JPH03241817A - Method and apparatus for detecting alignment mark - Google Patents

Method and apparatus for detecting alignment mark

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JPH03241817A
JPH03241817A JP2039417A JP3941790A JPH03241817A JP H03241817 A JPH03241817 A JP H03241817A JP 2039417 A JP2039417 A JP 2039417A JP 3941790 A JP3941790 A JP 3941790A JP H03241817 A JPH03241817 A JP H03241817A
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light
alignment mark
wafer
wavelength
detecting
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秋山 伸幸
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Abstract

PURPOSE:To obtain a small-sized alignment mark detecting device, having high degree of stability, with which an alignment mark can be detected accurately even when there are recesses and protrusions on a resist, at low cost by a method wherein the illumination light having different wavelengths are separated into the first and the second lights, the incidence angles to the alignment mark of those lights are differentiated, and a diffracted light is detected from the alignment mark. CONSTITUTION:In the device, with which the alignment mark 25 on a wafer 5 will be detected, of a projecting and exposing device with which an original pattern is exposed on the wafer 5, a means 15 with which at least two illumination lights having different wavelength are separated into the distinguishable first light 23 and the second light 24 for the light of each wavelength, a means 16 with which the incidence angle against the alignment mark 24 is differentiated for the above-mentioned first light 23 and the second light 24, and a means 201, with which the diffracted lights 26 and 27 coming from the alignment mark 25 are detected, are provided in the above-mentioned alignment mark detecting device. Consequently, four distinguishable lights can be obtained using two laser beams having two different wavelengths respectively, and as a result, the position of alignment mark can be detected in a highly precise manner similar to the case where the laser beams of four different wavelengths having four light sources are used.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、半導体ウェハ等、層構造をなすパターンの位
置を決めるための、位置合わせマーク検出方法および検
出装置に係り、特に、レジストの塗布層の厚さむら、お
よび、位置合わせマーク段差の非対称等により、位置合
わせマーク検出波形が、非対称になる場合に、対称性を
向上させ、マスクパターンとウェハパターンとを高精度
に合わせるための、位置合わせマーク検出方法、および
Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to an alignment mark detection method and detection device for determining the position of a layered pattern on a semiconductor wafer, etc. When the alignment mark detection waveform becomes asymmetric due to uneven layer thickness, asymmetry of the alignment mark step, etc., this method improves the symmetry and aligns the mask pattern and wafer pattern with high precision. Alignment mark detection method, and.

その装置に関するものである。This is related to the device.

[従来の技術] 原画パターンをウェハに露光する投影露光装置には、露
光の解像力を向上するため、単波長光と。
[Prior Art] A projection exposure apparatus that exposes an original pattern onto a wafer uses single-wavelength light to improve the resolution of exposure.

そのための単波長光専用投影レンズとを用いる。A projection lens dedicated to single wavelength light is used for this purpose.

そのため、位置合わせマーク検出の際にも、単波長光で
、照明し、検出を行なっている。
Therefore, even when detecting alignment marks, the detection is performed by illuminating with single wavelength light.

また、この投影露光装置に用いる単波長専用の縮小投影
レンズは、精密に作られるため、色収差補正が困難であ
る。
Furthermore, since the reduction projection lens dedicated to a single wavelength used in this projection exposure apparatus is precisely manufactured, it is difficult to correct chromatic aberration.

従来の技術において、単波長光を利用した、位置合わせ
マークへの照明とその検出の状態を、第8図を用いて説
明する。
In the conventional technology, the state of illumination and detection of alignment marks using single wavelength light will be explained with reference to FIG.

第8図(A)に示すように、レチクル1の上から単波長
照明光102を照射し、縮小投影レンズ4を通して、ウ
ェハ5上の位置合わせマーク25を照明する。ここから
の反射光を、ハーフミラ−106で反射させて、検出器
107で検出する。
As shown in FIG. 8(A), single wavelength illumination light 102 is irradiated from above the reticle 1 and illuminates the alignment mark 25 on the wafer 5 through the reduction projection lens 4. As shown in FIG. The reflected light from here is reflected by a half mirror 106 and detected by a detector 107.

第8図(B)は、検出器107で検出した画像を拡大し
て示したものであり、マスク上の窓108の中に、位置
合わせマーク25が見えている。
FIG. 8(B) is an enlarged view of the image detected by the detector 107, and the alignment mark 25 is visible in the window 108 on the mask.

この位置合わせマーク25と、レチクル1に描かれたマ
ークとを一致させ、マスクパターンとウェハパターンと
を合わせている。
This alignment mark 25 is matched with a mark drawn on the reticle 1, and the mask pattern and wafer pattern are matched.

一方、通常は、上記位置合わせマークの上には、パター
ン形成に必要なため、レジスト109が塗布されている
On the other hand, a resist 109 is usually applied on the alignment mark because it is necessary for pattern formation.

よって、上記位置合わせマーク近傍の断面図は。Therefore, the cross-sectional view near the alignment mark is as follows.

第9図に示すように、マーク部分110と、レジスト部
分111とに分けて、考えることができる。
As shown in FIG. 9, it can be considered separately into a mark portion 110 and a resist portion 111.

従って、この場合、レチクル1の上方から照明した単波
長光は、レジスト部分で干渉を起こすが、レジスト厚さ
が均一ならば、干渉光の強度は一定である。
Therefore, in this case, the single wavelength light illuminated from above the reticle 1 causes interference in the resist portion, but if the resist thickness is uniform, the intensity of the interference light is constant.

しかし、現実には、位置合わせマークの凹凸や、レジス
ト厚さ不均一のため、レジストにも凹凸が生じる。その
ため、干渉光の強度は一定でなく、位置合わせマークの
検出精度が低下するという問題が生じていた。
However, in reality, the resist also has unevenness due to unevenness of the alignment mark and unevenness of the resist thickness. Therefore, the intensity of the interference light is not constant, resulting in a problem that the accuracy of detecting the alignment mark is reduced.

この問題を解決するために、特開昭60−80223号
公報に記載されている技術では、照明光として。
In order to solve this problem, the technique described in Japanese Unexamined Patent Publication No. 60-80223 uses illumination light.

水銀灯の中に含まれる輝線(特に輝度の高い光)、例え
ば、h線(波長405nm)1g線(波長436nm)
 、 e線(波長546nm) 、d線(波長577n
m)の中から、2種類以上の波長の光を選択して、照明
し、検出した光の強度信号を合成することにより、レジ
スト凹凸の影響を低減している。
Bright lines (particularly bright light) contained in mercury lamps, such as H-line (wavelength 405 nm) and 1G-line (wavelength 436 nm)
, e-line (wavelength 546nm), d-line (wavelength 577nm)
The influence of resist unevenness is reduced by selecting light of two or more wavelengths from m) for illumination and synthesizing the intensity signals of the detected light.

一例として、第10図に、e線およびd線で照明した場
合の検出信号と、これを合成した信号を示す。
As an example, FIG. 10 shows a detection signal obtained when illuminating with e-line and d-line, and a signal obtained by combining these signals.

同図において1合成した信号を示す図の中心線に対して
、対象となっている強度の低い部分が、位置合わせマー
ク25の両端部112を示す。強度が低くなっているの
は、上から光が入射すると。
In the figure, the target low intensity portions indicate both ends 112 of the alignment mark 25 with respect to the center line of the diagram showing one combined signal. The intensity is low when the light enters from above.

端部で散乱され、上に戻る光が少なくなるがらである。This is because less light is scattered at the edges and returns upwards.

すなわち、2つの信号を合成することにより、位置合わ
せマーク25の両端部112が、対称に検出され、レジ
ストの凹凸の影響が低減していることがわかる。
That is, it can be seen that by combining the two signals, both ends 112 of the alignment mark 25 are detected symmetrically, and the influence of the unevenness of the resist is reduced.

次に、見かけ上の波長を変えるようにして、照明し、検
出信号を合成する方法が特開昭60−136312号公
報に記載されている。
Next, JP-A-60-136312 describes a method of illuminating and synthesizing detection signals by changing the apparent wavelength.

この技術は、第11図に示すように、照明光として、直
進性の高いレーザ113を用い、光路の途中にある反射
[114を揺動することによって。
As shown in FIG. 11, this technique uses a laser 113 with high straightness as illumination light, and swings a reflection [114] in the middle of the optical path.

照明光を、位置合わせマーク25を中心に揺動する技術
である。すなわち、第12図に示すように、レジスト1
09内で、光路長が変化することを利用したものである
This is a technique in which illumination light is oscillated around the alignment mark 25. That is, as shown in FIG.
This takes advantage of the fact that the optical path length changes within 0.09.

その結果、レジストの凹凸の影響が低減し、精度よく、
位置合わせマークを検出できる。
As a result, the influence of unevenness of the resist is reduced, and the accuracy is improved.
Alignment marks can be detected.

また、特開平01−8651111号公報に記載の技術
は、照明光として、波長が互いに27n+mずつ異なる
、4つのレーザ光を使用することによって、レジスト内
の干渉が低減でき、精度よく、位置合わせマークを検出
できることを示している。特に、波長458.488,
515,543nmのレーザを推賞している。
In addition, the technology described in Japanese Patent Application Laid-open No. 01-8651111 uses four laser beams with wavelengths different by 27n+m as illumination light, thereby reducing interference within the resist and marking alignment marks with high precision. This shows that it is possible to detect In particular, wavelength 458.488,
It recommends 515,543 nm lasers.

[発明が解決しようとする課題] 以上の従来技術の中で、最も優れた位置合わせマーク検
出精度を有するものは、特開平0f−86518号公報
に記載の、いわゆる、4波長レーザ照明法、または、時
開F@60−136312号公報に記載の、いわゆる、
レーザ揺動照明法と考えられる。
[Problems to be Solved by the Invention] Among the above-mentioned conventional techniques, the one that has the best alignment mark detection accuracy is the so-called four-wavelength laser illumination method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 0F-86518, or , the so-called, described in Jikai F@60-136312 publication.
It is considered to be a laser oscillating illumination method.

しかし、4波長レーザ照明法では、4種のレーザ発振器
が必要なので、投影露光装置が高価になるという問題が
ある。
However, since the four-wavelength laser illumination method requires four types of laser oscillators, there is a problem that the projection exposure apparatus becomes expensive.

また、レーザ揺動照明法は、レーザを揺動するための可
動部分が存在するので、光軸が変化し易く、位置合わせ
マーク検出精度が低下するという問題がある。
In addition, the laser swing illumination method has a problem in that since there is a movable part for swinging the laser, the optical axis is likely to change, resulting in a decrease in alignment mark detection accuracy.

本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を解決し、
小形、安価で、かつ、安定性の高い位置合わせマーク検
出装置を提供すること、および、レジストに凹凸が発生
しても、正しく1位置合わせマークを検出する方法を提
供することにある。
The purpose of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art,
It is an object of the present invention to provide a small, inexpensive, and highly stable alignment mark detection device, and to provide a method for correctly detecting one alignment mark even if unevenness occurs in the resist.

[課題を解決するための手段] 上記目的は、少なくとも二つの、波長の異なる照明光を
、各波長の光ごとに、識別可能な第一の光と第二の光と
に分離する手段と。
[Means for Solving the Problems] The above object is a means for separating at least two illumination lights having different wavelengths into distinguishable first light and second light for each wavelength.

上記第一の光と第二の光とについて1位置合わせマーク
への入射角を異ならせる手段と、位置合わせマークから
の回折光を検出する手段ととにより達成できる。
This can be achieved by means of differentiating the incident angles of the first light and the second light onto one alignment mark, and by means of detecting diffracted light from the alignment mark.

また、照明光として、二つの、波長の異なるレーザ光を
用いてもよい。
Furthermore, two laser beams with different wavelengths may be used as the illumination light.

また、上記目的は、少なくとも二つの、波長の異なる出
射光を、各波長の光ごとに、識別可能な第一の光と第二
の光とに分離し、 上記各波長の照明光の、第一の光と第二の光とについて
、位置合わせマークへの入射角を異ならせ。
Further, the above object is to separate at least two emitted lights of different wavelengths into a first light and a second light that can be identified for each light of each wavelength, and to The angles of incidence of the first light and the second light on the alignment mark are made different.

位置合わせマークからの回折光を検出し、位置合わせマ
ークを検出することにより達成できる。
This can be achieved by detecting the alignment mark by detecting the diffracted light from the alignment mark.

[作 用] 上記のように構成された位置合わせマーク検出装置によ
り、二つ以上の、波長の異なる照明光は、各波長の光ご
とに、識別可能な第一の光と第二の光とに分離され、こ
れら第一の光と第二の光は、異なる入射角で、位置合わ
せマークへ入射する。
[Function] With the alignment mark detection device configured as described above, two or more illumination lights with different wavelengths can be distinguished into first light and second light for each wavelength. The first light and the second light are incident on the alignment mark at different angles of incidence.

そして、位置合わせマークの表面および底面において、
これらの入射光は回折する。
Then, on the surface and bottom of the alignment mark,
These incident lights are diffracted.

この複数の回折光を検出することにより、干渉の影響を
減少させ、位置合わせマークの位置が精度よく検出でき
る。
By detecting the plurality of diffracted lights, the influence of interference can be reduced and the position of the alignment mark can be detected with high accuracy.

そして、照明光として、二つの、波長の異なるレーザ光
を用いれば、二つのレーザ光で、四つの識別可能な光を
得ることができるので、四つの光源を用いて、四つの波
長の異なるレーザ光を用いたと同様に1位置合わせマー
クの位置が精度よく検出できる。
If two laser beams with different wavelengths are used as illumination light, it is possible to obtain four distinguishable lights with the two laser beams. As with using light, the position of one alignment mark can be detected with high accuracy.

また、レーザ揺動照明法のように、レーザを揺動するた
めの可動部分は存在しないので1位置合わせマーク検出
精度が低下することはない。
Further, as in the laser swing illumination method, since there is no movable part for swinging the laser, the accuracy of detecting one alignment mark does not deteriorate.

さらに、単に、2つの波長の光を垂直に入射した場合に
比べ、レジスト膜厚の不均一、および、パターン段差に
より生じる、レジストの凹凸による干渉のための検出精
度の変動を大幅に低減することが可能゛となるので、レ
ジスト塗布むら、および、位置合わせマークのパターン
段差むらによる検出波形の非対称性が著しく小さくなり
、位置合わせマーク検出精度が顕著に向上し、目的とす
るパターンが得られる。
Furthermore, compared to the case where light of two wavelengths is incident perpendicularly, fluctuations in detection accuracy due to interference due to unevenness of the resist caused by non-uniform resist film thickness and pattern step differences can be significantly reduced. As a result, the asymmetry of the detected waveform due to resist coating unevenness and pattern step unevenness of alignment marks is significantly reduced, alignment mark detection accuracy is significantly improved, and a desired pattern can be obtained.

また、連続スペクトル成分、あるいは、多数ノスペクト
ルを有する光を用いて、検出系を構成することが困難な
パターン検出系において、パターンをおおっている被検
物の透明被膜の影響、および、パターン段差の影響を受
けることがないので、パターンの位置や、2次元(平面
)形状を正確に検出する上で、効果がある。
In addition, in pattern detection systems in which it is difficult to construct a detection system using continuous spectral components or light having multiple spectra, the influence of the transparent film of the test object covering the pattern and the pattern step difference. This is effective in accurately detecting the position and two-dimensional (plane) shape of a pattern.

[実施例] 以下、本発明の第1実施例を、第1図から第7図、第1
3図、第14図により説明する。
[Example] The first example of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 7 and 1.
This will be explained with reference to FIGS. 3 and 14.

第1図(A)は本実施例に係る位置合わせマーク検出装
置の分解図、第1図CB)はウェハ上の位置合わせマー
クにレーザ光が照射した場合を拡大して示す説明図、第
2図は本実施例における光路を説明するための説明図、
第3図は検出された画像を示す説明図、第4,5図は本
実施例の原理を示す説明図、第6,7図は実施例の効果
を示す説明図、第13.14図は第1実施例の解析式に
数値を代入して結果を求めた表である。
FIG. 1(A) is an exploded view of the alignment mark detection device according to the present embodiment, FIG. The figure is an explanatory diagram for explaining the optical path in this example,
Fig. 3 is an explanatory diagram showing the detected image, Figs. 4 and 5 are explanatory diagrams showing the principle of this embodiment, Figs. 6 and 7 are explanatory diagrams showing the effects of the embodiment, and Figs. It is a table showing results obtained by substituting numerical values into the analytical formula of the first example.

第1図に示すように1本実施例の構成は、大別して、位
置合わせマークを照射するレーザを出射するレーザ出射
袋M2O0と、位置合わせマークからの回折光を結像さ
せ、位置合わせ検出信号を出す位置合わせ光学装置12
01と、レチクル1と、縮小投影レンズ4と、ウェハ5
とからなる。
As shown in FIG. 1, the configuration of this embodiment is roughly divided into a laser emission bag M2O0 that emits a laser beam that irradiates the alignment mark, and a laser emission bag M2O0 that emits a laser beam that irradiates the alignment mark, and an alignment detection signal that forms an image of the diffracted light from the alignment mark. Positioning optical device 12 that outputs
01, reticle 1, reduction projection lens 4, and wafer 5
It consists of

各装置の構成を、レーザ光の進む方向に従って。Configure each device according to the direction in which the laser beam travels.

説明する。explain.

まず、レーザ出射装置200の構成を説明する6上記レ
ーザ出射装W2O0は、波長λ1のレーザ光を出射する
レーザ光源11と、波長λ2のレーザ光を出射するレー
ザ光源12とを有し、レーザ光源11の光路上前方には
、二つのレーザ光源11.12から出射した二つのレー
ザ光を一つの光路上に合わせるダイクロイックミラー1
3を配置する。レーザ光源12の光路上前方には、波長
λ2のレーザ光を、上記ダイクロイックミラー13に入
射させるための反射鏡39を配置する。
First, the configuration of the laser emitting device 200 will be explained 6. The laser emitting device W2O0 has a laser light source 11 that emits a laser beam with a wavelength λ1, a laser light source 12 that emits a laser beam with a wavelength λ2, In front of the optical path of 11, there is a dichroic mirror 1 that combines two laser beams emitted from two laser light sources 11 and 12 onto one optical path.
Place 3. A reflecting mirror 39 is disposed in front of the laser light source 12 on the optical path to make the laser light of wavelength λ2 enter the dichroic mirror 13 .

上記ダイクロイックミラー13の前方には、4分の1波
長板14を配置し、さらに、その前方には、複屈折プリ
ズム15を配置する。上記複屈折プリズム15の前方に
は、この複屈折プリズム15により偏光したレーザ光の
−っである、S偏光レーザ光を微小角θだけ屈折させ、
光軸から離れて直進させるためのレジスト6を配置し、
その背後には、レーザ光を位置合わせ光学装置に導くた
めの反射鏡19を配置する。
A quarter wavelength plate 14 is arranged in front of the dichroic mirror 13, and a birefringent prism 15 is further arranged in front of it. In front of the birefringent prism 15, an S-polarized laser beam, which is the laser beam polarized by the birefringent prism 15, is refracted by a small angle θ.
A resist 6 is arranged for moving straight away from the optical axis,
A reflecting mirror 19 for guiding the laser beam to the alignment optical device is arranged behind it.

次に1位置合わせ光学装置201の構成を、上記と同様
に、レーザ光の進む方向に従って、説明する。
Next, the configuration of the 1-alignment optical device 201 will be described in accordance with the direction in which the laser beam travels, similarly to the above.

レーザ出射装置200からのレーザ光を屈折させるため
のハーフプリズム21を、上記反射鏡19の前方に、配
置する。このハーフプリズム21の前方には、レンズ2
1を配置する。さらに。
A half prism 21 for refracting the laser beam from the laser emitting device 200 is arranged in front of the reflecting mirror 19. In front of this half prism 21, a lens 2
Place 1. moreover.

このレンズ21の前方には、レーザ光を縮小投影レンズ
4に入射させるための、反射鏡22を配置する。
In front of this lens 21, a reflecting mirror 22 is arranged to make the laser beam enter the reduction projection lens 4.

次に、ウェハ5上の位置合わせマークに入射したレーザ
光は、上記ウェハ5上の位置合わせマークにおいて回折
されるので、この回折光の進む方向に従って、位置合わ
せ光学袋j[201の構成を。
Next, since the laser light incident on the alignment mark on the wafer 5 is diffracted at the alignment mark on the wafer 5, the configuration of the alignment optical bag j[201 is determined according to the direction in which this diffracted light travels.

説明する。explain.

ハーフプリズム20の前方には、波長λ□のレーザ光を
反射するダイクロイックミラー30を配置する。このダ
イクロイックミラー30の上方には、反射lR41を配
置し、その前方には、波長λ8のレーザ光による、位置
合わせマークの実像31を検出する光電素子33を配置
する。
In front of the half prism 20, a dichroic mirror 30 is arranged to reflect a laser beam of wavelength λ□. A reflection lR41 is arranged above this dichroic mirror 30, and a photoelectric element 33 for detecting a real image 31 of the alignment mark by a laser beam of wavelength λ8 is arranged in front of it.

上記ダイクロイックミラー30の前方には、波長λ、の
レーザ光による、位置合わせマークの実像29を検出す
る光電素子32を配置する。
In front of the dichroic mirror 30, a photoelectric element 32 is arranged to detect a real image 29 of the alignment mark using a laser beam of wavelength λ.

さらに、上記二つの光電素子32.33からの電気信号
を加算し、一つの検出信号35を得るための信号加算器
34を有する。
Furthermore, it has a signal adder 34 for adding the electrical signals from the two photoelectric elements 32 and 33 to obtain one detection signal 35.

なお、ハーフプリズム20、レンズ21、反射鏡22の
三つの要素は、レーザ出射装置200と位置合わせ光学
装置201とに共通の要素である。
Note that the three elements, the half prism 20, the lens 21, and the reflecting mirror 22, are common elements to the laser emitting device 200 and the alignment optical device 201.

レチクル1の下面には、破線2に囲まれた部分に回路パ
ターンが描画されており、また、レチクル位置合わせマ
ーク3a、3bの上方には、それぞれ、レチクル位置検
出装置7a、7bを設けている。
A circuit pattern is drawn on the lower surface of the reticle 1 in a portion surrounded by a broken line 2, and reticle position detection devices 7a and 7b are provided above the reticle alignment marks 3a and 3b, respectively. .

レチクル1の下方には、レチクルのパターンを縮小し、
ウェハ5上に結像するための縮小投影レンズ4を配置す
る。
Below reticle 1, the reticle pattern is reduced,
A reduction projection lens 4 for forming an image on the wafer 5 is arranged.

さらに、縮小投影レンズ4の下方には、図示していない
ステージに乗せた、ウェハ5を配置する。
Further, below the reduction projection lens 4, a wafer 5 is placed on a stage (not shown).

次に、本実施例の作用について、第1図を用いて、簡単
に、説明する。
Next, the operation of this embodiment will be briefly explained using FIG. 1.

まず、後述する。ウェハ位置合わせマーク検出を行ない
、ウェハ5の位置を検出する。つぎに、レチクル上を微
動し、レチクル1上に描画されているレチクル位置合わ
せマーク3a、3bと、レチクル位置検出系7a、7b
とにより、レチクル位置を制御し、目的とする位置にレ
チクル1をあわせる。この結果、レチクル1に描画され
ているパターンが、ウェハ5上に、目的とする位置精度
で重なる。つぎに、レチクルI上方にある露光照明系(
図示せず)により、露光照明光をレチクル1に照射する
。その結果、レチクル1の下面に描画された回路パター
ンは、縮小投影レンズ4により縮小され、ウェハ5上の
チップ6に焼き付けられ、重ね露光が終了する。
First, it will be described later. Wafer alignment mark detection is performed to detect the position of the wafer 5. Next, the reticle alignment marks 3a, 3b drawn on the reticle 1 and the reticle position detection systems 7a, 7b are moved slightly on the reticle.
By controlling the reticle position, the reticle 1 is aligned with the target position. As a result, the pattern drawn on the reticle 1 overlaps on the wafer 5 with the desired positional accuracy. Next, the exposure illumination system (
(not shown), the reticle 1 is irradiated with exposure illumination light. As a result, the circuit pattern drawn on the lower surface of the reticle 1 is reduced by the reduction projection lens 4 and printed onto the chip 6 on the wafer 5, completing the overlapping exposure.

次に1本実施例のウェハ位置合わせマーク検出装置の作
用について、レーザ光の進む方向に従って、第1図によ
り説明する。
Next, the operation of the wafer alignment mark detection device of this embodiment will be explained with reference to FIG. 1 according to the direction in which the laser beam travels.

光源11および12からは、それぞれ、波長λ、および
λ2のレーザ光が出射され、両者はダイクロイックミラ
ー13により、一つの光路上に合わされる。上記レーザ
光は、直線偏光であるから、4分のl波長板14を経て
、円偏光となり、複屈折プリズム15に達する。
Laser beams with wavelengths λ and λ2 are emitted from the light sources 11 and 12, respectively, and both are combined onto one optical path by a dichroic mirror 13. Since the laser beam is linearly polarized, it passes through the quarter-wave plate 14, becomes circularly polarized, and reaches the birefringent prism 15.

このため、上記波長λ1.λ2のレーザ光は、複屈折プ
リズム15を通過することにより、両者とも、それぞれ
、P偏光レーザ17と、S偏光レーザ18とに分岐する
Therefore, the wavelength λ1. By passing through the birefringent prism 15, both of the laser beams of λ2 are branched into a P-polarized laser 17 and an S-polarized laser 18, respectively.

その後、P偏光レーザ17は、光軸上を直進するが、S
偏光レーザ18は、レンズ16を通過することにより、
微小角θだけ屈折し、光軸から離れて直進する。
After that, the P-polarized laser 17 travels straight on the optical axis, but the S
By passing through the lens 16, the polarized laser 18
It is refracted by a small angle θ and moves straight away from the optical axis.

次に、波長λ1のP偏光レーザ17に着目して、更に、
説明を続ける。
Next, focusing on the P-polarized laser 17 with wavelength λ1, further,
Continue explaining.

P偏光レーザエフは、反射鏡19で反射して、ハーフプ
リズム20(半透明プリズムをハーフプリズムと言う)
、レンズ21、反射鏡22を経て、光1s23となり、
縮小レンズ4に達する。
The P-polarized laser beam is reflected by a reflecting mirror 19 and formed into a half prism 20 (a semi-transparent prism is called a half prism).
, passes through the lens 21 and the reflecting mirror 22, and becomes light 1s23,
It reaches the reduction lens 4.

一方、S偏光レーザエ8は、光軸上は通らないが、はぼ
上記と同じ経路をたどって光I/1It24となり縮小
レンズ4に達する。
On the other hand, the S-polarized laser beam 8 does not pass along the optical axis, but follows roughly the same path as above to become light I/1It24 and reach the reduction lens 4.

光線23と光線24とは、第1図(B)に示すように、
ウェハ上の位置合わせマーク25を照明する。
The light rays 23 and 24 are, as shown in FIG. 1(B),
The alignment mark 25 on the wafer is illuminated.

位置合わせマークは、2〜3μm角の凹形または凸形の
パターンで形成されており、レーザ光が当ると、同図中
の破線で示す26および27のような回折光が生じる。
The alignment mark is formed in a concave or convex pattern of 2 to 3 μm square, and when it is irradiated with a laser beam, diffracted lights like 26 and 27 shown by broken lines in the figure are generated.

この回折光は、往路と逆方向に縮小レンズ4、反射鏡2
2を経て、像28として、−度、結像する。この像28
は、更に、レンズ21で拡大され、ハーフプリズム20
.反射fi41を経て、実像29となるヶ すなわち、位置合わせマーク25の位置と、実像29の
位置とは、共役の関係になっており、光線23と24と
で照明された実像29は、同じ位置に結像する。
This diffracted light passes through a reducing lens 4 and a reflecting mirror 2 in the opposite direction to the outward path.
2, the image is formed as an image 28 by − degrees. This statue 28
is further magnified by a lens 21, and a half prism 20
.. After the reflection fi41, the real image 29 becomes the real image 29. In other words, the position of the alignment mark 25 and the position of the real image 29 are in a conjugate relationship, and the real image 29 illuminated by the light beams 23 and 24 is at the same position. image is formed.

ただし、縮小レンズ4には色収差が存在するため、波長
λ1とλ2とのレーザ光では、結像する位置が異なって
いる。
However, since the reduction lens 4 has chromatic aberration, the laser beams of wavelengths λ1 and λ2 form images at different positions.

そこで、中間にダイクロイックミラー30を設け、波長
λ2の光を、反射させて、実像31として結像させる。
Therefore, a dichroic mirror 30 is provided in the middle to reflect the light of wavelength λ2 and form a real image 31.

そして、二つの実像29および31は、別々の光電素子
32.33で検出し、電気信号に変換した後、信号加算
器34で加算することにより、レジスト内での干渉の影
響を除去した、一つの検出信号35を得ることができる
The two real images 29 and 31 are detected by separate photoelectric elements 32 and 33, converted into electrical signals, and then added together by a signal adder 34 to remove the influence of interference within the resist. Two detection signals 35 can be obtained.

この検出信号35を、予め記憶させているステージの基
準マーク(図示していない)の信号と比較し、ウェハの
位置合わせマーク25の位置と。
This detection signal 35 is compared with a signal from a pre-stored reference mark (not shown) on the stage, and the position of the alignment mark 25 on the wafer is determined.

ステージの基準マークの位置とを一致させることにより
、ウェハ位置合わせは終了する。
Wafer alignment is completed by matching the position of the reference mark on the stage.

次に、波長λ、またはλ2のレーザ光の光路を第2図を
用いて、説明する。
Next, the optical path of the laser beam of wavelength λ or λ2 will be explained using FIG. 2.

第2図(A)は、P偏光レーザ光17の光路を示し、第
2図(B)は、S偏光レーザ売上8の光路を示している
FIG. 2(A) shows the optical path of the P-polarized laser beam 17, and FIG. 2(B) shows the optical path of the S-polarized laser beam 8.

第2図(A)に示すように、4分の工波長板14に入射
した平行レーザ光は、複屈折プリズム15を通ることに
より、P偏光レーザ光17とS偏光レーザ光18とに分
岐される。
As shown in FIG. 2(A), the parallel laser beam incident on the quarter wave plate 14 is split into a P-polarized laser beam 17 and an S-polarized laser beam 18 by passing through a birefringent prism 15. Ru.

P偏光レーザ光17は直進し、レンズ16とレンズ21
を経て、縮小レンズ4の入射瞳40に集光する。
The P-polarized laser beam 17 travels straight through the lens 16 and the lens 21.
The light is then focused on the entrance pupil 40 of the reduction lens 4.

その後、ウェハ5に、入射角零度で、照射される。Thereafter, the wafer 5 is irradiated with an incident angle of zero degrees.

一方、S偏光レーザ18は、レンズ16を通過し、微小
角θだけ屈折して進行し、さらに、レンズ21により屈
折し、倣28の位置を通って、入射瞳4工に集光した後
、平行光となって、ウエノ)5上に、所定の入射角で、
斜めに照射する。
On the other hand, the S-polarized laser 18 passes through the lens 16, is refracted by a small angle θ, and then travels, is further refracted by the lens 21, passes through the position of the copy 28, and is focused on the entrance pupil 4, and then It becomes parallel light, and at a predetermined angle of incidence on Ueno) 5,
Irradiate diagonally.

位置合わせマーク25と像28の位置とは、共役の関係
にあり、レーザ光が倣28の位置を過つているので、ウ
ェハ5上の位置合わせマーク25を照明することができ
る。
The positions of the alignment mark 25 and the image 28 are in a conjugate relationship, and since the laser beam passes the position of the copy 28, the alignment mark 25 on the wafer 5 can be illuminated.

この場合、ウェハ5上を照明する2つのレーザ光は、1
つのレーザ光を分岐したものであるから、一般には、ウ
ェハ5上で干渉を起こし、激しい照明むらが生じる。
In this case, the two laser beams illuminating the wafer 5 are 1
Since the two laser beams are branched, interference generally occurs on the wafer 5, resulting in severe illumination unevenness.

この現象を回避するために、本実施例においては、複屈
折プリズム15が、円偏光を、S偏光とP偏光とに分岐
する性質を利用する。
In order to avoid this phenomenon, this embodiment utilizes the property of the birefringent prism 15 to split circularly polarized light into S-polarized light and P-polarized light.

すなわち、第2図(A)では、P偏光レーザをウェハ5
上に、第2図(B)では、S偏光レーザをウェハ5上に
、それぞれ照射している。このようにしたのは、P偏光
レーザとS偏光レーザとは、振動面が異なるため、同時
に照明しても、互いに干渉しないからである。
That is, in FIG. 2(A), the P-polarized laser is applied to the wafer 5.
Above, in FIG. 2(B), the wafer 5 is irradiated with an S-polarized laser. This is because the P-polarized laser and the S-polarized laser have different vibration planes, so even if they are illuminated at the same time, they do not interfere with each other.

従って、一つのレーザ光を分岐して、見かけ上二つのレ
ーザ光として、使用することができる。
Therefore, one laser beam can be split and used as two apparently laser beams.

(以下 余白) 次に、本実施例の位置合わせマーク検出方式の原理と、
理論的背景とを第4図を用いて、説明する。
(Hereinafter referred to as margin) Next, the principle of the alignment mark detection method of this embodiment,
The theoretical background will be explained using FIG.

特開平01−86518号公報の記載によれば、照明光
は、互いに、約27nm波長の異なった4つのレーザ光
で照明することが望ましいことが示されている。
According to the description in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 01-86518, it is shown that it is desirable to use four laser beams having different wavelengths of about 27 nm as the illumination light.

この従来技術に従い、第1図(B)における入射光とし
て、互いに、27nmだけ異なった波長λ0.λ1′ 
 λ2.λ2′のレーザを用い、各波長の回折光を合成
して、検出すればよいのであるが、4個のレーザ光源が
必要なため、装置が高価になる。
According to this prior art, the incident light in FIG. 1(B) has a wavelength λ0. λ1'
λ2. It would be possible to combine and detect the diffracted light of each wavelength using a λ2' laser, but since four laser light sources are required, the apparatus becomes expensive.

そこで、位置合わせマークに対する、垂直入射光23と
して、λ1.λ2の波長のレーザを用い、回折光26を
検出すると共に、傾斜させた入射光24にも、λ1.λ
2の波長のレーザを用い、回折光27を検出する。
Therefore, as the vertically incident light 23 to the alignment mark, λ1. Using a laser with a wavelength of λ2, the diffracted light 26 is detected, and the incident light 24 which is inclined is also detected with a wavelength of λ1. λ
The diffracted light 27 is detected using a laser having a wavelength of 2.

この傾斜させた入射光24により、見かけ上λ1  λ
2′の波長の光を、垂直入射光23として照射し、回折
光26を検出したものと同じ効果を得ることができる。
Due to this inclined incident light 24, the apparent λ1 λ
The same effect as that obtained by irradiating light with a wavelength of 2' as vertically incident light 23 and detecting diffracted light 26 can be obtained.

以上が1本実施例の位置合わせマーク検出方式の原理で
ある。
The above is the principle of the alignment mark detection method of this embodiment.

上記原理を、位置合わせマークの段差と、レジスト厚さ
との影響に着目して説明する。
The above principle will be explained by focusing on the influence of the step of the alignment mark and the resist thickness.

初めに、パターン段差の影響に着目して、上記原理を説
明する。
First, the above principle will be explained, focusing on the influence of pattern steps.

第4図は、第1図(A)の位置合わせマーク25の上に
、レジスト52を塗布したものの断面を示す。
FIG. 4 shows a cross section of a resist 52 coated on the alignment mark 25 of FIG. 1(A).

光線53は、位置合わせマークの上面で回折したもので
あり、光線54は1位置合わせマークの下面で回折した
ものである。両者の光線の位相差δ1は次式で表わされ
る。
Ray 53 is diffracted on the top surface of the alignment mark, and ray 54 is diffracted on the bottom surface of one alignment mark. The phase difference δ1 between the two light beams is expressed by the following equation.

ただし、sinθ、’ =sinθ2+□zP ここで、hはパターン段差、pはパターンのピッチ、n
2はレジストの屈折率である。
However, sin θ,' = sin θ2 + □zP where h is the pattern step, p is the pattern pitch, n
2 is the refractive index of the resist.

θ=Oの場合、波長λ1およびλ1′で照明した時の位
相差をδ1゜およびδ□。 とすると、次式となる。
When θ=O, the phase difference when illuminating with wavelengths λ1 and λ1' is δ1° and δ□. Then, the following equation is obtained.

zP zP 一方、波長λ1、入射角θ21、照明した時の位相差を
61□とすると次式となる。
zP zP On the other hand, when the wavelength λ1, the incident angle θ21, and the phase difference when illuminated are 61□, the following equation is obtained.

ただし、sinθ2□’ =sinθ2□+−〜−・・
・(5)zP ここで、δ11=δ1゜′とすると 1 2 sinθ□□’  =−sinθ21        
・・・(8)L 式(5)〜(8)を用いて、波長λ、で照明した時のθ
、1.θ2□、θ21.θ1□ を求めることができる
However, sinθ2□' = sinθ2□+-~-・・
・(5)zP Here, if δ11=δ1゜', then 1 2 sinθ□□' =-sinθ21
...(8) L Using equations (5) to (8), θ when illuminated with wavelength λ
, 1. θ2□, θ21. θ1□ can be found.

すなわち、レジストの上からθ、□の入射角で、波長λ
1の光を照射し、回折角θ1□′の回折光を検出すれば
、波長λ1 の光を垂直に照射して、その時の回折光を
検出したのと同じ効果が得られることがわかる。
In other words, at an incident angle of θ, □ from the top of the resist, the wavelength λ
1 and detecting the diffracted light with a diffraction angle of θ1□', it can be seen that the same effect as that of vertically irradiating light with wavelength λ1 and detecting the diffracted light at that time can be obtained.

同様にして、波長λ2で照明した時の値も求めることが
できる。
Similarly, the value when illuminated with wavelength λ2 can also be determined.

λ1=0.488μ厘、 λ、 = 0.543μ麿、
 P、=5μLn1=1、n、=1.64とした時の上
記の値を上式から求めた結果を、第13図に示す。
λ1 = 0.488μ, λ, = 0.543μ,
FIG. 13 shows the results obtained from the above equation when P,=5 μLn1=1, and n,=1.64.

なお、波長0.488μ朧のレーザとしては、Arレー
ザを用い、波長0.543μmのレーザとしては、He
 −N eレーザを用いる。
Note that an Ar laser was used as the laser with a wavelength of 0.488 μm, and a He laser was used as the laser with a wavelength of 0.543 μm.
-Ne laser is used.

第工3図に示すように、上記の2つの波長λ1、λ2の
レーザ光を垂直および27.51度傾けて、位置合わせ
マークを照射し、第1図(B)に示す回折光26.27
を検出することにより、波長0.4B8 。
As shown in Fig. 3, the above two laser beams of wavelengths λ1 and λ2 are tilted vertically and 27.51 degrees to irradiate the alignment mark, and the diffracted light 26.27 shown in Fig. 1(B) is
By detecting the wavelength 0.4B8.

0.515.0.543.0.570μ息の四つのレー
ザ光で照明したのと同じ効果が得られることがわかる。
It can be seen that the same effect as illuminating with four laser beams of 0.515, 0.543, and 0.570μ can be obtained.

次に、レジスト厚さの影響に着目して、第5図を用いて
説明する。
Next, focusing on the influence of resist thickness, explanation will be given using FIG. 5.

第5図は1位置合わせマーク25の上に、レジスト52
が塗布された状態を示したものである。
FIG. 5 shows a resist 52 on top of the first alignment mark 25.
This figure shows the state in which it has been applied.

光線55が、角度θ、で入射すると、点Aに達し、回折
光56を生ずる。一方1点Aでの0次回折光(正反射光
)はAからBを経て、Cを照射し、回折光57を生じ、
その結果、光線56と57とが干渉する。
When light ray 55 is incident at angle θ, it reaches point A and produces diffracted light 56. On the other hand, the 0th order diffracted light (regularly reflected light) at one point A passes from A to B and irradiates C, producing diffracted light 57,
As a result, beams 56 and 57 interfere.

両者の位相差E1は1次式で表わされる。The phase difference E1 between the two is expressed by a linear equation.

2π t□=   n2d(AB+BC−AH)λ ただし、sinθ2’ =sinθ2十−nスp ここで、dはレジスト厚さ、n2はレジストの屈折率で
ある。
2π t□=n2d(AB+BC-AH)λ However, sin θ2'=sin θ2+nsp Here, d is the resist thickness, and n2 is the refractive index of the resist.

θ、=Oの場合、波長λ、およびλ1′で照明した時の
位相差をε1゜およびE□。′とすると、これらは、次
式で表わされる。
When θ,=O, the phase difference when illuminated with wavelengths λ and λ1' is ε1° and E□. ′, these are expressed by the following equation.

一方、波長λ8、入射角θ21で照明した時の位相差を
、ε、1とすると次式となる。
On the other hand, if the phase difference when illuminated with a wavelength λ8 and an incident angle θ21 is ε, 1, the following equation is obtained.

・・・(12) λま ただし、sinθ2□’ =sinθ2□+□zP ・・・(13) ここで、ε□、=ε、。′とすると λ。...(12) λma However, sinθ2□’ = sinθ2□+□zP ...(13) Here, ε□,=ε,. ′ λ.

1 z sinθz1′=   sinθ21       ・
・・(16)1 式(13)〜(16)を用いて、波長λ1で照明した時
のθ、1.θ21.θ21   θ□、 を求めること
ができる。
1 z sinθz1'= sinθ21 ・
...(16)1 Using equations (13) to (16), θ when illuminated with wavelength λ1, 1. θ21. θ21 θ□, can be obtained.

同様にして、波長λ2で照明した時の値も求めることが
できる。
Similarly, the value when illuminated with wavelength λ2 can also be determined.

λ、 = 0.488 μL  λ、、=0.543μ
m、  p = 5 μya、n工=1.n、=1.6
4とした時の上記の値を上式から求めた結果を第14図
に示す。
λ, = 0.488 μL λ,, = 0.543μ
m, p = 5 μya, n engineering = 1. n,=1.6
FIG. 14 shows the results obtained from the above equation when the value is set to 4.

第14図に示すように、上記の波長のレーザを、垂直お
よび24.81度傾けてレジスト付位置合わせマークを
照射し、第1図(B)の回折光26゜27を検出するこ
とにより、波長0.48g、 0.515゜0.543
.0.570μmのレーザ光で照明したのと同じ効果が
得られることがわかる。
As shown in FIG. 14, by irradiating the registered alignment mark vertically and at an angle of 24.81 degrees with a laser of the above wavelength, and detecting the diffracted light 26°27 in FIG. 1(B), Wavelength 0.48g, 0.515°0.543
.. It can be seen that the same effect as illumination with a 0.570 μm laser beam can be obtained.

以上を総合すると、波長0.488μ鵡および0.54
3μmのレーザ光を、垂直および約26°傾けて、位置
合わせマークを照射する構造にすれば、四っレーザ光源
を用いなくてもよいことがわかる。
Putting all the above together, the wavelength is 0.488μ and 0.54μ
It can be seen that if the structure is such that the alignment mark is irradiated with a 3 μm laser beam vertically and at an angle of about 26 degrees, it is not necessary to use four laser light sources.

波長0.488μかのレーザはArレーザにより、また
、波長0.543μ鯵のレーザはHe−Neレーザによ
り容易に得られるので実現し易い。
A laser with a wavelength of 0.488 .mu.m can be easily obtained by an Ar laser, and a laser with a wavelength of 0.543 .mu.m can be easily obtained by a He-Ne laser, so that they are easy to realize.

次に、本実施例の検出装置を用いて、位置合わせマーク
を検出した場合の検出信号の表示状態を、第3図に示す
Next, FIG. 3 shows a display state of a detection signal when an alignment mark is detected using the detection device of this embodiment.

第3図(A)は、第1図(A)での検出信号35を、T
Vモニタ50にデイスプレーしたものであり、第1図(
B)での位置合わせマーク25が、明信号51として現
われている。
FIG. 3(A) shows the detection signal 35 in FIG. 1(A) at T
It is displayed on the V monitor 50, as shown in Figure 1 (
The alignment mark 25 in B) appears as a bright signal 51.

第3図(B)は、走査線の信号を示したもので、横軸は
X座標、縦軸は電圧■である。この信号の中央値を求め
て、ウェハ上の位置合わせマークの位1fXOとする。
FIG. 3(B) shows the signal of the scanning line, where the horizontal axis is the X coordinate and the vertical axis is the voltage ■. The median value of this signal is determined and taken as the position 1fXO of the alignment mark on the wafer.

このウェハ上の位置合わせマークの位置x0を。The position x0 of the alignment mark on this wafer.

予め記憶させているステージの基準マークの位置(図示
していない)と比較し、上記二つのマークの位置を一致
させることにより、ウェハ位置合わせは終了する。
The wafer alignment is completed by comparing the positions of the reference marks (not shown) on the stage stored in advance and matching the positions of the two marks.

次に、第6図を用いて、上記レーザ光を照射した場合の
、ウェハ上の位置合わせマークのパターン段差りと、第
4図に示した回折光53.54の干渉強度との関係を示
す。
Next, using FIG. 6, we will show the relationship between the pattern step of the alignment mark on the wafer and the interference intensity of the diffracted light 53 and 54 shown in FIG. 4 when the above laser beam is irradiated. .

第6図(A)は、第1図(B)において、波長0.48
8μ厘のレーザ光を入射光23として入射し、回折光2
6のみを検出した場合を示す。
Figure 6 (A) is different from the wavelength 0.48 in Figure 1 (B).
A laser beam of 8μ is incident as incident light 23, and diffracted light 2
The case where only 6 is detected is shown.

横軸60は、ウェハ上の位置合わせマークのパターン段
差の値であり、縦軸61は回折光検出値である。
The horizontal axis 60 is the value of the pattern step of the alignment mark on the wafer, and the vertical axis 61 is the detected value of the diffracted light.

同図に示すように1回折光検出値61は、パターン段差
の値60の影響を大きく受け、0.0〜1.0の間で変
動している。回折光検出値61が0.0ということは、
パターン回折光信号がOになることを意味するから、ウ
ェハ上の位置合わせマークの検出が不可能になってしま
う。
As shown in the figure, the first diffracted light detection value 61 is greatly influenced by the pattern step value 60 and fluctuates between 0.0 and 1.0. The fact that the diffracted light detection value 61 is 0.0 means that
Since this means that the pattern diffraction light signal becomes O, it becomes impossible to detect the alignment mark on the wafer.

これに対し、第6図(B)は、2波長レーザを照射し、
2つの回折光26.27を検出した場合を示す。
On the other hand, in FIG. 6(B), irradiating with a two-wavelength laser,
The case where two diffracted lights 26 and 27 are detected is shown.

同図より、本実施例によれば、パターン段差が変化して
も、回折光検出値61の変動が少なくなっており、ウェ
ハ上の位置合わせマークの検出が可能であることがわか
る。
From the figure, it can be seen that according to this example, even if the pattern step changes, the variation in the detected diffraction light value 61 is small, and it is possible to detect the alignment mark on the wafer.

以上は、パターン段差りを変化させた場合であるが、レ
ジスト厚さdを変化させた場合にも同様である。
The above is a case where the pattern step difference is changed, but the same applies when the resist thickness d is changed.

第7図は、レジスト塗布むらのあるパターンを検出した
時の5回折光検出値号を示す。
FIG. 7 shows the five diffraction light detection values when a pattern with uneven resist coating is detected.

横軸は、第1図(B)に示す矢印Xの方向に相当し、縦
軸は検出した信号電圧である6第7図(A)、(B)は
、波長0.488 p mのレーザ光で照明した時の、
2つの回折光のそれぞれの検出信号、同(C)、(D)
は、波長0.543 p rrrのレーザ光で照明した
時の、2つの回折光のそれぞれの検出信号、同(E)は
、(A)〜(D)の平均値である。
The horizontal axis corresponds to the direction of arrow When illuminated with light,
Detection signals of two diffracted lights, (C) and (D)
are the respective detection signals of two diffracted lights when illuminated with a laser beam having a wavelength of 0.543 p rrr, and (E) is the average value of (A) to (D).

これらの図から、それぞれの検出信号は非対称であるこ
とがわかるが、平均化したものは対称となっており、本
実施例の効果が表われていることがわかる。
From these figures, it can be seen that the respective detection signals are asymmetrical, but the averaged signals are symmetrical, and it can be seen that the effect of this embodiment is manifested.

以上の実施例では、第1図(A)において、照射光を傾
ける手段として、複屈折プリズム15を使用したが、複
屈折プリズムの代わりに、ガルバミラーを設けてもよい
In the above embodiment, the birefringent prism 15 was used as a means for tilting the irradiated light in FIG. 1(A), but a galvanic mirror may be provided instead of the birefringent prism.

この場合、初めに、光軸上を進む光線により。In this case, first, by a ray of light traveling on the optical axis.

位置合わせマークを照明し、検出し、その検出画像をメ
モリに記録する。次に、ガルバミラーを傾斜させ、斜め
から、レーザ光を照射して、回折光を検出し、その検出
画像をメモリに記録し、先にメモリに記録した画像と重
ね合わせることによって、画像を検出する。
The alignment mark is illuminated and detected, and the detected image is recorded in memory. Next, the galvanic mirror is tilted, laser light is irradiated from an angle, the diffracted light is detected, the detected image is recorded in memory, and the image is detected by superimposing it with the image previously recorded in memory. do.

さらに、照射光を傾ける手段として、AO変向器、EO
変向器または薄膜デバイスを用いてもよい。
Furthermore, as means for tilting the irradiated light, an AO deflector, an EO
A deflector or thin film device may also be used.

また、以上は、すべて位置合わせマークからの回折光を
検出する方式を説明したが、照射光を傾ける手段として
複屈折プリズムを使用し、位置合わせマークからの正反
射光を検出し、位置合わせマーク像を求め、その位置合
わせマークの位置を求めてもよい。
In addition, although all of the above explained the method of detecting the diffracted light from the alignment mark, a birefringent prism is used as a means to tilt the irradiated light, and the specularly reflected light from the alignment mark is detected. An image may be determined and the position of its alignment mark may be determined.

以上は、一つの位置合わせマークの検出光学系を説明し
たが、実際の使用に当っては、これと直角方向に配置し
た、もう一つの位置合わせマーク36(第1図参照)を
検出する光学系が必要である。これは、これまで説明し
た光学系を、単に。
The above has described the optical system for detecting one alignment mark, but in actual use, an optical system for detecting another alignment mark 36 (see Fig. 1) placed perpendicular to this is used. A system is necessary. This is simply the optical system described so far.

直角方向に設ければ実現できる。This can be achieved by installing it in a right angle direction.

次に、第2の実施例として、第1の実施例にかかる位置
合わせマーク検出装置を用いた位置合わせ装置、および
、投影露光装置を、第■6図に示す。
Next, as a second embodiment, an alignment apparatus and a projection exposure apparatus using the alignment mark detection apparatus according to the first embodiment are shown in FIG.

同図において、露光照明用光源73の下方には、露光軸
72を一致させて、原画パターンが描画されているレチ
クル1、縮小レンズ4が配置され、さらに、縮小投影レ
ンズ4の下方には1回転ステージ70を上に乗せたXY
ステージが配置される。
In the figure, a reticle 1 on which an original image pattern is drawn and a reduction lens 4 are arranged below an exposure illumination light source 73 with the exposure axis 72 coincident with each other, and a reduction lens 4 is arranged below the reduction projection lens 4. XY with rotating stage 70 placed on top
The stage is placed.

回転ステージ70の上には、ウェハ5が置かれる。The wafer 5 is placed on the rotation stage 70.

また、位置合わせマーク検出のために、レーザ出射装置
と位置合わせ光学装置が、第1実施例と同様の構成で配
置される。
Further, in order to detect alignment marks, a laser emitting device and an alignment optical device are arranged in the same configuration as in the first embodiment.

本実施例の作用を、次に示す。The operation of this embodiment will be described below.

レチクル位置検出系7a、、7bにより、レチクル1の
所定位置を露光軸72に合わせる。次に、回転ステージ
70とXYステージ71の基準マークを所定位置に合わ
せ、この位置を位置合わせ修正装置に記憶させる。その
後、実施例1に記載された方法でウェハ5の位置合わせ
マークを検出し、この検出信号を位置合わせ修正装置に
送る。この検出信号を、予め記憶させた回転ステージ7
0とXYステージ71との基準マークの位置の検出信号
と一致させるように、図示していない駆動装置により、
上記二つのステージを微動する。
A predetermined position of the reticle 1 is aligned with the exposure axis 72 by the reticle position detection systems 7a, 7b. Next, the reference marks of the rotation stage 70 and the XY stage 71 are aligned to predetermined positions, and these positions are stored in the alignment correction device. Thereafter, the alignment mark on the wafer 5 is detected by the method described in Example 1, and this detection signal is sent to the alignment correction device. The rotation stage 7 stores this detection signal in advance.
0 and the reference mark position of the XY stage 71 by a drive device (not shown).
Slightly move the above two stages.

そして、レチクルlに描画された回路パターンは、露光
照明光により照明されることにより、縮小投影レンズ4
で縮小され、ウェハ5上のチップの所定の位置に焼き付
けられる。
The circuit pattern drawn on the reticle L is illuminated by the exposure illumination light, so that the circuit pattern drawn on the reticle L is illuminated by the reduction projection lens 4.
is reduced in size and printed onto a predetermined position of the chip on the wafer 5.

この結果、従来法では0.1〜0.3μm程度の検出ず
れが発生することがあるが、本実施例に係る装置を用い
ることにより、0.03μm程度の検出ずれに押えられ
る。
As a result, in the conventional method, a detection deviation of about 0.1 to 0.3 μm may occur, but by using the device according to this embodiment, the detection deviation can be suppressed to about 0.03 μm.

次に、第3の実施例として、第2の実施例を用いた半導
体製造プラントを、第15図に示す。
Next, as a third embodiment, a semiconductor manufacturing plant using the second embodiment is shown in FIG.

同図に示すように、本実施例の半導体製造プラントにお
いては1回路設計から始まり、封止作業をもって全工程
が終了する。
As shown in the figure, in the semiconductor manufacturing plant of this embodiment, the entire process begins with one circuit design and ends with a sealing operation.

本実施例の特徴は、ウェハ上に塗布したレジストに、レ
チクルに描画されたパターンを露光する装置にあり、他
の装置は、従来から用いられている装置を用いる。
The feature of this embodiment is an apparatus that exposes a resist coated on a wafer with a pattern drawn on a reticle, and the other apparatuses used are those conventionally used.

一般に、半導体は、上記露光工程を何度も繰り返して製
造されるのであり、その際、本実施例では、レチクルに
描画した拡大寸法のパターンの縮小像を、ウェハ上に投
影結像して、露光する。
Generally, semiconductors are manufactured by repeating the above exposure process many times, and in this example, a reduced image of an enlarged pattern drawn on a reticle is projected onto a wafer and formed. Expose.

この縮小投影露光工程のおいて、第1実施例記載の位置
合わせマーク検出装置を用いる。
In this reduction projection exposure step, the alignment mark detection device described in the first embodiment is used.

上記位置合わせマーク検出装置を用いることにより、従
来のように四つのレーザ光源を必要とせず、二つのレー
ザ光源のみでよく、構造が簡素化され、半導体製造プラ
ントの小型化が図れる。
By using the above-described alignment mark detection device, only two laser light sources are required instead of four laser light sources as in the conventional method, and the structure is simplified and the size of the semiconductor manufacturing plant can be reduced.

[発明の効果コ 本発明に係る位置合わせマーク検出装置によれば、一つ
の照明光を入射すれば、識別可能な二つの照明光として
分離されるので、光源の数は、従来の位置合わせマーク
検出装置の光源の半数でよく、構造が簡素化され、小形
化と価格の低減が図れる。
[Effects of the Invention] According to the alignment mark detection device according to the present invention, when one illumination light is incident, it is separated into two distinguishable illumination lights, so the number of light sources is smaller than that of the conventional alignment mark. Only half the number of light sources in the detection device is required, the structure is simplified, and miniaturization and cost reduction can be achieved.

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

第1図は本発明の第1実施例を示す要部を拡大した斜視
図図、第2図は第1実施例における光路を説明するため
の説明図、第3図は検出された画像を示す説明図、第4
,5図は第1実施例の原理を示す説明図、第6,7図は
第1実施例の効果を示す説明図、第8〜12図は従来技
術を説明する図、第13.14図は第1実施例の解析式
に数値を代入して結果を求めた表、第15図は第3の実
施例を示す工程図、第I6図は第2の実施例を示す斜視
図である。 1・・・レチクル、2・・・回路パターンを示す領域、
3a、3b・・・レチクル位置合わせマーク、4・・・
縮小投影レンズ、5・・・ウェハ、11.12・・・レ
ーザ光源、13.30−・・ダイクロイックミラー、1
4・・4分の1波長板、工5・・・複屈折プリズム、1
7・・・P偏光レーザ光、18・・・S偏光レーザ光、
20・・ハーフプリズム、23・・・垂直入射光、24
・・・傾斜させた入射光、25・・ウェハ位置合わせマ
ーク、26.27,53,54,56,57・・・回折
光、29.31・・・実像、32,33・・・光電素子
、50・・・TVモニタ、60・・・ウェハ上の位置合
わせマークのパターン段差、61・・・回折光検出値、
200・・・レーザ出射装置、201・・・位置合わせ
光学装置、102・・・単波長照明光、106・・・ハ
ーフミラ−109・・・レジスト、110・・・マーク
部分、111・・・レジスト部分
Fig. 1 is an enlarged perspective view of the main part showing the first embodiment of the present invention, Fig. 2 is an explanatory diagram for explaining the optical path in the first embodiment, and Fig. 3 shows a detected image. Explanatory diagram, 4th
, 5 are explanatory diagrams showing the principle of the first embodiment, Figures 6 and 7 are explanatory diagrams showing the effects of the first embodiment, Figures 8 to 12 are diagrams explaining the prior art, and Figures 13 and 14. 15 is a process chart showing the third embodiment, and FIG. I6 is a perspective view showing the second embodiment. 1... Reticle, 2... Area showing a circuit pattern,
3a, 3b...Reticle alignment mark, 4...
Reduction projection lens, 5... Wafer, 11.12... Laser light source, 13.30-... Dichroic mirror, 1
4... Quarter wavelength plate, 5... Birefringent prism, 1
7...P polarized laser light, 18...S polarized laser light,
20...Half prism, 23...Vertical incident light, 24
... Inclined incident light, 25... Wafer alignment mark, 26.27, 53, 54, 56, 57... Diffracted light, 29.31... Real image, 32, 33... Photoelectric element , 50... TV monitor, 60... Pattern step difference of alignment mark on wafer, 61... Diffraction light detection value,
200... Laser emission device, 201... Positioning optical device, 102... Single wavelength illumination light, 106... Half mirror - 109... Resist, 110... Mark portion, 111... Resist part

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、原画パターンをウェハに露光する投影露光装置にお
ける、ウェハ上の位置合わせマークを検出する装置にお
いて、 少なくとも二つの、波長の異なる照明光を、各波長の光
ごとに、識別可能な第一の光と第二の光とに分離する手
段と、 上記第一の光と第二の光とについて、位置合わせマーク
への入射角を異ならせる手段と、位置合わせマークから
の回折光を検出する手段とを、 含むことを特徴とする位置合わせマーク検出装置。 2、原画パターンをウェハに露光する投影露光装置にお
ける、ウェハ上の位置合わせマークを検出する装置にお
いて、 少なくとも二つの、波長の異なる照明光を円偏光にする
手段と、 該円偏光にした照明光を、S偏光とP偏光とに分岐する
手段と、 上記S偏光とP偏光とにした光の、位置合わせマークへ
の入射角を異ならせる手段と、 位置合わせマークからの反射光を検出する手段とを、 含むことを特徴とする位置合わせマーク検出装置。 3、少なくとも二つの、波長の異なる照明光を、各波長
の光ごとに、識別可能な第一の光と第二の光とに分離す
る手段として、複屈折プリズムを用い、互いに光路の異
なる、S偏光とP偏光とにすることを特徴とする請求項
1記載の位置合わせマーク検出装置。 4、請求項1、2または3記載の位置合わせマーク検出
装置を含む、レチクルとウェハとの位置合わせ装置。 5、請求項4記載の位置合わせ装置を含む投影露光装置
。 6、原画パターンをウェハに露光する投影露光装置にお
ける、ウェハ上の位置合わせマークを検出する方法にお
いて、 少なくとも二つの、波長の異なる出射光を、各波長の光
ごとに、識別可能な第一の光と第二の光とに分離し、 上記第一の光と第二の光とについて、位置合わせマーク
への入射角を異ならせ、 位置合わせマークからの回折光を検出し、 位置合わせマークを検出することを特徴とする位置合わ
せマーク検出方法。 7、ウェハ上の位置合わせマークを検出する際に、二つ
の波長の異なるレーザ光を複屈折プリズムを用いて、互
いに光路の異なるS偏光とP偏光とに分岐し、 上記S偏光とP偏光との、位置合わせマークへの入射角
を異ならせ、 位置合わせマークからの反射光を検出し、 位置合わせマークを検出することを特徴とする位置合わ
せマーク検出方法。 8、請求項1、2、3、4、5または6記載の位置合わ
せマーク検出装置を含むことを特徴とする半導体製造プ
ラント。
[Claims] 1. In a device for detecting alignment marks on a wafer in a projection exposure apparatus that exposes an original image pattern onto a wafer, at least two illumination lights of different wavelengths are emitted, one for each wavelength, means for separating the first light and second light into distinguishable light; means for causing the first light and the second light to have different incident angles to the alignment mark; An alignment mark detection device comprising: means for detecting diffracted light. 2. In a device for detecting alignment marks on a wafer in a projection exposure apparatus that exposes an original image pattern onto a wafer, means for converting at least two illumination lights of different wavelengths into circularly polarized light; and the illumination light made into circularly polarized light. means for splitting the light into S-polarized light and P-polarized light; means for making the incident angles of the S-polarized light and P-polarized light different on the alignment mark; and means for detecting reflected light from the alignment mark. An alignment mark detection device comprising: 3. A birefringent prism is used as a means for separating at least two illumination lights of different wavelengths into distinguishable first light and second light for each wavelength, and the optical paths are different from each other. 2. The alignment mark detection device according to claim 1, wherein the alignment mark detection device uses S-polarized light and P-polarized light. 4. An apparatus for aligning a reticle and a wafer, comprising the alignment mark detection apparatus according to claim 1, 2 or 3. 5. A projection exposure apparatus comprising the positioning apparatus according to claim 4. 6. In a method for detecting alignment marks on a wafer in a projection exposure apparatus that exposes an original pattern onto a wafer, at least two emitted lights of different wavelengths are separated into a first distinguishable light beam of each wavelength. Separate the light and second light, make the first light and second light have different incident angles to the alignment mark, detect the diffracted light from the alignment mark, and mark the alignment mark. An alignment mark detection method characterized by detecting an alignment mark. 7. When detecting alignment marks on a wafer, two laser beams with different wavelengths are split into S-polarized light and P-polarized light with different optical paths using a birefringent prism, and the S-polarized light and P-polarized light are An alignment mark detection method characterized by detecting the alignment mark by varying the incident angle of the light onto the alignment mark and detecting the reflected light from the alignment mark. 8. A semiconductor manufacturing plant comprising the alignment mark detection device according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6.
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