たとえば115)に縮
小されてウェハ107に投影される。これによって上記
レチクル105の集積回路パターンが上記フォトレジス
ト膜110上に転写され、露光光の照射部分のフォトレ
ジスト膜110が化学変化を生じてフォトレジスト膜1
10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, below the reduction projection lens 104 is an
On the upper surface of the Y stage 106, a wafer 107 (object to be exposed) whose position can be adjusted in the horizontal direction is placed. The wafer 107 has a predetermined alignment pattern 108 formed in a stepped shape as shown in FIG. 11, and a photoresist film 1 on the upper surface.
10 was applied by spin coating technique. That is, in FIG. 7, the exposure light emitted by the exposure light source 102 and transmitted through the reticle 105 is reduced to a predetermined magnification (for example, 115) by the reduction projection lens 104 and projected onto the wafer 107. As a result, the integrated circuit pattern of the reticle 105 is transferred onto the photoresist film 110, and the photoresist film 110 in the portion irradiated with the exposure light undergoes a chemical change, and the photoresist film 110 undergoes a chemical change.
A resist pattern according to No. 10 is formed.

上記露光光学系の近傍には、照明光源111が設けられ
ており、この照明光源111からの照明光は、コンデン
サレンズ112および光軸移動部113等を経てハーフ
ミラ−114により所定角塵に反射され、さらにリレー
レンズ115、色収差補正レンズ群116および反射鏡
117を経て縮小投影レンズ104に至り、さらにこの
縮小投影レンズ104よりウェハ107の所定部位を照
明する構成となっている。
An illumination light source 111 is provided near the exposure optical system, and the illumination light from this illumination light source 111 passes through a condenser lens 112, an optical axis moving section 113, etc., and is reflected by a half mirror 114 onto dust of a predetermined angle. The light then passes through a relay lens 115, a chromatic aberration correction lens group 116, and a reflecting mirror 117 to reach a reduction projection lens 104, and further illuminates a predetermined portion of the wafer 107 from this reduction projection lens 104.

本実施例では、上記照明光源111は、上記露光光源1
02より光フアイバ118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120を光路上
に配置して、露光光源102である水銀ランプの放光波
長のうち、E勝(λ546 n m )とD線(λ−5
89nm)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120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−114
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 111 is the exposure light source 1.
02, the light is guided by a light guiding means such as an optical fiber 118, and a bandpass filter 120 is placed on the optical path to select E (λ546 n m) and D line (λ-5
The structure is such that only light (89 nm) is transmitted. The illumination light transmitted through the band pass filter 120 is transmitted to the half mirror 114 as continuous spectrum light in the visible light range.
It will be injected into. 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−114より色収差補正レンズ群116
を経て反射鏡117および縮小投影レンズ104を経て
ウェハ107上に照射された照明光は、ウェハ107上
に形成された所定のアライメントパターン108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左カメラ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。
Chromatic aberration correction lens group 116 from the half mirror 114
The illumination light irradiated onto the wafer 107 via the reflecting mirror 117 and the reduction projection lens 104 irradiates a predetermined alignment pattern 108 formed on the wafer 107, and then, as the reflected light, the optical path of the illumination light is The structure is such that the light travels backwards and enters the TV left camera 21. Note that the optical path of this illumination light will be described in detail later.

光軸移動部113は、照明絞り孔1220貫通形成され
たシャッタ123と、このシャッタ123と一体にガイ
ド124に沿ってスライド移動可能なシャッタ支持部1
25とを有しており、このシャッタ支持部125は、ス
テップモータ126等により第9図(alおよび(b)
に示すように水平方向に十lだけ微調整可能とされてい
る。
The optical axis moving section 113 includes a shutter 123 formed through an illumination aperture hole 1220, and a shutter support section 1 that is slidable along a guide 124 together with the shutter 123.
25, and this shutter support part 125 is moved by a step motor 126 or the like in FIGS.
As shown in , it is possible to make fine adjustments by 10 liters in the horizontal direction.

すなわち、上記ステップモータ126の移動によってシ
ャッタ123が水平方向に所定量子lだけ移動されると
、シャッタ123に開設された照明絞り孔122も光軸
な同図の左右方向に十lだけ移動され、コンデンサレン
ズ112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 123 is moved by a predetermined amount l in the horizontal direction due to the movement of the step motor 126, the illumination aperture hole 122 provided in the shutter 123 is also moved by 10 l in the left-right direction of the figure, which is the optical axis. The optical axis of the illumination light for the condenser lens 112 is inclined 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1
04を経てウェハ107のアライメントパターン108
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12
3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±4ずつ移動することによってアライメント
パターン108に対して十〇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 1
Alignment pattern 108 of wafer 107 through 04
The illumination light irradiated upward is also tilted at a predetermined angle. In this embodiment, the vertical reference optical axis, that is, the shutter 12
The illumination light can be incident on the alignment pattern 108 at an angle of 10 by moving the illumination light a predetermined distance by ±4 to the left and right around an axis perpendicular to the plane of FIG.

次に、本実施例で用いられる色収差補正レンズ群116
について説明する。
Next, the chromatic aberration correction lens group 116 used in this embodiment
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10図(alおよび(bl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. 10 (al and (bl).

なお、同図中aおよびbは、それぞれレンズ220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2
20の焦点距離なfとすると、a、b、fの関係式は、
一般に周知の通り下記の如くなる。
Note that a and b in the figure each indicate the distance from the lens 220 to the imaging position. Here, the above lens 2
If f is the focal length of 20, the relational expression of a, b, and f is
As is generally known, the process is as follows.

1/a+1/b=1/f       、・(t)この
とき、焦点距離か△fだけ変化したとすると、結像位置
の変化△bは、 △b−(b2/f2 )△f       ・・・(2
)となる。一方、第10図(blに示すように、レンズ
220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+1/b=1/f, ・(t) At this time, if the focal length changes by △f, the change △b in the imaging position is △b-(b2/f2)△f... (2
). On the other hand, as shown in FIG. 10 (bl), the relational expression between the focal length f and the refractive index n of the lens 220 is as follows.

f=R/(n−1)         °°(3)上式
において、Rはレンズ2200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△nにともなう焦
点距離の変化△fは、△f=−R△n/(n−1)” −f△n / (n−1)      ・・・(4)と
なる。この(4)式を上記(2)式に代入すると、△b
==−b2△n / f (n−1)    ・”(5
)となる。ここで、結像倍率mは、m=b/aであるか
ら、上式(5)は、 △b、4−f(1+m)2△n/(n−1)  −(6
)となる。この(6)式より、屈折率nの変化△nにと
もなって、結像位置も△bだけ変化することが理解でき
る。
f=R/(n-1)°° (3) In the above equation, R indicates the radial length of the spherical surface of the lens 2200. From this formula, the change △f in the focal length due to the change △n in the refractive index is △f=-R△n/(n-1)" -f△n/(n-1) ... (4) By substituting this equation (4) into the above equation (2), △b
==-b2△n/f (n-1) ・”(5
). Here, since the imaging magnification m is m=b/a, the above equation (5) is as follows: △b,4-f(1+m)2△n/(n-1)-(6
). 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220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△bだけレンズ220
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 220 becomes longer, the imaging position also changes by Δb from the lens 220.
shift towards the direction of. This is chromatic aberration.

一般に、縮小投影露光装置101で用いられる上記の縮
小投影レンズ104は、露光光であるG線(λ−436
nm)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 104 used in the reduction projection exposure apparatus 101 uses G-line (λ-436
Since it is designed to obtain optimal optical characteristics for wavelengths (nm), no consideration is given to the problem of chromatic aberration when using light of other wavelengths such as E-line or D-line as illumination light.

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1
21による結像位置の差は数十im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 1 of both wavelengths passes through the alignment optical system without performing chromatic aberration correction.
The difference in the imaging position due to 21 is about several tens of inches.

本実施例の色収差補正レンズ群116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 116 of this embodiment is used to correct the above-mentioned chromatic aberration, that is, the 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116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 116 of this embodiment has a function of maintaining the image formation position constant regardless of the magnitude of the incident wavelength, and is suitable 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 having a small incident wavelength, that is, a large refractive index.

このような、色収差補正レンズ群116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;500 n m〜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。
The configuration of the chromatic aberration correction lens group 116 is, for example, a combination of a concave lens made of flint glass and a convex lens made of crown glass.
It is possible to correct chromatic aberration in a wavelength band that includes lines.

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 range in which chromatic aberration can be corrected can be easily adjusted by changing the distance between the lenses of the combination lens.

第11図(alおよび(b)は、上記ウェハ107上に
形成されたアライメントパターン108の断面構造およ
び平面構造を詳細に示している。
11(al) and (b) show in detail the cross-sectional structure and planar structure of the alignment pattern 108 formed on the wafer 107. FIG.

すなわち、シリコン(Si )半導体からなる半導体基
板131の上部には、アルミニウム(Al)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131aを有しており、この第1のパターン13
1a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131b、131Cが形成され
ている。このような各パターン1318rc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 the semiconductor substrate 131 made of silicon (Si) semiconductor, there is a first pattern 131a formed of aluminum (Al) or the like in synchronization with the formation of a wiring pattern (not shown). pattern 13
The edge shape (L, R) of 1a is reflected on the upper layer to form second and third patterns 131b and 131C. The procedure for forming each pattern 1318rc will be described in more detail below.

まず半導体基板131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131a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13
2aが形成されろ。この第1の絶縁膜132aは、当初
アライメントパターン108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131aの上面の第1の絶縁膜132aがエツチ
ング除去される。これによって、上記第1のパターン1
31aの表面が露出状態となる。この状態で、第2のパ
ターン131bが第2層配線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71318と第
2のパターン131bとは、第1の絶縁膜132a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。
First, a first pattern 131a is formed on a semiconductor substrate 131 in synchronization with a first layer wiring (not shown) forming process, and then a first insulating film 13 is formed through a photoresist process.
2a is formed. The first insulating film 132a is initially formed to cover the entire surface of the alignment pattern 108, and then the first insulating film 132a on the upper surface of the first pattern 131a is etched away through a photoresist process again. As a result, the above first pattern 1
The surface of 31a is exposed. In this state, the second pattern 131b is formed in synchronization with the second layer wiring. As described above, in this embodiment, the first pattern 71318 and the second pattern 131b are directly stacked without intervening the first insulating film 132a, 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131b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132bが形成され、こ
の第2の絶縁膜132b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131bが露出される。そ
の後、この第2のパターン131b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 131b, a second insulating film 132b is formed again by a photoresist process, and this second insulating film 132b is further partially etched away to expose the second pattern 131b. Ru. Thereafter, a third pattern is formed on this second pattern 131b in the same procedure as above.

以下余白 以上のように、本実施例によflば、第1〜第3のパタ
ーン131a〜・Cが絶縁膜を介在することなく直接積
層さねているため、第3のパターン131 Cにおいて
も下層の第1および第2のパターン13]a、131b
形状が反映さn斤比較的歪みのないエツジを備えた構造
となっている。
As shown in the margins below, according to this embodiment, the first to third patterns 131a to 131C are stacked directly without an intervening insulating film, so even in the third pattern 131C, Lower layer first and second patterns 13]a, 131b
The shape is reflected in the structure with relatively undistorted edges.

次に、以上のように17で形成されたアライメントパタ
ーン108(第3のパターン)ヲ用いたアライメント手
順について説明する。なお、第12図〜第14図に示さ
れたアライメントパターン108は図示の都合上、闇路
化[、、て示t、であるが、上記第11図で示1.霞町
面構造とほぼ同4A−のものである。
Next, an alignment procedure using the alignment pattern 108 (third pattern) formed in 17 as described above will be described. Note that the alignment pattern 108 shown in FIGS. 12 to 14 is shown as a dark line [, , t] for convenience of illustration, but the alignment pattern 108 shown in FIG. It has a 4A- structure, which is almost the same as the Kasumicho-men structure.

第12図は、上記アライメントパターン108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13図ね一非刈祢形状、fなわちウェハ107の
谷l−の形成プロセスにおける処理のけらつき、たとえ
は絹11図における第1および第2のパターン13]b
の膜厚のムラ寺が原因となっているものであり、第12
図はアライメンドパターン108のエツジ部分に欠けを
生じている場合である。
FIG. 12 shows a case where the alignment pattern 108 is formed in a symmetrical shape, that is, without distortion, and FIG. Processing shimmer, for example the first and second patterns in silk 11 Figure 13]b
This is caused by uneven film thickness, and the 12th
The figure shows a case where the edge portion of the alignment pattern 108 is chipped.

第12図に示すように、アライメントパターン108が
ほぼ対称形状の理想状態で形成さねでいる場合には、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11照明光S)のみでも十分なアライメ
ント確度を侍ることができる。しか[7、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1ill
I L、 < 、第13図および第14図に示さねたよ
うなH向弁対称形状のアライメントパターン8となるこ
とか多い。
As shown in FIG. 12, when the alignment pattern 108 is formed in an ideal state with a substantially symmetrical shape, the alignment method in the prior art, that is, only straight light from the vertical direction (vertical 11 illumination light S) is sufficient. Sufficient alignment accuracy can be achieved. However, [7] In the actual manufacturing process of the wafer 7, it is impossible to always form the alignment pattern 8 in a symmetrical shape as described above.
I L, < , the alignment pattern 8 often has an H-valve symmetric shape as shown in FIGS. 13 and 14.

以下のアライメント手順の説明では、まず第12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、峻いて第13図および第14図のように非対称
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. 12, and a case where the alignment pattern 8 is formed in a sharply asymmetrical shape as shown in FIGS. 13 and 14 will be explained.

t−t”、XYスデージ106を移動させることによっ
て、照明光源]1】より照明光が放射されると、コンデ
ンサレンズ112を経てシャッタ123に達する。ここ
で、上記シャッタ支持部125とともにシャッタ123
の照明絞りは、ステップモータ126の作動により−4
の方向に移動さtlており(第9図(bl ) 、この
照明絞り122を酢た照明光は垂直基準光軸よりも−θ
た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。
When illumination light is emitted from the illumination light source [1] by moving the XY stage 106, it reaches the shutter 123 through the condenser lens 112.
The illumination diaphragm of -4 is set by the operation of the step motor 126.
The illumination light passing through the illumination diaphragm 122 is moved in the direction of -θ from the vertical reference optical axis (Fig. 9 (bl)).
The light travels to the subsequent alignment optical system in a tilted state.

上記照明は、さらにリレーレンズII5、色収差補正ワ
ンス群116を通過する。この段階で、連続スペクトル
元による色収差が補旧さねだ照明光はさらに、反射ml
 17、縮小投影レンズ104を経てアライメントパタ
ーン108上に照射される0 このとき、尚該照明光(ii検出光)fd、上記光路上
のシャッタ123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108に対して
照射されることになる。この状態を示!、たのが941
2図(a)である。同図(でよねけ、アライメントパタ
ーン108における垂直基準光軸に対[2て傾斜角度−
θの斜め上方からのR・検出光として照射さねている。
The illumination further passes through the relay lens II5 and the chromatic aberration correction once group 116. At this stage, the chromatic aberration due to the continuous spectrum source has been corrected, and the illumination light is further reflected by the reflected ml
17. At this time, the illumination light (ii. detection light) fd is deviated from the vertical reference optical axis by the movement of the shutter 123 on the optical path. In this state, the alignment pattern 108 is irradiated. Show this condition! , Tanoga 941
Figure 2(a) shows this. In the same figure (with respect to the vertical reference optical axis in the alignment pattern 108, the inclination angle -
It is irradiated as R detection light from diagonally above θ.

上記R,暎出出光照射されたアライメントバター(4の ン108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1′vカメラ121に入射さね
るが、TVカメラ121を通じて光電変換された波形信
号は、同図(b)K示す通りと々っている。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108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108の1画布(XL)
およびL側(XR)のエツジ位置の認識が可能となって
いる。
As described above, the alignment butter irradiated with light from the R
Although the detection light travels backward through the optical path and enters the 1'v camera 121, the waveform signal photoelectrically converted through the TV camera 121 continues as shown in FIG. In the figure, the part where the signal waveform has a valley shape is the edge position of the alignment pattern 108, and by reading this coordinate, one canvas (XL) of the alignment pattern 108 can be determined.
It is also possible to recognize the edge position on the L side (XR).

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108の左側のエツジLによって影響が形
成されているため、とわが波形信号に影響し、左側(L
)のエツジ位置の正確な位置XLの検出はできなくなっ
ている。(7か17、右側(H))エツジ検出波形には
エツジHによる照明の影響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XRは正確に検出される。
Here, as is clear from the figure, the R detection light having such an inclination angle of -0 is influenced by the left edge L of the alignment pattern 108 shown in figure (a). Towa affects the waveform signal, and the left side (L
) is no longer possible to accurately detect the edge position XL. (7 or 17, right side (H)) Since the edge detection waveform does not include any noise components such as the influence of illumination due to edge H, the R edge position XR is accurately detected.

[7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flj%R側のエツジの位置データXRのみを採
用]1、L側のノイズ成分を含んだ位置データXLは使
用し7ない。
[7. Therefore, when the edge position is detected using the R detection light, flj% only the edge position data XR on the R side is used] 1. The position data XL containing noise components on the L side is not used.

次に、ステップモータ126がさらに作動されて、シャ
ッタ123が十lの位置となると(第9図(d) ) 
%垂直基準光軸に対して傾斜角が十〇の照明光とE7て
光路上を通過してアライメントパターン108上に照射
される。このときの照明光は、第12図(e)に示すよ
うに、アライメントパターン108において、基準軸よ
りも+θだけ傾斜されiL検出光となっている。
Next, the step motor 126 is further operated and the shutter 123 is at the 10 l position (FIG. 9(d)).
The illumination light E7 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 108. The illumination light at this time is tilted by +θ with respect to the reference axis in the alignment pattern 108 to become iL detection light, as shown in FIG. 12(e).

このときの検出波形を示したのが同図(1)であり、R
エツジ位置XR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
LKよる照明の影響等によるノイズ成分が含まれないた
め、Lエラジ位置XLは正確かつ確実に検出される。
Figure (1) shows the detected waveform at this time, and R
Detection of the edge position Reliably detected.

なお、このときもL検出光により得ら冶たエツジ位置デ
ータiL側のもの(XL)だけとし、ノイズ成分を含ん
でいるR IJの位置データXRは採用【7ない。
In addition, at this time, only the edge position data iL side (XL) obtained by the L detection light is used, and the position data XR of RIJ that includes 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t(X
t、、Xa)の検出に際して、各々について寿適な傾斜
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 t(X
t, , Xa), the R edge position and the L edge position are detected using detection lights (R detection light and L detection light) each having an appropriate inclination angle (±θ). .

なお、説明が前後したが、ステップモータ126の作動
により、シャッタ123が十〇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(2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12
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108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L側およびL側の双方のエツジ
位置(Xt、。
It should be noted that although the explanation has been repeated, when the shutter 123 is at the 10 position due to the operation of the step motor 126, that is, when the illumination aperture hole is located on the vertical reference optical axis, the illumination light is vertically illuminated. The light S and (2) are the same as those of the prior art. Such vertical illumination light S is
As shown in figures (a), (c) and (e),
As long as the alignment pattern 108 is in an ideal state, that is, the cross-sectional shape is symmetrical and formed with high precision, the edge positions (Xt,

XR)ともに正確な位置検出が可能である。XR) both allow accurate position detection.

しかし、アライメントパターン108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′!)hるため、TVカメラ121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 108 is asymmetrical, the reflected light may contain noise components due to effects such as diffused reflection! ), it is often difficult to accurately detect the position depending on the waveform of the detection signal from the TV camera 121.

次に、このよう々アライメントパターン108の断面形
状が非対称である場合、す々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 in which the cross-sectional shape of the alignment pattern 108 is asymmetrical, that is, a case in which the alignment technique of this embodiment is most effective will be described.

アライメントパターン108が第13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7ている場
合、第13図(c)に示すような垂直照明光Sでは、同
図(d)K示すように、L側のエツジ検出波形にノイズ
を含んでいる。
As shown in FIG. 13, the alignment pattern 108 is
If the bottom surface of the step is inclined at an angle of, for example, 2 to 5 degrees, the vertical illumination light S as shown in FIG. contains noise.

この点について、本実施例では上記で説明またR検出光
を用いることKより、同図伸)に示すように、Hエツジ
位置(Xa)の正確な検出が可能となる。[2かし、従
来技術の垂直照明光Sでは、第13図(c) K示すよ
うに、l(側のエツジ検出如おいて、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(d))。
Regarding this point, in this embodiment, as described above and using the R detection light, it is possible to accurately detect the H edge position (Xa) as shown in Figure 1). [2] However, with the vertical illumination light S of the prior art, as shown in Fig. 13(c) K, when detecting edges on the l( side, the reflected light due to the inclination of the bottom surface is added as a noise component, so It is difficult to detect the R edge position ((d) in the same figure).

【7か(、なから、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、十〇の傾斜角度を
有するL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、同図体)および(c)に示したように一θ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。
[7] (For this reason, when detecting edges on the L side, as shown in (e) and (f) in the same figure, by using the L detection light having an inclination angle of 10, it is possible to accurately detect the edges on the L side.) Similarly, when detecting an edge on the R side, by using the R detection light having an inclination angle of 1θ, as shown in the same figure) and (c), it is possible to detect an edge on the R side. Accurate edge detection is possible.

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[−ては、上記第13図のように段差底面
が傾斜している場合の他、第14図に示すように、段差
角部にダレ133を生じている場合もある。
By the way, the cause of the noise component when only the vertical illumination light S is used is that in addition to the case where the bottom surface of the step is inclined as shown in FIG. In some cases, sag 133 is generated at the corner.

すなわち、第14図(c)に示すように、ダレ面133
を生じているアライメントパターン108に対して垂直
照明光Sを照射した場合、ダレ面133からの乱反射に
よって、同図(d)K示すようにダレ面133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. 14(c), the sagging surface 133
When the vertical illumination light S is irradiated onto the alignment pattern 108 that is causing the sag, the L with the sagging surface 133 is caused by diffuse reflection from the sagging surface 133, as shown in FIG.
Noise is generated in the detection waveform of the edge on the side, making it difficult to accurately detect the edge position on the L side.

このような場合にも、本実施例によれば同図(a)(4
つ に示すR検出光を用いることによりRエツジ位置XR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pLエツジ位t X t、の正確な検出が可能とな
る。(またがって、R検出光により得られたRエア9位
置データxRと、L検出光により得られたLエラジ位置
データXLとを用いることにより、ダレ面133による
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, (4)
By using the R detection light shown in FIG. 1, it is possible to accurately detect the R edge position XR, and on the other hand, by using the L detection light, it is possible to accurately detect the pL edge position tXt. (By using the R air 9 position data xR obtained by the R detection light and the L error position data XL obtained by the L detection light, the R Accurate detection of both side and L side edge positions is possible.

以上で説明したエツジ検出を信号処理のレベルで第15
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 explained above can be applied to the 15th level of signal processing.
The process will be explained below using the flowchart shown in FIG.

1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XRとする(第15図(a)ステップ
251)。なお、このときのLエソ9位置データは採用
しない。
First, the R edge position is detected using the R detection light, and the coordinates of this detected position are set to XR (step 251 in FIG. 15(a)). Note that the L Eso 9 position data at this time is not adopted.

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XLとする(ステップ252)。この
ときも同様にRエソ9位置データは採用(7ない。
Next, the L edge position is detected using the L detection light, and the coordinates of this detected position are set as XL (step 252). At this time, R Eso 9 position data is similarly adopted (7 is not available).

このよってして得られたXRとXLとの平均座標を算出
シフ、これをパターン基準位置座標Xoとして認識する
(ステップ253)。
The average coordinate of XR and XL thus obtained is calculated and recognized as the pattern reference position coordinate Xo (step 253).

次に、上記で説明(7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
108の非対称性を検出する場合について説明する。
Next, a case will be described in which the asymmetry of the alignment pattern 108 is detected by using the R detection light, the vertical illumination light S, and the L detection light described above (7).

まず、上記第15図(a)の信号処理によってX。First, X is generated by the signal processing shown in FIG. 15(a).

を求めた後(ステップ)、上記アライメントパターン1
08に対(7て第12図〜第13図の各(c)でそれぞ
れ示[、た垂直照明光Sを照射し、このときのR検出位
置座標(ZR)とL検出位置座標(ZL)とを得た後、
これらの平均値であるZoを算出する(255)。もち
ろんこのとき得られる各座標ZR,ZL (Rエソ9位
置データ、Lエソ9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。
After determining (step), the above alignment pattern 1
Vertical illumination light S was applied to 08 (7) as shown in each (c) of Figs. 12 to 13, and the R detection position coordinate (ZR) and L detection position coordinate (ZL) at this time were After getting and
Zo, which is the average value of these, is calculated (255). Of course, either of the coordinates ZR, ZL (R Eso 9 position data, L Eso 9 position data) obtained at this time contains a noise component as explained above, so the Zo obtained from this also has a true value. isn't it.

次に、上記Zoからステップ253で得られたXoを差
し引いて、△Zを算出する(256)。
Next, ΔZ is calculated by subtracting Xo obtained in step 253 from Zo (256).

この△Zは、真のパターン基準位首座@xoo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zOK補正量である△Z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XOを得ることができる。
This △Z is Z for the true pattern reference position leader @xoo
The amount of deviation of o will be calculated. Therefore, in the subsequent alignment process, by adding ΔZ, which is the zOK correction amount obtained from the vertical illumination light S, it is possible to obtain the true pattern reference position coordinates XO without using the R detection light and the L detection light. Can be done.

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X。
In this way, in this embodiment, the pattern reference position coordinates X are determined using the R detection light and the L detection light.

を求めた後は、後続のアライメ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△Z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。
After determining , in the subsequent alignment work, it is possible to accurately recognize the pattern position for each alignment pattern 8 by simply performing arithmetic processing that adds the correction amount ΔZ to the detected value by the vertical illumination light S. .

第16図は、本発明の実施例・2の■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である
FIG. 16 is a partial system diagram showing the arrangement of illumination light sources in a reduction projection exposure apparatus which is Embodiment 2 of the present invention.

本実施例2の■では、上記実施例2のI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(7
て実施例2のIと同様の効果を得る(5■ ようにしている。
In Example 2 (2), the illumination light sources are arranged at two locations (7
The same effect as I of Example 2 is obtained (5).

すなわち、第1の照明光源141aは、垂直基準光軸に
対(、て+θの角度で検出光Rと【7てアライメントパ
ターン108に入射されるよう配置されており、一方第
2の照明光源141bは、垂直基準光軸に対17て−θ
の角度で検出光りとしてアライメントパターン108に
入射されるよう配置されている。
That is, the first illumination light source 141a is arranged so that the detection light R and the detection light R are incident on the alignment pattern 108 at an angle of +θ relative to the vertical reference optical axis, while the second illumination light source 141b is −θ relative to the vertical reference optical axis.
It is arranged so that it is incident on the alignment pattern 108 as a detection light at an angle of .

このような第1および第2の照明光源141a1141
bとしては、上記実施例・2の1と同様に光ファイバ1
18によって露光光源102から導くととKよって設け
た構成とし2てもよい[7、あるいは独立した光源体を
配してもよい。
Such first and second illumination light sources 141a1141
As b, the optical fiber 1 is used as in 1 of Example 2 above.
18 may lead from the exposure light source 102. Alternatively, an independent light source may be provided.

このようII、て、本実施例では、第1の照明光源14
1aと、第2の照明光源141bとの照明の切り換えを
行うことによって、実施例・2のI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 embodiment, the first illumination light source 14
By switching the illumination between 1a and the second illumination light source 141b, it is possible to obtain the R detection light and L detection light similar to I in Example 2, and it is possible to accurately detect the edge position. Become.

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(7kが、本発明は上記実施例に限定される
本のでけ々く、その要旨を逸脱し7ない範囲で棹々変更
可能であることはいう捷でもない。
Above, the invention made by the present inventor is explained in detail based on examples (7k, but since the present invention is limited to the above-mentioned examples, it is possible to make substantial changes without departing from the gist of the book). Being that is not a good thing.

たとρば、実施例において(は照明光源111として、
露光光源102である水銀ランクの光を元ファイバ11
8糎で導いた場合について詣、明(、たが、照明光御、
111として独立1.たキセノンランプ等を用いてもよ
い。各波長において比蚊的均−な工坏ルキーを放出する
キセノンラングを使用することにより、連続スペクトシ
ム光を瀉択的に採用することかり能となり、干渉縞のな
いさらに商精度なパターン検出を実施することが1きる
For example, in the embodiment, (as the illumination light source 111,
The mercury rank light from the exposure light source 102 is transferred to the original fiber 11.
8 Regarding the case of guiding with glue, Pilgrimage, Light,
Independent as 1111. A xenon lamp or the like may also be used. By using a xenon rung that emits a relatively uniform energy key at each wavelength, it is possible to selectively employ continuous spectrosim light, resulting in more accurate pattern detection without interference fringes. I can do one thing.

以上の説明では主とし7て本発明者によって々された発
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[、た場合について説明(、
たが、これに限足さねるものでにh < 、たとえl−
、l’l:1の等倍露光(で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 mainly describes 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.
However, this is limited to h <, even if l−
It can also be applied to alignment technology between a photomask and a wafer in 1:1 exposure.

本実施例において開示をわる発明のうち代表的(5秒 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 a representative (5 seconds) invention disclosed in this example is as follows.

すなわち、パターンの垂直基準光@に対」7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。したかって、このように1岨斜角を変化
させてパターンに対する照明光の照射を轢す返すことに
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 with a predetermined inclination angle relative to the vertical reference light 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 pattern being formed is distorted by changing the bevel angle by one angle in this way and irradiating the pattern with illumination light, the pattern may have an asymmetrical cross-sectional shape. Accurate position detection is also possible, and alignment accuracy can be improved.

捷た、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7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らかと々るため、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。
Vertical illumination is calculated by comparing the first coordinate value obtained by irradiating the detected light from the bent direction with the second coordinate value obtained from the vertical illumination light. Since the amount of deviation due to light detection is clearly large, efficient alignment processing can be performed in subsequent position detection by correcting data obtained only from vertical illumination light.

(3)実施例 第18図1は本発明の実施勿1・3であるアライメント
装置を備えた縮小投影露光装置の要部を示す斜視図であ
り、第19図および第20図は、その光源部分を取り出
(7て示す説明図である。
(3) Embodiment 18 FIG. 1 is a perspective view showing the main parts of a reduction projection exposure apparatus equipped with an alignment device according to embodiments 1 and 3 of the present invention, and FIGS. 19 and 20 show its light source. It is an explanatory diagram showing a portion taken out (7).

本実施例における縮小投影露光装置は、たとえば水銀ラ
ンプなどから滑る露光光′yp、301と、この露光光
源301から放射される露光光を収束する集光レンズ3
02と、縮小投影ランク302とからなる露光光学系を
備えている。
The reduction projection exposure apparatus in this embodiment includes exposure light 'yp, 301 slipping from, for example, a mercury lamp, and a condenser lens 3 that converges the exposure light emitted from this exposure light source 301.
02 and a reduction projection rank 302.

水銀ランプその他スナッピンク・縮小グロジエクション
・アライナについては、鳳紘一部(はうこういちろう)
著[半導体リンクラフィ技術]第2刷昭和61年5月3
0日(産業図豊株式会社発行)の81〜・102頁に説
明さねているので、それをもって本願の記載にかえる。
For information on mercury lamps and other snap-pin, reduced grosgeection, and aligners, please contact Ichiro Hau.
Author [Semiconductor link graphing technology] 2nd edition May 3, 1986
0 (published by Sangyo Zuho Co., Ltd.), pages 81 to 102, it is not explained, so the description of the present application will be changed therefrom.

集光レンズ302と縮小投影ランク303との間には、
透明なガラス基板などに、目的の集積回路パターンを所
定の倍率(たとえ(は5倍)に拡大[7た図形の遮光膜
を被着[7て製作されたレチクルなどの原版304が着
脱自在に配設されている。
Between the condenser lens 302 and the reduction projection rank 303,
A target integrated circuit pattern is enlarged to a predetermined magnification (for example, 5 times) on a transparent glass substrate, etc., and a light-shielding film with a shape of 7 is coated on it. It is arranged.

また、縮小投影レンズ303の下方には、X−Yステー
ジに載置され、水平面内において移動自在にさねている
とともに、前段の塗布工程などにおいて表面にフォトレ
ジスト膜305aが回転塗布などによって被着された半
導体ウェハ305(被露光物)が位置されている。
Further, below the reduction projection lens 303, it is placed on an X-Y stage, and is movable in a horizontal plane, and a photoresist film 305a is coated on the surface by spin coating or the like in the previous coating process. A semiconductor wafer 305 (object to be exposed) attached thereto is positioned.

そして、露光光源301から放射され、原版304を透
過した露光光を縮小投影レンズ303によって所定の倍
率(たとえは115)に縮小【7て半導体ウェハ305
に投影することにより、半導体ウェハ305の表面に塗
布されたフォトレジスト膜305aが本来の寸法の集積
回路パターンに露光されるものである。
Then, the exposure light emitted from the exposure light source 301 and transmitted through the original plate 304 is reduced to a predetermined magnification (for example, 115) by the reduction projection lens 303.
By projecting the photoresist film 305a onto the surface of the semiconductor wafer 305, the photoresist film 305a is exposed to form an integrated circuit pattern of the original size.

上記露光光学系の近傍には、照明光源306が設けられ
ており、この照明光源306からの照明光307u、コ
ンデンサレンズ308を経てハーフミラ−309により
所定角度に反射され、さらに1月/−レンズ3101色
収差補正レンズ群316および反射@311f:経て縮
小投影レンズ303に至り、さらにこの縮小投影レンズ
303よりつエバ305の所定部位を照明する構成とな
っている。
An illumination light source 306 is provided near the exposure optical system, and illumination light 307u from this illumination light source 306 passes through a condenser lens 308 and is reflected at a predetermined angle by a half mirror 309. The chromatic aberration correction lens group 316 and the reflection lens 311f reach the reduction projection lens 303, and the reduction projection lens 303 illuminates a predetermined portion of the Eva 305.

本実施例では、上記照明光源306は、上記露光光源ラ
ンプより光フアイバ3068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317を光路
上に配置し7て、窯元光源ランプである水銀ランプの放
光波長のうち、E線(λ=5461m)とD線(λ= 
589 n rn ) (7)みを透過させる構成とし
ている。上記バンドパスフィルタ317を透過し7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−309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 306 is guided from the exposure light source lamp by a light guiding means such as an optical fiber 3068, and a bandpass filter 317 is placed on the optical path. Among the emission wavelengths of a certain mercury lamp, E-line (λ=5461 m) and D-line (λ=
589 n rn ) (7). The illumination light that has passed through the band-pass filter 317 is incident on the half mirror 309 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−309より色収差補正レンズ群316
を経て反射鏡311および縮小投影レンズ303を経て
ウェハ305上に照射された照明光−°、ウェハ303
上に形成さハた所雉のアライメントパターンを照射[7
た後、その反射光として、上記照明光307aの光路を
逆進してTV左カメラ56) 312に入射される構造となっている。
Chromatic aberration correction lens group 316 from the above half mirror 309
Illumination light -°, irradiated onto the wafer 305 via the reflecting mirror 311 and the reduction projection lens 303
Irradiate the pheasant alignment pattern formed on top [7
After that, the reflected light travels backward along the optical path of the illumination light 307a and enters the TV left camera 56) 312.

’l’Vカメラ312は、信号ケーフル312 a’i
介して信号処理部に接続されており、アライメントマー
ク305bの形状を反映しiTVカメラ312からの検
出信号の成形に基づいて当該アライメントマーク305
bの位置が算出されるように構成されている。
The 'l'V camera 312 is connected to the signal cable 312 a'i
The alignment mark 305b is connected to the signal processing unit via the iTV camera 312, and the alignment mark 305b is connected to the signal processing unit through the iTV camera 312.
The configuration is such that the position of b is calculated.

この場合、照明光源306は、第19図に示されるよう
に、水銀ランプなどの光源から目的の波長の光を照明光
307として導出する光ファイバ306a(多点光源)
と、この光ファイバ306aの端部に同軸に装着され、
内周が円筒面または円錐面からなる焼面306Cを呈す
る円筒鏡306b(反射手段)とで構成されており、光
ファイバ306aの端部から放射されて拡散する照明光
307を、円筒鏡306bの内周で光軸側に反射した後
に外部に射出される構造とされている。
In this case, as shown in FIG. 19, the illumination light source 306 is an optical fiber 306a (multipoint light source) that derives light of a desired wavelength from a light source such as a mercury lamp as illumination light 307.
and coaxially attached to the end of this optical fiber 306a,
It is composed of a cylindrical mirror 306b (reflecting means) whose inner periphery exhibits a burnt surface 306C consisting of a cylindrical surface or a conical surface. The structure is such that the light is reflected toward the optical axis at the inner periphery and then emitted to the outside.

なお、ここで使用する円筒鏡については、それを露光光
学系の照明系に応用1.+例が芝(しば)らによる日本
特許公開公報昭和61−251858号(1986年1
1月8日公開、出願番号6092302号、出願日19
85年5月1日)に示めされているので、これをもって
本願の記載にかヌ、る。
The cylindrical mirror used here is applied to the illumination system of the exposure optical system.1. + An example is Japanese Patent Publication No. 1986-251858 by Shiba et al.
Published on January 8th, application number 6092302, filing date 19
May 1, 1985), which is hereby incorporated into the present application.

すなわち、第21図に示されるように、本実施例の場合
には、光ファイバ306aから放射された照明光307
は、円筒鏡306 bの内周で反射されることにより、
縮小投影レンズ303 Kおける入射瞳3 (+ 38
の位置においてリンク状の光束となり、半導体ウェハ3
05の目的の領域を、非平行光線束からなる非干渉性の
照明光7によってスポット状に照明する非クーラー照明
が行われるものである。
That is, as shown in FIG. 21, in the case of this embodiment, the illumination light 307 emitted from the optical fiber 306a
is reflected by the inner periphery of the cylindrical mirror 306b, so that
Reduction projection lens 303 Entrance pupil 3 at K (+38
It becomes a link-shaped light beam at the position of , and the semiconductor wafer 3
Non-cooler illumination is performed in which the target area of 05 is illuminated in a spot-like manner with incoherent illumination light 7 consisting of a bundle of non-parallel light rays.

以下、本実施例の作用について説明する。The operation of this embodiment will be explained below.

まず、X−Yステージを移動させることによって、照明
光源306の光ファイバ306aから放射され、円筒鏡
306b 、集光レンズ308.ビームスプリッタ30
9.中継レンズ310.反射鏡311および縮小投影レ
ンズ303f経て半導体ウェハ305に入射する照明光
307が、当該半導体ウェハ305の所定の部位に形成
されたアライメントマーク305bを照射するようにす
る。
First, by moving the X-Y stage, radiation is emitted from the optical fiber 306a of the illumination light source 306, and is emitted from the cylindrical mirror 306b and the condensing lens 308. Beam splitter 30
9. Relay lens 310. The illumination light 307 that enters the semiconductor wafer 305 through the reflecting mirror 311 and the reduction projection lens 303f is made to irradiate the alignment mark 305b formed at a predetermined portion of the semiconductor wafer 305.

この時、本実施例の場合El−t、縮小投影レンズ30
3の入射瞳303aの位置には、第22図に示されるよ
うに、照明光源306の光ファイバ306aの断面像と
、この断面像を取り囲むリング状光束からなる照明光源
306の「虚像」が形成され、半導体ウェハ305の表
面におけるアライメントマーク305bを照射する照明
光307は、非平行光線束となり、非干渉性となる。
At this time, in this embodiment, El-t, reduction projection lens 30
As shown in FIG. 22, at the position of the entrance pupil 303a of No. 3, a "virtual image" of the illumination light source 306 consisting of a cross-sectional image of the optical fiber 306a of the illumination light source 306 and a ring-shaped light flux surrounding this cross-sectional image is formed. The illumination light 307 that illuminates the alignment mark 305b on the surface of the semiconductor wafer 305 becomes a non-parallel beam bundle and has non-coherence.

このため、半導体ウェハ305の表面に被着されている
透明なフォトレジスト膜305aにおける照明光307
の干渉縞の強度が小さくなり、半導体ウェハ305の表
面に凹凸をなし7て形成されたアライメントマーク30
5bの表面から反射され、当該アライメントマーク30
5bの形状を反映した反射光307aがTV右カメラ1
2に入射することとなる。
Therefore, the illumination light 307 on the transparent photoresist film 305a deposited on the surface of the semiconductor wafer 305
The intensity of the interference fringes is reduced, and the alignment mark 30 formed with unevenness 7 on the surface of the semiconductor wafer 305
5b, the alignment mark 30
The reflected light 307a reflecting the shape of 5b is the TV right camera 1.
It will be incident on 2.

この結果、第23図の線図に実線で示される検出信号A
のように、アライメントマーク305bの形状を明瞭に
反映1.た検出信号が得られ、斤とえは、アライメント
マーク305bの段差部(c対応する検出信号Aの極小
点を恢出し、その中点を算出することによって、当該ア
ライメントマーク305bの位置を正確に把握すること
ができる。
As a result, the detection signal A shown as a solid line in the diagram of FIG.
The shape of the alignment mark 305b is clearly reflected as shown in 1. A detection signal is obtained, and the position of the alignment mark 305b is accurately determined by finding the minimum point of the detection signal A corresponding to the step part (c) of the alignment mark 305b and calculating the midpoint. can be grasped.

これにより、アライメントマーク305bの位置に基づ
く、原版304に対する半導体ウェハ305の目的の部
位のアライメントを高精度に行うことができ、アライメ
ント精度を向上させることができる。
Thereby, the alignment of the target portion of the semiconductor wafer 305 with respect to the original 304 can be performed with high precision based on the position of the alignment mark 305b, and the alignment accuracy can be improved.

一方、照明光307が平行光線束として半導体ウェハ3
05に照射される従来のクーラー照明の場合に汀、フォ
トレジスト膜305 aにおいて強い干渉縞を生じるた
め、干渉縞による検出信号Bが、アライメントマーク3
05bの形状を反映し7た検出信号Aに混入し、アライ
メントマーク305bの形状を反映(2々い波形の不明
瞭な検出信号Cが検出されることとなる。このためアラ
イメントマーク305bの位置を正確に把握することが
困難となり、原版304に対する半導体ウェハ305の
アライメント鞘層が低下することは避けられないもので
ある。
On the other hand, the illumination light 307 is applied to the semiconductor wafer 3 as a parallel beam bundle.
In the case of conventional cooler illumination applied to the photoresist film 305a, strong interference fringes are generated in the photoresist film 305a.
The shape of the alignment mark 305b is reflected (an unclear detection signal C with two waveforms is detected. Therefore, the position of the alignment mark 305b is It is difficult to accurately grasp this, and it is inevitable that the alignment sheath layer of the semiconductor wafer 305 with respect to the original 304 deteriorates.

こうして、正確に把握されたアライメントマーク305
bの位置に基づいて、半導体ウェハ305の目的の部位
が、露光光学系の光軸上に正確に位置決めされ、その後
、露光光源301から放射され、集光レンズ302.原
版304.縮小投影レンス303を経た露光光により、
原版304に形成された集積回路パターンなどが半纏体
ウェハ305のフォトレジスト膜305aに転写される
In this way, the alignment mark 305 is accurately grasped.
Based on the position of the semiconductor wafer 305, the target part of the semiconductor wafer 305 is accurately positioned on the optical axis of the exposure optical system, and then the exposure light source 301 emits light, and the condenser lens 302. Original version 304. By the exposure light that has passed through the reduction projection lens 303,
The integrated circuit pattern formed on the original plate 304 is transferred to the photoresist film 305a of the semi-integrated wafer 305.

(4)谷実施例に使用可能な光源の説明第27図伸)及
び(b)は、本発明の各実施例に適した参照用光源の模
式波長分布である。同図(a)は、Hg;7ンプ2色光
(E&D線それぞれ545nm及び578nm)を示し
、同図(b)は、xeクランプ連続光又は「白色光」た
とえば、緑からオレンジ色にわたる可視光(56onm
を中心に幅10Qnmの連続スペクトル)の場合を示す
。これらは、必要に応じて適当に選択することができる
(4) Explanation of the light source that can be used in the valley embodiments Figures 27 and 27 (b) are schematic wavelength distributions of reference light sources suitable for each embodiment of the present invention. Figure (a) shows Hg; 7-amp dichroic light (E&D lines 545 nm and 578 nm respectively), Figure (b) shows xe-clamp continuous light or "white light", e.g. visible light ranging from green to orange ( 56 onm
A continuous spectrum with a width of 10 Qnm centered at These can be appropriately selected as necessary.

一方、露光光の方は、単色光であるHgランプのG線(
λ=436nm)Kついて説明するが、その他の光源と
[7て、Hgランプの11線(405nm)及びi i
 (365” ” ) s並びにエキシマ・レーザによ
るXeC1の308nm又はK r F(7)248n
m1’IKはA r l+”の1g2nmの各線が適用
可能である。
On the other hand, the exposure light is G-line (
λ = 436 nm) K will be explained, but other light sources [7] Hg lamp 11 line (405 nm) and i
(365” ”) s and 308 nm of XeC1 or K r F (7) 248n by excimer laser
For m1'IK, each line of 1g2nm of A r l+'' can be applied.

(5)各実施例に共通なアライメント・プロセス、露光
及び製造プロセスの説明 以下の説明は、実施例・3を例にとり説明されているが
、その他の例に関(7ても、そのままあてはまるもので
ある。
(5) Description of alignment process, exposure, and manufacturing process common to each embodiment The following explanations are given using embodiment 3 as an example, but the explanations also apply to other examples (7). It is.

以下に、本発明の技術を用いた具体的な半導体集積回路
の製造プロセス及び露光装置の構造及び動作について説
明する。
A specific semiconductor integrated circuit manufacturing process and the structure and operation of an exposure apparatus using the technology of the present invention will be described below.

第28図は、投影用レンズ筒303(十数枚のレンズ群
からなる)及びクロ」パル・アライメント又はプリアラ
イメント用の一対の光学筒326a 。
FIG. 28 shows a projection lens barrel 303 (consisting of a group of ten or more lenses) and a pair of optical barrels 326a for black-pal alignment or pre-alignment.

bとの相互関係を示す。Shows the interrelationship with b.

第29図は第18図に示すスデッヒンク・縮小プロジェ
クション露光装置において、露光光学系の主光線の経路
を示す。この図かられかるように、ウェハすなわち像側
かテレセントリックになっていることがわかる。
FIG. 29 shows the path of the chief ray of the exposure optical system in the Sudeching reduction projection exposure apparatus shown in FIG. As can be seen from this figure, the wafer, that is, the image side, is telecentric.

第35図は被処理体であるウェハ上でのプリアライメン
ト・マーク(粗位置合せ及びθ方位合せ用)の位tを示
す。
FIG. 35 shows the position t of a pre-alignment mark (for coarse positioning and θ orientation alignment) on a wafer, which is an object to be processed.

第36図は、チップ・アライメント又はファイン・アラ
イメント用の合せマークの配置を示す。
FIG. 36 shows the arrangement of alignment marks for chip alignment or fine alignment.

第37図は、ウェハ上のデバイス面上のスクライプ・ラ
インすなわちストリート(X方向)及びアベニュー(X
方向)の配置を示す。
Figure 37 shows the scribe lines on the device surface of the wafer, that is, streets (X direction) and avenues (X direction).
direction).

第38図は、ファイン・アライメント及びクリアライメ
ントに用いるスクライプ・ライン上の位置合せマークの
形状を示す。
FIG. 38 shows the shape of alignment marks on the scribe line used for fine alignment and clear alignment.

上記第28及び29図並びに第35〜38図において、
303は10:1又は5:1等の縮小投影路光レンズ筒
で十数枚のレンズ(g線又は1線等の単色光用)からな
り、20mmX 20w程度のウェハ上の領域をワン・
ショットで露光可能である。326a 、bはグローバ
ル・アライメント、又はダイ・パイ・ダイ、サイト・パ
イ・サイト・アライメント等の1リアライメント(粗合
せ及びθ方位合せ)用の光学筒で投影筒と軸を共有しな
イ位置に設けられている。このクリアライメントは、ハ
ロケン・ランプ等の可視白色光源からフィルターにより
紫外領域を除去することにより、レジストが感光【−な
いように[7た光を用いて行なわれる。
In the above figures 28 and 29 and figures 35 to 38,
303 is a 10:1 or 5:1 reduction projection path optical lens barrel, which consists of more than ten lenses (for monochromatic light such as G-line or 1-line), and covers an area of about 20 mm x 20 W on a wafer in one area.
Can be exposed in one shot. 326a and b are optical tubes for global alignment, die-pie-die, sight-pie-sight alignment, etc. (coarse alignment and θ azimuth alignment), and are positions that do not share the axis with the projection tube. It is set in. This clear alignment is performed using a visible white light source such as a Haloken lamp by removing the ultraviolet region with a filter so that the resist is not exposed to light.

301は線光詠と1.ての水銀ランプ、302はコンデ
ンサーレンズ、303は投影レンズ群(投影レンメ筒)
、303aは入射瞳面、303bけ投影レンズの一つの
例示である。304はレチクル又ハマスク、305fd
ウェハ、305a+dレジスト膜、3211ステツピン
グ露光用のXYスデージでレーザー干渉計により制御さ
れている。
301 is line light song and 1. 302 is a condenser lens, 303 is a projection lens group (projection lens barrel)
, 303a is an entrance pupil plane, and 303b is an example of a projection lens. 304 is reticle or Hamask, 305fd
Wafer, 305a+d resist film, 3211 An XY stage for stepping exposure is controlled by a laser interferometer.

328は、入射瞳の中心を通る主光線を示す。328 indicates the chief ray passing through the center of the entrance pupil.

341a、bは半導体ウェハのデバイス面上のプリアラ
イメント・マーク、  342a−ja同様にチップ・
アライメント(ファイン・アライメント)用の合せマー
クで、これらは全て同じ形状を(6Φ しており、その詳細は第38図に示す。これらは、ワン
・ショットの面)12に1個づつ全ウェハにわたりスク
ライプ・ライン(343はストリート、344けアベニ
ュー)上に設けらねており、その中から適宜、選択し7
て使用される。
341a and 341b are pre-alignment marks on the device surface of a semiconductor wafer, and 342a-ja are also chip alignment marks.
These are registration marks for alignment (fine alignment), and they all have the same shape (6Φ, the details of which are shown in Figure 38.These marks are for every 12 one-shot surfaces) over the entire wafer. It is set up on the scribe line (343 is street, 344 is avenue), and 7 is selected from among them as appropriate.
used.

絹38図において、344はスクライプ・ライン(アベ
ニュー)で幅は約150μm1345a及びbはチップ
領域、346a及びbはX方向の合せパターン要素で幅
は2μmで長さは50μm1347a及びb(dy方向
合せパターン要素でサイスは上記と同じである。348
a−dはその他の斜め方向のパターン要素である。
In the silk diagram 38, 344 is a scribe line (avenue) with a width of about 150 μm 1345 a and b are chip areas, 346 a and b are alignment pattern elements in the X direction with a width of 2 μm and a length of 50 μm 1347 a and b (dy direction alignment pattern) The element size is the same as above.348
a-d are other diagonal pattern elements.

第30〜34図において、305はウェハ、330はL
OCO8酸化膜、331はケート酸化膜、332FiP
8G膜(第1パツシベーシヨンすなわチPSG−1)、
333は第1層アルミニウム配線(Al・■)、333
aは合せマーク用開口部350を形成する上記333と
同層のアルミニウム配線、合せマーク用開口部350は
、たとえば第38図の合せパターン要素347aに対応
する。334は層間PSG膜(PSG・■)、335は
ポジ型フォトレジスト・フィルムでスピンナによす約1
μmの厚さで塗布されたものである。336はPSG・
Hにスルーホールを開口するためのレジスト膜の開口部
、及び当該スルーホール、337は第2層アルミニウム
配線(A[・■)である。
In FIGS. 30 to 34, 305 is a wafer, 330 is an L
OCO8 oxide film, 331 is cate oxide film, 332FiP
8G film (first passivation or PSG-1),
333 is the first layer aluminum wiring (Al・■), 333
a is an aluminum wiring in the same layer as the above 333 forming the alignment mark opening 350, and the alignment mark opening 350 corresponds to the alignment pattern element 347a in FIG. 38, for example. 334 is an interlayer PSG film (PSG・■), 335 is a positive photoresist film, which is applied to the spinner by approximately 1
It was coated to a thickness of μm. 336 is PSG・
The opening in the resist film for opening a through hole in H and the through hole 337 are the second layer aluminum wiring (A[.■).

以下、露光プロセスの説明を21mAAメモリ・プロセ
スのA1層間スルーホール・コンタクト穴あけを例にと
り説明する。なお、クローバル・アライメント又はブリ
・アライメント法の詳細については、中沢ら(Naka
zawa )の日本特許公開昭和56−102823号
(1981年8月17日公開)に詳細されており、父、
DRAMの2層A/プロセス等に関しては封印ら(Mu
rata)の日本特許出願昭和62−235906号(
1987年9月19日出願)に説明されているので、そ
れらをもって本願の記述の一部と々す。
The exposure process will be explained below by taking as an example the drilling of the A1 interlayer through-hole contact hole in the 21mAA memory process. For details on the clobular alignment or buri alignment method, please refer to Nakazawa et al.
zawa) in Japanese Patent Publication No. 102823 (1981) (published on August 17, 1981).
Regarding the 2-layer A/process of DRAM, etc.
Japanese Patent Application No. 1986-235906 (
(Application filed on September 19, 1987), these documents constitute a part of the description of the present application.

1ず、lK 30図のようなレジスト膜を全面に形成し
たウェハを第29図に示す如(XYステージ327上に
ウェハのオリエンテーション・フラノトがほぼ一定の配
位になるように載置咬着する。
1. First, a wafer with a resist film formed on the entire surface as shown in Fig. 30 is placed on the XY stage 327 (as shown in Fig. 29) so that the wafer orientation and flat plate are in a substantially constant position. .

次に、第28図のグローバル・アライメント用光学系3
26a 、bにより第35図の如く一対の合せマーク3
41a、bに上記先筒を一致させることにより、θ方位
とXY位置を1次合せする。これをオフ・アクシス・ブ
リ・アライメントとよぶことにする。 (543,5n
mのHe−Nev−ブー光による) これにつついて、XYテーブルを移動させて、第18図
に示すように、T’ll’L方式によりE巌を用いて3
6図の各合せマーク342a−j(8〜10個をより多
い合せマーク中から選択する)を順次検出する。各検出
は、第38図に示す346a(X方向)、347a(Y
方向)を明視野で見ることによって行々わわる。これら
の多点のずれ量を基づいて全チップの合せずれが最適に
なるようにステッピング露光をステージの移動により順
次行々う。露光は第29図のように行なわれる。
Next, the global alignment optical system 3 in Figure 28
26a and b make a pair of alignment marks 3 as shown in Fig. 35.
By aligning the front tubes with 41a and 41b, the θ direction and the XY position are firstly aligned. This will be referred to as off-axis bridge alignment. (543,5n
(by the He-Nev-boo light of m) Following this, move the XY table and use the E-gan by the T'll'L method to
Each alignment mark 342a-j (8 to 10 are selected from a larger number of alignment marks) in FIG. 6 is sequentially detected. Each detection is performed at 346a (X direction), 347a (Y direction) shown in FIG.
direction) by looking in bright field. Stepping exposure is sequentially performed by moving the stage so that the misalignment of all chips is optimized based on the amount of misalignment of these multiple points. Exposure is performed as shown in FIG.

この露光によりコンタクト・ホール部のレジスト膜のみ
が除去されやすくなり、開口336が形成され、それを
用いてPSG・■すなわち334の選択エツチングによ
り第32図に示すようにPSG −IIの所定の位置に
スルーホールが形成される。つづいて、フォトレジスト
膜335が全面除去され、PSG・■上に第2層アルミ
ニウム膜337が全面にスパッタリングにより形成され
る。
By this exposure, only the resist film in the contact hole portion is easily removed, and an opening 336 is formed, which is used to selectively etch the PSG-II, that is, 334, at a predetermined position on the PSG-II as shown in FIG. A through hole is formed in. Subsequently, the photoresist film 335 is completely removed, and a second layer aluminum film 337 is formed over the entire surface by sputtering on the PSG.

なお、照明光源306の構造としては、第19図に示さ
れるものに限らず、たとえは第20図に示されるように
、円筒@1i306bの両端部に、複数の集光レンズ3
06d 、306eを装着した構造としてもよく、この
場合も、縮小投影レンズ303の入射瞳上K ’Jソン
グ状光束が結像され、照明光307による半導体ウェハ
305の照明(は非干渉性の非クーラー照明となり、前
述の円筒鏡306bの場合と同様の効果を得ることがで
きる。
The structure of the illumination light source 306 is not limited to that shown in FIG. 19, but for example, as shown in FIG.
06d and 306e. In this case as well, the K'J song-shaped light beam is imaged on the entrance pupil of the reduction projection lens 303, and the illumination of the semiconductor wafer 305 by the illumination light 307 (is incoherent. This provides cooler illumination, and the same effect as in the case of the cylindrical mirror 306b described above can be obtained.

このように、本実施例においては以下の効果を得ること
ができる。
In this way, the following effects can be obtained in this embodiment.

(1)照明光源306が、光ファイバ306aなどの多
点光源と、この元ファイバ306aから放射される照明
光307の光軸の回りに配設され、内周が鐘面306C
を呈する円筒@306bとから構成され、円筒@306
bに反射された後に射出される照明光307が、縮小投
影レンズ303の入射瞳の位置においてリング状の光束
となり、非平行光線束の干渉性の低い非ケーラー照明と
して半導体ウェハ305の表面を照射するので、半導体
ウェハ305の表面に被着された透明なフォトレジスト
膜305aKよって強い干渉縞などを生じることなく、
アライメントマーク305bからの反射光307aに基
ついてアライメントマーク307bの形状を明瞭に反映
した検出信号Aを得ることができ、当該アライメントマ
ーク305bの位tを正確に把握することが可能となる
(1) The illumination light source 306 is arranged around the optical axis of a multi-point light source such as an optical fiber 306a and the illumination light 307 emitted from this original fiber 306a, and the inner periphery is a bell surface 306C.
It consists of a cylinder @306b exhibiting
The illumination light 307 emitted after being reflected by b becomes a ring-shaped light beam at the entrance pupil position of the reduction projection lens 303, and irradiates the surface of the semiconductor wafer 305 as non-Kohler illumination with low coherence of non-parallel light beams. Therefore, the transparent photoresist film 305aK deposited on the surface of the semiconductor wafer 305 does not cause strong interference fringes.
Based on the reflected light 307a from the alignment mark 305b, a detection signal A that clearly reflects the shape of the alignment mark 307b can be obtained, making it possible to accurately grasp the position t of the alignment mark 305b.

これにより、アライメントマーク305bの位置に基づ
く、原版304に対する半導体ウェハ305の目的の部
位のアライメントを高精度に行うことができ、アライメ
ントa度を向上させることができる。
Thereby, the alignment of the target portion of the semiconductor wafer 305 with respect to the original 304 can be performed with high precision based on the position of the alignment mark 305b, and the degree of alignment a can be improved.

(2)前記(1)の結果、半導体ウエノ305に積層し
て形成される集積回路パターンの相互における重ね合わ
せ精度を向上させることができ、半導体素子の歩留りを
向上させることができる。
(2) As a result of (1) above, it is possible to improve the overlay accuracy of the integrated circuit patterns formed by stacking them on the semiconductor wafer 305, and it is possible to improve the yield of semiconductor devices.

(3)前記(11、t21の結果、半導体装置の製造に
おけるウェハ処理工程での生産性を向上させることがで
きる。
(3) As a result of the above (11, t21), productivity in the wafer processing step in manufacturing semiconductor devices can be improved.

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(7たが、本発明は前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。
The invention made by the present inventor has been specifically explained based on Examples (7). However, the present invention is not limited to the above-mentioned Examples, and it is understood that various changes can be made without departing from the gist of the invention. Needless to say.

たとえば、反射平膜と(2ては、円筒鏡などに限らず、
多角形柱筒体、多角錐筒体などいかなる形状のものであ
ってもよい。
For example, reflective flat films (2) are not limited to cylindrical mirrors, etc.
It may be of any shape such as a polygonal cylinder or a polygonal pyramidal cylinder.

また、照明光源の光ファイバを瘍光光源に接続し、露光
光の一部を照明光と【2てオリ用する構造であってもよ
い。
Alternatively, the optical fiber of the illumination light source may be connected to the illumination light source, and a part of the exposure light may be used as the illumination light.

以上の説明では主と(7て本発明者によってなされた発
明をその背景となった利用分野である半導体ウェハの縮
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(7たが、これに限定されるものではなく、
一般の縮小投影露光におけるアライメント技術に広く適
用できる。
The above explanation mainly describes the case in which the invention made by the present inventor is applied to alignment technology in reduction projection exposure of semiconductor wafers, which is the field of application in which the invention was made by the present inventor (7), but is not limited to this. rather than something that
It can be widely applied to alignment techniques in general reduction projection exposure.

実施例によって得られる効果を簡単に説明すれば、下記
の通りである。
A brief explanation of the effects obtained by the examples is as follows.

すなわち、縮小投影露光におけるアライメント装置であ
って、光源と゛、この光源から放射される照明光の光軸
の回りに配設され、前記照明光を前記光軸側に反射する
反射手段とを備え、被露光物に凹凸をなして形成された
アライメントマークに非平行光線束からなる前記照明光
を照射する非ケーラー照明によって当該アライメントマ
ークの位置検出が行われる構造であるため、被露光物に
形成されたアライメントマークに照射される照明光が非
干渉性と々す、たとえば、被露光物の表面に乱雑な厚さ
に形成された透明なフォトレジスト層などにおいて、ア
ライメントマークの形状を反映1、ない、複雑で強い干
渉縞が発生することが回避される。
That is, an alignment apparatus for reduction projection exposure, comprising a light source and a reflecting means disposed around the optical axis of illumination light emitted from the light source and reflecting the illumination light toward the optical axis side, Since the structure is such that the position of the alignment mark is detected by non-Kohler illumination, which irradiates the illumination light consisting of a non-parallel beam onto the alignment mark formed on the exposed object in a concave and convex manner, the position of the alignment mark is detected. If the illumination light irradiated onto the alignment mark is incoherent, for example, in a transparent photoresist layer formed to an uneven thickness on the surface of the exposed object, the shape of the alignment mark will not be reflected. , the occurrence of complex and strong interference fringes is avoided.

これにより、アライメントマークの形状を反映した反射
光の強弱に基づく検出信号に、乱雑な干渉縞による信号
が混入することがなく、アライメントマークの位置を明
瞭に検出することができ、アライメントマークに基づく
被露光物の原版に対するアライメント精度を向上させる
ことができる。
As a result, the detection signal based on the strength of the reflected light that reflects the shape of the alignment mark is not mixed with signals due to random interference fringes, and the position of the alignment mark can be clearly detected. It is possible to improve the alignment accuracy of the object to be exposed with respect to the original.

以下余白 (6)色収差補正系の詳細と色収差の高次補正以下の例
は、実施例・1の如く、Hgランプのg線単色露光(プ
ロジェクション・レンズ群3のNA=0.38)につい
ての、位置合せ光学系において第27図(b)のような
「白色光」 (連続スペクトル)を用いる場合を中心に
説明するが、その他の光源・実施例にも、そのまま適用
できるので、それらについての説明は省略する。
Margin below (6) Details of chromatic aberration correction system and high-order correction of chromatic aberration The following example is for g-line monochromatic exposure using an Hg lamp (NA of projection lens group 3 = 0.38), as in Example 1. , we will mainly explain the case where "white light" (continuous spectrum) as shown in Fig. 27(b) is used in the alignment optical system, but it can also be applied to other light sources and embodiments, so we will explain them here. Explanation will be omitted.

更に、露光光はg線にかぎらず、h線、i線およびエキ
シマ・レーザ光も適用可能である。
Furthermore, the exposure light is not limited to the g-line, but can also be applied to the h-line, i-line, and excimer laser light.

ここで使用したステッパは、GCA社(米国)の5=1
ステツパ6400DSWをベースにしたもので、投影レ
ンズ3は、ツァイス社(西独Zeiss)のg線用投影
レンズ型番10−78−46 (NAO,38)である
。一般にこの種のレンズ系は、各種収差を除去するため
、数枚から数十枚のレンズからなる。
The stepper used here is 5=1 manufactured by GCA (USA).
It is based on the Steppa 6400DSW, and the projection lens 3 is a G-line projection lens model number 10-78-46 (NAO, 38) manufactured by Zeiss (West Germany). Generally, this type of lens system consists of several to several dozen lenses in order to eliminate various aberrations.

第39図は位置合せ光学系における色収差補正及び非点
収差補正レンズ系の全体レイアウトを示すY方向(垂直
)断面図である。同図において、618はマスク又はレ
チクル4の下方で投影レンズ3の軸外に位置合せ光を取
出すための端部ミラー、602はスルー・ザ・レンズ(
through thel e n s)方式で投影レ
ンズ系3に供給される位置合せ光束、605は結像点、
603及び607は結像点に関して、ほぼ点対称に配置
された色消しレンズ群、604及び606は非点収差補
正用の一対の円筒レンズ(クラウン・ガラス・レンズ)
で上記と同様に結像点605を中心にほぼ点対称の如く
配置されている。615は、アクロマチイック・リレー
・レンズ(焦点距離36+m)、608はビームスプリ
ッタ12(第1図)へ向う位置合せ光束である。
FIG. 39 is a sectional view in the Y direction (vertical) showing the overall layout of the chromatic aberration correction and astigmatism correction lens systems in the alignment optical system. In the figure, 618 is an end mirror for extracting alignment light off the axis of the projection lens 3 below the mask or reticle 4, and 602 is a through-the-lens (
605 is an imaging point; 605 is an imaging point;
603 and 607 are achromatic lens groups arranged almost symmetrically with respect to the image forming point, and 604 and 606 are a pair of cylindrical lenses (crown glass lenses) for astigmatism correction.
Similarly to the above, they are arranged almost symmetrically with respect to the imaging point 605. 615 is an achromatic relay lens (focal length 36+m), and 608 is an alignment light beam directed toward the beam splitter 12 (FIG. 1).

第40図は、上記補正レンズ群のX方向(水平)断面図
である。同図に、レンズの厚さ、面間隔、及びレンズ球
面の曲率半径な叫単位で示す(以下の図も同様)。ここ
で、レンズの厚さとは、単位張合せレンズの両端面の中
心(光軸609すなわちZ軸との交点)間の距離、又、
面間隔とは隣接するレンズ間の隣接面の中心間の距離と
する。A及びCは、張合せ色消しレンズのタイプを示す
FIG. 40 is a cross-sectional view in the X direction (horizontal) of the correction lens group. In the figure, the thickness of the lens, the distance between the surfaces, and the radius of curvature of the spherical lens surface are shown in units (the following figures are similar). Here, the thickness of the lens refers to the distance between the centers of both end surfaces of the unit laminated lens (optical axis 609, that is, the intersection with the Z axis), and
The surface spacing is the distance between the centers of adjacent surfaces between adjacent lenses. A and C indicate the types of laminated achromatic lenses.

第41図は、同じくY方向断面図である。FIG. 41 is a sectional view in the Y direction as well.

第42図は、Aタイ1色消しレンズの詳細を示す。同図
において、621はクラウン・ガラス・レンズ、622
はフリント・ガラス・レンズである。同様に第43図は
Cタイプ色消しレンズの詳細であり、623はフリント
・ガラス・レンズ、624はクラウン・ガラス・レンズ
である。なお、ガラス材料をショット社(Schott
)の型番で示せば、604.606.621.及び62
4はクラウン・ガラス(BK7)であり、622及び6
23はフリント・ガラス(SFII)である。
FIG. 42 shows details of the A-tie single achromatic lens. In the same figure, 621 is a crown glass lens, 622
is a flint glass lens. Similarly, FIG. 43 shows details of a C-type achromatic lens, in which 623 is a flint glass lens and 624 is a crown glass lens. The glass material is manufactured by Schott.
) is 604.606.621. and 62
4 is crown glass (BK7), 622 and 6
23 is flint glass (SFII).

このようなレイアウトで、HgランプのD線及びE#!
に対する色収差のほとんどは消滅するが、微調整をしな
いと、XY平面内における横ずれが若干残存する。これ
らを除去するには、結像点605に関する対称性をほぼ
確保した状態で、色収差補正レンズ群603及び607
を残存する色ずれの方向にXY平面内に相互に反対方向
にずらせることによって、完全に色ずれが消失するポイ
ントで固定すればよい。
With this layout, the Hg lamp's D line and E#!
Most of the chromatic aberration in the XY plane disappears, but some lateral deviation in the XY plane remains unless fine adjustment is made. In order to remove these, the chromatic aberration correction lens groups 603 and 607 must be
It is sufficient to fix the color shift at a point where the color shift completely disappears by shifting them in mutually opposite directions in the XY plane in the direction of the remaining color shift.

第44図〜第46図は、補正レンズ系の微調整の詳細を
示す。
44 to 46 show details of fine adjustment of the correction lens system.

第44図において、609Rは、先の図の609に一致
する基準となる参照光学系の光軸、605は、前記第1
結像点、604及び606は、非点収差補正レンズ対で
ある。
In FIG. 44, 609R is the optical axis of the reference optical system that corresponds to 609 in the previous figure, and 605 is the optical axis of the first optical system.
The imaging points, 604 and 606, are a pair of astigmatism correcting lenses.

第45図及び第46図において、603及び607は、
それぞれ色収差補正レンズ群、609A及び609Bは
、それぞれ色収差補正レンズ群603及び607のレン
ズの回転対称軸である。
In FIGS. 45 and 46, 603 and 607 are
The chromatic aberration correcting lens groups 609A and 609B are rotational symmetry axes of the lenses of the chromatic aberration correcting lens groups 603 and 607, respectively.

参照系の調整は以下のように行なう。ます、第39図の
参照光学系から補正レンズ群603゜604.606,
607を除去し、て、アクロマート・リレーレンズ61
5のみを残し、E線のみを用いて投影レンズ3(第1図
)の入射瞳の位置を確認する。
Adjustment of the reference system is performed as follows. From the reference optical system in Fig. 39, the correction lens group 603°604.606,
Remove 607 and install achromat relay lens 61
5, and confirm the position of the entrance pupil of the projection lens 3 (FIG. 1) using only the E-ray.

次に先端ミラー618を調整して、光源ファイバー13
(第1図)の終端(実効光源点)の像が入射瞳の中心に
くるようにする。
Next, adjust the tip mirror 618 to make the light source fiber 13
(Fig. 1) so that the image of the end (effective light source point) is located at the center of the entrance pupil.

次に、非点収差補正レンズ604.606を結像点60
5に対して対称的になるように設置し、第44図の如く
△ZAを調整して、非点収差が最小になるようにする。
Next, the astigmatism correction lenses 604 and 606 are placed at the imaging point 60.
5, and adjust ΔZA as shown in FIG. 44 to minimize astigmatism.

次にE線及びD線の混合光を用いて、第39図の状態で
第45及び46図の如くΔZ、ΔY。
Next, using the mixed light of the E line and the D line, ΔZ and ΔY are obtained in the state shown in FIG. 39 as shown in FIGS. 45 and 46.

ΔXを逐次調整して、色による焦点位置ずれ及び像高方
向の結像ずれをウェハ上のパターンを見ながら最小にす
る。
ΔX is successively adjusted to minimize the focal position shift due to color and the image formation shift in the image height direction while looking at the pattern on the wafer.

これで、HgランプのE及びD線について、いわゆる「
アクロマート」の意味で焦点色収差及び倍率色収差が除
去される。なお、球面収差は、補正レンズ群のレンズ面
の曲率な適当に設計することで除去している。その他の
収差は、上記の如く、結像点605に対して対称的に補
正レンズ群を配置することにより、又、その他補正レン
ズの設計により問題にならない値にまで低減されている
Now, regarding the E and D lines of the Hg lamp, the so-called "
In the sense of ``achromat'', focal chromatic aberration and lateral chromatic aberration are removed. Note that spherical aberration is removed by appropriately designing the curvature of the lens surface of the correction lens group. Other aberrations are reduced to non-problematic values by arranging the correction lens group symmetrically with respect to the imaging point 605 and by designing other correction lenses, as described above.

(7)実施例を補正するための文献等の説明DRAMの
ウェハ・プロセス及び2層アルミニウム配線等のデバイ
ス構造については、封印(Mu−rata)らの日本特
願昭第62−235906号(1987年9月19日出
願)、その対応米国特許出願第246514号(198
8年9月19日出願)及びその対応韓国出願1988年
第11906号に記載されているので、これらをもって
本願の記述の一部となす。
(7) Explanation of documents for correcting the embodiments Regarding DRAM wafer process and device structure such as two-layer aluminum wiring, see Japanese Patent Application No. 62-235906 (1987) by Mu-rata et al. No. 246,514 (filed September 19, 2013), corresponding U.S. Patent Application No. 246,514 (No. 198
(Application filed on September 19, 1988) and its corresponding Korean application No. 11906/1988, which are hereby incorporated as part of the description of the present application.

縮小倍率の気圧補償システムについては、小森谷(Ko
moriya)らの日本特開昭第60−262421号
(日本特願昭第59−118315;1984年6月1
1日出願)及びその対応米国特許第4699505号(
1987年10月13日登録)及び清水(Shimiz
u)らの米国特許第4666273号(1987年5月
19日登録)及び谷元(Ta−nimoto)らの米国
特許第4690528号(1987年9月1日登録)に
記載されているので、これらをもって本願の記述の一部
となす。
Regarding the pressure compensation system for reduction magnification, please refer to Komoriya (Ko
Japanese Patent Application Publication No. 60-262421 (Japanese Patent Application No. 59-118315; June 1, 1984)
1 day filing) and its corresponding U.S. Pat. No. 4,699,505 (
Registered on October 13, 1987) and Shimiz
u) et al. (registered on May 19, 1987) and U.S. Patent No. 4,690,528 (registered on September 1, 1987) by Ta-nimoto et al. shall be made a part of the description of the present application.

露光用光源、フォトレジスト(ポジ・タイプ)、位置合
せ、縮小投影露光一般については、鳳紘−部(Ichi
ro Hoko)編著の「半導体リングラフィ技術J 
19B6.5.30;産業図書■発行の20〜26頁及
び81〜102頁に説明されているので、これをもって
本願の記述の一部となす。
For information on light sources for exposure, photoresists (positive type), alignment, and reduction projection exposure in general, please contact Ichi Hiroshi.
``Semiconductor phosphorography technology J'' edited by Ro Hoko)
19B6.5.30; published by Sangyo Tosho ■, pages 20 to 26 and pages 81 to 102, which are hereby incorporated as part of the description of the present application.

更に、照明用(位置合せ)光源に用いる円筒内面鏡につ
いては、芝(5hiba )らの日本特開昭第61−2
51858号(1986年11月8日公開)に開示され
ているので、これをもって本願の記述の一部となす。
Furthermore, regarding the cylindrical inner mirror used as the illumination (alignment) light source, Shiba et al., Japanese Patent Publication No. 61-2
No. 51858 (published on November 8, 1986), this is hereby incorporated into the description of the present application.

更に、ステッパのアライメント技術については、申訳(
Nakazawa )らの日本特開昭56−10282
3号(1981年8月17日公開)に説明されているの
で、これをもって本願の記述の一部となす。
Furthermore, I apologize for the inconvenience regarding the stepper alignment technology (
Japanese Patent Publication No. 10282/1982 by Nakazawa et al.
No. 3 (published August 17, 1981), this is hereby incorporated as part of the description of the present application.

更に、ケーラー照明、絞り若しくは入射瞳、収差補正、
フィルター及び幾何光学全般については、久保田広(H
iroshi Kubota )著、「光学J1968
年10月30日岩波書店発行の41〜276頁、同書店
同著者の[波動光学J 1971年発行の199〜23
6頁、ジェンキンズらの[ファンダメンタルズ・オプ・
オプティクス」マグロウヒル・ブック・カンパニー発行
CF、 A、 Jenkins &H,E、 Whit
e 、 ”Fundamentals of 0pti
cs”)の第1章〜10章、ホルンらの「プリンシプル
ズ・オプ・オプティクス」パーガモン・プレス1983
年発行(M、 Born & E、 Wolf、 ”P
r1nciplesof 0ptics 、 Perg
amon Press)の133〜255.418〜4
28、及び522〜526頁及びクラインの「オプティ
クス」ジョン・ワイリー・アンド・サンズ社1970年
発行(M、 V。
Furthermore, Koehler illumination, aperture or entrance pupil, aberration correction,
Regarding filters and geometric optics in general, please refer to Hiroshi Kubota (H.
Iroshi Kubota), “Optics J1968
41-276, published by Iwanami Shoten on October 30, 2015, [Wave Optics J] published by Iwanami Shoten in 1971, 199-23 by the same author.
Page 6, Jenkins et al. [Fundamentals Op.
"Optics" published by McGraw-Hill Book Company CF, A. Jenkins & H.E., Whit
e, “Fundamentals of 0pti
Chapters 1 to 10 of “Principles Op Optics” by Horn et al., Pergamon Press 1983.
Published in (M., Born & E., Wolf, “P.
r1nciplesof 0ptics, Perg
amon Press) 133~255.418~4
28, pp. 522-526 and Klein, "Optics", published by John Wiley & Sons, 1970 (M, V.

Klein、 ”0ptics 、 John Wil
ey & 5ons 。
Klein, “0ptics,” John Wil
ey & 5ons.

Inc、の106〜118頁に説明されているので、そ
れらをもって、本願の記述の一部となす。
Inc., pages 106-118, which are hereby incorporated into the description of this application.

更に、レンズ等の光学材料については、久保田(Kub
ota)らの「光学技術ハンドブック」、1987年3
月1日朝倉書店発行の551〜674頁に示されている
ので、これをもって本願の記述の一部となす。
Furthermore, regarding optical materials such as lenses, Kubota (Kub.
ota) et al., "Optical Technology Handbook", 1987, 3
It is shown on pages 551 to 674, published by Asakura Shoten on May 1st, and is hereby incorporated as part of the description of the present application.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、縮小ステッピング露光装置を用い、H
gランプのg、i又はh線などの単色光により露光する
半導体集積回路ウェハの光露光におけるウェハとマスク
又はレチクル間の位置合せをT T L (Throu
gh the Lens )  方式によりウェハ上の
所定のパターンからの光を軸外に取出[7て観測するに
際して、レチクル下方より取出した観測光を色収差補正
レンズを通すことによって、多色又は連続スペクトル光
を使用可能とすることができる。
According to the present invention, H
T T L (Through
gh the Lens) method to extract light from a predetermined pattern on the wafer off-axis [7] During observation, the observation light extracted from below the reticle is passed through a chromatic aberration correction lens to produce polychromatic or continuous spectrum light. can be made available.

更に、参照光をマスク又はレチクル等で反射又はそれら
を通過する前に軸外に取出しているので、マスク等の平
板に起因する各種収差になやまされることがない。
Furthermore, since the reference light is taken out off-axis before being reflected by or passing through a mask or reticle, it is not affected by various aberrations caused by a flat plate such as a mask.

更に、レチクル等の下方で参照光を取出しているので、
補正光学系の挿入余裕が充分あるので、色収差のほか、
球面収差、非点収差、コマ収差。
Furthermore, since the reference light is taken out below the reticle,
There is enough room to insert the correction optical system, so in addition to chromatic aberration,
Spherical aberration, astigmatism, coma aberration.

像面湾曲、歪曲収差等も充分除去できるように、対称配
置が可能となる。
A symmetrical arrangement is possible so that field curvature, distortion, etc. can be sufficiently removed.

又、レチクルからウェハまでの投影光学系が空間的に一
直線上にあるので、広露光面積にわたり充分各種収差(
投影系の)を除去することができる。
In addition, since the projection optical system from the reticle to the wafer is spatially in a straight line, various aberrations (
) of the projection system can be removed.

更に、投影系の主光軸と重力の軸がほぼ一致するので、
環境の影響に強い構造とし、時系列的変化の制御も容易
となる。
Furthermore, since the principal optical axis of the projection system and the axis of gravity almost coincide,
It has a structure that is resistant to environmental influences, and it is easy to control changes over time.

以上、本発明の説明では、露光光が単色で、参照光学系
は明視野の場合について説明したが、本発明はそれに限
定されるものではなく、参照光よりも短波長の多色又は
連続スペクトルで露光するもの及び暗視野(回折又は干
渉)による参照光学系にも適用できることはいうまでも
ない。更に本願では、像側(ウェハ等)のみテレセント
リックな投影系について説明したが、物価(レチクル等
)もテレセントリックな系についても、適用可能である
In the above description of the present invention, the exposure light is monochromatic and the reference optical system is bright field. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is not limited to this. Needless to say, the present invention can also be applied to reference optical systems that use dark field (diffraction or interference) exposure. Further, in this application, a projection system in which only the image side (wafer, etc.) is telecentric has been described, but the present invention is also applicable to a system in which the material (reticle, etc.) is also telecentric.

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

第1図(a)は本発明の実施例・】である縮小投影露光
装置を示f要部斜視図、 第1図(b)は本実施例・1のパターン検出における光
学系を示す系統図、 第2図(a)および(b)はそれそね本実施例・1に用
いられる色収差補正レンズを示′f説明図、第2図(c
)は本実施例・1に用いられる非点収差補正レンズを示
す斜視図、 第3図(a)〜(c)は実施例・1における色収差補正
レンズによる補正原理を概念的に示した説明図、第4図
(a)および(b)は実施例・1におけるウェハ上に形
成されたアライメントマークと検出波形との関係を示す
説明図、 第5図は従来技術のパターン検出における光学系を示す
系統図、 第6図(a)および(b)は色収差の説明のための図で
ある。 第7図は本発明の実施例・2のIに使用される縮小投影
露光装置を示す要部斜視図、 第8図はその光学系を説明するための系統図、第9図(
a)〜(d)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10図(a)および(b)は実施例中の色収差につい
ての説明図、 第11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12図(a)〜(f)〜第14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15図(a)および(b)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16図は本
発明の実施例・2の■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17図(a)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17図(b
)および(c)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。 第18図は本発明の実施例・3であるアライメント装置
を備えた縮小投影露光装置の要部を示す斜視図、 第19図はその照明光源部分を取り出して示す説明図、 第20図は照明光源の変形例を示′f説明図、第21図
は非ケーラー照明の原理を説明する説明図、 第22図は縮小投影レンズの入射瞳の位置における虚像
を示す図、 第23図はアライメントマークの形状と検出信号との対
応関係を説明する説明図、 第24図はケーラー照明とクリティカル照明におけるフ
ォトレジスト膜での干渉強度の変化を示す線図、 第25図はケーラー照明の原理図、 第26図はクリティカル照明の原理図である。 第27図(a)および(b)は本発明のチップ・アライ
メントに用いる参照光の波長構成を示す波長・光強度分
布概略図、 第28図は本発明のブリ・アライメントに用いるオフ・
アクシス・グローバル・アライメント(Off−Axi
s Global Alignment)用の一対の光
源と投影露光系レンズ・システムの平面レイアウト図、 第29図は本発明の露光状態での主光線の経路を示す模
式光線追跡図、 第30〜34図は本発明の半導体集積回路装置の製造プ
ロセス・フローの一部を示す断面フロー図、 第35図は本発明のグローバル・アライメント用の一対
の合せバター°ンの位置を示すウェハの上面図、 第36図は本発明のチップ・アライメント用の合せパタ
ーンのうち主要なものの位置を示す模式ウェハ上面図、 第37図は本発明のウェハ上のスクライプ・ラインの様
子を示すウェハ上面図、 第38図は本発明の上記グローバル及びチップ・アライ
メントの双方に用いる合せマークの形状及び平面レイア
ラ)Y示すウェハ上面図である。 第39図は本発明の色収差及び非点収差補正系(位置合
せ光学系)の全体レイアウトを示−1”Y方向断面図で
ある。 第40及び41図はそれぞれ同補正レンズ系のX及びY
方向断面図である。 第42及び43図はそれぞれ同色消張合せレンズ(へタ
イプ及びCタイプ)の詳細構造を示す断面図である。(
これらは、球面レンズであるので、光軸な含む任意の断
面である。) 第44図〜第46図は色収差及び非点収差の微細調整を
示す模式断面図である。 1・・・露光光源、2・・・集光レンズ、3・・・縮小
投影レンズ、4・・・レチクル(原版)、5・・・ウェ
ハ(露光対称物)、6・・・アライメントマーク、7・
・・フォトレジスト膜、8・・・照明光源、10・・・
バンドパスフィルタ、11・・・コンデンサレンズ、1
2・・・ビームスプリッタ、13・・・光ファイバ、1
4・・・円筒鏡、15・・・中継レンズ、16・・・色
収差補正レンズ、16a・・・凹レンズ、16b・・・
凸レンズ、17・・・非点収差補正レンズ、17a・・
・凸レンズ、17b・・・凹レンズ、18・・・反射鏡
、20・・・TV右カメラ21・・・レンズ、22・・
・照明光源(キセンランプ)、71・・・ウェハ、72
・・・縮小投影レンズ、73・・・レチクル(原版)、
74・・・TV右カメラ認識部)、75・・・水銀ラン
プ(露光光源、照明光源)、76・・・反射鏡、77・
・・中継レンズ、78・・・ビームスプリッタ、80・
・・バンドパスフィルタ、81・・・コンデンサレンズ
、82・・・フォトレジスト膜。 鞍 転 味 区 鞍 区 妹 転 派 転 法
FIG. 1(a) is a perspective view of a reduction projection exposure apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1(b) is a system diagram showing an optical system for pattern detection in embodiment 1. , Fig. 2(a) and (b) respectively show the chromatic aberration correction lens used in this embodiment 1;
) is a perspective view showing the astigmatism correction lens used in Example 1, and FIGS. 3(a) to 3(c) are explanatory diagrams conceptually showing the principle of correction by the chromatic aberration correction lens in Example 1. , FIGS. 4(a) and 4(b) are explanatory diagrams showing the relationship between the alignment mark formed on the wafer and the detected waveform in Example 1, and FIG. 5 shows the optical system for pattern detection in the prior art. Systematic diagrams FIGS. 6(a) and 6(b) are diagrams for explaining chromatic aberration. FIG. 7 is a perspective view of the main parts of a reduction projection exposure apparatus used in Embodiment 2 I of the present invention, FIG. 8 is a system diagram for explaining its optical system, and FIG. 9 (
a) to (d) are explanatory diagrams each showing the state of inclination of the optical axis due to the optical axis moving unit, FIGS. 10(a) and (b) are explanatory diagrams regarding chromatic aberration in the example, and FIG. 11(a) 12(a) to 14(f) to 14(a) to 14(f) show pattern detection in the above embodiment. An explanatory diagram showing the method, FIGS. 15(a) and 15(b) are flowcharts showing the signal processing procedure in pattern detection of the above embodiment, and FIG. 16 is a reduction projection exposure which is Embodiment 2 of the present invention. FIG. 17(a) is a partial system diagram showing the arrangement of illumination light sources in the device; FIG.
) and (c) are partial cross-sectional views and signal waveform diagrams obtained thereby for explaining the formation state of alignment patterns in the prior art. FIG. 18 is a perspective view showing the main parts of a reduction projection exposure apparatus equipped with an alignment device, which is Embodiment 3 of the present invention. FIG. 19 is an explanatory diagram showing the illumination light source section extracted. FIG. Fig. 21 is an explanatory drawing showing a modification of the light source, Fig. 21 is an explanatory drawing explaining the principle of non-Kohler illumination, Fig. 22 is a drawing showing a virtual image at the entrance pupil position of the reduction projection lens, Fig. 23 is an alignment mark. 24 is a diagram showing the change in interference intensity in the photoresist film in Koehler illumination and critical illumination. Figure 26 is a diagram of the principle of critical illumination. FIGS. 27(a) and (b) are schematic wavelength and light intensity distribution diagrams showing the wavelength configuration of the reference light used in the chip alignment of the present invention, and FIG.
Axis Global Alignment (Off-Axi)
Fig. 29 is a schematic ray tracing diagram showing the path of the chief ray in the exposure state of the present invention, and Figs. 35 is a cross-sectional flow diagram showing a part of the manufacturing process flow of the semiconductor integrated circuit device of the invention; FIG. 35 is a top view of a wafer showing the position of a pair of alignment patterns for global alignment of the invention; FIG. 37 is a schematic wafer top view showing the positions of the main alignment patterns for chip alignment of the present invention, FIG. 37 is a wafer top view showing the state of the scribe lines on the wafer of the present invention, and FIG. FIG. 2 is a top view of a wafer showing the shape and planar layout of alignment marks used for both global and chip alignment of the invention. FIG. 39 is a cross-sectional view in the -1" Y direction showing the overall layout of the chromatic aberration and astigmatism correction system (alignment optical system) of the present invention. FIGS. 40 and 41 are X and Y directions of the same correction lens system, respectively.
It is a directional cross-sectional view. FIGS. 42 and 43 are cross-sectional views showing detailed structures of same-color detented combination lenses (He type and C type), respectively. (
Since these are spherical lenses, any cross section including the optical axis is possible. 44 to 46 are schematic cross-sectional views showing fine adjustment of chromatic aberration and astigmatism. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Exposure light source, 2... Condenser lens, 3... Reduction projection lens, 4... Reticle (original plate), 5... Wafer (exposure object), 6... Alignment mark, 7.
...Photoresist film, 8...Illumination light source, 10...
Bandpass filter, 11... Condenser lens, 1
2... Beam splitter, 13... Optical fiber, 1
4... Cylindrical mirror, 15... Relay lens, 16... Chromatic aberration correction lens, 16a... Concave lens, 16b...
Convex lens, 17... Astigmatism correction lens, 17a...
・Convex lens, 17b...Concave lens, 18...Reflector, 20...TV right camera 21...Lens, 22...
・Illumination light source (xen lamp), 71... wafer, 72
... Reduction projection lens, 73... Reticle (original version),
74...TV right camera recognition unit), 75...Mercury lamp (exposure light source, illumination light source), 76...Reflector, 77...
... Relay lens, 78... Beam splitter, 80.
...Band pass filter, 81... Condenser lens, 82... Photoresist film. Kura Tenmi Ward Kura Ward Imoutenha Tenho

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、以下の構成よりなり、半導体ウェハ、集積回路ウェ
ハ、又は半導体装置もしくは集積回路装置を製造するた
めの板状物の第1の主面上に形成された感光性薄膜に対
してレチクル又はマスクの主面上のパターンをステップ
−アンド−リピートにより、前記パターンを前記感光性
薄膜上に結像させることにより縮小投影露光するための
投影露光装置: (a)前記レチクル又はマスクの第1の主面側から、短
波長の単色露光用光束を供給する露光用光源手段; (b)前記レチクル又はマスクの主面を前記ウェハ又は
板状物の前記第1の主面に対向して相互に平行になるよ
うに保持するためのレチクル又はマスク保持手段; (c)前記レチクル又はマスクの主面上のパターンを上
記露光光により、前記ウェハ又は板状物の前記第1の主
面上の前記感光性膜上に屈折光学系により縮小結像させ
るため前記露光光に対して種々の収差を除去した多数の
レンズ群からなる像側がほぼテレセントリックな投影レ
ンズ群; (d)前記レチクル又はマスクの主面に対してその第1
の主面がほぼ平行に対向するように前記ウェハ又は板状
物を保持し、前記投影レンズ群の単一直線の光軸と前記
ウェハ又は板状物の露光すべき部分の中心と前記レチク
ル又はマスクの投影すべき部分の中心がほぼ一致する状
態で露光できるように、前記ウェハ又は板状物を前記露
光光軸と直交する平面内で、相対移動させることにより
ステップ・アンド・リピート露光するためのウェハ又は
板状物保持手段; (e)前記レチクル又はマスクと前記投影レンズ群の間
に置れた反射手段により、前記投影レンズ群の光軸外か
ら前記露光光よりも長波長の、複数色光又は所定の幅を
もつ連続光からなる参照光を前記ウェハ又は板状物の第
1の主面に供給し、その反射光をほぼ同一の経路を通し
て前記光軸外に取り出し前記ウェハ又は板状物の第1の
主面上の所定の位置合せパターンを観測することによっ
て、前記ウェハ又は板状物の水平位置合せを行なう明視
野落射照明及び観測用の位置合せ光学系; (f)前記位置合せ光学系内の光路内に置かれた、前記
ウェハ又は板状物の前記第1の主面から反射した参照光
に対する前記投影レンズ群の色収差を補正するための補
正レンズ群。 2、前記補正レンズ群は、前記位置合せ光学系内の第1
の結像点を中心として、ほぼ対称に配置された一対のほ
ぼ同一の色収差補正レンズ群からなる前記請求項第1項
に記載の露光装置。 3、前記位置合せ光学系の照明光束の全体としての前記
ウェハ又は板状物の前記第1の主面への照射角を90°
よりも小さい所望の角度に変更可能なようにした前記請
求項第2項に記載の露光装置。 4、前記補正レンズ群は、非点収差を補正するための一
対の非点収差補正レンズを含む前記請求項第3項に記載
の露光装置。 5、前記非点収差補正レンズ対は、前記第1の結像点を
中心にほぼ対称的な位置に配置されている前記請求項第
4項に記載の露光装置。 6、前記参照光は所定の幅をもつ連続スペクトルからな
る前記請求項第5項に記載の露光装置。 7、前記連続スペクトルは可視光の範囲に含まれる前記
請求項第6項に記載の露光装置。 8、前記参照光の光源は、ハロゲン・ランプである請求
項第7項の露光装置。 9、前記参照光は複数の波長からなる光である請求項第
5項の露光装置。 10、前記参照光は可視光の範囲に含まれる前記請求項
第9項に記載の露光装置。 11、前記参照光の光源は、水銀ランプである請求項第
10項の露光装置。 12、前記参照光による落射照明系は実効的光源の像を
前記投影レンズ群の入射瞳に形成するケーラー(Kol
er)照明である前記請求項第11項の露光装置。 13、前記実効的光源の光学的近傍には、前記参照光の
一部が入射瞳上のより広い部分で結像するように、その
部分の参照光の光軸とその回転対称軸が一致するように
円筒状内面ミラーが配置された請求項第12項の露光装
置。 14、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
えて照射する半導体素子上のパターン検出方法において
、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パターン検出方
法。 15、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
ではその光路を別系統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。 16、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。 17、前記請求項第1項の露光装置を用いた2層以上の
Al配線層を有する半導体集積回路装置の製造方法。 18、前記請求項第16項の方法による2層以上のAl
配線層を用いたメモリ・セル・マットを含む半導体装置
の製造方法。
[Claims] 1. A photosensitive thin film formed on the first main surface of a semiconductor wafer, an integrated circuit wafer, or a plate-like object for manufacturing a semiconductor device or an integrated circuit device, having the following configuration: A projection exposure apparatus for performing reduction projection exposure of a pattern on the main surface of a reticle or mask by step-and-repeat and image-forming the pattern on the photosensitive thin film: (a) the reticle or Exposure light source means for supplying a short-wavelength monochromatic exposure light beam from the first main surface side of the mask; (b) directing the main surface of the reticle or mask to the first main surface of the wafer or plate-like object; Reticle or mask holding means for holding the reticle or mask so that they face each other and are parallel to each other; (c) A pattern on the main surface of the reticle or mask is formed by the exposure light on the first (d) a projection lens group whose image side is substantially telecentric, consisting of a large number of lens groups from which various aberrations have been removed for the exposure light in order to form a reduced image on the photosensitive film on the main surface by a refractive optical system; its first position on the main surface of the reticle or mask
The wafer or plate-shaped object is held so that the main surfaces of the wafer or plate-shaped object are substantially parallel and facing each other, and the single straight optical axis of the projection lens group, the center of the portion of the wafer or plate-shaped object to be exposed, and the reticle or mask for performing step-and-repeat exposure by relatively moving the wafer or plate-like object in a plane orthogonal to the exposure optical axis so that the centers of the projected portions of wafer or plate-shaped object holding means; (e) multi-color light having a longer wavelength than the exposure light from outside the optical axis of the projection lens group by a reflection means placed between the reticle or mask and the projection lens group; Alternatively, a reference light consisting of continuous light having a predetermined width is supplied to the first main surface of the wafer or plate-like object, and the reflected light is extracted out of the optical axis through substantially the same path as the wafer or plate-like object. (f) a bright-field epi-illumination and observation alignment optical system that horizontally aligns the wafer or plate-like object by observing a predetermined alignment pattern on the first main surface of the substrate; A correction lens group for correcting chromatic aberration of the projection lens group with respect to a reference light reflected from the first principal surface of the wafer or plate-shaped object, which is placed in an optical path in an optical system. 2. The correction lens group is a first lens in the alignment optical system.
2. The exposure apparatus according to claim 1, comprising a pair of substantially identical chromatic aberration correcting lens groups arranged substantially symmetrically with respect to the imaging point of . 3. The illumination angle of the entire illumination light beam of the alignment optical system to the first main surface of the wafer or plate-shaped object is set to 90°.
3. The exposure apparatus according to claim 2, wherein the exposure apparatus can be changed to a desired angle smaller than . 4. The exposure apparatus according to claim 3, wherein the correction lens group includes a pair of astigmatism correction lenses for correcting astigmatism. 5. The exposure apparatus according to claim 4, wherein the pair of astigmatism correction lenses are arranged at substantially symmetrical positions with respect to the first imaging point. 6. The exposure apparatus according to claim 5, wherein the reference light comprises a continuous spectrum having a predetermined width. 7. The exposure apparatus according to claim 6, wherein the continuous spectrum is included in the visible light range. 8. The exposure apparatus according to claim 7, wherein the light source of the reference light is a halogen lamp. 9. The exposure apparatus according to claim 5, wherein the reference light is light having a plurality of wavelengths. 10. The exposure apparatus according to claim 9, wherein the reference light is included in the range of visible light. 11. The exposure apparatus according to claim 10, wherein the light source of the reference light is a mercury lamp. 12. The epi-illumination system using the reference light is a Koler (Kol) system that forms an image of the effective light source on the entrance pupil of the projection lens group.
12. The exposure apparatus according to claim 11, which is er) illumination. 13. In the optical vicinity of the effective light source, the optical axis of the part of the reference light and its axis of rotational symmetry coincide so that the part of the reference light is imaged in a wider part on the entrance pupil. 13. The exposure apparatus according to claim 12, wherein the cylindrical inner mirror is arranged as shown in FIG. 14. When optically detecting a pattern on a semiconductor element formed in the shape of a step, the semiconductor element is irradiated with illumination at an angle of inclination to the vertical reference optical axis of the plane of the semiconductor element. In the above pattern detection method, the first coordinate value obtained by irradiating the step with the illumination irradiated at an angle of inclination with respect to the vertical reference optical axis of the plane of the semiconductor element, and the first coordinate value parallel to the vertical reference optical axis of the semiconductor element plane. A correction amount for the second coordinate value of the vertical illumination light is calculated by comparing it with the second coordinate value obtained by the irradiation of the vertical illumination light, and in subsequent pattern detection, A pattern detection method characterized in that a true coordinate value is calculated by adding the above correction amount to the calculated coordinate value. 15. When laminating 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 light irradiated to the first edge and the illumination light irradiated to the second edge have different optical paths. A method for detecting patterns on a semiconductor device, characterized in that: 16. 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 edge is incident obliquely from the second edge direction.
When detecting the second edge position, the second illumination light incident obliquely from the first edge direction is used to detect the second edge position obtained by irradiation with the first illumination light. The center coordinates of both edges are calculated from the coordinates of the first edge position and the coordinates of the second edge position obtained by irradiation with the second illumination light, and the characteristic layer formed on this upper layer is formed at the center calculated above. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that positioning with a mask is performed based on coordinates. 17. A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device having two or more Al wiring layers using the exposure apparatus according to claim 1. 18. Two or more layers of Al by the method of claim 16
A method for manufacturing a semiconductor device including a memory cell mat using a wiring layer.
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