JPH0476489B2 - - Google Patents

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JPH0476489B2
JPH0476489B2 JP60227103A JP22710385A JPH0476489B2 JP H0476489 B2 JPH0476489 B2 JP H0476489B2 JP 60227103 A JP60227103 A JP 60227103A JP 22710385 A JP22710385 A JP 22710385A JP H0476489 B2 JPH0476489 B2 JP H0476489B2
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light
grating
optical system
reticle
wafer
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JP60227103A
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JPS6286722A (en
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Noboru Nomura
Kazuhiro Yamashita
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication of JPH0476489B2 publication Critical patent/JPH0476489B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7049Technique, e.g. interferometric

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、微細パターンを持つ装置特に1ミク
ロンもしくはそれ以下のサブミクロンのルールを
持つ半導体装置等の露光装置に関するものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to an exposure apparatus for devices having fine patterns, particularly semiconductor devices and the like having a submicron rule of 1 micron or less.

従来の技術 半導体装置は最近ますます高密度化され、各々
の素子の微細パターンの寸法は1ミクロン以下に
及んでいる。従来からLSI製造時のフオトマスク
とLSIウエハの位置合わせは、ウエハに設けた位
置合せマークを用いて、ウエハを着装したステー
ジの回転と2軸平行移動し、フオトマスク上のマ
ークとウエハ上のマークを重ね合わせることによ
つて行なつていたが、その位置合わせ精度は±
0.3ミクロン程度であり、サブミクロンの素子を
形成する場合には、合わせ精度が悪く実用になら
ない。また、S.オースチン〔アプライド フイジ
ツクス レターズ(Applied physics Letters)
Vol31No.7P.428、1977〕らが示した干渉法を用い
た位置合わせ方法では、第2図で示したように、
入射レーザビーム1をフオトマスク2に入射さ
せ、フオトマスク2上に形成した格子3で回折
し、この回折した光をもう一度、ウエハ4上に形
成した格子5によつて回折することにより、回折
光6,7,8…を得る。この回折光は、フオトマ
スクでの回折次数とウエハでの回折次数の二値表
示で表わすと、回折光6は(0、1)、回折光7
(1、1)、回折光8は(−1、2)…で表わすこ
とができる。この回折光をレンズにより一点に集
め光強度を測定する。回折光は入射レーザビーム
1に対して左右対称な位置に光強度を持つ、フオ
トマスク2とウエハ4との位置合わせには、左右
に観察された回折光の強度を一致させることによ
り行なえる。この方法では位置合わせ精度は、数
100Åとされている。
BACKGROUND OF THE INVENTION Semiconductor devices have recently become more densely packed, and the dimensions of fine patterns of each element are now 1 micron or less. Conventionally, alignment between a photomask and an LSI wafer during LSI manufacturing has been done by using alignment marks provided on the wafer, rotating and parallelly moving a stage on which the wafer is mounted, and aligning the marks on the photomask with the marks on the wafer. This was done by overlapping each other, but the alignment accuracy was ±
It is about 0.3 microns, and when forming submicron elements, the alignment accuracy is poor and it is not practical. Also, S. Austin [Applied physics Letters]
Vol31No.7P.428, 1977] et al. showed that the alignment method using interferometry, as shown in Figure 2,
The incident laser beam 1 is made incident on a photomask 2, diffracted by a grating 3 formed on the photomask 2, and this diffracted light is again diffracted by a grating 5 formed on a wafer 4, thereby producing diffracted light 6, Get 7, 8... When this diffracted light is expressed as a binary representation of the diffraction order on the photomask and the diffraction order on the wafer, diffracted light 6 is (0, 1), diffracted light 7 is
(1, 1), the diffracted light 8 can be expressed as (-1, 2)... This diffracted light is collected at one point by a lens and the light intensity is measured. The diffracted light has a light intensity at a position symmetrical to the incident laser beam 1. The photomask 2 and the wafer 4 can be aligned by matching the intensities of the diffracted light observed on the left and right sides. In this method, the alignment accuracy is several
It is said to be 100Å.

しかし、この方法においては、フオトマスク2
とウエハ4との位置合わせは、フオトマスク2と
ウエハ4との間隔Dに大きく影響されるため、間
隔Dの精度を要求する。また、フオトマスク2と
ウエハ4を接近させ、間隔Dの精度を保持した状
態で位置合わせする必要があり、装置が複雑とな
るため、実用に問題があつた。
However, in this method, the photomask 2
Since the alignment between the photomask 2 and the wafer 4 is greatly influenced by the distance D between the photomask 2 and the wafer 4, accuracy in the distance D is required. Further, it is necessary to bring the photomask 2 and the wafer 4 close to each other and align them while maintaining the accuracy of the distance D, which complicates the apparatus and poses a problem in practical use.

また、サブミクロン線巾を持つ素子の位置合わ
せには、素子からの二次電子放出による観察によ
る方法があるが、大気中での取り扱いができない
ため、LSIを製造する上でスループツトが小さく
なり実用上問題があつた。
In addition, there is a method for aligning elements with submicron line widths through observation using secondary electron emission from the elements, but since it cannot be handled in the atmosphere, the throughput for manufacturing LSIs becomes small and practical. There was a problem above.

また、第3図に示した従来例〔アイイイイ ト
ランザクシヨン(IEEE、transon)E.D ED−
26、4、1974、723、Gijs Bouwuis〕では、2枚
のL1,L2のレンズ系で示されたマイクロレンズ
のフーリエ変換面に、レーザビームを入射しレン
ズL2を介してウエハ上に形成された格子に対し
てビームを照明し、空間フイルタSFで格子から
回折される±1次光のみをレンズ系L1,L2を通
してレチクルR上に入射し、レチクルRの近傍に
おいて干渉縞を生成し、レチクルに設けた格子を
通過する光を光検出器Dで検出して、ウエハWと
レチクルRを位置合わせする構成が図示されてい
る。第3図の構成においては、ウエハW上に形成
した非対称の格子に対しては位置を補正すること
ができないと述べられており、位置合わせマーク
の製造方法において、全ての工程やマークで実現
不可能であり実用化するに致つていない。
In addition, the conventional example shown in Fig. 3 [IEEE, transon] ED ED-
26, 4, 1974, 723, Gijs Bouwuis], a laser beam is incident on the Fourier transform surface of a microlens shown by two lens systems L 1 and L 2 , and is projected onto a wafer via lens L 2 . The formed grating is illuminated with a beam, and only the ±1st-order light diffracted from the grating by the spatial filter SF is incident on the reticle R through the lens systems L 1 and L 2 to form interference fringes in the vicinity of the reticle R. A configuration is shown in which a photodetector D detects the light generated and passes through a grating provided on the reticle to align the wafer W and the reticle R. In the configuration shown in FIG. 3, it is stated that the position cannot be corrected for the asymmetric grating formed on the wafer W, and this is not possible in all processes and marks in the alignment mark manufacturing method. Although it is possible, it has not yet been put into practical use.

発明が解決しようとする問題点 本発明はこのような従来からの問題に鑑み、微
細パターンの位置合わせを大気中で、かつ、簡単
な構成で行なえるLSIのレチクルとウエハの正確
かつ容易な位置合わせを生産性良く可能とした露
光装置を目的としている。
Problems to be Solved by the Invention In view of these conventional problems, the present invention provides an accurate and easy positioning of an LSI reticle and wafer, which allows alignment of fine patterns in the atmosphere and with a simple configuration. The aim is to provide an exposure device that enables alignment with high productivity.

問題点を解決するための手段 本発明は、投影露光装置において高精度な位置
合わせを実現するために、レチクル面上に形成さ
れた格子によつて波面分割された光束のうち、第
1のレンズのスペクトル面で適当な光束を空間フ
イルターによつて通過させ、第2のレンズ系、投
影レンズを通過させ、基板上に設けた第2の格子
上に投影する。第2の格子からは、回折光が回折
され、この回折光は逆方向に、投影レンズ第2の
レンズ中に通過し、光検出器に導びかれる。基板
上の第2の格子に2光束を適当な方向から投影す
ると、回折光同志が重なつた方向に回折され、
各々が干渉する。この干渉した回折光の光強度を
検出することにより、高精度の位置合わせが実現
が可能となる。さらに、位置合わせ光学系と縮小
投影光学系を別系統とすることにより、再現精度
の高い位置合わせ系を実現するものである。
Means for Solving the Problems In order to achieve highly accurate positioning in a projection exposure apparatus, the present invention provides a first lens among a light beam whose wavefront is split by a grating formed on a reticle surface. A suitable light beam in the spectral plane is passed through a spatial filter, passed through a second lens system, a projection lens, and projected onto a second grating provided on the substrate. From the second grating, diffracted light is diffracted, which passes in the opposite direction into a second projection lens and is guided to a photodetector. When two beams of light are projected onto the second grating on the substrate from appropriate directions, the diffracted beams are diffracted in the overlapping direction,
Each interferes. By detecting the light intensity of this interfering diffracted light, highly accurate positioning can be achieved. Furthermore, by using separate systems for the alignment optical system and reduction projection optical system, a alignment system with high reproducibility can be realized.

作 用 位置合わせ光学系と投影レンズとを組み合わせ
ることにより、レチクル像を縮小投影する光学系
と高精度な位置合わせを行なう光学系を分離する
ことができ、レチクル像を投影する際に位置合わ
せに用いる空間フイルタやミラー等を脱着するこ
となく露光ができるため、より精度の高い位置合
わせが実現できるものである。
Function By combining the alignment optical system and the projection lens, it is possible to separate the optical system that reduces and projects the reticle image from the optical system that performs high-precision alignment. Since exposure can be performed without removing and attaching the spatial filters, mirrors, etc. used, more accurate positioning can be achieved.

実施例 本発明による光学系の実施例を第1図に示し
た。光源11から出た光(この図ではより鮮明な
干渉性とより深い焦点深度を得るために、レーザ
光を想定した構成になつているが、全体の光学系
は白色干渉光学系であり、水銀灯などのスペクト
ル光源でもよい。)を第1のレンズ系15の入射
瞳に対して入射する。
Embodiment An embodiment of the optical system according to the present invention is shown in FIG. Light emitted from the light source 11 (In order to obtain clearer coherence and deeper depth of focus, the configuration is assumed to be a laser beam, but the overall optical system is a white interference optical system, and a mercury lamp is used.) ) is incident on the entrance pupil of the first lens system 15.

以下の説明では、本発明の原理を簡潔に述べる
ためにレチクルは平行光束によつて照明され、第
1及び第2のレンズ系15,17は、フーリエ変
換レンズとするが、必らずしもフーリエ変換レン
ズでなくてもよい。
In the following description, in order to briefly describe the principle of the present invention, it is assumed that the reticle is illuminated by a parallel light beam, and that the first and second lens systems 15 and 17 are Fourier transform lenses, but this is not necessarily the case. It does not have to be a Fourier transform lens.

光源11と第1のフーリエ変換レンズ15との
間にレチクル14が配置され、レチクル14の第
1の格子10のパターンを2次光源として出た像
を第1のフーリエ変換レンズ15によつて一旦集
光し、さらに、第2のフーリエ変換レンズ17を
通してレチクル14のパターンの像をウエハ18
に縮小投影光学系19を通して投影する。第1の
フーリエ変換レンズ15の後側焦点面には、レチ
クル上の格子10のパターンの回折光(フーリエ
スペクトル)が空間的に分布しており、本発明に
おいては、このフーリエ変換面に空間フイルター
16を配置してスペクトル面でフイルタリング
し、レチクル14上に形成された格子10のパタ
ーンをスペクトル面でフイルタリングすることに
よつてウエハ18面上に干渉縞20を生成する。
A reticle 14 is disposed between the light source 11 and the first Fourier transform lens 15, and the image emitted from the pattern of the first grating 10 of the reticle 14 as a secondary light source is once transformed by the first Fourier transform lens 15. The light is focused, and then the image of the pattern on the reticle 14 is transferred to the wafer 18 through the second Fourier transform lens 17.
The image is projected through the reduction projection optical system 19. The diffracted light (Fourier spectrum) of the pattern of the grating 10 on the reticle is spatially distributed on the rear focal plane of the first Fourier transform lens 15, and in the present invention, a spatial filter is provided on this Fourier transform surface. 16 is arranged and filtered in the spectral plane, and the pattern of the grating 10 formed on the reticle 14 is filtered in the spectral plane, thereby generating interference fringes 20 on the surface of the wafer 18.

半導体ウエハ18上に形成した第2の格子21
からは、回折光22が回折され、縮小投影光学系
19及び第2のレンズ17を逆方向に戻り、空間
フイルタ16の位置に配置されたミラーによつ
て、光検出器23に導びかれる。
Second grating 21 formed on semiconductor wafer 18
From there, the diffracted light 22 is diffracted, returns in the opposite direction through the reduction projection optical system 19 and the second lens 17, and is guided to the photodetector 23 by a mirror placed at the position of the spatial filter 16.

以上がレチクル14とウエハ18の位置合せの
光学系であるが、一方、レチクル14の回路パタ
ーンは、投影用光源12及び照明光学系13によ
つて照明され、その投影像は縮小投影光学系19
を通して、ウエハ18上に結像する。こうして通
常の回路パターン露光用の光学系が形成される。
The above is the optical system for aligning the reticle 14 and the wafer 18. On the other hand, the circuit pattern of the reticle 14 is illuminated by the projection light source 12 and the illumination optical system 13, and its projected image is projected by the reduction projection optical system 19.
The image is formed on the wafer 18 through the wafer 18. In this way, an optical system for normal circuit pattern exposure is formed.

以上のように本発明では、位置合わせ用光源及
びその光学系と露光用の光源及びその光学系を有
しており、空間フイルターを位置合わせ光学系に
配置して使用し、合わせが完了後レチクル上の回
路パターンの像がウエハ上に縮小投影される。
As described above, the present invention has a light source for alignment and its optical system, and a light source for exposure and its optical system.The spatial filter is placed in the alignment optical system and used, and after alignment is completed, the reticle is removed. An image of the circuit pattern above is reduced and projected onto the wafer.

第4図は本発明の露光装置に用いられるレチク
ルである。第4図aはレチクル14の平面図であ
り、第4図bはaのA−A線断面図である。レチ
クル14中には、回路パターン部42とその周辺
部43から成り、周辺部43のスクラインブライ
ンにあたる部分に第1図の第1の格子10に相当
する位置合わせ用格子パターン41,41′が形
成されている。レチクル14には入射光44入射
し、第4図bに示すように、パターン41内部で
は格子41パターンによつて、0次、±1次、±2
次…のように複数の回折光が回折される。パター
ン41を取り巻くしや断部43はクロムの酸化ク
ロム等の膜で形成されており、入射光44を、パ
ターン41の内部のみ通過させている。
FIG. 4 shows a reticle used in the exposure apparatus of the present invention. FIG. 4a is a plan view of the reticle 14, and FIG. 4b is a sectional view taken along the line A--A in a. The reticle 14 consists of a circuit pattern section 42 and its peripheral section 43, and in the portion of the peripheral section 43 that corresponds to the scrine line, there are positioning grating patterns 41, 41' corresponding to the first grating 10 in FIG. It is formed. Incident light 44 enters the reticle 14, and as shown in FIG.
A plurality of diffracted lights are diffracted as shown below. The shield section 43 surrounding the pattern 41 is formed of a film of chromium oxide or the like, and allows the incident light 44 to pass only through the inside of the pattern 41.

第4図の例においては、回折光を得るために振
幅格子パターン41を用いているが、この格子は
位相格子でもよく、入射光がななめから入射する
場合にはエシエレツト格子でもよい。
In the example shown in FIG. 4, an amplitude grating pattern 41 is used to obtain the diffracted light, but this grating may be a phase grating or, if the incident light is diagonally incident, an Ethieret grating.

第5図はさらに本発明の露光装置の原理説明図
である。光源11から出た波長λの光は、レチク
ル上の格子41を照明する。
FIG. 5 is a diagram further explaining the principle of the exposure apparatus of the present invention. Light with wavelength λ emitted from light source 11 illuminates grating 41 on the reticle.

第1フーリエ変換レンズ15の前側焦点f1の位
置x1にレチクル14上の位相格子パターン41を
配置する。位相格子パターン41のピツチP1
回折光の回折角θ1は P1sinθo=nλ(n=0、±1、±2、…) の関係がある。このように複数の光束に回折され
た光はフーリエ変換レンズ15に入射し、さらに
後側焦点面に各々の回折光に相当するフーリエス
ペクトル像を結ぶ。一次の回折光のフーリエスペ
クトルに対応する座標ζ61は ζ61=f1sinθ1 P1sinθ1=λ で示され、O次の回折光のフーリエスペクトル
ζ60 ζ60=f1sinθ0=0 とは完全に分離された状態でフーリエ変換面にフ
ーリエスペクトル像を結ぶ。第1図に示したよう
にこのフーリエ変換面上に空間フイルタ16を配
置し、第6図に示したように格子パターン41の
0次および±2次以上の回折光を遮断し、±1次
回折光と開口パターンのスペクトル(0次光成分
を除く)を通過させる。この回折光は第2フーリ
エ変換レンズ17を通過し、さらにウエハ18W
上に投影される。
The phase grating pattern 41 on the reticle 14 is placed at the position x 1 of the front focal point f 1 of the first Fourier transform lens 15 . The pitch P 1 of the phase grating pattern 41 and the diffraction angle θ 1 of the diffracted light have the following relationship: P 1 sin θ o =nλ (n=0, ±1, ±2, . . . ). The light diffracted into a plurality of light beams in this manner enters the Fourier transform lens 15, and further forms a Fourier spectrum image corresponding to each diffracted light beam on the rear focal plane. The coordinate ζ 61 corresponding to the Fourier spectrum of the first-order diffracted light is expressed as ζ 61 = f 1 sin θ 1 P 1 sin θ 1 = λ, and the Fourier spectrum of the O-th order diffracted light ζ 60 ζ 60 = f 1 sin θ 0 = 0 The Fourier spectrum image is focused on the Fourier transform plane while being completely separated from the As shown in FIG. 1, a spatial filter 16 is arranged on this Fourier transform surface, and as shown in FIG. The spectrum of the folded light and the aperture pattern (excluding the zero-order light component) is passed. This diffracted light passes through the second Fourier transform lens 17 and further passes through the wafer 18W.
projected on top.

ただし、第5図、第6図においては縮小投影レ
ンズ系19を省略してある。
However, the reduction projection lens system 19 is omitted in FIGS. 5 and 6.

ウエハW上に投影された像は、レチクル上の開
口部(パターン41)の像を大略結ぶとともに、
格子パターン41の±1次光成分同志が干渉して
新らたなピツチの干渉縞が形成される。ここで干
渉縞のピツチP2は、 P2=λ/2sinθ2 で与えられる。このとき、第2フーリエ変換レン
ズ17の前側焦点面に第1フーリエ変換レンズ1
5のフーリエ変換面を設定するので f1sinθ1=f2sinθ2=ζ61 の関係がある。
The image projected onto the wafer W approximately focuses the image of the opening (pattern 41) on the reticle, and
The ±1st-order light components of the grating pattern 41 interfere with each other to form new pitched interference fringes. Here, the pitch P 2 of the interference fringe is given by P 2 =λ/2sinθ 2 . At this time, the first Fourier transform lens 1 is placed on the front focal plane of the second Fourier transform lens 17.
Since the Fourier transform surface of 5 is set, there is a relationship of f 1 sin θ 1 = f 2 sin θ 2 = ζ 61 .

第1及び第2フーリエ変換レンズ15,17、
さらに、縮小率mの縮小投影光学系を通した像の
間には、 P2=mλ/2sinθ2=mf2/f1・λ/2sinθ2=mf2/f1
・P1/2 ……(1) の関係がある。よつて、ウエハW上に生成される
干渉縞のピツチP2はf1=f2のときは、レチクル上
の格子パターン41の投影像のピツチの半分とな
る。格子41の投影像によつて、ウエハW上に第
2の格子Gを形成し、この格子Gに対して、光束
111と112の光をそれぞれ照射すると、波面
分割する格子Gによつてそれぞれ回折された光が
得られる。また、2光束111と112をウエハ
W上に同時に照射すると、干渉縞が生成し、さら
に、この場合ウエハW上の格子Gによつて回折さ
れる光が各々干渉し、この干渉した光を光検出器
Dで検出し、干渉縞と格子Gとの間の位置関係を
示す光強度情報が得られる。
first and second Fourier transform lenses 15, 17,
Furthermore, between the images passed through the reduction projection optical system with reduction ratio m, P 2 = mλ/2sinθ 2 = mf 2 /f 1・λ/2sinθ 2 = mf 2 /f 1
・P 1 /2 ...There is the following relationship (1). Therefore, the pitch P 2 of the interference fringes generated on the wafer W is half the pitch of the projected image of the grating pattern 41 on the reticle when f 1 =f 2 . A second grating G is formed on the wafer W by the projected image of the grating 41, and when the light beams 111 and 112 are respectively irradiated onto this grating G, they are each diffracted by the grating G that splits the wavefront. light can be obtained. Furthermore, when the two light beams 111 and 112 are irradiated onto the wafer W at the same time, interference fringes are generated, and in this case, the lights diffracted by the grating G on the wafer W interfere with each other, and the interfered light is converted into a light beam. Detector D detects the light intensity information indicating the positional relationship between the interference fringes and the grating G.

第6図の光検知器D上での観測される光強度I
は I=uA 2+uB 2+uA ・uB+uA・uB ただし、uA、uBは各々光束111,112の振
幅強度uA 、uB は、共役複素振幅である。
Observed light intensity I on photodetector D in Figure 6
is I=u A 2 +u B 2 +u A *・u B +u A・u B * However, u A and u B are the amplitude intensities of the luminous fluxes 111 and 112, respectively, u A * and u B * are the conjugate complex amplitudes. be.

uA 2=A2(sinNδA/2/sinδA/2)2、uB 2=B2(sinN
δB/2/sinδB/2)2 uA ・uB+uA・uB =2・A・Bcos| (N−1)δA−δB/2 +Kx(sinθA−sinθB)| ×sinNδA/2・sinNδB/2/sinδA/2・sinδB/
2 (ただし、A、Bは定数、N:格子の数、δA、
δBは隣接した2格子によつて回折された光の間
の光路左、xは光束111と光束112との干渉
縞と格子との間の相対的位置関係、θA、θBは光束
111及び112とウエハの垂線とのなす角)と
して示される。
u A 2 = A 2 (sin N δA/2/sin δA/2) 2 , u B 2 = B 2 (sin N
δB/2/sinδB/2) 2 u A *・u B +u A・u B * =2・A・Bcos | (N-1) δA − δB/2 +Kx (sinθ A − sinθ B ) | ×sin N δA/2・sin N δB/2/sin δA/2・sin δB/
2 (where A and B are constants, N: number of lattices, δA,
δB is the left optical path between the lights diffracted by two adjacent gratings, x is the relative positional relationship between the interference fringes of the light beams 111 and 112 and the gratings, and θ A and θ B are the light beams 111 and 112, respectively. 112 and the perpendicular to the wafer).

第7図に光束111と112の両方を同時にウ
エハの格子Gに照射したときの回折光の光強度I
の観測角度依存性を示した。生成した干渉縞のピ
ツチを1μm、格子Gのピツチを2μmとした場合
の図である。光強度の鋭いピークが現われるのは
光強度Iで示されているように、干渉縞のピツチ
に対して格子Gのピツチが整数倍のときに限られ
ている。そして、第6図において、観測角度を−
π/2〜π/2と変化させると9つのピークがあ
らわれ、θ2のピークには、入射光111,112
の0次の回折光が重なる。θ4のピークは干渉縞と
格子のピツチが等しい場合の1次回折光のピーク
に相当する。θ1〜θ5の各々のピークに干渉縞とウ
エハ上の化子Gとの間の位置情報が含まれてい
る。
Figure 7 shows the light intensity I of the diffracted light when both the light beams 111 and 112 are simultaneously irradiated onto the grating G of the wafer.
The observation angle dependence of This is a diagram when the pitch of the generated interference fringes is 1 μm, and the pitch of the grating G is 2 μm. A sharp peak in the light intensity appears only when the pitch of the grating G is an integral multiple of the pitch of the interference fringes, as shown by the light intensity I. In Figure 6, the observation angle is −
Nine peaks appear when changing from π/2 to π/2, and the peak at θ 2 includes the incident light 111, 112
The 0th order diffracted lights of the two overlap. The peak at θ 4 corresponds to the peak of the first-order diffracted light when the interference fringes and the grating pitch are equal. Each peak of θ 1 to θ 5 contains positional information between the interference fringe and the emitter G on the wafer.

各々のピークは、(−3、+5)、(−2、+4)、
…(+5、−3)の回折光の合成光強度として観
察される。
Each peak is (-3, +5), (-2, +4),
...It is observed as the combined light intensity of the diffracted light of (+5, -3).

特に、(−1、+1)の光が重なるθ1は回折光の
光強度が等しいため、検出するモアレ光のコント
ラストが高い。
In particular, at θ 1 where the (-1, +1) lights overlap, the light intensities of the diffracted lights are equal, so the contrast of the moire light to be detected is high.

次に、本発明による露光装置の動作を説明す
る。
Next, the operation of the exposure apparatus according to the present invention will be explained.

まず、レチクル14が光路中に挿入され、ウエ
ハ18が装填される。レチクル14及びウエハ1
8は予め荒い位置合わせが行なわれる。次に、レ
チクル14と第1の格子10に光源11から出た
光が照射される。レチクル14上の第1の格子1
0からは複数の回折光が回折され、第1のレンズ
系15に導びかれ、±1次の光のみが選択的に通
過するように空間フイルタ16を配置する。±1
次の光は第2のレンズ系17を通過し、縮小投影
光学系19を通してウエハ18近傍に干渉縞が生
成される。光源11と投影用光源12との間の波
長が異なる場合には第1及び第2のレンズ系の焦
点距離f1及びf2の比を変化させ、第2の格子21
が干渉縞のピツチの整数倍になるように設定す
る。これは投影用光源12がエキシマレーザのよ
うなパルスである場合、位置合わせ用光源11と
して連続発振のレーザや水銀ランプ等の使用が可
能となる。また、エキシマレーザ等を使用する場
合、波長が限定される位置合わせ用光源との間の
整合が取れる。さらに、ウエハ18上のレジスト
感度がある波長域に限定されるているときには、
位置合わせ光源11の波長をレジスト感度のない
波長に選択でき、位置合わせマークを保護するこ
とができる。
First, the reticle 14 is inserted into the optical path, and the wafer 18 is loaded. Reticle 14 and wafer 1
8, rough positioning is performed in advance. Next, the reticle 14 and the first grating 10 are irradiated with light emitted from the light source 11. First grating 1 on reticle 14
A plurality of diffracted lights are diffracted from zero and guided to the first lens system 15, and a spatial filter 16 is arranged so that only the ±1st-order lights selectively pass through. ±1
The next light passes through the second lens system 17 and passes through the reduction projection optical system 19 to generate interference fringes near the wafer 18 . When the wavelengths of the light source 11 and the projection light source 12 are different, the ratio of the focal lengths f 1 and f 2 of the first and second lens systems is changed, and the second grating 21
is set to be an integral multiple of the pitch of the interference fringes. If the projection light source 12 is a pulsed light source such as an excimer laser, a continuous wave laser, a mercury lamp, or the like can be used as the alignment light source 11. Furthermore, when an excimer laser or the like is used, matching can be achieved with a positioning light source whose wavelength is limited. Furthermore, when the resist sensitivity on the wafer 18 is limited to a certain wavelength range,
The wavelength of the alignment light source 11 can be selected to a wavelength that has no resist sensitivity, and the alignment marks can be protected.

第2の格子21から回折された光は、光検出器
23によつて検出され、前述した原理でウエハ1
8とレチクル14との間の高精度な位置合わせを
行なう。位置合わせが完了すると、投影用光源1
2を用いて、レチクル像を縮小投影光学系19に
より投影し、レチクル上の回路パターンをウエハ
上に形成する。
The light diffracted from the second grating 21 is detected by the photodetector 23, and is applied to the wafer 1 according to the above-described principle.
8 and the reticle 14 with high precision. When the alignment is complete, the projection light source 1
2, the reticle image is projected by the reduction projection optical system 19, and the circuit pattern on the reticle is formed on the wafer.

以上の動作説明において、第3図に示したよう
に、縮小投影光学系中に空間フイルターを設置し
た場合には、投影露光中に空間フイルタが露光光
を妨げるために、空間フイルタ及びミラーを脱着
せねばらならない。このように空間フイルタを脱
着すると、脱着の際の振動が問題となり、レンズ
系とウエハ、レチクル間の相対位置がずれる。ま
た、ミラーにおいては、再現性よく元の位置に戻
ることは困難(2μm程度の位置誤差が生ずる)
であり、波面の位置を制御することが困難であ
る。さらに、フイルタ、ミラー等には貫性がある
ため、脱着に時間がかかり、位置合わせに従来よ
り長時間を要することになる。
In the above operation explanation, as shown in Figure 3, when a spatial filter is installed in the reduction projection optical system, the spatial filter and mirror can be removed and removed in order to block the exposure light during projection exposure. I have to do it. When the spatial filter is attached and detached in this manner, vibrations occur during attachment and detachment, and the relative positions of the lens system, wafer, and reticle shift. Also, with mirrors, it is difficult to return to the original position with good reproducibility (a position error of about 2 μm occurs).
Therefore, it is difficult to control the position of the wavefront. Furthermore, since filters, mirrors, etc. have permeability, it takes time to attach and detach them, and alignment takes longer than before.

本発明においては動作説明にあるように、空間
フイルターや光路におけるミラーは位置合わせ光
学系に固定されており、また、位置合せの光学系
は投影光学系とは別系統の光学系であるため、空
間フイルタやミラーは脱着を必要とせず、なおか
つ、固定されているため、空間フイルタやミラー
系の相対位置がづれることがなく、再現性よく精
度の高い位置合わせが可能となる。また脱着のた
めの余分の時間も浪費せず短時間の位置合わせが
可能となる。また、さらに、上記に示したように
異波長位置合わせやその他位置合わせマークが非
対称形状の場合の検出等が可能となり、高い精度
の位置合わせが実現される。
In the present invention, as described in the operation description, the spatial filter and the mirror in the optical path are fixed to the alignment optical system, and the alignment optical system is a separate optical system from the projection optical system. Since the spatial filter and mirror do not need to be attached or detached and are fixed, the relative positions of the spatial filter and mirror system do not shift, allowing highly reproducible and highly accurate positioning. Furthermore, positioning can be performed in a short time without wasting extra time for attachment and detachment. Furthermore, as described above, it becomes possible to perform different wavelength alignment and to detect cases where the alignment mark has an asymmetrical shape, thereby realizing highly accurate alignment.

発明の効果 本発明により、干渉縞を媒介としてレチクル上
のパターンをウエハ上に高い精度で位置合わせ
し、レチクル上のパターンをウエハ上に露光形成
することができる。さらに、投影光学系と位置合
わせ光学系とを異なつた光路として構成するので
異波長位置合わせを行なうことができる。また、
空間フイルタやミラー系を脱着せずに露光が可能
となり、合わせ精度の高い露光装置が構成でき
る。
Effects of the Invention According to the present invention, a pattern on a reticle can be aligned on a wafer with high precision using interference fringes, and a pattern on the reticle can be formed on the wafer by exposure. Furthermore, since the projection optical system and the alignment optical system are configured as different optical paths, alignment of different wavelengths can be performed. Also,
Exposure can be performed without attaching or detaching a spatial filter or mirror system, and an exposure apparatus with high alignment accuracy can be configured.

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

第1図は本発明の一実施例の露光装置における
位置合わせの基本的な構成図、第2図は従来から
の2重格子法による位置合わせの原理図、第3図
は従来からのレチクルとウエハを干渉縞を用いて
位置合わせる場合の構成図、第4図aは本発明に
よるレチクルの構成図、第4図bは位置合わせ用
格子の断面図、第5図は本発明による再回折光学
系の原理図、第6図は本発明によるウエハ近傍の
詳細図、第7図は2光束を入射したときの回折光
の強度を示す図である。 11……位置合せ用光源、12……投影用光
源、13……照明光学系、14……レチクル、1
5,17……第1、第2のフーリエ変換レンズ、
16……空間フイルター、18……ウエハ、19
……縮小投影光学系、G……格子、D……光検出
器。
FIG. 1 is a basic configuration diagram of alignment in an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram of the principle of alignment using the conventional double grating method, and FIG. 3 is a diagram of a conventional reticle and FIG. 4a is a configuration diagram of a reticle according to the present invention, FIG. 4b is a cross-sectional view of an alignment grating, and FIG. 5 is a re-diffraction optical system according to the present invention. FIG. 6 is a diagram showing the principle of the system, FIG. 6 is a detailed view of the vicinity of the wafer according to the present invention, and FIG. 7 is a diagram showing the intensity of diffracted light when two light beams are incident. 11... Alignment light source, 12... Projection light source, 13... Illumination optical system, 14... Reticle, 1
5, 17...first and second Fourier transform lenses,
16...Spatial filter, 18...Wafer, 19
...Reducing projection optical system, G...Grating, D...Photodetector.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 基板上にレチクルの像を照明光学系を用いて
投影する縮小投影光学系と、前記レチクル面上に
形成され、光源からの光束が入射され前記光束を
波面分割して第1のレンズ系に入射させる第1の
格子と、前記第1のレンズ系のスペクトル面付近
に設けられ、前記第1のレンズ系を通過した前記
波面分割された光束の所定のスペクトルを持つ光
束を通過させる空間フイルターと、前記空間フイ
ルターを通過した光束を前記縮小投影光学系に入
射させる第2のレンズ系と、前記基板上に形成さ
れ前記縮小投影光学系を通過した前記光束が投影
され回折光を生成し干渉させる第2の格子と、前
記縮小投影光学系、前記第2のレンズ系を通過し
た前記回折光が導かれ前記回折光を測定する光検
出器とを備え、前記光源、前記第1のレンズ系、
前記空間フイルター、前記第2のレンズ系、前記
光検出器にて前記縮小投影光学系とは別系統の位
置合せ光学系を構成し、前記レチクル面上の前記
第1の格子と前記基板上の前記第2の格子とを位
置合わせすることを特徴とする露光装置。
1 a reduction projection optical system that projects an image of a reticle onto a substrate using an illumination optical system; and a first lens system that is formed on the reticle surface, receives a light beam from a light source, splits the wavefront of the light beam, and a first grating to be made incident; a spatial filter provided near the spectral plane of the first lens system and passing a light beam having a predetermined spectrum of the wavefront-divided light beam that has passed through the first lens system; , a second lens system that makes the light beam that has passed through the spatial filter enter the reduction projection optical system; and a second lens system that is formed on the substrate and projects the light beam that has passed through the reduction projection optical system to generate and interfere with diffracted light. a second grating, the reduction projection optical system, and a photodetector for guiding the diffracted light that has passed through the second lens system and measuring the diffracted light, the light source, the first lens system,
The spatial filter, the second lens system, and the photodetector constitute an alignment optical system that is separate from the reduction projection optical system, and the first grating on the reticle surface and the alignment optical system on the substrate An exposure apparatus characterized by aligning the second grating.
JP60227103A 1985-10-11 1985-10-11 Exposure device Granted JPS6286722A (en)

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US5325176A (en) * 1988-02-16 1994-06-28 Canon Kabushiki Kaisha Position detecting method and apparatus including Fraunhofer diffraction detector
JPH0732116B2 (en) * 1989-07-13 1995-04-10 松下電器産業株式会社 Exposure equipment
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