JPH0547631A - Method and apparatus for semiconductor exposure - Google Patents

Method and apparatus for semiconductor exposure

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JPH0547631A
JPH0547631A JP3199087A JP19908791A JPH0547631A JP H0547631 A JPH0547631 A JP H0547631A JP 3199087 A JP3199087 A JP 3199087A JP 19908791 A JP19908791 A JP 19908791A JP H0547631 A JPH0547631 A JP H0547631A
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mask
wafer
stage
mark
positional relationship
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JP3199087A
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Japanese (ja)
Inventor
Shigeo Moriyama
茂夫 森山
Masaaki Ito
昌昭 伊東
Tsuneo Terasawa
恒男 寺澤
Hidekazu Seya
英一 瀬谷
Souichi Katagiri
創一 片桐
Kozo Mochiji
広造 持地
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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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
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216Mask projection systems
    • G03F7/70358Scanning exposure, i.e. relative movement of patterned beam and workpiece during imaging

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

PURPOSE:To conduct a relative alignment of a mask and a wafer with high accuracy at low cost in an X-ray reduction exposure method by detecting a wafer mark on the back of the wafer by a mark detector, by detecting a reference mark on the mask by an X-ray mark detector and by correcting preliminarily the misalignment of the optical axes of the two detectors. CONSTITUTION:A slit opening 26 on a photo detector 25 is located near the position where the image of a mask reference mark 23 is formed. Scanning an X-Y stage 7, the position where the center of the image of the mask reference mark and the center of the slit opening 26 coincide with each other is searched. When this position is found, the coordinates of the X-Y stage is stored. Nextly, the position of the stage where the center of a wafer reference mark 30 coincides with the central axis of a wafer back surface detector 11 is searched and when this position is found, the coordinates of the X-Y stage is stored. The shift between the two coordinates is regarded as the axis offset value of the detector 11. The position of a wafer mark 10 is adjusted for the offset value and the X-Y stage 7 is moved by the predetermined amount from the arrangement position of a mask pattern and then exposure is conducted.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体集積回路を製造す
る際の露光工程で用いられるX線縮小露光技術における
マスクとウェハの相対的位置合わせ方法およびその装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a relative alignment method between a mask and a wafer in an X-ray reduction exposure technique used in an exposure process for manufacturing a semiconductor integrated circuit and an apparatus therefor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の半導体製造工程では、マスクやレ
チクルの回路パターンをウェハ上に焼き付けるために紫
外光を用いたステッパ等の露光装置が用いられている。
近年、半導体回路の高集積化に伴い回路の最小パターン
幅は0.2μm より小さな値が要求されてきており、上
記紫外光を用いたステッパではレンズ系の制約のために
解像不可能な状況となってきている。
2. Description of the Related Art In a conventional semiconductor manufacturing process, an exposure apparatus such as a stepper using ultraviolet light is used to print a circuit pattern of a mask or a reticle on a wafer.
In recent years, the minimum pattern width of the circuit has been required to be smaller than 0.2 μm with the high integration of the semiconductor circuit, and the stepper using the ultraviolet light cannot be resolved due to the limitation of the lens system. Is becoming.

【0003】このため、紫外光より波長の短いX線を露
光光源とするX線露光法が提案されている。古くから研
究が進められてきた等倍マスクを用いるX線プロキシミ
ティ露光法は、極めて薄いメンブレン状のマスクを用い
て影絵のようにしてウェハ上にマスクパターンを投影す
る露光法であるが、欠陥および寸法ひずみのないメンブ
レンマスクの製造が困難であり、まだ実用化にはいたっ
ていない。
For this reason, an X-ray exposure method has been proposed in which X-rays having a wavelength shorter than that of ultraviolet light are used as an exposure light source. The X-ray proximity exposure method, which has been researched for a long time using a 1 × mask, is an exposure method that projects a mask pattern on a wafer like a shadow using a very thin membrane-like mask. It is difficult to manufacture a membrane mask free from dimensional distortion, and it has not yet been put to practical use.

【0004】これに対して最近、拡大マスクが使用可能
なX線縮小露光法として、図1に示すような反射光学系
を用いた露光法が提案されている(例えば、特開昭63−
311315号など)。すなわち、シンクロトロン放射リング
などから出射される波長130Å程度の軟X線を拡大反
射マスク1に照射し、拡大反射マスク1上の反射パター
ン部から反射された軟X線を3面の非球面反射鏡2,
3,4からなる縮小光学系および折り曲げ鏡5を介して
ウェハ6上に結像させる。この場合、上記反射縮小光学
系において収差なく結像できるフィールドは、図2に示
すように半径r=12mm,幅d=1mm程度のリング状で
あるので、半導体露光工程で必要とされる直径150mm
程度のウェハ全面には一度に露光できない。そのため、
図3に示すようにウェハ6をXYステージ7上に載せ、
拡大反射マスク1とXYステージ7の速度比をマスクの
拡大率の比、例えば5:1に正確に保って拡大反射マス
ク1とXYステージ7を同時に機械的に走査して1フィ
ールド分を露光する。1フィールド分の露光後、従来の
ステッパと同様にXYステージ7を2次元的に移動さ
せ、再度1フィールド分を露光する。このような走査露
光とステージ移動を繰返しながらウェハ全面の露光を行
なう。なお、図3中の集光鏡8はX線源から放射される
軟X線を有効に集めて反射マスク1を照明するためのも
のである。また、波長130Å程度の軟X線は大気があ
ると吸収されてしまうため、上記光学系部分は真空容器
9の中に設置される。
On the other hand, recently, as an X-ray reduction exposure method in which a magnifying mask can be used, an exposure method using a reflection optical system as shown in FIG. 1 has been proposed (for example, JP-A-63-63).
No. 311315). That is, the magnifying reflection mask 1 is irradiated with soft X-rays having a wavelength of about 130Å emitted from a synchrotron radiation ring or the like, and the soft X-rays reflected from the reflection pattern portion on the magnifying reflection mask 1 are reflected on three aspherical surfaces. Mirror 2,
An image is formed on the wafer 6 via the reduction optical system composed of 3 and 4 and the bending mirror 5. In this case, the field that can be imaged without aberration in the reflection reduction optical system has a ring shape with a radius r = 12 mm and a width d = 1 mm as shown in FIG.
The entire surface of the wafer cannot be exposed at one time. for that reason,
The wafer 6 is placed on the XY stage 7 as shown in FIG.
The speed ratio between the magnifying reflection mask 1 and the XY stage 7 is accurately maintained at a mask magnification ratio, for example, 5: 1, and the magnifying reflection mask 1 and the XY stage 7 are mechanically simultaneously scanned to expose one field. .. After the exposure for one field, the XY stage 7 is two-dimensionally moved as in the conventional stepper, and the exposure for one field is performed again. The entire surface of the wafer is exposed by repeating such scanning exposure and stage movement. The condenser mirror 8 in FIG. 3 is for effectively collecting the soft X-rays emitted from the X-ray source and illuminating the reflection mask 1. Further, since the soft X-ray having a wavelength of about 130 Å is absorbed in the atmosphere, the optical system portion is installed in the vacuum container 9.

【0005】さて、半導体製造工程では、前回の焼き付
け工程で形成された回路パターンの上にこれから焼き付
けようとする回路パターンを正確に重ね合わせるための
いわゆるマスクとウェハのアライメント作業が必要であ
る。上記X線縮小露光法のアライメント方法については
特開昭63−312638号に開示されている。この例では、可
視光を照明光として、マスク上のアライメントマークと
ウェハ上のアライメントマークを前記反射縮小光学系を
介して同時に観察しながらアライメントする、従来のス
テッパと同様の技術が示されている。しかしながら、前
記反射縮小光学系はステッパのレンズ光学系とは異な
り、反射鏡による光線の「ケラレ」の制約から開口数
(NA)はせいぜい0.1 程度の値が上限となるため、
可視光に対しては十分な解像力は得られず、高いアライ
メント精度は期待できない欠点を有している。この場
合、アライメントの照明光を露光光と同様な軟X線とす
れば高い解像力が得られるので良好なアライメント精度
が期待できるが、露光時のウェハ上にはレジストが塗布
されており、上記アライメントのための軟X線照明光は
レジスト層でほとんど吸収されてしまうため、ウェハ表
面のアライメントマークには到達せず、アライメント作
業に必要な強度レベルのX線反射信号は得られない。
In the semiconductor manufacturing process, a so-called mask-wafer alignment operation is required to accurately superimpose the circuit pattern to be printed on the circuit pattern formed in the previous printing process. The alignment method of the X-ray reduction exposure method is disclosed in JP-A-63-312638. In this example, a technique similar to that of a conventional stepper is shown in which alignment marks on a mask and alignment marks on a wafer are aligned while being simultaneously observed through the reflection reduction optical system using visible light as illumination light. .. However, unlike the lens optical system of the stepper, the reflection reduction optical system has an upper limit of the numerical aperture (NA) of at most about 0.1 due to the restriction of "vignetting" of light rays by the reflecting mirror.
It has a drawback that sufficient resolution is not obtained for visible light and high alignment accuracy cannot be expected. In this case, if the illumination light for alignment is soft X-rays similar to the exposure light, a high resolution can be obtained, so good alignment accuracy can be expected, but a resist is applied on the wafer at the time of exposure. Since the soft X-ray illuminating light for the light is almost absorbed by the resist layer, it does not reach the alignment mark on the wafer surface, and the X-ray reflection signal of the intensity level necessary for the alignment work cannot be obtained.

【0006】一方、上記レジスト層による軟X線照明光
の制約を受けないアライメント法として、ウェハ裏面に
設けたアライメントマークを検出する方法が特開昭62−
115164号に開示されている。すなわち、図4に示すよう
に、ウェハ裏面にウェハマーク10を設けておき、ウェ
ハ下面に設置された裏面マーク検出器11でこれを検出
する。この場合、マスク上の基準マーク12を露光光学
系13を介してウェハ表面と同一面上に結像させ、この
マスクマーク像も上記裏面マーク検出器11で検出する
ことにより、露光光学系13を介したマスクとウェハの
相対位置合わせを行なうことができる。しかしながらこ
の裏面アライメント法を前記X線縮小露光法に適用しよ
うとした場合、裏面マーク検出器11が通常の可視光を
用いた光学検出式では、露光光学系を介して形成される
マスク上の基準マークのX線像は検出できない。裏面マ
ーク検出器をX線検出方式とすれば上記問題は解決でき
るが、検出器が極めて複雑かつ高価なものとなってしま
うことは明らかである。
On the other hand, as an alignment method which is not restricted by the soft X-ray illumination light by the resist layer, there is a method of detecting an alignment mark provided on the back surface of the wafer.
No. 115164. That is, as shown in FIG. 4, the wafer mark 10 is provided on the back surface of the wafer, and this is detected by the back surface mark detector 11 installed on the bottom surface of the wafer. In this case, the reference mark 12 on the mask is imaged on the same surface as the front surface of the wafer through the exposure optical system 13, and the mask mark image is also detected by the back surface mark detector 11, so that the exposure optical system 13 can be operated. It is possible to perform relative alignment between the mask and the wafer through them. However, when this back surface alignment method is applied to the X-ray reduction exposure method, the back surface mark detector 11 is a standard optical detection method using visible light, and a reference on a mask formed through an exposure optical system is used. The X-ray image of the mark cannot be detected. Although the above problem can be solved by using the X-ray detection method for the back surface mark detector, it is obvious that the detector becomes extremely complicated and expensive.

【0007】上記のように、従来のX線縮小露光装置に
おけるアライメント法はあまり高い精度が期待できない
か、または極めて高価な装置を必要とするものであっ
た。
As described above, the alignment method in the conventional X-ray reduction exposure apparatus cannot be expected to have very high accuracy or requires an extremely expensive apparatus.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、X線
縮小露光法に対応可能な、高精度かつ安価なマスクとウ
ェハの相対位置合わせ方法を提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a highly accurate and inexpensive relative mask / wafer alignment method that can be applied to the X-ray reduction exposure method.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的は、裏面アライ
メント法によってウェハ裏面のウェハマークを従来の安
価な可視光を用いた光学式裏面マーク検出器で検出する
一方、露光光学系を介して形成されるマスク上の基準マ
ークのX線像を専用のX線マーク検出器で位置検出し、
両検出器間の光軸ずれ量をあらかじめ校正しておく方法
により達成できる。
SUMMARY OF THE INVENTION The above object is to detect a wafer mark on the back surface of a wafer by a back surface alignment method by a conventional optical back surface mark detector using visible light while forming it through an exposure optical system. The position of the X-ray image of the reference mark on the mask to be detected is detected by a dedicated X-ray mark detector,
This can be achieved by calibrating the optical axis shift amount between both detectors in advance.

【0010】[0010]

【作用】ウェハを積載するXYステージ上にマスク基準
マーク検出用X線検出器を設ける一方、該XYステージ
上に校正用の基準裏面マークを設け、マスク基準マーク
位置が検出されたXYステージ位置と該基準裏面マーク
位置が検出されたXYステージ位置の差から露光光学系
に対する裏面マーク検出器の相対的位置関係を知り、そ
の結果をもとに、以後、裏面マーク検出器で検出した裏
面ウェハマーク位置から所望の露光位置にウェハを移動
すべき距離を計算、実際に位置決めしながら露光する。
The X-ray detector for detecting the mask reference mark is provided on the XY stage on which the wafer is loaded, while the reference back surface mark for calibration is provided on the XY stage, and the XY stage position where the mask reference mark position is detected. The relative positional relationship of the back surface mark detector with respect to the exposure optical system is known from the difference between the XY stage positions where the reference back surface mark position is detected, and based on the result, the back surface wafer mark detected by the back surface mark detector thereafter. The distance to move the wafer from the position to the desired exposure position is calculated, and exposure is performed while actually positioning.

【0011】[0011]

【実施例】以下、図5を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。拡大反射マスク1の端部にはマスクアライメ
ント用マーク21が設けられており、このマークが装置
本体に固定されているマスクアライメント検出器22の
中心軸に一致するようにマスク位置を調整して装置本体
に装着する。さらにマスク1の端部には幅5μm,長さ
150μmの矩形をしたマスク基準マーク23が設けら
れている。これらのマークおよび他の回路パターン部は
反射多層膜でできており、シンクロトロン放射光源から
照射された軟X線24を反射する。マスク基準マーク2
3で反射された軟X線は3面の非球面反射鏡2,3,4
からなる反射型縮小投影光学系で1/5に縮小され、折
り曲げ鏡5を介して半導体型X線受光素子25の上に結
像される。この受光素子25の表面は幅1μm,長さ2
0μmのスリット開口部26をもつ遮光膜27でおおわ
れており、上記マスク基準マーク23の投影像がスリッ
ト開口部26と正確に一致した場合に最高レベルの受光
信号を発生する。この受光素子25はウェハ6を移動す
るためのXYステージ7の端部上面に固定されており、
XYステージ7を動かして上記のように受光信号レベル
がピークとなる位置を探す。XYステージの座標は常時
レーザ干渉計28で検出されており、受光信号レベルが
ピークとなるステージ位置が見つかるとその座標は制御
回路(図示せず)に記憶される。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to FIG. A mask alignment mark 21 is provided at the end of the magnifying reflection mask 1, and the mask position is adjusted so that this mark coincides with the central axis of a mask alignment detector 22 fixed to the apparatus main body. Attach to the body. Further, a rectangular mask reference mark 23 having a width of 5 μm and a length of 150 μm is provided at the end of the mask 1. These marks and other circuit pattern portions are made of a reflective multilayer film and reflect the soft X-rays 24 emitted from the synchrotron radiation source. Mask reference mark 2
The soft X-rays reflected by 3 are aspherical reflecting mirrors 2, 3 and 4
It is reduced to ⅕ by the reflection type reduction projection optical system consisting of and is imaged on the semiconductor type X-ray light receiving element 25 via the bending mirror 5. The surface of the light receiving element 25 has a width of 1 μm and a length of 2
It is covered with a light-shielding film 27 having a slit opening 26 of 0 μm, and when the projected image of the mask reference mark 23 exactly coincides with the slit opening 26, the highest level light receiving signal is generated. The light receiving element 25 is fixed on the upper surface of the end portion of the XY stage 7 for moving the wafer 6.
The XY stage 7 is moved to search for a position where the received light signal level reaches a peak as described above. The coordinates of the XY stage are always detected by the laser interferometer 28, and when the stage position where the received light signal level reaches a peak is found, the coordinates are stored in a control circuit (not shown).

【0012】XYステージ7の上にはウェハ6が吸着さ
れている。ウェハ6の裏面には裏面アライメント用のウ
ェハマーク10が設けられており、このマークをXYス
テージ下部に設けた裏面マーク検出器11が検出できる
ようにXYテーブル7のウェハ積載中央部は穴29があ
いている。また前記受光素子25直下のテーブル部分に
も穴が設けられている。図6に示すように受光素子25
の下面、前記スリット開口26の直下にもウェハ下面の
裏面アライメント用ウェハマーク10と同一形状のマー
ク30が形成されており、上記裏面マーク検出器11で
その位置を検出できる。ここで受光素子25の厚みhは
ウェハの板厚と同一かつ同一平面内に取り付けられてい
るので、裏面マーク検出器11は同一焦点面でマーク3
0とウェハマーク10の検出を行なうことができる。ま
た、同様にマスク基準マーク23が受光素子25の上面
に結像する焦点位置でマスク上の回路パターンをウェハ
上に露光することができる。
The wafer 6 is adsorbed on the XY stage 7. A wafer mark 10 for backside alignment is provided on the backside of the wafer 6, and a hole 29 is formed in the wafer loading center of the XY table 7 so that the backside mark detector 11 provided under the XY stage can detect this mark. I am open. A hole is also provided in the table portion directly below the light receiving element 25. As shown in FIG.
A mark 30 having the same shape as the wafer mark 10 for rear surface alignment on the lower surface of the wafer is also formed on the lower surface of the above, immediately below the slit opening 26, and the position can be detected by the rear surface mark detector 11. Here, since the thickness h of the light receiving element 25 is the same as the thickness of the wafer and is mounted in the same plane, the back surface mark detector 11 has the same focal plane as the mark 3
It is possible to detect 0 and the wafer mark 10. Similarly, the circuit pattern on the mask can be exposed on the wafer at the focal position where the mask reference mark 23 is imaged on the upper surface of the light receiving element 25.

【0013】さて、上記の装置校正において、マスクを
含めた露光光学系の光軸と裏面マーク検出器の光軸を校
正する手順について以下説明する。
Now, a procedure for calibrating the optical axis of the exposure optical system including the mask and the optical axis of the back surface mark detector in the above apparatus calibration will be described below.

【0014】まず、マスク基準マーク23の結像位置近
傍に受光素子25上のスリット開口部26が位置付けら
れるようにXYステージ7を動作させた後、XYステー
ジ7を微小に振動走査させて上記マスク基準マーク像の
中心位置とスリット開口26の中心が一致して受光信号
がピークとなる位置を探す。さらにそのときのXYステ
ージ座標(Mx,My)を制御回路内に記憶して置く。
上記ステージ位置にある場合、裏面マーク検出器11の
直上に受光素子25下面のウェハ基準マーク30が位置
付けられるように裏面マーク検出器11が配置されてい
るが、温度変化等によりわずかにずれている場合もある
ので、再度XYステージ7を微小に振動走査させてウェ
ハ基準マーク30の中心位置がウェハ裏面マーク検出器
11の中心軸に一致するステージ位置を探し、そのとき
のステージ座標(Wx,Wy)を前記同様に制御回路内
に記憶させる。前記マスク基準マーク位置の校正時のス
テージ座標(Mx,My)と裏面マーク位置校正時のス
テージ座標(Wx,Wy)は完全には一致しないので、
両座標のずれ量をウェハ裏面検出器11の軸オフセット
値とする。
First, the XY stage 7 is operated so that the slit opening 26 on the light receiving element 25 is positioned in the vicinity of the image formation position of the mask reference mark 23, and then the XY stage 7 is slightly vibrated and scanned to make the mask. A position where the center position of the reference mark image coincides with the center of the slit opening 26 and the received light signal has a peak is searched for. Further, the XY stage coordinates (Mx, My) at that time are stored and stored in the control circuit.
In the stage position, the back surface mark detector 11 is arranged so that the wafer reference mark 30 on the lower surface of the light receiving element 25 is positioned directly above the back surface mark detector 11, but it is slightly displaced due to temperature change or the like. In some cases, the XY stage 7 is slightly vibrated and scanned again to find a stage position where the center position of the wafer reference mark 30 coincides with the center axis of the wafer backside mark detector 11, and the stage coordinates (Wx, Wy) at that time are searched. ) Is stored in the control circuit as described above. Since the stage coordinates (Mx, My) at the time of calibrating the mask reference mark position and the stage coordinates (Wx, Wy) at the time of calibrating the back surface mark position do not completely match,
The shift amount between the two coordinates is used as the axis offset value of the wafer back surface detector 11.

【0015】上記のようにして検出器11のオフセット
値が求められたならば、以後はウェハ裏面のウェハマー
ク10の位置を裏面マーク検出器11で検出した後、そ
の位置をオフセット量だけ補正し、さらにマスクパター
ンの配列位置から定められる量だけXYステージ7を変
位させて露光することにより、マスク上の回路パターン
をウェハ上の所望位置に露光できることになる。例え
ば、オフセット値が0、かつ上記ステージ変位量を0と
した場合には、ウェハマーク10の直上にマスク基準マ
ーク23のパターンが露光されることになる。
After the offset value of the detector 11 is obtained as described above, after the position of the wafer mark 10 on the back surface of the wafer is detected by the back surface mark detector 11, the position is corrected by the offset amount. Further, by displacing the XY stage 7 by an amount determined from the arrangement position of the mask pattern and performing the exposure, the circuit pattern on the mask can be exposed at a desired position on the wafer. For example, when the offset value is 0 and the stage displacement amount is 0, the pattern of the mask reference mark 23 is exposed immediately above the wafer mark 10.

【0016】上記説明では1軸の合わせについてのみ述
べたが、従来のステッパと同様に実際は3軸、すなわち
X,Y,θの合わせが必要であることは明白である。こ
のためには図7に示すように、3軸の裏面マーク検出器
11−1,11−2,11−3を設け、これと対応する
ようにマスク基準マーク,スリット開口,半導体受光素
子、および半導体受光素子裏面のウェハ基準マークもそ
れぞれ3組設ければ良い。この場合、θ方向のオフセッ
トが生じている場合には、マスクを回転させて装置に装
着する、具体的にはマスクアライメント検出器22の検
出軸を補正する必要があることは従来のステッパと同様
である。
In the above description, only the alignment of one axis is described, but it is obvious that the alignment of three axes, that is, X, Y, and θ is actually required as in the conventional stepper. For this purpose, as shown in FIG. 7, three-axis rear surface mark detectors 11-1, 11-2, 11-3 are provided, and correspondingly, mask reference marks, slit openings, semiconductor light receiving elements, and Three sets of wafer reference marks may be provided on the back surface of the semiconductor light receiving element. In this case, when the offset in the θ direction is generated, the mask is rotated and mounted on the apparatus, specifically, the detection axis of the mask alignment detector 22 needs to be corrected, as in the conventional stepper. Is.

【0017】第2の実施例を図8を用いて説明する。こ
の例では半導体受光素子25の代わりに単なるスリット
板31をステージ上に設ける。この場合にもスリット板
31の厚みはウェハと同一とし、また上表面には前記2
6と同様のスリット開口部32をもつ遮光膜33を設け
ておく。スリット板31のスリット開口部32直下には
穴34があいており、第一の実施例の場合と同様に、マ
スク基準マーク23のX線像がスリット開口部32の中
心に位置された場合に最大光量のX線が開口部を通過し
てXYステージ7の静止ベース35上に固定されたX線
受光器36で受光される。また第一の実施例と同様に裏
面マーク検出器11がXYステージ下部に設けられてい
て、スリット板31の下面に設けられたウェハ基準マー
ク30を検出するが、この実施例の場合にはX線受光器
36と裏面マーク検出器11が機械的に干渉するため、
ウェハ基準マーク30はスリット開口部32の直下から
は1cm程度離れて設けられている。
A second embodiment will be described with reference to FIG. In this example, a simple slit plate 31 is provided on the stage instead of the semiconductor light receiving element 25. Also in this case, the thickness of the slit plate 31 is the same as that of the wafer, and the upper surface has the above-mentioned thickness of 2
A light shielding film 33 having a slit opening 32 similar to that of 6 is provided. There is a hole 34 just below the slit opening 32 of the slit plate 31, and when the X-ray image of the mask reference mark 23 is located at the center of the slit opening 32 as in the case of the first embodiment. The maximum amount of X-rays passes through the opening and is received by the X-ray receiver 36 fixed on the stationary base 35 of the XY stage 7. Further, as in the first embodiment, the back surface mark detector 11 is provided below the XY stage to detect the wafer reference mark 30 provided on the lower surface of the slit plate 31, but in the case of this embodiment, X Since the line light receiver 36 and the back surface mark detector 11 mechanically interfere with each other,
The wafer reference mark 30 is provided at a distance of about 1 cm from directly below the slit opening 32.

【0018】この実施例の場合の校正法も第一の実施例
の場合とまったく同一であるが、厚さに制約を受けない
高感度のX線受光器を用いることができるため、高いア
ライメント精度が期待できる。またX線受光器36はベ
ース上に固定されているため、電気雑音を拾いやすい信
号ケーブルがXYステージと一緒に動く必要がなくなる
利点がある。ただこの例の場合には、第一の実施例の場
合とは異なり、露光光学系のフィールド中央から1cm程
度離れた位置で裏面ウェハマークを検出することになる
ため、いわゆるアッベの誤差の影響をうけやすくなる。
このアッベの誤差の原因となる上記1cm程度のオフセッ
トを小さくするためには、スリット開口32を通過した
X線を一度多層膜反射鏡などで折り曲げてからX線受光
器に導く方法なども考えられる。
The calibration method in this embodiment is exactly the same as that in the first embodiment, but a high-sensitivity X-ray receiver that is not restricted by the thickness can be used, so that a high alignment accuracy is obtained. Can be expected. Further, since the X-ray receiver 36 is fixed on the base, there is an advantage that the signal cable that easily picks up electric noise does not have to move together with the XY stage. However, in the case of this example, unlike the case of the first embodiment, since the backside wafer mark is detected at a position about 1 cm away from the center of the field of the exposure optical system, the influence of so-called Abbe error is caused. It becomes easy to receive.
In order to reduce the above-mentioned offset of about 1 cm, which causes the Abbe error, a method of bending the X-rays passing through the slit aperture 32 once with a multilayer film reflecting mirror or the like and then guiding the X-rays to the X-ray receiver may be considered. ..

【0019】上記2つの実施例ではステージ側にX線受
光器をおいてマスク側のマスク基準マークとステージ上
のマスク校正マークの相対位置関係を見たが、逆にステ
ージ上のスリット開口部(マスク校正マーク)からX線
を照射し、マスク側にX線受光器を置いてもよいことは
明らかである。
In the above two embodiments, the X-ray receiver is placed on the stage side to see the relative positional relationship between the mask reference mark on the mask side and the mask calibration mark on the stage. It is obvious that X-rays may be irradiated from the mask calibration mark) and the X-ray receiver may be placed on the mask side.

【0020】また、ステージ上のマスク校正マークとし
て透過型のスリット開口の代わりに多層膜反射パターン
を設け、X線の反射光などを検知しても良い。
Further, as a mask calibration mark on the stage, a multilayer film reflection pattern may be provided in place of the transmission type slit opening to detect X-ray reflected light.

【0021】これまでの説明では、マスク基準マークや
マスク校正マークの形状を単一のパターンとして説明し
たが、これを回折格子状の複数のパターンやドット状パ
ターン、あるいはフレネルパターン等にしても良いこと
は明らかである。
In the above description, the shape of the mask reference mark and the mask calibration mark is described as a single pattern, but this may be a plurality of diffraction grating patterns, dot patterns, Fresnel patterns, or the like. That is clear.

【0022】[0022]

【発明の効果】上記のように本発明によれば、X線照明
光を用い、かつ露光光学系を介したマスク位置の校正が
できるので極めて高い精度が期待でき、またマスク校正
専用のX線受光器とすることができるので、簡略安価な
装置構成をすることが可能となる。
As described above, according to the present invention, since the mask position can be calibrated using the X-ray illumination light and the exposure optical system can be used, extremely high accuracy can be expected, and the X-ray dedicated to the mask calibration can be expected. Since it can be used as a light receiver, a simple and inexpensive device configuration can be realized.

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

【図1】X線縮小露光法の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of an X-ray reduction exposure method.

【図2】X線縮小露光法におけるフィールド形状を示す
図である。
FIG. 2 is a diagram showing a field shape in an X-ray reduction exposure method.

【図3】X線縮小露光装置の構成例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of an X-ray reduction exposure apparatus.

【図4】裏面アライメント法を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a back surface alignment method.

【図5】本発明の第1の実施例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図6】第一の実施例におけるX線受光部を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing an X-ray receiving unit in the first embodiment.

【図7】XYθ軸の検出構成例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of a detection configuration of XYθ axes.

【図8】本発明の第2の実施例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…拡大反射マスク、6…ウェハ、7…XYステージ、
10…ウェハマーク、11…裏面マーク検出器、12…
マスク基準マーク、25…半導体X線受光素子、26…
スリット開口、30…ウェハ基準マーク、36…X線受
光器。
1 ... Enlarged reflection mask, 6 ... Wafer, 7 ... XY stage,
10 ... Wafer mark, 11 ... Back surface mark detector, 12 ...
Mask reference mark, 25 ... Semiconductor X-ray light receiving element, 26 ...
Slit opening, 30 ... Wafer reference mark, 36 ... X-ray receiver.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 瀬谷 英一 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 片桐 創一 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 持地 広造 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Eiichi Seya 1-280 Higashi Koikeku, Kokubunji, Tokyo Inside Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Soichi Katagiri 1-280 Higashi Koikeku, Kokubunji, Tokyo Hitachi Central Research Laboratory (72) Inventor Kozo Mochichi 1-280, Higashi Koikekubo, Kokubunji, Tokyo Inside Hitachi Central Research Laboratory

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】マスク上の図形を投影光学系を用いて試料
上に投影露光する露光方法において、 マスクを該投影光学系の所定位置に位置付ける工程と、 ステージ上に該試料を積載して該投影光学系の像投影面
内を移動させると共に該ステージ位置を検出する工程
と、 上記投影光学系を介して、マスク上の基準マークと上記
移動ステージ上に設けられたマスク用校正マークとの光
学的相対位置関係が所定の位置関係にあることを検出す
ると共にその時のステージ位置を記憶するマスク位置校
正工程と、 上記ステージ上に設けられたウェハ基準マークと、ステ
ージ下面に設けられた裏面マーク検出器との相対位置関
係が所定の位置関係にあることを検出すると共にその時
のステージ位置を記憶するウェハ位置校正工程と、 上記マスク位置校正時と上記ウェハ位置校正時の両ステ
ージ位置の差に基づいて、 上記マスクと投影光学系とウェハ位置検出器の相互の空
間的位置関係を知る工程と、 ウェハ裏面に設けたウェハマークを上記裏面マーク検出
器で検出した後、上記空間的位置関係に基づいてステー
ジ移動量を補正することにより、所望のウェハ表面位置
に上記マスク上の図形を投影露光する工程、を含むこと
を特徴とする露光方法。
1. An exposure method for projecting and exposing a figure on a mask onto a sample using a projection optical system, a step of positioning a mask at a predetermined position of the projection optical system, and loading the sample on a stage. Moving the image projection plane of the projection optical system and detecting the stage position; and, via the projection optical system, the reference mark on the mask and the mask calibration mark provided on the moving stage. Position calibration step of detecting that the relative relative positional relationship is in a predetermined positional relationship and storing the stage position at that time, a wafer reference mark provided on the stage, and a back surface mark detection provided on the lower surface of the stage. Wafer position calibration step of detecting that the relative positional relationship with the device is in a predetermined positional relationship and storing the stage position at that time; Based on the difference between the two stage positions when calibrating the wafer position, the step of knowing the spatial positional relationship among the mask, the projection optical system, and the wafer position detector, and the wafer mark provided on the backside of the wafer are detected as the backside mark. And a pattern on the mask is projected and exposed at a desired wafer surface position by correcting the stage movement amount based on the spatial positional relationship after the detection by a device.
【請求項2】マスク上の図形を投影光学系を用いて試料
上に投影露光する露光装置において、 マスクを該投影光学系の所定位置に位置付ける手段と、 ステージ上に該試料を積載して該投影光学系の像投影面
内を移動させると共に該ステージ位置を検出する手段
と、 上記投影光学系を介して、マスク上の基準マークと上記
移動ステージ上に設けられたマスク用校正マークとの光
学的相対位置関係が所定の位置関係にあることを検出す
ると共にその時のステージ位置を記憶するマスク位置校
正手段と、 上記ステージ上に設けられたウェハ基準マークと、ステ
ージ下面に設けられた裏面マーク検出器との相対位置関
係が所定の位置関係にあることを検出すると共にその時
のステージ位置を記憶するウェハ位置校正手段と、 上記マスク位置校正時と上記ウェハ位置校正時の両ステ
ージ位置の差に基づいて、 上記マスクと投影光学系とウェハ位置検出器の相互の空
間的位置関係を知る手段と、 ウェハ裏面に設けたウェハマークを上記裏面マーク検出
器で検出した後、上記空間的位置関係に基づいてステー
ジ移動量を補正することにより、所望のウェハ表面位置
に上記マスク上の図形を投影露光する手段、を含むこと
を特徴とする露光装置。
2. An exposure apparatus for projecting and exposing a figure on a mask onto a sample by using a projection optical system, means for positioning the mask at a predetermined position of the projection optical system, and loading the sample on a stage. Means for moving the image projection plane of the projection optical system and detecting the stage position, and optical of the reference mark on the mask and the calibration mark for the mask provided on the moving stage via the projection optical system. Position calibration means for detecting that the relative relative positional relationship is in a predetermined positional relationship and storing the stage position at that time, a wafer reference mark provided on the stage, and a back surface mark detection provided on the lower surface of the stage. Wafer position calibrating means for detecting that the relative positional relationship with the device is in a predetermined positional relationship and storing the stage position at that time; A means for knowing the mutual spatial positional relationship between the mask, the projection optical system, and the wafer position detector based on the difference between the two stage positions during the wafer position calibration, and the wafer mark provided on the back surface of the wafer for detecting the back surface mark. And a means for projecting and exposing a figure on the mask at a desired wafer surface position by correcting the stage movement amount based on the spatial positional relationship after the exposure is detected by a device.
【請求項3】上記露光に用いる光が、波長:30Åから
150Åの間の軟X線であることを特徴とする第1項請
求の露光方法。
3. The exposure method according to claim 1, wherein the light used for the exposure is a soft X-ray having a wavelength of 30Å to 150Å.
【請求項4】上記露光に用いる光が、波長:30Åから
150Åの間の軟X線であると共に、上記マスク位置校
正工程に用いる検出光が上記露光光と同一の軟X線であ
ることを特徴とする第1項請求の露光方法。
4. The light used for the exposure is a soft X-ray having a wavelength of 30Å to 150Å, and the detection light used in the mask position calibration step is the same soft X-ray as the exposure light. The exposure method according to claim 1, characterized in that
【請求項5】上記マスク位置校正工程におけるマスク上
の基準マークとステージ上のマスク用校正マークの相対
的位置関係を検出する方法が、 マスク上の基準マークを投影光学系によってマスク用校
正マーク上に結像せしめ、該マスク基準マークと上記像
との重なり具合を該マスク用校正マーク下面に設けた受
光素子で検出される信号に基づくことを特徴とする請求
項3の露光方法。
5. A method of detecting a relative positional relationship between a reference mark on a mask and a calibration mark for a mask on a stage in the mask position calibrating step is a method of detecting a reference mark on a mask on a calibration mark for a mask by a projection optical system. 4. The exposure method according to claim 3, wherein an image is formed on the image, and the degree of overlap between the mask reference mark and the image is based on a signal detected by a light receiving element provided on the lower surface of the mask calibration mark.
【請求項6】上記受光素子がウェハと同一の厚みの半導
体センサであり、その上表面に開口状のマスク用校正マ
ークを形成するとともに、その下面にウェハ基準マーク
を形成し、これらをステージ上面に設けることを特徴と
する請求項4の露光方法。
6. The light receiving element is a semiconductor sensor having the same thickness as that of a wafer, and an opening mask calibration mark is formed on the upper surface of the semiconductor sensor, and a wafer reference mark is formed on the lower surface of the semiconductor calibration mark. The exposure method according to claim 4, wherein the exposure method is provided in the.
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