JPH04348018A - Alignment optical device - Google Patents

Alignment optical device

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Publication number
JPH04348018A
JPH04348018A JP3002702A JP270291A JPH04348018A JP H04348018 A JPH04348018 A JP H04348018A JP 3002702 A JP3002702 A JP 3002702A JP 270291 A JP270291 A JP 270291A JP H04348018 A JPH04348018 A JP H04348018A
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JP
Japan
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alignment
substrate
wafer
grating mark
marks
Prior art date
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Pending
Application number
JP3002702A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Susumu Saito
晋 斎藤
Toshikazu Yoshino
芳野 寿和
Hideo Nagai
秀雄 永井
Mitsuo Tabata
光雄 田畑
Tatsuhiko Touki
達彦 東木
Toru Tojo
東条 徹
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.)
Toshiba Corp
Topcon Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Topcon Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Topcon Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP3002702A priority Critical patent/JPH04348018A/en
Publication of JPH04348018A publication Critical patent/JPH04348018A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide an alignment device which enables incidence of light flux for alignment to a specified position of each grating mark at a specified angle even if the grating mark of a reticle and a wafer is displaced and enables precision alignment of the reticle and the wafer. CONSTITUTION:A device is provided with first alignment marks 6, 6' of a first substrate 8 and second alignment marks 12, 12' of a second substrate 10. An alignment optical device whereby a projection part of alignment optical source parts 26, 30, 33 which projects alignment light flux is supported to be displaced in radiation direction and rotation direction around a fixed position regarding an alignment optical device for positioning a relative position through an object lens 2 of the first substrate 8 and the second substrate 10 by using alignment light flux injected to the alignment marks.

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、2つのマークの位置合
わせ装置に係わり、特にパターン転写に用いられるマス
クとウェハとのアライメント調整等のために、これらに
設けられたマークを位置合わせすることに好適な位置合
わせ装置に関する。
[Industrial Field of Application] The present invention relates to a device for aligning two marks, and in particular for aligning marks provided on a mask used for pattern transfer and a wafer for alignment adjustment, etc. The present invention relates to an alignment device suitable for.

【0002】0002

【従来の技術】近年、LSI等の半導体素子の回路パタ
ーンの微細化に伴い、パターン転写手段として、高解像
性能を有する光学式投影露光装置が広く使用されている
。この装置を用いて転写を行う場合、露光に先立ってマ
スクとウェハとを高精度で位置合わせ(アライメント)
する必要がある。
2. Description of the Related Art In recent years, with the miniaturization of circuit patterns of semiconductor devices such as LSIs, optical projection exposure apparatuses having high resolution performance have been widely used as pattern transfer means. When performing transfer using this device, the mask and wafer are aligned with high precision prior to exposure.
There is a need to.

【0003】アライメントを行う方法としては、投影光
学系とは異なる他の光学系(off−axis顕微鏡)
を用いて、ウェハ上に予め形成したマークを検出してウ
ェハを位置決めし、その後ウェハを投影光学系の視野内
の所定の位置に高精度に移動させて予め正確に位置決め
されたマスクとの位置合わせを行う off−axis
方式と、マスクとウェハの双方に予め形成された位置合
わせマークを投影光学系を通して検出し、直接マスクと
ウェハとを位置合わせするTTL(Through T
he Lens)方式とがある。
[0003] As a method for performing alignment, an optical system other than the projection optical system (off-axis microscope) is used.
The wafer is positioned by detecting marks formed in advance on the wafer, and then the wafer is moved with high precision to a predetermined position within the field of view of the projection optical system, and the position relative to the mask that has been precisely positioned in advance is determined. Perform alignment off-axis
TTL (Through TTL), which detects alignment marks pre-formed on both the mask and wafer through a projection optical system and directly aligns the mask and wafer.
There is a he Lens method.

【0004】off−axis方式は、アライメントの
回数が少ないため、アライメントに要する時間が少なく
、スループット(処理速度)が大きいと言う利点を持つ
。しかし、位置合わせされたウェハを転写すべき位置ま
で正確な距離だけ移動させる必要があり、他に絶対測長
系を設けなくてはならず、誤差要因が増加し、実際上高
い精度で位置合わせをすることが難しい。このような状
況から、最近では、より高精度なアライメントを行うた
めに、TTL方式のようにマスク及びウェハに設けられ
たマークを投影光学系を通して検出し、直接アライメン
トする方式がより優れていると認められている。
The off-axis method has the advantage of requiring less time for alignment and high throughput (processing speed) because the number of alignments is small. However, it is necessary to move the aligned wafer a precise distance to the position where it should be transferred, and an additional absolute length measurement system must be installed, increasing the number of error factors. difficult to do. Under these circumstances, recently, in order to achieve more precise alignment, methods such as the TTL method, which detect marks provided on the mask and wafer through a projection optical system and perform direct alignment, are considered to be better. It recognized.

【0005】TTL方式のアライメント方式の一つとし
て、2つのグレーティングマークを重ね合わせる方法(
文献  G.Dubroeucq.1980,ME, 
W.R Trutna.Jr.1984, SPIE等
)がある。これは、図2に示すように、転写パターンの
原板マスクであるレチクル111上に一次元グレーティ
ングマーク101が設けられ、ウェハ112上に二次元
グレーティングマーク102が設けられる。アライメン
ト光源104からのレーザ光によりミラー113を介し
てレチクル111上のグレーティングマーク101を照
明し、グレーティングマーク101の透過回折光は投影
レンズ103を通ってウェハ112上のグレーティング
マーク102へ導かれる。グレーティングマーク102
による反射回折光は再び投影レンズ103を通り、レチ
クル111上のグレーティングマーク101で再度透過
回折されてハーフミラー106を介して光電検出器10
5に入る。アライメント光源104及びミラー113は
ベース115に取り付けられている。そして、光電検出
器105に入射する回折光の強度を測定することにより
、レチクル111とウェハ112の相対位置を検出する
という方法である。
[0005] As one of the TTL alignment methods, there is a method of overlapping two grating marks (
Literature G. Dubroeucq. 1980, ME,
W. R Trutna. Jr. 1984, SPIE, etc.). As shown in FIG. 2, a one-dimensional grating mark 101 is provided on a reticle 111 which is an original mask for a transfer pattern, and a two-dimensional grating mark 102 is provided on a wafer 112. A laser beam from an alignment light source 104 illuminates a grating mark 101 on a reticle 111 through a mirror 113, and the transmitted diffracted light of the grating mark 101 is guided to a grating mark 102 on a wafer 112 through a projection lens 103. grating mark 102
The reflected and diffracted light passes through the projection lens 103 again, is transmitted and diffracted again by the grating mark 101 on the reticle 111, and is transmitted through the half mirror 106 to the photoelectric detector 10.
Enter 5. Alignment light source 104 and mirror 113 are attached to base 115. Then, by measuring the intensity of the diffracted light incident on the photoelectric detector 105, the relative position between the reticle 111 and the wafer 112 is detected.

【0006】この方法によれば、二つのグレーティング
マーク101、102が重なり合ったところで、回折光
強度が最大となるので、その最大を検出する信号処理を
行うことによってレチクル111とウェハ112の高精
度なアライメントが可能となる。
According to this method, the intensity of the diffracted light reaches its maximum where the two grating marks 101 and 102 overlap, so by performing signal processing to detect the maximum, the reticle 111 and wafer 112 can be detected with high precision. Alignment is possible.

【0007】ところで、レチクル111のグレーティン
グマーク101及び102の位置は、一定ではなく、レ
チクル111に形成された回路パターンの大きさ、個数
、形状等によって変位する。図2に示すように、このグ
レーティングマーク101、102がグレーティングマ
ーク101’、102’に変位した場合、アライメント
光源104から射出されアラメント用レーザ光もグレー
ティングマーク101’に入射するように変位させなけ
ればならない。
By the way, the positions of the grating marks 101 and 102 on the reticle 111 are not constant, but vary depending on the size, number, shape, etc. of the circuit patterns formed on the reticle 111. As shown in FIG. 2, when grating marks 101 and 102 are displaced to grating marks 101' and 102', the alignment laser beam emitted from alignment light source 104 must also be displaced so that it enters grating mark 101'. It won't happen.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】グレーティングマーク
101が、図2に示すように、軸Xに沿って距離d離れ
た位置のグレーティングマーク101’に変位させた場
合、グレーテイングマークの変位方向と、レーザ光の移
動方向とを完全に一致させることは難しく、レーザ光が
軸Xに対しΔΘ傾斜した軸X1 に沿って変位するおそ
れが高い。レーザ光は、X軸方向に距離d(1−cos
ΔΘ) 位置ずれし、Y軸方向に距離( d×sin 
ΔΘ)位置ずれし、従って高精度な位置合わせを行うこ
とができない。 この欠点を除くために、上記位置ずれの距離を実測して
ミラー113’の位置を補正移動すればよいが、このよ
うな制御を行うための構成は複雑でシステム上大きな負
担となり好ましくない。
[Problem to be Solved by the Invention] When the grating mark 101 is displaced to a grating mark 101' located a distance d apart along the axis X as shown in FIG. 2, the direction of displacement of the grating mark and It is difficult to completely match the moving direction of the laser beam, and there is a high possibility that the laser beam will be displaced along the axis X1 which is inclined by ΔΘ with respect to the axis X. The laser beam is transmitted at a distance d (1-cos
ΔΘ) position shift, distance in Y-axis direction (d×sin
ΔΘ), and therefore highly accurate positioning cannot be performed. In order to eliminate this drawback, it is possible to actually measure the distance of the positional deviation and correct the position of the mirror 113', but the configuration for performing such control is complicated and imposes a heavy burden on the system, which is not preferable.

【0009】本発明は、従来の位置合わせ装置のこのよ
うな問題点に鑑みなされたものであって、レチクル及び
ウエハのグレーティングマークが変位してもアライメン
ト用の光束を各グレーティングマークの所定位置に所定
角度で入射させることを容易に行うことができ、レチク
ル及びウエハを高精度に位置合わせを行うことができ、
しかも装置の構成が簡易である位置合わせ装置を提供す
ることを目的とする。
The present invention was developed in view of the above-mentioned problems of conventional alignment devices, and it is possible to direct the alignment light beam to the predetermined position of each grating mark even if the grating marks on the reticle and wafer are displaced. It is easy to make the beam enter at a predetermined angle, and the reticle and wafer can be aligned with high precision.
Moreover, it is an object of the present invention to provide a positioning device having a simple device configuration.

【0010】0010

【課題を解決するための手段】本発明は、第1基板の第
1位置合わせマークと、第2基板の第2位置合わせマー
クと、これらの位置合わせマークに入射するアライメン
ト光束とを用いて、上記第1基板と第2基板の対物レン
ズを介した相対位置を位置決めするための位置合わせ光
学装置において、上記アライメント光束を射出するアラ
イメント光源部の射出部が一定位置を中心とする放射方
向及び回転方向に変位可能に支持されていることを特徴
とする位置合わせ光学装置である。
[Means for Solving the Problems] The present invention uses a first alignment mark on a first substrate, a second alignment mark on a second substrate, and an alignment light beam incident on these alignment marks. In the alignment optical device for positioning the relative positions of the first substrate and the second substrate through an objective lens, the emission part of the alignment light source unit that emits the alignment light beam rotates in a radial direction and rotates about a certain position. This is an alignment optical device characterized in that it is supported so as to be displaceable in a direction.

【0011】[0011]

【実施例】以下、本発明の実施例の位置合わせ装置を図
に基づいて説明する。位置合わせ装置は、図1に示すよ
うに、対物レンズ2の光軸O上の上方に、コンデンサー
レンズ4と、透過型グレーティングマーク6を設けたレ
チクル8とが配置されている。対物レンズ2の下方には
、ウエハテーブル10に載置され、反射型グレーティン
グマーク12を設けたウエハ14が配置されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A positioning apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the positioning device includes a condenser lens 4 and a reticle 8 provided with a transmission grating mark 6 arranged above the optical axis O of the objective lens 2. Below the objective lens 2, a wafer 14 is placed on a wafer table 10 and provided with reflective grating marks 12.

【0012】光軸O上のコンデンサーレンズ4のさらに
上方には、斜設されたハーフミラー18とアライメント
光源部20が配置されている。ハーフミラー18の反射
光軸OO上には受光学素子22が配置されている。
Further above the condenser lens 4 on the optical axis O, an oblique half mirror 18 and an alignment light source section 20 are arranged. A receiving optical element 22 is arranged on the reflection optical axis OO of the half mirror 18.

【0013】アライメント光源部20は、ハウジング2
4によって光軸Oを中心として回転可能に支持されたベ
ース26と、ベース26上に載置された He−Neレ
ーザ光を射出するアライメント光源30と、ベース26
上に摺動体33を介して放射方向に摺動自在に支持され
たミラー32とを有する。ベース26において、ミラー
32の摺動範囲の下方に当たる部分には開口34が設け
られていて、アライメント光源30から射出されたレー
ザ光を遮ることはない。なお、光軸Oがミラーにより折
り曲げられている場合には、アライメント光源部に折り
曲げられた光軸Oを中心として回転されることとなる。
The alignment light source section 20 includes a housing 2
4, an alignment light source 30 placed on the base 26 that emits a He-Ne laser beam, and a base 26.
A mirror 32 is supported on the mirror 32 so as to be slidable in the radial direction via a sliding body 33. An opening 34 is provided in the base 26 at a portion below the sliding range of the mirror 32, so that the laser beam emitted from the alignment light source 30 is not blocked. In addition, when the optical axis O is bent by a mirror, it will be rotated around the optical axis O bent by the alignment light source section.

【0014】次に、上記構成の位置合わせ装置の作動に
ついて説明する。最初に、レチクル8とウエハ14の位
置合わせが、ウエハテーブル10を使用し、公知の方法
によってなされる。ミラー32は、図1に示す位置にあ
って、アライメント光源30から射出されたレーザ光は
ミラー32によって反射され、ハーフミラー18、コン
デンサーレンズ4を介してグレーティングマーク6に到
達する。透過型グレーティングマーク6を透過回折され
たレーザ光は、対物レンズ2を介して反射型グレーティ
ングマーク12に到達する。反射型グレーティングマー
ク12によって反射回折されたレーザ光は、再び対物レ
ンズ2、透過型グレーティングマーク6、コンデンサー
レンズ4を介してハーフミラー18に到達し、ハーフミ
ラー18によって反射されたレーザ光は受光素子22に
達する。
Next, the operation of the positioning device having the above structure will be explained. First, the reticle 8 and the wafer 14 are aligned using the wafer table 10 by a known method. The mirror 32 is in the position shown in FIG. 1, and the laser beam emitted from the alignment light source 30 is reflected by the mirror 32 and reaches the grating mark 6 via the half mirror 18 and the condenser lens 4. The laser beam that has been transmitted and diffracted through the transmission grating mark 6 reaches the reflection grating mark 12 via the objective lens 2 . The laser beam reflected and diffracted by the reflective grating mark 12 reaches the half mirror 18 again via the objective lens 2, the transmission grating mark 6, and the condenser lens 4, and the laser beam reflected by the half mirror 18 passes through the light receiving element. Reach 22.

【0015】受光素子22は、透過型グレーティングマ
ーク6と反射型グレーティングマーク12の相対的位置
関係によって生じる受光量変化に対応した検出信号を出
力する。受光素子22に連結されたマイクロコンピュー
タ(図示せず)は、上記検出信号を演算処理して透過型
グレーティングマーク6と反射型グレーティングマーク
12の相対的位置関係を出力する。
The light receiving element 22 outputs a detection signal corresponding to a change in the amount of received light caused by the relative positional relationship between the transmission type grating mark 6 and the reflection type grating mark 12. A microcomputer (not shown) connected to the light receiving element 22 performs arithmetic processing on the detection signal and outputs the relative positional relationship between the transmission grating mark 6 and the reflection grating mark 12 .

【0016】次に、レチクル8とウエハ14が取り替え
られて、透過型グレーティングマーク6が6’になり、
反射型グレーティングマーク12が12’になったとす
る。最初に、前述したように、レチクル8とウエハ14
の位置合わせが、ウエハテーブル10を使用し、公知の
方法によってなされる。続いて、ミラー32は、32’
に示される位置に変位され、同時にベース26が回転さ
せられて、コンデンサーレンズ4を介して透過型グレー
ティングマーク6’に所定の角度方向で入射するように
する。こうすることによって透過型グレーティングマー
ク6’と反射型グレーティングマーク12’を高精度に
位置合わせすることが可能となる。
Next, the reticle 8 and wafer 14 are replaced, and the transmission grating mark 6 becomes 6'.
Assume that the reflective grating mark 12 has become 12'. First, as mentioned above, the reticle 8 and the wafer 14 are
The alignment is performed using the wafer table 10 by a known method. Subsequently, the mirror 32 is 32'
At the same time, the base 26 is rotated so that the light is incident on the transmission grating mark 6' through the condenser lens 4 at a predetermined angular direction. By doing so, it becomes possible to align the transmission type grating mark 6' and the reflection type grating mark 12' with high precision.

【0017】[0017]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、レ
チクル及びウエハのグレーティングマークが変位しても
、容易にアライメント用の光束を各グレーティングマー
クの所定位置に所定角度で入射させることができ、レチ
クル及びウエハを高精度に位置合わせを行うことができ
、しかも装置の構成が簡易であるという効果を有する。
As described above, according to the present invention, even if the grating marks on the reticle and wafer are displaced, it is possible to easily make the alignment light beam incident on the predetermined position of each grating mark at a predetermined angle. This has the advantage that the reticle and wafer can be aligned with high precision, and the configuration of the apparatus is simple.

【0018】[0018]

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

【図1】本発明の実施例の位置合わせ装置の垂直断面説
明図である。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional explanatory diagram of a positioning device according to an embodiment of the present invention.

【図2】従来の位置合わせ装置の垂直断面説明図である
FIG. 2 is an explanatory vertical cross-sectional view of a conventional alignment device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2            対物レンズ4      
      コンデンサーレンズ6、6’      
透過型グレーティングマーク8           
 レチクル 10          ウエハテーブル12、12’
  反射型グレーティングマーク14        
  ウエハ 20          アライメント光源部22  
        受光素子 24          ハウジング 26          ベース 30          アライメント光源32、32
’  ミラー
2 Objective lens 4
Condenser lens 6, 6'
Transparent grating mark 8
Reticle 10 Wafer table 12, 12'
Reflective grating mark 14
Wafer 20 Alignment light source section 22
Light receiving element 24 Housing 26 Base 30 Alignment light sources 32, 32
' mirror

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  第1基板の第1位置合わせマークと、
第2基板の第2位置合わせマークと、これらの位置合わ
せマークを照射するアライメント光束とを用いて、上記
第1基板と第2基板の対物レンズを介した相対位置を位
置決めするための位置合わせ光学装置において、上記ア
ライメント光束を射出するアライメント光源部の射出部
が一定位置を中心とする放射方向及び回転方向に変位可
能に支持されていることを特徴とする位置合わせ光学装
置。
Claim 1: A first alignment mark on a first substrate;
Alignment optics for positioning the relative positions of the first substrate and the second substrate via an objective lens using second alignment marks on the second substrate and an alignment light beam that irradiates these alignment marks. An alignment optical device characterized in that an emitting section of an alignment light source section that emits the alignment light beam is supported so as to be displaceable in a radial direction and a rotational direction centering on a fixed position.
【請求項2】  上記射出部の回転の中心が上記対物レ
ンズの光軸であることを特徴とする位置合わせ装置。
2. A positioning device characterized in that the center of rotation of the injection section is the optical axis of the objective lens.
【請求項3】  上記アライメント光束はレーザ光であ
ることを特徴とする位置合わせ装置。
3. A positioning apparatus characterized in that the alignment light beam is a laser beam.
JP3002702A 1991-01-14 1991-01-14 Alignment optical device Pending JPH04348018A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100283838B1 (en) * 1996-06-05 2001-04-02 니시무로 타이죠 Scanning Exposure Equipment and Scanning Exposure Method
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