JPH0288906A - Alignment optical system - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明はプロキシミティ露光において、位置ずれ検出精
度に悪影響を及ぼすマスク・ウェハ間の多重反射をカッ
トする位置合わせ光学系に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to an alignment optical system that cuts multiple reflections between a mask and a wafer that adversely affect positional deviation detection accuracy in proximity exposure.
従来の技術
従来よりグロキシミティギャップに設定されたマスクと
ウェハ間の多重反射は大きな問題であり、とくに位置合
わせマークからの光強度を検出するような光学学系では
致命的な誤差を生む原因となりてきた。第7〜9図に多
重反射を防止する対策例をしめず(USP4.614.
433号明細書参照)。Conventional technology Multiple reflections between a mask set at a gloximity gap and a wafer have been a major problem in the past, and are a cause of fatal errors, especially in optical systems that detect light intensity from alignment marks. It has become. Figures 7 to 9 show examples of measures to prevent multiple reflections (USP 4.614.
(See specification No. 433).
第8図は同心円型フレネルゾーンプレートを用いた合わ
せ光学系において、どのような多重反射が起こるかを示
したものである。112は厚さ2μmのポリイミド膜、
IIOは4μmのBN膜であり、このマスク111上に
118.120で示されるフレネルゾーンプレートが形
成されている。122はウェハで128はレジストであ
る。ウェハ122上には124.126で示されるフレ
ネルゾーンプレートが形成されている。321.123
はマスク111上の回路パターンを示す。入射レーザ光
138.140の一部は142で示されるように反射型
の回折をして144に焦点を結ぶ。他方146で示され
るようにマスク111を透過する光も存在し、この先1
46はレジスト128及びウェハ122面上で反射され
て光148となす再びフレネルゾーンプレー) 118
.120に入射し、その回折光は1420光路を通る。FIG. 8 shows what kind of multiple reflections occur in a combined optical system using concentric Fresnel zone plates. 112 is a polyimide film with a thickness of 2 μm,
IIO is a BN film with a thickness of 4 μm, and a Fresnel zone plate indicated by 118.120 is formed on this mask 111. 122 is a wafer and 128 is a resist. Fresnel zone plates designated 124 and 126 are formed on the wafer 122. 321.123
shows the circuit pattern on the mask 111. A portion of the incident laser light 138 and 140 undergoes reflective diffraction as shown at 142 and is focused at 144 . On the other hand, as shown by 146, there is also light that passes through the mask 111, and from now on 1
46 is reflected on the resist 128 and wafer 122 surface to form light 148 (again Fresnel zone play) 118
.. 120, and the diffracted light passes through the 1420 optical path.
つまシ、140からの回折光148からの回折光はギャ
ップ間隔α1に依存する位相差を持つため、焦点144
の光強度はギャップ変動に影響される。その変動量はギ
ャップ変化0.15μmに対して90%近くになると報
告されている。Since the diffracted light 148 from the pickle 140 has a phase difference depending on the gap interval α1, the focal point 144
The light intensity is affected by the gap variation. It is reported that the amount of variation is nearly 90% for a gap change of 0.15 μm.
また、入射ビーム130はマスク111を透過して、ビ
ーム150となり、レジスト128及びウェハ122で
反射されて光151となり、その後ポリイミド膜112
の表面、BN膜iioの表面及び裏面で反射されてビー
ム153.155.157となる。これらは反射ビーム
130と干渉するので、ウェハ122を照射する光15
0はギャップ変動により強度が変化してしまう。従って
ウェハ】22上のフレネルゾーンプレート124.12
6を照射する光強度が変動し、当然焦点に到る光強度も
変動することを意味する。Further, the incident beam 130 passes through the mask 111 and becomes a beam 150, which is reflected by the resist 128 and the wafer 122 to become light 151, and then passes through the polyimide film 112.
, and the front and back surfaces of the BN film iio to become beams 153.155.157. These interfere with the reflected beam 130, so that the light 15 illuminating the wafer 122 is
0, the intensity changes due to gap fluctuation. Therefore, Fresnel zone plate 124.12 on wafer】22
This means that the light intensity that irradiates the lens 6 varies, and naturally the light intensity that reaches the focal point also varies.
また、フレネルゾーンプレート124.126で回折さ
れた光152は、マスク内で反射された光158〜16
0と干渉するので、これも焦点136での光強度変動の
原因となる。光強度の変動は検出信号のS/Nの低下に
つながり検出精度を低下させることになる。Also, the light 152 diffracted by the Fresnel zone plates 124 and 126 is reflected by the light 158 to 16 within the mask.
0, this also causes light intensity fluctuations at the focal point 136. Fluctuations in light intensity lead to a decrease in the S/N ratio of the detection signal, resulting in a decrease in detection accuracy.
以上のような多重反射の影響に対し、先に示した特許で
は次のような対策を取っている。第9図に示すように、
マスク111上のマーク118.120の下に光透過防
止層72を付ければ、マスク111を透過する光の量を
大幅に減らすことができる。この層72の材質としては
アルミ等の蒸着膜、あるいは染料を含んだレジストが使
われる。88は反射防止膜であり、また、ポリイミド膜
112はλ/4の奇数倍の光学的厚さを持つように作成
されている。The above-mentioned patent takes the following measures to deal with the effects of multiple reflections as described above. As shown in Figure 9,
If the light transmission prevention layer 72 is provided below the marks 118 and 120 on the mask 111, the amount of light transmitted through the mask 111 can be significantly reduced. As the material for this layer 72, a vapor deposited film of aluminum or the like or a resist containing dye is used. 88 is an antireflection film, and the polyimide film 112 is made to have an optical thickness that is an odd multiple of λ/4.
これらの工夫によりマスク内での反射が大幅に減少する
と報告されている。It has been reported that these measures significantly reduce reflection within the mask.
発明が解決しようとする課題
しかしながら、マスク上に第9図で示したような工夫を
施すことは、マスク製作プロセスを複雑にするだけでな
く、光透過防止膜を選択的につけることによるパターン
の歪み等の問題がある。Problems to be Solved by the Invention However, applying the device shown in FIG. 9 on the mask not only complicates the mask manufacturing process, but also makes it difficult to change the pattern by selectively attaching a light transmission prevention film. There are problems such as distortion.
本発明は以上のような従来の問題点を解決するためにな
されたもので、マスクとウェハ間の多重反射をきわめて
容易にゼロにできるか、あるいは大幅に軽減できる位置
合わせ光学系を提供することを目的とするものである。The present invention has been made in order to solve the conventional problems as described above, and an object of the present invention is to provide an alignment optical system that can extremely easily eliminate or significantly reduce multiple reflections between a mask and a wafer. The purpose is to
課題を解決するための手段
この目的を達成するために本発明は、ビーム投射光学系
を位置ずれ検出方向と垂直な方向に傾斜させ、ビームを
斜入射とし、さらにマーク上にマスク・ウェハ間多重干
渉光をカットできるようなアパーチャを設けることによ
り、上記目的を達成するものである。Means for Solving the Problems To achieve this object, the present invention tilts the beam projection optical system in a direction perpendicular to the positional deviation detection direction, makes the beam obliquely incident, and furthermore performs mask-to-wafer multiplexing on the mark. The above object is achieved by providing an aperture that can cut interference light.
作用
本発明においてマスク上に形成されたアパーチャーの作
用は次のようになる。即ち角度αだ゛け傾斜させた位置
ずれ検出ビームを、ウェハと近接して置かれたマスクに
開いているアパーチャをめがけて入射させると、ウニ・
・面で反射して再び幅dのアパーチャから外へ出る光は
、
d<2g5inα
とすれば非常に少なくなり、アパーチャーを通して得ら
れる光のなかに含まれるギャップ依存成分を非常に少な
くできる。Function The function of the aperture formed on the mask in the present invention is as follows. In other words, when a positional deviation detection beam tilted by an angle α is directed into an aperture opened in a mask placed close to the wafer, sea urchins and
- The amount of light that is reflected by the surface and exits again from the aperture with width d becomes extremely small if d<2g5inα, and the gap-dependent component included in the light obtained through the aperture can be greatly reduced.
実施例
以下に本発明の実施例を図面を参照しながら詳細に説明
する。まず本発明の原理を第5図〜第6図を用いて説明
する。EXAMPLES Below, examples of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, the principle of the present invention will be explained using FIGS. 5 and 6.
第5図は角度αだけ傾斜させた位置ずれ検出ピムlが、
ウェハ3と近接して置かれたマスク4に開いているアパ
ーチャーをめがけて入射している様子をしめず(実際に
はこのアパーチャーの部分に回折格子等の位置合わせマ
ークが作られる)。Figure 5 shows that the positional deviation detection pim l tilted by the angle α is
It is not shown that the light is incident on the aperture opened in the mask 4 placed close to the wafer 3 (actually, an alignment mark such as a diffraction grating is made in the aperture).
ウェハ面で反射して再び幅dのアパーチャーから外へ出
る光2は、
d<2g5inα
とすれば非常に少なくなる(プロキシミティギャップで
はdを充分小さくしなければならず、フレネル回折の影
響が大きく現れ、光2を完全に0にすることは難しい)
。つまり、上記条件のもとでアパーチャーを通して得ら
れる光のなかに含まれるギャップ依存成分は非常に少な
い。一般にプロキシミティ露光時にはギャップはある範
囲の中で適当に設定されるが、ギャップ間隔の最小値に
対し、上記式で計算されるdを用いれば良い。また、本
発明の作用は上記原理からウェハの反射率がどのように
高いものであっても多重反射の影響を受けずにマスク・
ウェハの位置合わせを行うものである。また、第6図に
示したようにウェハ3上のマークに対してもマスク4上
にアパーチャーを設ければ多重反射の影響を防ぐことが
できる。っまり、
d<4g5inα
とすれば、ウェハ反射後にマスク下面でさらに反射され
、さらにウェハで反射された後にアパーチャーから出て
くるような光5(ウェハ・マスク間を2往復するような
光)は充分に小さくできる。The light 2 that is reflected on the wafer surface and goes out again from the aperture with width d becomes extremely small if d<2g5inα (in the proximity gap, d must be sufficiently small, and the influence of Fresnel diffraction is large). It is difficult to completely reduce light 2 to 0)
. In other words, the gap-dependent component contained in the light obtained through the aperture under the above conditions is extremely small. Generally, during proximity exposure, the gap is set appropriately within a certain range, but d calculated by the above formula may be used for the minimum value of the gap interval. In addition, the operation of the present invention is based on the above principle, and no matter how high the reflectance of the wafer is, the mask can be used without being affected by multiple reflections.
This is to align the wafer. Further, as shown in FIG. 6, if an aperture is provided on the mask 4 for marks on the wafer 3, the influence of multiple reflections can be prevented. In other words, if d<4g5inα, the light 5 that is reflected from the wafer, then further reflected from the lower surface of the mask, and then comes out from the aperture after being reflected from the wafer (light that makes two round trips between the wafer and the mask) is It can be made small enough.
すると、アバ−チャーを通して得られる光は、ウェハ・
マスク間を一往復した光6だけであり、結果的にギャッ
プ変動によシ強度変化することがない。Then, the light obtained through the aperture is transmitted to the wafer.
Only the light 6 has gone back and forth between the masks, and as a result, the intensity does not change due to gap fluctuations.
次に本発明の第一の実施例を第1図〜第4図に基づいて
説明する。第1図は第1の実施例を説明するためのアラ
イメント光学系の概略をしめず構成図である。ここでは
空間的および時間的コヒーレンスの高いアライメント照
明用光源としてHeNeゼーマンレーザ10を用いた。Next, a first embodiment of the present invention will be described based on FIGS. 1 to 4. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an alignment optical system for explaining a first embodiment. Here, a HeNe Zeeman laser 10 was used as a light source for alignment illumination with high spatial and temporal coherence.
このHeNeレーザから出射された2つの直交偏光成分
子l、f2はまずビームエキスパンダ11によシビーム
径を拡大され、その後に基準回折格子12で振幅分割さ
れる。The two orthogonal polarization components l and f2 emitted from this HeNe laser are first expanded in beam diameter by a beam expander 11, and then amplitude-divided by a reference diffraction grating 12.
2分された光路の一方はλ/2板13をとおることによ
!り、fl、f2偏光が互いに入れ換わる。両光路は2
組のフーリエ変換レンズ14を通ってグロキシミティギ
ャップに設定されたマスク3・ウェハ4上に作られた位
置合わせマークめがけて投射される。また、フーリエ変
換レンズのフーリエ面上には空間フィルタ15が置かれ
ておシ、±1次回折光のみが透過できるよう釦なってい
る。マスク3上に設けられたマークを第2図にしめす。One of the two divided optical paths passes through the λ/2 plate 13! As a result, the fl and f2 polarized light interchange with each other. Both optical paths are 2
The light is projected through a set of Fourier transform lenses 14 toward alignment marks made on the mask 3 and wafer 4 set in the gloximity gap. Further, a spatial filter 15 is placed on the Fourier plane of the Fourier transform lens, and is buttoned so that only the ±1st-order diffracted light can pass through. The marks provided on the mask 3 are shown in FIG.
回折格子の幅dは4〜12μmの間に設定され、また、
回折格子の面積がせまくなることに伴う回折光強度の低
下を防ぐために、長手方向の寸法を大きくとりている。The width d of the diffraction grating is set between 4 and 12 μm, and
In order to prevent a decrease in the intensity of diffracted light due to the narrowing of the area of the diffraction grating, the length in the longitudinal direction is increased.
第2図中矢印の方向から見れば、第5図を用いて先に説
明したような構成となっていることが容易にわかり、マ
スク・ウェハ間の多重干渉光を排除することができる。When viewed from the direction of the arrow in FIG. 2, it is easy to see that the structure is as described above with reference to FIG. 5, and multiple interference light between the mask and the wafer can be eliminated.
最小ギャップ設定値をmμmとしてここでは回折格子の
幅(第5図中のdに相当する)を7μmに設定した。ウ
ェハ上の回折格子は第3図に示すように正方形をしてお
り、面積はマスク上の回折格子と同じである。Here, the width of the diffraction grating (corresponding to d in FIG. 5) was set to 7 μm, assuming that the minimum gap setting value was m μm. The diffraction grating on the wafer is square, as shown in FIG. 3, and has the same area as the diffraction grating on the mask.
マスク上の回折格子に対しては、多重干渉に対する対策
(第6図を用いて先に説明した方法)を採用していない
が、これはウェノ・上の回折格子の多重反射による検出
誤差がマスク上の回折格子はど大きくないために、本実
施例では省略した。2つの回折格子からの出射回折光は
結像レンズ16によって、ナイフェツジ面上に結像され
る。結像面までの間に偏光子17が入っているがこれは
レーザビームのfl、f22分を干渉させてビートを生
じさせるためである。ナイフェツジミラー18により、
2つの回折光(ウェハからの回折光とマスクからの回折
光)を異なるホトマル19へと導く。ホトマルではfl
、f2のビート信号が観測され、2つのビート信号の位
相差を計測することで、2つの回折格子の位置ずれ量を
知ることができる(光ヘテロダイy法)。For the diffraction grating on the mask, we do not take measures against multiple interference (the method explained earlier using Figure 6), but this is because detection errors due to multiple reflections of the diffraction grating on the mask are Since the upper diffraction grating is not very large, it is omitted in this example. The emitted diffracted lights from the two diffraction gratings are imaged onto a knife surface by an imaging lens 16. A polarizer 17 is provided up to the image plane, and this is to cause the fl and f22 portions of the laser beam to interfere with each other to generate a beat. By Naifetsuji Miller 18,
Two diffracted lights (the diffracted light from the wafer and the diffracted light from the mask) are guided to different photomuls 19. At Hotomaru, fl
, f2 are observed, and the amount of positional deviation between the two diffraction gratings can be determined by measuring the phase difference between the two beat signals (optical heterodye method).
本実施例におけるマスク上回折格子は第4図に示したも
ので代用することも可能である。この回折格子では回折
格子の長手方向の寸法を縮めるとともに、回折格子の面
積を減らさないために回折格子を数段重ねている。本実
施例におけるレーザ光投射系は基準格子、フーリエ変換
レンズ、空間フィルタの代わりにビームスプリッタ11
ミラー31、ホトディテクタ32で構成することも可
能である(第7図参照)。The diffraction grating on the mask in this embodiment may be replaced by the one shown in FIG. In this diffraction grating, the longitudinal dimension of the diffraction grating is reduced, and the diffraction gratings are stacked in several stages in order not to reduce the area of the diffraction grating. In this embodiment, the laser beam projection system uses a beam splitter 11 instead of a reference grating, a Fourier transform lens, and a spatial filter.
It is also possible to configure it with a mirror 31 and a photodetector 32 (see FIG. 7).
まだ、この多重反射光カットの方法は全ての斜入射が可
能な位置合わせ光学系に対して有効であるといえる。However, it can be said that this method of cutting multiple reflected light is effective for all alignment optical systems that allow oblique incidence.
発明の詳細
な説明したように本発明のアライメント方式によれば、
プロキシミティギャップにおけるマスク・ウェハのアラ
イメントにおいて、従来より問題とされてきた多重反射
による位置ずれ検出信号の誤差をほぼ完全に除去するこ
とができ、ウェハ面の反射率の大小にかかわらず常に安
定な位置ずれ検出信号が得られる。本発明の中心となる
格子形状は非常に単純で作成が容易でちゃ、また、入射
光・出射光が傾斜することによシ光学系がX線等の露光
光線をけることがなくなシ、光学系の配置が容易になる
という効果もある。According to the alignment method of the present invention as described in detail,
In mask-wafer alignment in the proximity gap, errors in positional deviation detection signals due to multiple reflections, which have been a problem in the past, can be almost completely eliminated, and the alignment is always stable regardless of the reflectance of the wafer surface. A positional deviation detection signal is obtained. The lattice shape that is the core of the present invention is very simple and easy to create, and since the incident light and outgoing light are tilted, the optical system does not emit exposure light such as X-rays. Another effect is that the arrangement of the optical system becomes easier.
第1図は本発明の第1の実施例における位置合わせ光学
系を説明するための全体概略図、第2図は同実施例のマ
スク上の位置合わせマーク詳細図、第3図は同実施例の
ウェハ上の位置合わせマーク詳細図、第4図は第1の実
施例のマスク上のマークの他の実施例を示す詳細図、第
5図〜第6図は本発明の原理を鮮明するための原理説明
図、第7図は本発明の第2の実施例における全体概略図
、第8図〜第9図は従来の技術を説明するための説明図
である。
3・・・メンフレンマスク、4・・・ウェハ、10・・
・セーマンレーザ、11・・・ビームエキスパンダ、1
2°゛・基準回折格子、13・・・λ/2板、14・・
・フーリエ変換レンズ、15・・・空間フィルタ、16
・・・結像レンズ、17・・・偏光子、18・・・ナイ
フェツジ。
代理人の氏名 弁理士 粟 野 重 孝 ほか1名図
つmlVの回デ■告テ
第
り
図
第
図
第
図
第
図FIG. 1 is an overall schematic diagram for explaining the alignment optical system in the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a detailed diagram of the alignment marks on the mask of the same embodiment, and FIG. 3 is the same embodiment. FIG. 4 is a detailed view of the alignment marks on the wafer of the first embodiment, FIG. 4 is a detailed view showing other embodiments of the marks on the mask of the first embodiment, and FIGS. 5 to 6 are for clarifying the principle of the present invention. FIG. 7 is an overall schematic diagram of the second embodiment of the present invention, and FIGS. 8 to 9 are explanatory diagrams for explaining the conventional technology. 3... Membrane mask, 4... Wafer, 10...
・Seman laser, 11...beam expander, 1
2°゛・Reference diffraction grating, 13...λ/2 plate, 14...
・Fourier transform lens, 15... Spatial filter, 16
...Imaging lens, 17...Polarizer, 18...Naifetsuji. Name of agent: Patent attorney Shigetaka Awano and one other person
Claims (1)
位置ずれ検出光線と、マスク上に形成されたマスク・ウ
ェハ間多重反射光カット用アパーチャーを備えた位置合
わせ光学系。A positioning optical system that includes a positional deviation detection light beam that is incident obliquely in a direction perpendicular to the positional deviation detection direction, and an aperture that is formed on the mask to cut multiple reflected light between the mask and the wafer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63241314A JPH0288906A (en) | 1988-09-27 | 1988-09-27 | Alignment optical system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63241314A JPH0288906A (en) | 1988-09-27 | 1988-09-27 | Alignment optical system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0288906A true JPH0288906A (en) | 1990-03-29 |
Family
ID=17072450
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63241314A Pending JPH0288906A (en) | 1988-09-27 | 1988-09-27 | Alignment optical system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0288906A (en) |
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