JPH04321214A - Position detector - Google Patents

Position detector

Info

Publication number
JPH04321214A
JPH04321214A JP3115499A JP11549991A JPH04321214A JP H04321214 A JPH04321214 A JP H04321214A JP 3115499 A JP3115499 A JP 3115499A JP 11549991 A JP11549991 A JP 11549991A JP H04321214 A JPH04321214 A JP H04321214A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
reticle
mark
alignment
wafer
wavelength
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3115499A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tsuneo Kanda
神田 恒雄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP3115499A priority Critical patent/JPH04321214A/en
Publication of JPH04321214A publication Critical patent/JPH04321214A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE:To obtain a position detector which can accurately detect a position by using a plurality of positional information obtained by luminous fluxes having different spectral characteristics of detecting positions of alignment marks and imaging means on a mask. CONSTITUTION:When imaging means 14 and alignment marks 5 of a second article are position-detected through a projection lens 1 for projecting a pattern on a first article on the second article, alignment images based on a plurality of luminous fluxes having different spectral distributions are sequentially formed on the means 14 by using an illumination system having a wavelength selecting means 12 having a variable wavelength range. Positional information of the alignment mark images based on the plurality of the fluxes formed on the means 14 are respectively stored in memory means, and the plurality of the positional information stored in the memory means are utilized.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は位置検出装置に関し、特
に投影レンズによりレチクル面(第1物体面)上の電子
回路パターンをウエハ面(第2物体面)に投影転写する
際にウエハと、該ウエハに対して光学的に共役関係にあ
り、該レチクルと予め位置合わせがなされている撮像手
段との相対的な位置検出を行なう半導体素子製造用の露
光装置に好適な位置検出装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a position detection device, and in particular, when an electronic circuit pattern on a reticle surface (first object surface) is projected and transferred onto a wafer surface (second object surface) using a projection lens. The present invention relates to a position detection device suitable for an exposure apparatus for manufacturing semiconductor devices, which detects the relative position of an imaging means that is in an optically conjugate relationship with the wafer and is aligned with the reticle in advance. be.

【0002】0002

【従来の技術】従来より半導体素子製造用の露光装置に
おいて、レチクルとウエハとの相対的な位置検出(アラ
イメント)を行なう一方法に投影レンズを介して行なう
TTL方式がある。このTTL方式には更に所謂on−
Axis方式とoff−Axis方式の2方式がある。 これら2つの方式の位置検出装置では多くの場合、単色
光又は半値全幅を数nmに狭めた光束を位置検出の際の
アライメントマークの観察用照明光(アライメント光)
として用いている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in exposure apparatuses for manufacturing semiconductor devices, one method for detecting the relative position (alignment) between a reticle and a wafer is a TTL method using a projection lens. This TTL method further includes the so-called on-
There are two methods: the Axis method and the off-Axis method. In most cases, these two types of position detection devices use monochromatic light or a light beam whose full width at half maximum is narrowed to several nanometers as illumination light for observing alignment marks during position detection (alignment light).
It is used as

【0003】このように従来の位置検出装置では使用す
る光束の波長幅が狭い為、例えばレジストを塗布したウ
エハ面上のアライメントマークを観察する際、レジスト
表面と基板面からの反射光により干渉縞が多く発生し、
検出誤差の原因となっている。
As described above, since the wavelength width of the light beam used in conventional position detection devices is narrow, for example, when observing an alignment mark on a wafer surface coated with resist, interference fringes are generated due to light reflected from the resist surface and the substrate surface. occurs a lot,
This causes detection errors.

【0004】このときの干渉縞を軽減する為に半値全幅
が数十nm程度のスペクトル幅が広い多色光束を放射す
る光源を用いてアライメントマークを観察するようにし
た露光装置が提案されている。
In order to reduce interference fringes at this time, an exposure apparatus has been proposed in which the alignment mark is observed using a light source that emits a polychromatic light beam with a wide spectrum width and a full width at half maximum of approximately several tens of nanometers. .

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】一般に投影光学系を屈
折光学系より構成した場合には材質の色分散により、色
収差が発生し、この結果位置検出精度を低下させる一原
因となってくる。多くの場合、投影光学系の諸収差は露
光波長で最適化している。この為露光波長とアライメン
ト波長が異なる場合にはアライメント波長では投影レン
ズを介すると色収差が多く発生してくる。又露光波長と
異なる波長領域より成る多色光(波長λ0〜λn )を
使用する場合には波長λ0 から波長λn までの各々
の波長において、投影レンズを介したときに発生する諸
収差量が各々異なってくる。
Generally, when a projection optical system is constructed from a refractive optical system, chromatic aberration occurs due to chromatic dispersion of the material, which is one of the causes of lowering position detection accuracy. In many cases, various aberrations of the projection optical system are optimized by the exposure wavelength. For this reason, if the exposure wavelength and the alignment wavelength are different, a lot of chromatic aberration will occur at the alignment wavelength when the projection lens is used. Furthermore, when polychromatic light (wavelengths λ0 to λn) consisting of a wavelength range different from the exposure wavelength is used, the amount of various aberrations generated when passing through the projection lens is different for each wavelength from wavelength λ0 to wavelength λn. It's coming.

【0006】この為、これらの波長の各光束に基づく像
を合成した像、即ち多色光のアライメントマーク像の画
質は干渉縞はないものの単色光像に比べて低下してくる
。(尚、本出願人は特願平1−198261号で多色光
源を用いてTTL方式でアライメントマーク像を観察す
る際の収差補正を良好に行なった露光装置を提案してい
る。)又、波長幅の広い光束を用いると位置合わせ顕微
鏡等により収差補正が良好に行なわれているアライメン
ト波長と、そうでないアライメント波長との差が増大し
てくる。
[0006] For this reason, the image quality of an image obtained by combining images based on the light beams of each of these wavelengths, that is, an alignment mark image of polychromatic light, is lower than that of a monochromatic light image, although there are no interference fringes. (In addition, the present applicant has proposed in Japanese Patent Application No. 1-198261 an exposure device that effectively corrects aberrations when observing an alignment mark image using a TTL method using a polychromatic light source.) When a light beam with a wide wavelength width is used, the difference between an alignment wavelength for which aberrations are well corrected by a positioning microscope or the like and an alignment wavelength for which the aberrations are not well corrected increases.

【0007】このように屈折光学系を用いる場合、干渉
縞の影響を少なくする為には波長幅を広げれば良いが、
逆に広げすぎると諸収差の発生量が多くなり画質が低下
してくるのであまり広くすることはできない。
[0007] When using a refractive optical system as described above, in order to reduce the influence of interference fringes, it is sufficient to widen the wavelength width.
On the other hand, if the lens is made too wide, the amount of various aberrations will increase and the image quality will deteriorate, so it cannot be made too wide.

【0008】この他、多色光を用いてウエハ面上のアラ
イメントマークを観察する場合には各波長の強度が均一
な照明光をウエハ面上に照射したとしてもレジスト膜厚
による干渉、レジスト表面及び基板面の反射率等の影響
によりCCD等の撮像手段で得られるアライメントマー
ク像のスペクトル強度分布が変化してくる。即ちウエハ
像を再生する際に光学系より発生する収差量が、ウエハ
面上の状態(反射率、形状、等の違い)により種々と異
なってくる。
In addition, when observing alignment marks on the wafer surface using polychromatic light, even if the wafer surface is irradiated with illumination light with uniform intensity of each wavelength, interference due to resist film thickness, resist surface and The spectral intensity distribution of an alignment mark image obtained by an imaging means such as a CCD changes due to the influence of the reflectance of the substrate surface and the like. That is, the amount of aberration generated by the optical system when reproducing a wafer image varies depending on the conditions on the wafer surface (differences in reflectance, shape, etc.).

【0009】このように多色光を用いてTTL方式で位
置検出をすれば単色光を用いたときの干渉縞の発生は少
なくなるが波長幅を広げたことによる諸収差の発生によ
りアライメントマーク像の観察状態が低下して、十分な
位置検出精度が得られないという問題点があった。
If the position is detected using the TTL method using polychromatic light in this way, the occurrence of interference fringes will be reduced when monochromatic light is used, but the alignment mark image will be distorted due to the occurrence of various aberrations due to the widening of the wavelength width. There was a problem in that the observation condition deteriorated and sufficient position detection accuracy could not be obtained.

【0010】又、各ショット又は各ウエハで検出精度が
バラツキ、オフセットが一定とならず高い検出精度を得
るのが難しいという問題点があった。
Further, there are problems in that the detection accuracy varies from shot to shot or from wafer to wafer, and the offset is not constant, making it difficult to obtain high detection accuracy.

【0011】本発明は波長幅の広い多色光を用いて所定
面上の基準位置とウエハ面上のアライメントマークとの
相対的な位置検出を行なう際に分光特性(スペクトル分
布)の異なる複数の光束より得られる位置情報を利用す
ることにより、投影レンズの色収差の影響を少なくし、
高い検出精度を有した位置検出装置の提供を目的とする
The present invention uses polychromatic light with a wide wavelength range to detect a relative position between a reference position on a predetermined surface and an alignment mark on a wafer surface. By using the position information obtained from the
The purpose of the present invention is to provide a position detection device with high detection accuracy.

【0012】0012

【課題を解決するための手段】本発明の位置検出装置は
、第1物体面上のパターンを第2物体面上に投影する投
影レンズを介して所定面上の基準位置と該第2物体面上
に形成したアライメントマークとの相対的な位置検出を
行う際、波長域可変の波長選択部材を有した照明系を用
いて互いに異なる分光分布を有した複数の光束に基づく
アライメントマーク像を、該所定面上に順次形成し、該
所定面上に形成した該複数の光束に基づくアライメント
マーク像に対する位置情報を各々メモリ手段に記憶し、
該メモリ手段に記憶した該複数の位置情報を利用して位
置検出を行っていることを特徴としている。
[Means for Solving the Problems] The position detection device of the present invention detects a reference position on a predetermined surface and the second object surface through a projection lens that projects a pattern on a first object surface onto a second object surface. When detecting the position relative to the alignment mark formed above, an illumination system having a wavelength selection member with a variable wavelength range is used to generate an alignment mark image based on a plurality of light beams having mutually different spectral distributions. sequentially formed on a predetermined surface, and storing positional information for each alignment mark image based on the plurality of light beams formed on the predetermined surface in a memory means;
It is characterized in that position detection is performed using the plurality of position information stored in the memory means.

【0013】[0013]

【実施例】図1は本発明の実施例1の要部概略図である
。まずウエハ4面上のアライメントマーク5又はθzス
テージ上のフィデユーシャルマーク24の照明及びそれ
らのアライメントについて説明する。
Embodiment FIG. 1 is a schematic diagram of a main part of Embodiment 1 of the present invention. First, the illumination of the alignment mark 5 on the wafer 4 surface or the fiducial mark 24 on the θz stage and their alignment will be explained.

【0014】1は投影レンズであり、照明系(不図示)
からの露光光で照明したレチクル6面上の電子回路パタ
ーンをウエハ4面上に投影している。3はθzステージ
であり、ウエハ4を載置している。2はXYステージで
あり、θzステージ3を載置している。θzステージ3
とXYステージ2とによりウエハ4を任意方向に駆動制
御している。5はアライメントマークであり、ウエハ4
面上に形成している。16は光源手段であり、波長幅の
広い多色光を放射している。15aはバンドパスフィル
ターであり、例えば図2に示すような波長λ0 〜波長
λn を透過する分光特性を有している。バンドパスフ
ィルター15aの透過波長域の中心波長λCはウエハ4
面上に塗布するレジストに感光しない非露光波長となっ
ており、例えばHe−Neレーザの発振波長と同じ63
3nmとなっている。
1 is a projection lens, and an illumination system (not shown)
The electronic circuit pattern on the six surfaces of the reticle, illuminated with exposure light, is projected onto the four surfaces of the wafer. 3 is a θz stage on which a wafer 4 is placed. 2 is an XY stage on which the θz stage 3 is mounted. θz stage 3
The wafer 4 is controlled to be driven in any direction by the XY stage 2 and the XY stage 2. 5 is an alignment mark, and wafer 4
It is formed on the surface. Reference numeral 16 denotes a light source means, which emits polychromatic light with a wide wavelength range. Reference numeral 15a denotes a bandpass filter, which has a spectral characteristic of transmitting wavelengths λ0 to λn as shown in FIG. 2, for example. The center wavelength λC of the transmission wavelength range of the bandpass filter 15a is the wafer 4
It has a non-exposure wavelength that is not sensitive to the resist applied on the surface, for example 63, which is the same as the oscillation wavelength of a He-Ne laser.
It is 3 nm.

【0015】15は照明レンズであり、バンドパスフィ
ルター15aを通過した多色光束を集光している。12
は波長選択部材であり、例えば図3に示すように基板1
2bに複数の色フィルターを12a1〜12a8をター
レット式に設けている。色フィルター12a1〜12a
8は例えば図4に示すような波長幅の狭い特定の分光特
性f1 〜f8 を有した光束を通過させている。13
は駆動手段であり、波長選択部材12を回動させて、所
定の色フィルターが光路上に位置するようにしている。
Reference numeral 15 denotes an illumination lens, which condenses the polychromatic light beam that has passed through the bandpass filter 15a. 12
is a wavelength selection member, for example, as shown in FIG.
2b is provided with a plurality of color filters 12a1 to 12a8 in a turret type manner. Color filters 12a1 to 12a
8 passes a light beam having specific spectral characteristics f1 to f8 with a narrow wavelength width as shown in FIG. 4, for example. 13
is a driving means, which rotates the wavelength selection member 12 so that a predetermined color filter is positioned on the optical path.

【0016】10はビームスプリッターであり、波長選
択部材12の色フィルターを通過した特定の分光特性の
光束を対物レンズ9方向に反射させている。8は補正光
学系であり、投影レンズ1で発生する諸収差、例えばコ
マ収差や非点収差等を補正している。7はミラーであり
、ウエハ4面上のアライメントマーク5の観察像高でテ
レセントリックとなるように角度設定している。11は
リレーレンズ、14は撮像手段であり、例えばCCDカ
メラ等から成っている。
Reference numeral 10 denotes a beam splitter, which reflects a beam of light having a specific spectral characteristic that has passed through the color filter of the wavelength selection member 12 toward the objective lens 9. A correction optical system 8 corrects various aberrations generated in the projection lens 1, such as coma and astigmatism. Reference numeral 7 denotes a mirror, and its angle is set so that it is telecentric at the observation image height of the alignment mark 5 on the wafer 4 surface. Reference numeral 11 is a relay lens, and reference numeral 14 is an imaging means, which is comprised of, for example, a CCD camera.

【0017】21は干渉距離計用のバーミラーであり、
XYステージ2面上に載置している。22は干渉距離計
であり、XYステージ2の移動量を計測している。23
は制御装置であり、例えば干渉距離計22からの信号に
基づいてXYステージ2を駆動制御している。
21 is a bar mirror for an interference distance meter;
It is placed on two sides of the XY stage. Reference numeral 22 denotes an interference distance meter, which measures the amount of movement of the XY stage 2. 23
is a control device, which drives and controls the XY stage 2 based on a signal from the interference distance meter 22, for example.

【0018】24はフィデユーシャルマークであり、θ
zステージ3面上に設けており、本実施例では図8に示
すように後述する各光学系で観察できるように複数の領
域81,82,83に各々設けている。1つのフィデユ
ーシャルマーク24aは例えば図5に示すような4種類
のマーク51a,51b,51c,51dより成ってい
る。図5のフィデユーシャルマークは例えばクロムのよ
うな反射部材により描画しており、同図では例えば白い
領域が反射領域となっている。
24 is a fiducial mark, θ
They are provided on the surface of the z stage 3, and in this embodiment, as shown in FIG. 8, they are provided in a plurality of regions 81, 82, and 83 so that they can be observed with each optical system described later. One fiducial mark 24a is made up of four types of marks 51a, 51b, 51c, and 51d as shown in FIG. 5, for example. The fiducial mark in FIG. 5 is drawn using a reflective material such as chrome, and in the figure, for example, the white area is the reflective area.

【0019】本実施例では光源手段16からの多色光を
バンドパスフィルター15aで図2に示す波長λ0 〜
波長λn の比較的広い波長域の光束を通過させている
。そして照明レンズ15により集光し波長選択部材12
の1つの色フィルター12aiで図4に示す波長域の狭
い分光特性(fi)を有した光束を通過させている。そ
してビームスプリッター10で反射させた後、順に対物
レンズ9、補正光学系8、ミラー7そして投影レンズ1
を介してフィデユーシャルマーク24やウエハ4面上の
アライメントマーク5を照射している。そして例えばウ
エハ4面上のアライメントマーク5からの反射光は元の
光路を戻り、即ち順に投影レンズ1、ミラー7、補正光
学系8、対物レンズ9そしてビームスプリッター10を
通過し、リレーレンズ11により撮像手段14に入射し
、その面上にアライメントマーク像を形成している。
In this embodiment, the polychromatic light from the light source means 16 is filtered by a bandpass filter 15a to have wavelengths λ0 to λ0 shown in FIG.
A light beam having a wavelength λn in a relatively wide wavelength range is passed through. Then, the light is focused by the illumination lens 15 and the wavelength selection member 12
One color filter 12ai allows a light beam having a narrow wavelength range spectral characteristic (fi) shown in FIG. 4 to pass through. Then, after being reflected by the beam splitter 10, the objective lens 9, the correction optical system 8, the mirror 7, and the projection lens 1
The fiducial mark 24 and the alignment mark 5 on the surface of the wafer 4 are irradiated through the beam. For example, the reflected light from the alignment mark 5 on the wafer 4 surface returns to the original optical path, that is, it passes through the projection lens 1, the mirror 7, the correction optical system 8, the objective lens 9, and the beam splitter 10 in order, and is transmitted through the relay lens 11. The light enters the imaging means 14 and forms an alignment mark image on its surface.

【0020】尚、本実施例では投影レンズ1からリレー
レンズ11に至る間の各要素から成る光学系より発生す
る軸上色収差はバンドパスフィルター15aの中心波長
λCを中心として収差の発生が定常的となるように補正
している。
In this embodiment, the axial chromatic aberration generated by the optical system consisting of each element from the projection lens 1 to the relay lens 11 is a constant aberration centered around the center wavelength λC of the bandpass filter 15a. It has been corrected so that

【0021】本実施例では光源手段16から投影レンズ
1を介してウエハ4に至る光学系とウエハ4から投影レ
ンズ1を介して撮像手段14に至る系より照明系を構成
している。
In this embodiment, an illumination system is composed of an optical system extending from the light source means 16 to the wafer 4 via the projection lens 1 and a system extending from the wafer 4 to the imaging means 14 via the projection lens 1.

【0022】次にレチクル6近傍に配置したレチクル基
準マーク32,32aそしてウエハ面4の照明観察、そ
してアライメントについて説明する。
Next, the illumination observation and alignment of the reticle reference marks 32, 32a placed near the reticle 6 and the wafer surface 4 will be explained.

【0023】30,30aはファイバーであり、照明系
(不図示)からの露光光と略等しい波長の光束を射出し
、プリズム反射鏡31,31aを介してレチクル6近傍
に配置したレチクル基準マーク32,32aを照明して
いる。33,33aはミラーであり、レチクル基準マー
ク32,32aからの光束を反射させ対物レンズ34,
34aに入射させている。ミラー33(33a)と対物
レンズ34(34a)は一体となってレチクル6と平行
な平面上を移動可能となっている。
Reference numerals 30 and 30a are fibers, which emit a light beam having approximately the same wavelength as the exposure light from an illumination system (not shown), and a reticle reference mark 32 placed near the reticle 6 via prism reflectors 31 and 31a. , 32a. Reference numerals 33 and 33a are mirrors that reflect the light beams from the reticle reference marks 32 and 32a to the objective lenses 34 and 33a.
34a. The mirror 33 (33a) and the objective lens 34 (34a) can move together on a plane parallel to the reticle 6.

【0024】35,35aはビームスプリッターである
。36,36aはリレーレンズであり、ビームスプリッ
ター35,35aを通過した光束を用いてCCDカメラ
等の撮像素子37,37a面上にレチクル基準マーク3
2,32aの像を結像している。
35 and 35a are beam splitters. Reference numerals 36 and 36a are relay lenses, which use the light flux that has passed through the beam splitters 35 and 35a to place a reticle reference mark 3 on the surface of an image pickup device 37 and 37a of a CCD camera, etc.
2,32a is formed.

【0025】39,39aはファイバーであり、照明系
(不図示)からの露光光と略等しい波長の光束を射出し
、観察用の照明レンズ38,38aに入射させている。 同図においてはレチクル基準マーク32,32aとレチ
クル6との間隔は対物レンズ24の焦点深度内となるよ
うに設定している。
Reference numerals 39 and 39a denote fibers, which emit a light beam having a wavelength substantially equal to the exposure light from an illumination system (not shown), and input the light beam into observation illumination lenses 38 and 38a. In the figure, the distance between the reticle reference marks 32, 32a and the reticle 6 is set to be within the depth of focus of the objective lens 24.

【0026】本実施例では各要素33〜37(33a〜
37a)で光学系101(101a)を構成し、各要素
7〜14で光学系102を構成している。
In this embodiment, each element 33 to 37 (33a to
37a) constitutes an optical system 101 (101a), and each element 7 to 14 constitutes an optical system 102.

【0027】レチクル基準マーク32,32aはファイ
バー30,30aから出射しプリズム反射鏡31,31
aにより偏向した光束により透過照明している。レチク
ル基準マーク32,32aを透過した光束はレチクル6
を通り、前述したミラー33,33a、対物レンズ34
,34a、ビームスプリッター35,35a、そしてリ
レーレンズ36,36aを介して撮像素子37,37a
に入射し、その面上にレチクル基準マーク像を結像する
。これによりレチクル基準マーク像を観察している。 このときレチクル6とレチクル基準マーク32,32a
のパターン面は互いに対向している為に双者の同時観察
が可能となっている。
The reticle reference marks 32, 32a are emitted from the fibers 30, 30a and are reflected by the prism reflectors 31, 31.
Transmissive illumination is performed using a light beam deflected by a. The light beam transmitted through the reticle reference marks 32 and 32a is the reticle 6
, the mirrors 33, 33a, and the objective lens 34 mentioned above.
, 34a, beam splitters 35, 35a, and image pickup elements 37, 37a via relay lenses 36, 36a.
A reticle reference mark image is formed on the surface of the reticle. This allows the reticle reference mark image to be observed. At this time, the reticle 6 and the reticle reference marks 32, 32a
Since the pattern surfaces of the two faces each other, it is possible to observe both at the same time.

【0028】又、ファイバー39,39aから出射した
光束は照明レンズ38,38aを通り、ビームスプリッ
ター35,35aにより対物レンズ34,34a方向に
偏向している。その後、対物レンズ34,34a、ミラ
ー33,33aを経てレチクル6、投影レンズ1を通り
ウエハ4面上に入射している。
The light beams emitted from the fibers 39, 39a pass through illumination lenses 38, 38a, and are deflected by beam splitters 35, 35a toward objective lenses 34, 34a. Thereafter, the light passes through the objective lenses 34, 34a, the mirrors 33, 33a, the reticle 6, and the projection lens 1, and is incident on the surface of the wafer 4.

【0029】このとき光束がレチクル6を通過するよう
にレチクル6面上のパターンは光束が通過するように設
定している。又ウエハ4面上では入射光束が略テレセン
トリックになるように前述した各要素を調整している。
At this time, the pattern on the surface of the reticle 6 is set so that the light beam passes through the reticle 6. Further, each of the above-mentioned elements is adjusted so that the incident light beam becomes approximately telecentric on the wafer 4 surface.

【0030】ウエハ4面上で反射した光束は元の光路を
戻り、ビームスプリッター35,35aを通過し、リレ
ーレンズ36,36aを経て撮像素子37,37aに入
射する。このとき撮像素子37,37aとレチクルパタ
ーン面とウエハ4面とは光学的に互いに共役関係にある
。この為撮像素子37,37a面上ではレチクル面とウ
エハ面との双方の同時観察が可能となっている。
The light beam reflected on the surface of the wafer 4 returns to its original optical path, passes through beam splitters 35, 35a, passes through relay lenses 36, 36a, and enters image pickup devices 37, 37a. At this time, the imaging elements 37, 37a, the reticle pattern surface, and the wafer 4 surface are optically in a conjugate relationship with each other. Therefore, it is possible to simultaneously observe both the reticle surface and the wafer surface on the imaging elements 37, 37a.

【0031】次に本実施例においてベースライン(アラ
イメント位置と露光位置との距離)の計測手順について
説明する。 (イ)レチクル6面上のレチクルマークとレチクル基準
マーク32,32aとの位置合わせが完了したときには
レチクル6の中心が投影レンズ1の光軸と一致するよう
に予めレチクル基準マーク32,32aを調整して装置
本体に取付けておく。 (ロ)レチクルステージ(不図示)に載置したレチクル
6(レチクルマーク)とレチクル基準マーク32,32
aを光学系101(101a)で観察し、レチクルマー
クとレチクル基準マークとの相対的位置ずれ量を検出す
る。 (ハ)位置ずれ量検出後、レチクルステージを駆動させ
てレチクルマークとレチクル基準マークとの位置合わせ
を行なう。これによりレチクルの中心と投影レンズ1の
光軸とを一致させている。 (ニ)フィデユーシャルマーク24を投影レンズ1の下
にXYステージ2により移動させる。フィデユーシャル
マーク24は図8のように各光学系101,101a,
102に対応して設けられており、同時に各々対応した
マークが観察されるように設定している。 (ホ)光学系101,101aでレチクルマークとフィ
デユーシャルマーク24の各マークとの相対的位置ずれ
量を検出し、該検出結果に基づいてXYステージ2を駆
動させることにより双方のマークの位置合わせを行なう
。XYステージ2の移動量は干渉距離計22により計測
している。 (ヘ)このとき光学系102の撮像素子14面上に投影
されたフィデユーシャルマーク像の位置を計測する。こ
れによりベースラインの計測を行なっている。
Next, a procedure for measuring the baseline (distance between the alignment position and the exposure position) in this embodiment will be explained. (B) Adjust the reticle reference marks 32, 32a in advance so that the center of the reticle 6 coincides with the optical axis of the projection lens 1 when the alignment between the reticle mark on the reticle 6 surface and the reticle reference marks 32, 32a is completed. and attach it to the main body of the device. (b) Reticle 6 (reticle mark) placed on a reticle stage (not shown) and reticle reference marks 32, 32
a is observed by the optical system 101 (101a), and the amount of relative positional deviation between the reticle mark and the reticle reference mark is detected. (c) After detecting the amount of positional deviation, the reticle stage is driven to align the reticle mark and the reticle reference mark. This allows the center of the reticle to coincide with the optical axis of the projection lens 1. (d) The fiducial mark 24 is moved under the projection lens 1 by the XY stage 2. The fiducial mark 24 is attached to each optical system 101, 101a,
102, and the corresponding marks are set to be observed at the same time. (e) The optical systems 101 and 101a detect the amount of relative positional deviation between the reticle mark and each fiducial mark 24, and the XY stage 2 is driven based on the detection result to position both marks. Perform alignment. The amount of movement of the XY stage 2 is measured by an interference distance meter 22. (f) At this time, the position of the fiducial mark image projected onto the surface of the image sensor 14 of the optical system 102 is measured. This allows baseline measurements to be made.

【0032】これ以後の焼き付けシーケンス時にはウエ
ハ4面上のアライメントマーク5が撮像手段14面の所
定位置にくるようにして、これによりアライメントを行
なっている。
During the subsequent printing sequence, the alignment mark 5 on the surface of the wafer 4 is placed at a predetermined position on the surface of the imaging means 14, thereby performing alignment.

【0033】次に本実施例の位置検出方法(アライメン
ト方法)について説明する。
Next, the position detection method (alignment method) of this embodiment will be explained.

【0034】本実施例ではウエハ4面上のアライメント
マークの計測及びウエハ面への露光を行なう前に定期的
にアライメン位置と露光位置との距離(ベースライン)
の経時的変動の測定及び補正を行なっている。測定用の
マークとしては前述した図5のフィデユーシャルマーク
24を用いている。フィデユーシャルマーク24のピン
トは不図示のセンサーで計測し補正している。撮像手段
14面上に結像したフィデユーシャルマーク24の投影
波形は例えば図6に示すように各々マーク51a〜51
dに各々対応して波形61a,61b,61c,61d
のようになっている。
In this embodiment, before measuring the alignment marks on the four wafer surfaces and exposing the wafer surface, the distance (baseline) between the alignment position and the exposure position is periodically measured.
We are measuring and correcting changes over time. The fiducial mark 24 shown in FIG. 5 described above is used as the measurement mark. The focus of the fiducial mark 24 is measured and corrected by a sensor (not shown). The projected waveforms of the fiducial marks 24 formed on the surface of the imaging means 14 are, for example, marks 51a to 51, respectively, as shown in FIG.
Waveforms 61a, 61b, 61c, 61d corresponding to d, respectively.
It looks like this.

【0035】本実施例では4種類のマーク51a〜51
dに対して照明系の波長選択部材12の色フィルター1
2a1〜12a8を介して順次照明し、撮像手段14面
上における位置を測定する。このときXYステージ2は
停止した状態でいるように干渉距離計22でモニターし
ておく。各マーク51a〜51dにおける色フィルター
12a1〜12a8を介したときの計測値、即ち特定の
分光特性による計測値は、例えば制御装置23内のメモ
リ手段に記憶しておく。このときの計測値は次のベース
ライン計測までは変化しないものとして扱っている。 又、それと同時に例えば図5のマーク51aを測定した
際、マーク測定に使用するマーク近傍の領域における明
るさ、例えば撮像手段14からの出力も各色フィルター
毎にメモリ手段に記憶しておく。メモリ手段からの計測
値を基にフィデユーシャルマーク24の位置Mを次式よ
り算出している。
In this embodiment, four types of marks 51a to 51 are used.
d, the color filter 1 of the wavelength selection member 12 of the illumination system
The light is sequentially illuminated through 2a1 to 12a8, and the position on the surface of the imaging means 14 is measured. At this time, the XY stage 2 is monitored by the interference distance meter 22 so that it remains in a stopped state. The measured values of the marks 51a to 51d through the color filters 12a1 to 12a8, that is, the measured values based on specific spectral characteristics, are stored in a memory means in the control device 23, for example. The measured value at this time is treated as not changing until the next baseline measurement. At the same time, for example, when the mark 51a in FIG. 5 is measured, the brightness in the area near the mark used for mark measurement, such as the output from the imaging means 14, is also stored in the memory means for each color filter. The position M of the fiducial mark 24 is calculated from the following equation based on the measured value from the memory means.

【0036】[0036]

【数1】 但し、Iiは色フィルター12aiでフィデユーシャル
マーク24を照明したときのフィデユーシャルマークか
らの反射光量、miは色フィルター12aiで照明した
ときのフィデユーシャルマークの撮像手段14面上にお
ける位置計測値である。(1)式で求めた位置Mをベー
スライン補正に使用する。例えばフィデユーシャルマー
ク24からの反射光量Iが各色フィルター12a1〜1
2a8毎に図7に示すようなf1 〜f8 の値の場合
、(1)式を適用して位置Mを求めている。
[Equation 1] However, Ii is the amount of light reflected from the fiducial mark when the fiducial mark 24 is illuminated with the color filter 12ai, and mi is the surface of the imaging means 14 of the fiducial mark when it is illuminated with the color filter 12ai. This is the position measurement value at the top. The position M obtained by equation (1) is used for baseline correction. For example, the amount of reflected light I from the fiducial mark 24 is
In the case of values of f1 to f8 as shown in FIG. 7 for every 2a8, the position M is determined by applying equation (1).

【0037】次にウエハ4面上のアライメントマーク5
の撮像手段14面上における位置検出を行なう。ウエハ
4面上のアライメントマーク5に関しても波長選択部材
12の各色フィルター12a1〜12a8を通過した光
束における撮像手段14面上の位置計測値Wiと明るさ
Liを求める。
Next, the alignment mark 5 on the 4th surface of the wafer
The position on the imaging means 14 surface is detected. Regarding the alignment mark 5 on the surface of the wafer 4, the position measurement value Wi and brightness Li on the surface of the imaging means 14 in the light flux that has passed through each color filter 12a1 to 12a8 of the wavelength selection member 12 are determined.

【0038】アライメントマーク5の位置検出を行なう
場合、光学系の収差の他にウエハ自体がもつ段差、反射
率、そしてレジスト等が計測値に影響を与える。
When detecting the position of the alignment mark 5, in addition to the aberration of the optical system, the level difference, reflectance, and resist of the wafer itself affect the measured value.

【0039】本実施例では収差の影響をアライメントマ
ーク計測値より除去する為に先に求めて、メモリ手段に
記憶しておいたフィデユーシャルマーク24の計測値の
うち各色フィルター毎に投影波形が一番類似しているマ
ークの計測値を補正の為の数値として用いて次の処理を
行なっている。
In this embodiment, in order to remove the influence of aberrations from the alignment mark measurement values, the projected waveform for each color filter is calculated from among the measurement values of the fiducial mark 24 that have been previously obtained and stored in the memory means. The next process is performed using the measurement value of the most similar mark as a numerical value for correction.

【0040】[0040]

【数2】 但し、Liは色フィルター12aiでウエハ面上のアラ
イメントマークを照明したときのウエハアライメントマ
ークからの反射光量、maはフィデユーシャルマークで
の測定値miの平均値である。
##EQU00002## where Li is the amount of light reflected from the wafer alignment mark when the alignment mark on the wafer surface is illuminated by the color filter 12ai, and ma is the average value of the measured values mi at the fiducial mark.

【0041】本実施例では以上の方法により投影レンズ
を介して多色光でウエハ面上のアライメントマークを照
明したときの撮像手段面上における位置検出の際の投影
レンズの収差の影響による計測誤差を少なくしている。
In this embodiment, the measurement error caused by the aberration of the projection lens during position detection on the imaging means surface when the alignment mark on the wafer surface is illuminated with polychromatic light through the projection lens is eliminated using the method described above. I'm doing less.

【0042】このような計測は例えばロットの第1枚目
のウエハに対して行なうようにすればスループットの実
質的な低下は殆ど無視することができる。尚、本実施例
において波長選択部材12をリレーレンズ11と撮像手
段14との間に配置しても前述と同様の効果を得ること
ができる。
If such measurement is performed, for example, on the first wafer in a lot, the substantial decrease in throughput can be almost ignored. Incidentally, in this embodiment, even if the wavelength selection member 12 is disposed between the relay lens 11 and the imaging means 14, the same effect as described above can be obtained.

【0043】本発明において位置検出用の観察系の収差
補正をした波長からアライメントマークの照明用の波長
が離れてくると収差量が増加し計測精度が悪化してくる
。そこで前述の(2)式に計測精度が低下する波長域の
色フィルターの寄与が少なくなるように重みをかけるの
が良い。例えばaiを各色フィルター12aiを用いた
ときの照明時のアライメントマークの計測精度としたと
In the present invention, when the wavelength for illuminating the alignment mark becomes distant from the wavelength at which the aberrations of the observation system for position detection are corrected, the amount of aberration increases and measurement accuracy deteriorates. Therefore, it is preferable to weight the above-mentioned equation (2) so that the contribution of the color filter in the wavelength range where the measurement accuracy decreases is reduced. For example, when ai is the measurement accuracy of the alignment mark during illumination when using each color filter 12ai

【0044】[0044]

【数3】 とするのが良い。[Math 3] It is better to

【0045】又、本発明において波長選択部材として分
光透過率が連続的に変化する1枚又は2枚の円板状フィ
ルターを用いても良い。これによれば波長選択部材を小
型に構成することができる。
Furthermore, in the present invention, one or two disk-shaped filters whose spectral transmittance changes continuously may be used as the wavelength selection member. According to this, the wavelength selection member can be configured in a small size.

【0046】又、本発明においては光源手段に波長を連
続的に変化、選択することができる、例えば色素レーザ
を用いても良い。この場合は色素レーザは波長選択手段
に相当する。
Further, in the present invention, a dye laser, for example, which can continuously change and select the wavelength may be used as the light source means. In this case, the dye laser corresponds to the wavelength selection means.

【0047】[0047]

【発明の効果】本発明によれば波長幅の広い多色光を用
いて所定面上の基準位置とウエハ面上のアライメントマ
ークとの相対的な位置検出を行なう際に前述の如く分光
特性(スペクトル分布)の異なる複数の光束より得られ
る位置情報を利用することにより、投影レンズの色収差
の影響を少なくし、高い検出精度を有した位置検出装置
を達成することができる。
According to the present invention, when performing relative position detection between a reference position on a predetermined surface and an alignment mark on a wafer surface using polychromatic light having a wide wavelength width, the spectral characteristics By using position information obtained from a plurality of light beams with different distributions, it is possible to reduce the influence of chromatic aberration of the projection lens and achieve a position detection device with high detection accuracy.

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

【図1】  本発明の実施例1の要部概略図[Figure 1] Schematic diagram of main parts of Example 1 of the present invention

【図2】 
 図1のバンドパスフィルターの分光特性の説明図
[Figure 2]
An explanatory diagram of the spectral characteristics of the bandpass filter in Figure 1

【図3】  図1の波長選択部材の説明図[Figure 3] Explanatory diagram of the wavelength selection member in Figure 1

【図4】  
図3の色フィルターの分光特性の説明図
[Figure 4]
An explanatory diagram of the spectral characteristics of the color filter in Figure 3

【図5】  図
1のフィデユーシャルマークのマーク説明図
[Figure 5] Mark explanatory diagram of the fiducial mark in Figure 1

【図6】  図5のマークからの出力信号波形図[Figure 6] Output signal waveform diagram from the mark in Figure 5

【図7
】  図3の各色フィルターでマークを照明したときの
反射光量の説明図
[Figure 7
] An explanatory diagram of the amount of reflected light when the mark is illuminated with each color filter in Figure 3

【図8】  図1のフィデユーシャルマークの概略図[Figure 8] Schematic diagram of the fiducial mark in Figure 1

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1    投影レンズ 2    XYステージ 3    θzステージ 4    ウエハ 5    アライメントマーク 6    レチクル 7    ミラー 8    補正光学系 9    対物レンズ 10  ビームスプリッター 11  リレーレンズ 12  波長選択部材 13  駆動手段 14  撮像手段 15  照明レンズ 23  制御装置 32  レチクル基準マーク 32a  レチクル基準マーク 1 Projection lens 2 XY stage 3 θz stage 4 Wafer 5 Alignment mark 6 Reticle 7 Mirror 8 Correction optical system 9 Objective lens 10 Beam splitter 11 Relay lens 12 Wavelength selection member 13 Driving means 14 Imaging means 15 Illumination lens 23 Control device 32 Reticle reference mark 32a Reticle reference mark

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  第1物体面上のパターンを第2物体面
上に投影する投影レンズを介して所定面上の基準位置と
該第2物体面上に形成したアライメントマークとの相対
的な位置検出を行う際、波長域可変の波長選択部材を有
した照明系を用いて互いに異なる分光分布を有した複数
の光束に基づくアライメントマーク像を、該所定面上に
順次形成し、該所定面上に形成した該複数の光束に基づ
くアライメントマーク像に対する位置情報を各々メモリ
手段に記憶し、該メモリ手段に記憶した該複数の位置情
報を利用して位置検出を行っていることを特徴とする位
置検出装置。
Claim 1: A relative position between a reference position on a predetermined surface and an alignment mark formed on the second object surface through a projection lens that projects a pattern on the first object surface onto the second object surface. When performing detection, alignment mark images based on a plurality of light beams having mutually different spectral distributions are sequentially formed on the predetermined surface using an illumination system having a wavelength selection member with a variable wavelength range. The position information for the alignment mark images based on the plurality of light beams formed in the above is stored in a memory means, and the position is detected using the plurality of position information stored in the memory means. Detection device.
JP3115499A 1991-04-19 1991-04-19 Position detector Pending JPH04321214A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3115499A JPH04321214A (en) 1991-04-19 1991-04-19 Position detector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3115499A JPH04321214A (en) 1991-04-19 1991-04-19 Position detector

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH04321214A true JPH04321214A (en) 1992-11-11

Family

ID=14664025

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3115499A Pending JPH04321214A (en) 1991-04-19 1991-04-19 Position detector

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH04321214A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USRE36799E (en) * 1990-06-13 2000-08-01 Nikon Corporation Projection optical apparatus using plural wavelengths of light
JP2013105936A (en) * 2011-11-15 2013-05-30 Canon Inc Position detection device and exposure device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USRE36799E (en) * 1990-06-13 2000-08-01 Nikon Corporation Projection optical apparatus using plural wavelengths of light
JP2013105936A (en) * 2011-11-15 2013-05-30 Canon Inc Position detection device and exposure device
US9400437B2 (en) 2011-11-15 2016-07-26 Canon Kabushiki Kaisha Position measurement apparatus and exposure apparatus which measure position of object using reference mark, and method of manufacturing device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6100987A (en) Position detecting apparatus
US5202748A (en) In situ process control system for steppers
EP0867775B1 (en) Proximity exposure device with distance adjustment device
JP3064433B2 (en) Positioning apparatus and projection exposure apparatus having the same
JP3033135B2 (en) Projection exposure apparatus and method
US7692128B2 (en) Focus control method for an optical apparatus which inspects a photo-mask or the like
KR20090034784A (en) Measuring apparatus, exposure apparatus, and device fabrication method
JPH04261545A (en) Band light of chromatic aberration double focus device and double color light illuminating method
JP2002071514A (en) Inspection apparatus, exposure apparatus provided with the inspection apparatus and production method of micro device
KR20220034015A (en) Method and apparatus for characterizing a microlithographic mask
JPH0361802A (en) Method and apparatus for observation
JPH10223517A (en) Focusing unit, viewer equipped with focusing unit, and aligner equipped with viewer
JPH07167614A (en) Alignment method and apparatus
JPH04321214A (en) Position detector
JP2961919B2 (en) Position detection device
USRE36799E (en) Projection optical apparatus using plural wavelengths of light
JPH05144704A (en) Projection aligner
US20220179331A1 (en) Sensor apparatus and method for lithographic measurements
JP3352161B2 (en) Exposure apparatus and method of manufacturing semiconductor chip using the same
JP3031321B2 (en) Projection exposure apparatus and method
JP3218475B2 (en) Exposure method and exposure apparatus
JP3027870B2 (en) Position detecting device and method of manufacturing semiconductor element
JPH05315225A (en) Projection optical apparatus
JP4774817B2 (en) Position detection device
JPH01181520A (en) Aligner