JPH07111949B2 - Reduction projection type alignment method and apparatus thereof - Google Patents

Reduction projection type alignment method and apparatus thereof

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JPH07111949B2
JPH07111949B2 JP63027498A JP2749888A JPH07111949B2 JP H07111949 B2 JPH07111949 B2 JP H07111949B2 JP 63027498 A JP63027498 A JP 63027498A JP 2749888 A JP2749888 A JP 2749888A JP H07111949 B2 JPH07111949 B2 JP H07111949B2
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reduction projection
alignment mark
lens
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伸幸 秋山
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体,バブルメモリ,薄膜トランジスタ等
を製作するために行われる縮小投影式アライメント方法
及びその装置、特に可視光の透過率が極めて低い縮小投
影レンズを有する露光光としてエキシマレーザ光を用い
た縮小投影式露光方法及びその装置においてレチクルに
対して基板を露光位置でアライメントができるようにし
た縮小投影式アライメント方法及びその装置に関するも
のである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention relates to a reduction projection type alignment method and apparatus used for manufacturing semiconductors, bubble memories, thin film transistors, etc., and particularly, the transmittance of visible light is extremely low. The present invention relates to a reduction projection type exposure method using an excimer laser beam as an exposure light having a reduction projection lens, and an apparatus therefor in which a substrate can be aligned at an exposure position with respect to a reticle. .

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の縮小投影露光装置としては、TTL(Throngh The L
ens)の露光位置アライメント方式が特開昭52−109875
号,特開昭55−41739号等で知られていた。
As a conventional reduction projection exposure apparatus, TTL (Throngh The L
exposure position alignment method of Japanese Patent Laid-Open No. 52-109875
And JP-A-55-41739.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

上記従来技術を露光用光として狭帯域のレーザであるエ
キシマレーザを用いた縮小投影露光装置で適用しようと
しても投影レンズにはエキシマレーザを十分に透過させ
るコーティングが施してあるため、他の波長の光の透過
率が極めて低く、投影レンズを介して露光装置アライメ
ントが困難であった。
Even if the above conventional technique is applied to a reduction projection exposure apparatus that uses an excimer laser that is a narrow band laser as exposure light, the projection lens has a coating that allows the excimer laser to sufficiently pass therethrough. The light transmittance was extremely low, and it was difficult to align the exposure device through the projection lens.

本発明の目的は、上記課題を解決すべく、露光光として
エキシマレーザ光を用いてレチクル上の回路パターンを
縮小投影レンズにより基板上に縮小投影露光する縮小投
影式露光方法及びその装置において、縮小投影レンズを
介さず、露光位置において基板をレチクルに対してアラ
イメントできるようにした縮小投影式アライメント方法
及びその装置を提供することにある。
In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a reduction projection type exposure method and apparatus for performing reduction projection exposure of a circuit pattern on a reticle onto a substrate using a reduction projection lens by using an excimer laser beam as exposure light. It is an object of the present invention to provide a reduction projection type alignment method and an apparatus therefor capable of aligning a substrate with respect to a reticle at an exposure position without using a projection lens.

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

上記目的を達成するために、本発明は、レチクルに対し
て基板をアライメントして露光光としてエキシマレーザ
を用いてレチクル上の回路パターンを縮小投影レンズに
より基板上に縮小投影露光する縮小投影式アライメント
方法において、上記縮小投影レンズと上記基板との間の
側方より基板上に形成された直線状回折パターンの合わ
せマークに対して斜め方向から複数の波長を有する光を
照射し、上記直線状回折パターンの合わせマークからの
複数の波長に基づく回折光を、上記縮小投影レンズと上
記基板との間の側方に向けてミラーで反射させて対物レ
ンズで集光し、この集光された複数の波長に基づく回折
光を、集光して結像する実像の位置近傍に設けられた回
折格子により回折させてレンズで拡大又は縮小して結像
させ、この結像された複数の波長に基づく回折光を光電
変換素子により受光して映像信号に変換し、この変換さ
れた映像信号に基づいて上記直線状回折パターンの合わ
せマークの位置を検出して上記基板を上記レチクルに対
してアライメントすることを特徴とする縮小投影式アラ
イメント方法である。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention is a reduction projection alignment in which a substrate is aligned with respect to a reticle, and an excimer laser is used as exposure light to reduce and project a circuit pattern on the reticle onto a substrate by a reduction projection lens. In the method, the alignment mark of the linear diffraction pattern formed on the substrate is laterally provided between the reduction projection lens and the substrate, and the linear diffraction pattern is irradiated with light having a plurality of wavelengths from an oblique direction. Diffracted light based on a plurality of wavelengths from the alignment mark of the pattern is reflected by a mirror toward the side between the reduction projection lens and the substrate and condensed by an objective lens. The diffracted light based on the wavelength is diffracted by a diffraction grating provided near the position of the real image to be condensed and imaged, and is enlarged or reduced by a lens to form an image. The diffracted light having a plurality of wavelengths is received by the photoelectric conversion element and converted into a video signal, and the position of the alignment mark of the linear diffraction pattern is detected based on the converted video signal to detect the substrate by the reticle. Is a reduction projection type alignment method characterized by performing alignment with respect to.

また本発明は、上記縮小投影式アライメント方法におい
て、上記照射する光がP偏光であることを特徴とする。
Further, the present invention is characterized in that, in the reduction projection type alignment method, the light to be irradiated is P-polarized light.

また本発明は、レチクルに対して基板をアライメントし
て露光光としてエキシマレーザ光を用いてレチクル上の
回路パターンを縮小投影レンズにより基板上に縮小投影
露光する縮小投影式アライメント装置において、上記縮
小投影レンズと上記基板との間の側方より基板上に形成
された直線状回折パターンの合わせマークに対して斜め
方向から複数の波長を有する光を照射する照明光学系
と、上記直線状回折パターンの合わせマークからの複数
の波長に基づく回折光を、上記縮小投影レンズと上記基
板との間の側方に向けてミラーで反射させて対物レンズ
で集光し、この集光された複数の波長に基づく回折光
を、集光して結像する実像の位置近傍に設けられた回折
格子により回折させてレンズで拡大又は縮小して結像さ
せ、この結像された複数の波長に基づく回折光を光電変
換素子により受光して映像信号に変換する検出光学系と
を備え、該検出光学系の光電変換素子により変換された
映像信号に基づいて上記直線状回折パターンの合わせマ
ークの位置を検出して上記基板を上記レチクルに対して
アライメントするように構成したことを特徴とする縮小
投影式アライメント装置である。
Further, the present invention provides a reduction projection type alignment apparatus for aligning a substrate with respect to a reticle and using a excimer laser beam as exposure light to reduce and project a circuit pattern on the reticle onto a substrate by a reduction projection lens. An illumination optical system that irradiates light having a plurality of wavelengths from an oblique direction with respect to the alignment mark of the linear diffraction pattern formed on the substrate from the side between the lens and the substrate, and the linear diffraction pattern. Diffracted light based on a plurality of wavelengths from the alignment mark is reflected by a mirror toward the side between the reduction projection lens and the substrate and condensed by an objective lens. The diffracted light based on this is diffracted by a diffraction grating provided in the vicinity of the position of the real image to be condensed and imaged, and is enlarged or reduced by a lens to form an image. A detection optical system that receives diffracted light based on the wavelength of the photoelectric conversion element and converts it into a video signal, and aligns the linear diffraction pattern based on the video signal converted by the photoelectric conversion element of the detection optical system. A reduction projection type alignment apparatus characterized in that the position of a mark is detected to align the substrate with respect to the reticle.

また本発明は、上記縮小投影式アライメント装置におけ
る上記照明光学系において、各光学源から出射する異な
る波長の光を同一光路に合成して照射する合成光学系を
備えたことを特徴とする。
Further, the present invention is characterized in that, in the illumination optical system in the reduction projection type alignment apparatus, there is provided a combining optical system for combining lights of different wavelengths emitted from the respective optical sources into the same optical path and irradiating them.

また本発明は、上記縮小投影式アライメント装置におけ
る上記照明光学系において、光源から出射された光を複
数の異なる波長に分光する分光器と、該分光された異な
る波長の光を同一光路に合成して照射する合成光学系と
を備えたことを特徴とする。
Further, the present invention is, in the illumination optical system in the reduction projection type alignment apparatus, a spectroscope for splitting light emitted from a light source into a plurality of different wavelengths, and combining the split light of different wavelengths in the same optical path. And a synthetic optical system for irradiating the light.

即ち4つの波長のP偏光レーザの基板に対して照明角度
θ(試料の法線と照明光となす角)を75゜(30゜〜85
゜、最も望ましいのは65゜〜85゜である。)程度にして
照明し、合せマークとして回折を生ぜしめるような直線
状のドットパターンを用いて回折光を得て回折光を対物
レンズで集光し、これの実像をP偏光状態で回折格子上
に結像させ、この回折光を更に中間レンズで集光して第
2の実像を作って光電変換素子で映像信号に変換し、露
光位置で合せマークの位置を検出し、定位置に位置合せ
できるようにしたことにある。
That is, the illumination angle θ (angle between the normal line of the sample and the illumination light) is 75 ° (30 ° to 85 °) with respect to the substrate of the P-polarized laser of four wavelengths.
°, most preferably 65 ° to 85 °. ) And illuminate it to obtain a diffracted light by using a linear dot pattern that causes diffraction as a registration mark, condense the diffracted light with an objective lens, and form a real image of this on a diffraction grating in a P-polarized state. The diffracted light is further focused by an intermediate lens to form a second real image, which is converted into a video signal by a photoelectric conversion element, and the position of the alignment mark is detected at the exposure position and aligned at a fixed position. I have made it possible.

また本発明は、上記縮小投影露光装置において、テーブ
ル上に載置された検出用基板上のレジストが塗布されて
いない合せマークにエキシマレーザ光と実質的に等しい
波長の光で上記縮小投影レンズを介して照明する照明手
段と、縮小投影レンズを介してレチクル上に形成される
検出用基板上の合せマークの逆投影像とレチクル上に形
成された合せパターンの像とを検出して映像信号に変換
する検出器と、該検出器から得られる映像信号にもとづ
いて、レチクル上の合せパターンを基準にして上記テー
ブルを微動させて基板上の合せマークを位置決めし、こ
の位置決めされた合せマークに対し、上記検出手段によ
りその位置を検出して検出手段を微動させて検出手段を
定位置に位置決めすることを特徴とする。
Further, in the reduction projection exposure apparatus, the present invention provides the reduction projection lens with a light having a wavelength substantially equal to that of an excimer laser light on a registration mark on a detection substrate placed on a table and not coated with a resist. A illuminating means for illuminating through the image, a back projection image of the alignment mark on the detection substrate formed on the reticle through the reduction projection lens, and an image of the alignment pattern formed on the reticle are detected to produce a video signal. Based on the detector to be converted and the image signal obtained from the detector, the table is finely moved based on the alignment pattern on the reticle to position the alignment mark on the substrate. The position is detected by the detecting means, and the detecting means is finely moved to position the detecting means at a fixed position.

〔作用〕[Action]

複数の波長からなる光を基板上の合せマークに縮小投影
レンズと基板(ウエハ)との間隙の側方より斜めに照射
し、合せマークから生じる回折光を検出器で検出するこ
とにより、基板上に塗布されたレジストの厚さむらが生
じても、縮小投影レンズを介さずに露光位置アライメン
トを実現するようにした。特に約248.5nmのエキシマレ
ーザ露光光でレチクル上の回路パターンを縮小投影レン
ズで基板(ウエハ)上に投影露光する装置においてエキ
シマレーザ光を用いて縮小投影レンズを介して基板上に
形成された合せマークの位置を検出しようとした場合、
実際には合せマーク上にレジストが塗布されており、こ
のレジストによって上記エキシマレーザ光が吸収されて
レジストの下面に形成された凹凸の合せマークからの反
射光が少なくなって検出信号が微弱となり検出すること
がむずかしい。またエキシマレーザ光以外の可視光に近
い光を使用した場合、縮小投影レンズのコーティングに
より、第7図に示すように光が減衰してしまい、同様に
検出信号として微弱になってしまう。更に位置検出光の
波長がエキシマレーザ光の波長が大きく相違すると、縮
小投影レンズの色収差により合せマークの像が得られに
くい。そこで本発明においては、縮小投影レンズを介さ
ずに基板(ウエハ)上に合せマークの位置を露光位置で
検出するようにしたことにある。そしてこの基板合せマ
ークの位置検出光学系とレチクルとの位置とをレチクル
を設置した際、縮小投影レンズを介して位置合せするよ
うにした。
By irradiating the alignment mark on the substrate with light of multiple wavelengths obliquely from the side of the gap between the reduction projection lens and the substrate (wafer), the diffracted light generated from the alignment mark is detected by the detector. Even if there is unevenness in the thickness of the resist applied on the substrate, the exposure position alignment is realized without using the reduction projection lens. In particular, in an apparatus that projects and exposes a circuit pattern on a reticle onto a substrate (wafer) with an excimer laser exposure light of approximately 248.5 nm, the alignment formed on the substrate via the reduction projection lens using the excimer laser light. When trying to detect the position of the mark,
Actually, a resist is applied on the alignment mark, and the resist absorbs the excimer laser light to reduce the reflected light from the uneven alignment mark formed on the lower surface of the resist, resulting in a weak detection signal and detection. It is difficult to do. Further, when light other than the excimer laser light, which is close to visible light, is used, the coating of the reduction projection lens causes the light to be attenuated as shown in FIG. 7, and similarly becomes a weak detection signal. Further, when the wavelength of the position detection light greatly differs from the wavelength of the excimer laser light, it is difficult to obtain an image of the alignment mark due to the chromatic aberration of the reduction projection lens. Therefore, in the present invention, the position of the alignment mark on the substrate (wafer) is detected at the exposure position without using the reduction projection lens. The position detection optical system of the substrate alignment mark and the position of the reticle are aligned with each other via the reduction projection lens when the reticle is installed.

〔実施例〕 以下に本発明の一実施例を第1図により説明する。レチ
クル1を約248.5nmの波長を有するエキシマレーザ101で
照明し、縮小投影レンズ3で基板(ウエハ)4の上にレ
チクルの回路パターンを露光しチップ102を形成する。
チップ102の周辺のスクライブエリア60に第3図及び第
4図に示すように直線状のドットパターンからなる回折
式合せマーク65を設けておきこれをレーザで照明する。
波長を458nm,488nm,515nmを同時に発振しているArレー
ザ103からのレーザ光を一度分光器104で分光し、各々の
波長の光路に強度を調整するフィルタ105a,105b,105cを
挿入して同一の強度にする。その後ミラー106,ダイクロ
イックミラー107a,107bで各々の波長の光を同一光路に
合成する。一方波長543nmを発振しているHe−Neレーザ1
08からの光をフィルタ105d,ダイクロイックミラー107c
を通して上記3つの波長の光の光路に加えて4つの波長
の光の光路109とする。
[Embodiment] An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. The reticle 1 is illuminated by an excimer laser 101 having a wavelength of about 248.5 nm, and the circuit pattern of the reticle is exposed on the substrate (wafer) 4 by the reduction projection lens 3 to form a chip 102.
As shown in FIGS. 3 and 4, a diffractive alignment mark 65 formed of a linear dot pattern is provided in the scribe area 60 around the chip 102, and this is illuminated with a laser.
The laser light from the Ar laser 103 that simultaneously oscillates wavelengths of 458 nm, 488 nm, and 515 nm is once dispersed by the spectroscope 104, and the filters 105a, 105b, and 105c for adjusting the intensity are inserted in the optical paths of the respective wavelengths to make them identical To the strength of. After that, the mirror 106 and the dichroic mirrors 107a and 107b combine lights of respective wavelengths into the same optical path. On the other hand, a He-Ne laser that oscillates a wavelength of 543 nm 1
Filter the light from 08 105d, dichroic mirror 107c
In addition to the optical paths of the light of the above three wavelengths, an optical path 109 of the light of four wavelengths is set through.

上記のP偏光のレーザ光を照明レンズ110で絞り、回折
式合せマーク65に集光する。この間に反射光学系を設
け、θiを約75゜にしている。回折式合せマーク65の第
2次の回折光はθoが50゜になっているので、これを露
光用のエキシマレーザを遮らないように設けたミラー11
1で反射させて対物レンズ112で集光して実像113を形成
する。実像に平行に1mmに2000本の溝を有する回折格子1
14を設けるとここからの第1次の回折光はほぼ垂直上方
に進む。これを更に拡大レンズ115で拡大すると第2実
像116が得られる。これは左右方向に伸びているので拡
大光学系の途中にシリンドリカルレンズ117を設け左右
方向に実像を圧縮すると第2の実像は118となり、幅ω
は実像116と同一であるが左右方向の長さが短くなり、
照度が向上する。これにより実像118が光電変換素子119
で鮮明に検出できる。
The P-polarized laser light is focused by the illumination lens 110 and focused on the diffraction type alignment mark 65. A reflective optical system is provided between them to set θi to about 75 °. Since the second-order diffracted light of the diffractive alignment mark 65 has a θo of 50 °, the mirror 11 is provided so as not to block the excimer laser for exposure.
The light is reflected by 1 and condensed by the objective lens 112 to form a real image 113. Diffraction grating 1 with 2000 grooves parallel to the real image 1mm
When 14 is provided, the first-order diffracted light from here proceeds almost vertically upward. When this is further magnified by the magnifying lens 115, a second real image 116 is obtained. Since this extends in the left-right direction, if the cylindrical lens 117 is provided in the middle of the magnifying optical system and the real image is compressed in the left-right direction, the second real image becomes 118, and the width ω
Is the same as the real image 116, but the horizontal length is shortened,
Illuminance is improved. As a result, the real image 118 becomes a photoelectric conversion element 119.
Can be detected clearly.

以上の光学系によって合せマーク65のy方向(紙面に垂
直方向)の位置を求めることができる。x方向(紙面に
平行の方向)の位置検出には第2図に示すように、y方
向に設けたもう一つの合せマーク120を検出する必要が
あり、もう一つの照明・検出光学系121を設ける必要が
ある。
With the above optical system, the position of the alignment mark 65 in the y direction (direction perpendicular to the paper surface) can be obtained. To detect the position in the x direction (direction parallel to the paper surface), it is necessary to detect another alignment mark 120 provided in the y direction as shown in FIG. 2, and another illumination / detection optical system 121 is used. It is necessary to provide.

以上2つの検出光学系によって合せマークのx,y方向の
位置が求められるので、これが所定の位置にくるように
ステージ122を動かしウエハを位置決めする。
Since the positions of the alignment mark in the x and y directions are obtained by the above two detection optical systems, the stage 122 is moved so that the alignment mark comes to a predetermined position to position the wafer.

上記実施例に記載されたように縮小投影レンズ3の下に
合せマーク検出光学系を組み込むためには照明角度θを
30〜85゜の範囲(最も望ましいのは75゜を基準にして65
゜〜85゜である。)にしなければならないが、合せマー
ク65を75゜の方向から検出すると、合せマーク65が光軸
の前後方向に長くなり実像の解像度が極端に低下する。
そこで検出側のθを小さくし、合せマークを極力垂直に
近い状態で検出する。
To incorporate the alignment mark detection optical system under the reduction projection lens 3 as described in the above embodiment, the illumination angle θ is set to
30 to 85 ° range (most preferably 65 ° based on 75 °
It is ゜ ~ 85 ゜. However, when the alignment mark 65 is detected from the direction of 75 °, the alignment mark 65 becomes long in the front-back direction of the optical axis and the resolution of the real image is extremely lowered.
Therefore, θ on the detection side is made small, and the alignment mark is detected in a state as vertical as possible.

そのため合せマーク65は第3図において基板4のダイシ
ングライン60の中にX,Y方向に設ける。その形状は第4
図のように概ねg1=1.5μm,g2=3.5μm,p=g1+g2=5
μm,h=6μmとして基板上に露光・エッチングで形成
する。この合せマークの全長l0は40μm以上であること
が望ましい。このマークに第5図に示すように、波長λ
の光61を角度θiで照明すると、正反射光62の他に で与えられるθの方向に回折光63が多数生じる。一例
としてλ=0.5μm,p=5μm,θi=75゜とするとθo
=60゜,50゜,42゜……の方向に回折光が生じる。回折光
は60゜,50゜,42゜……とθoが小さくなるに従って強度
も小さくなるので、適当な角度を選択する必要がある。
Therefore, the alignment mark 65 is provided in the dicing line 60 of the substrate 4 in the X and Y directions in FIG. Its shape is the fourth
As shown in the figure, g 1 = 1.5 μm, g 2 = 3.5 μm, p = g 1 + g 2 = 5
It is formed by exposure and etching on the substrate with μm, h = 6 μm. The total length l 0 of this alignment mark is preferably 40 μm or more. As shown in FIG. 5, the wavelength λ
When the 0 light 61 is illuminated at an angle θi, in addition to the specularly reflected light 62, A large number of diffracted lights 63 are generated in the direction of θ 0 given by. As an example, if λ 0 = 0.5 μm, p = 5 μm, θi = 75 °, then θo
Diffracted light is generated in the directions of = 60 °, 50 °, 42 ° .... The intensity of diffracted light decreases as θo decreases, such as 60 °, 50 °, 42 ° .... Therefore, it is necessary to select an appropriate angle.

実際には第6図に示すようにこの合せマーク65の上にホ
トレジスト12が塗布されているので回折の状況が多少変
化するが、見かけ上は第5図で説明した値と同じにな
る。ここで注意しなければならないのは照明にはP偏光
109を使用することである。これによりホトレジスト12
の表面での正反射光を低減し、照明光をホトレジスト12
の下の合せマーク65に導くことができる。一例としてθ
o=50゜の回折光を検出すれば、合せマーク65を50゜の
方向から検出することが可能となり、75゜の方向から検
出する場合に比べて良好な実像を得ることができる。
Actually, as shown in FIG. 6, since the photoresist 12 is coated on the alignment mark 65, the diffraction situation slightly changes, but it is apparently the same as the value explained in FIG. It is important to note here that P-polarized light is used for illumination.
Is to use 109. This allows photoresist 12
The specular reflection light on the surface of the
Can be guided to the alignment mark 65 below. Θ as an example
If the diffracted light of o = 50 ° is detected, the alignment mark 65 can be detected from the direction of 50 °, and a good real image can be obtained as compared with the case of detecting from the direction of 75 °.

次に照明にはレーザを使用するが、単一のレーザの場合
には回折光がホトレジスト12の内部で多重干渉を起こ
し、干渉縞を発生する。合せマーク65上のホトレジスト
12は一般的には塗布むらがあり、正反射光を検出すると
第8図45に示すように明暗の干渉縞が不規則に発生し、
合せマーク65の検出ができない。回折光の検出の場合に
も同じ現象となるので、照明には2つ以上の波長のレー
ザを使用する必要がある。しかしその回折光の角度θo
(第5図参照)は式(1)で説明したように波長λ
よって変化するので、この回折光を集光する対物レンズ
112は十分にNA(開口数)の大きなものを使用し、照明
に用いたすべての波長の回折光を集光する必要がある。
Next, a laser is used for illumination, but in the case of a single laser, the diffracted light causes multiple interference inside the photoresist 12 to generate interference fringes. Photoresist on alignment mark 65
No. 12 generally has coating unevenness, and when regular reflection light is detected, bright and dark interference fringes are irregularly generated as shown in FIG.
The alignment mark 65 cannot be detected. Since the same phenomenon occurs when detecting diffracted light, it is necessary to use lasers of two or more wavelengths for illumination. However, the angle θo of the diffracted light
(See FIG. 5) changes depending on the wavelength λ 0 as described in the equation (1), and therefore the objective lens that collects this diffracted light is used.
As 112, a sufficiently large NA (numerical aperture) is used, and it is necessary to collect diffracted light of all wavelengths used for illumination.

次に斜方から検出した合せマーク65の像を回折格子114
を用いて光軸に直角な像に直す方法を述べる。原理的に
は第9図に示すように試料4上の回折式合せマーク65を
レーザ光で照明し、回折光62を対物レンズ112で集光す
ると実像113は光軸67に対して傾いて作られる。この上
に回折格子114を設けると回折光69は垂直上方に進むの
で、レンズ115で拡大して検出すればよい。
Next, the image of the alignment mark 65 detected obliquely is used as the diffraction grating 114.
A method of reconstructing an image perpendicular to the optical axis by using will be described. In principle, as shown in FIG. 9, when the diffractive alignment mark 65 on the sample 4 is illuminated with laser light and the diffracted light 62 is condensed by the objective lens 112, the real image 113 is tilted with respect to the optical axis 67. To be If the diffraction grating 114 is provided on this, the diffracted light 69 travels vertically upward, and therefore it may be detected by enlarging it with the lens 115.

第10図(a)に示すように回折光62を先端ミラー111で
ほぼ水平に反射させ、側面に削り落した対物レンズ112
で集光し、中間ミラー73を経て実像113を作り、これに
平行に回折格子114を設ける。対物レンズ112を上方から
見た図を第10図(b)に示す。回折式合せマーク65から
の散乱光はこの面内では散乱光74のように左右に広がる
ので、検出の解像度を高めるためにこの面内では対物レ
ンズ112を削っていない。実際に対物レンズ112の形状は
第11図に示すようにホルダ75とレンズ76から成り上下の
部分を削り落している。
As shown in FIG. 10 (a), the diffracted light 62 is reflected almost horizontally by the tip mirror 111, and the objective lens 112 is cut off to the side surface.
Then, a real image 113 is formed through the intermediate mirror 73, and a diffraction grating 114 is provided in parallel with the real image 113. A view of the objective lens 112 seen from above is shown in FIG. Since scattered light from the diffractive alignment mark 65 spreads left and right like scattered light 74 in this plane, the objective lens 112 is not shaved in this plane in order to improve detection resolution. Actually, the shape of the objective lens 112 is made up of a holder 75 and a lens 76, and the upper and lower parts are scraped off as shown in FIG.

ここで注意すべきことは第10図(a)でiが80゜程度
になることである。このようにi大きい場合には回折
光69の強度は偏光の影響を大きく受ける。この現象は余
り知られていないのでP偏光の方がS偏光(紙面の前後
に直線偏光する)の20倍程度高い強度が得られる。従っ
て本発明では照明,対物レンズ,回折格子を同一の光軸
上に設けて、すべてP偏光のまま光を通し検出すること
が極めて重要である。このように照射する光としては空
間点コヒーレンスの高いP偏光の複数の波長を有する光
(白色光でもよい)を照射し、検出光学系の方に分光器
をおく共に0次以外の回折光を検出するようにしてもよ
いことは明らかである。
What should be noted here is that i becomes about 80 ° in FIG. 10 (a). When i is thus large, the intensity of the diffracted light 69 is greatly affected by the polarization. Since this phenomenon is not well known, the intensity of P-polarized light is about 20 times higher than that of S-polarized light (linearly polarized before and after the paper surface). Therefore, in the present invention, it is extremely important to provide the illumination, the objective lens, and the diffraction grating on the same optical axis so that all the P-polarized light can be transmitted and detected. As the light to be radiated in this way, light having a plurality of wavelengths of P-polarized light having high spatial point coherence (white light may be used) is radiated, and a spectroscope is provided at the detection optical system and diffracted light other than the 0th order is used. Obviously, it may be detected.

また本発明の他一実施例を第12図を用いて説明する。XY
ステージ22の上にレジスト12が塗布されていない位置検
出用ウエハ60をセットする。これには第4図に示すよう
なレジスト12が塗布されていない凹凸パターンを有する
合せマーク65′を設けてある。一方レチクル1には第13
図に示すように窓48を設けておき、上方からエキシマレ
ーザ光101を照射し、窓48を通った光で、位置検出用ウ
エハ上の合せマーク65′を照明する。合せマーク65′の
逆投影像はレチクル1の上に作られるので、ハーフミラ
ー62,対物レンズ63,光電素子64から成る較正用検出器70
を挿入し、レチクル上の窓48を下から上に通過してきた
光を検出する。
Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. XY
The position detecting wafer 60 on which the resist 12 is not applied is set on the stage 22. This is provided with a registration mark 65 'having an uneven pattern on which the resist 12 is not applied as shown in FIG. On the other hand, the reticle 1 has a 13th
As shown in the drawing, a window 48 is provided, and excimer laser light 101 is irradiated from above, and the light passing through the window 48 illuminates the alignment mark 65 'on the position detecting wafer. Since the back projection image of the alignment mark 65 'is formed on the reticle 1, the calibration detector 70 including the half mirror 62, the objective lens 63, and the photoelectric element 64 is used.
To detect light that has passed through the window 48 on the reticle from the bottom to the top.

この時の光電素子64の出力を第13図を用いて説明する。
レジスト12が塗布されていない位置検出用ウエハ上の合
せマーク65′は凹凸パターンで作られているので、上方
から光を当てると段差部分で光が散乱し、上方に戻って
くる光が減少する。合せマーク65′をy方向(紙面に垂
直な方向)に送りながら光電素子64の出力を測定する
と、合せマーク65′がレチクルの合せマーク48の中に入
った時に反射光が減少するので光電素子64の出力65も減
少する。この信号から中央位置66を求めればこれがレチ
クル上の窓48の中央位置と一致した位置である。そこで
次にXYステージ22を移動させて位置検出用ウエハを−y
方向に動かし、ウエハが点66の位置に来た時にXYステー
ジ22を止めて位置検出用ウエハ60を静止する。
The output of the photoelectric element 64 at this time will be described with reference to FIG.
Since the alignment mark 65 'on the position detecting wafer on which the resist 12 is not applied is formed in a concavo-convex pattern, when the light is applied from above, the light is scattered at the step portion and the light returning upward is reduced. . When the output of the photoelectric element 64 is measured while sending the alignment mark 65 'in the y direction (direction perpendicular to the paper surface), the reflected light decreases when the alignment mark 65' enters the alignment mark 48 of the reticle, so the photoelectric element The output 65 of 64 is also reduced. If the center position 66 is obtained from this signal, this is the position that coincides with the center position of the window 48 on the reticle. Therefore, next, the XY stage 22 is moved to move the position detecting wafer to -y.
When the wafer reaches the position of the point 66, the XY stage 22 is stopped and the position detecting wafer 60 is stopped.

次に縮小投影レンズ3と位置検出用ウエハ60の間に設け
た合せマーク検出器67(照明系67aと検出系67bから成
る)をxy方向に動かして合せマーク65′を検出する。こ
れは既に第1図を用いて説明したように斜めからレーザ
を照明し、合せマーク65′からの回折光を検出してy方
向の位置を求めるものが最適であるので、これを使用す
る。y方向の位置の測定値が所定の値になったところで
検出器67を固定する。
Next, the alignment mark detector 67 (comprising the illumination system 67a and the detection system 67b) provided between the reduction projection lens 3 and the position detection wafer 60 is moved in the xy direction to detect the alignment mark 65 '. As described above with reference to FIG. 1, it is optimal to illuminate the laser obliquely and detect the diffracted light from the alignment mark 65 'to obtain the position in the y direction, and this is used. The detector 67 is fixed when the measured value of the position in the y direction reaches a predetermined value.

その後較正用検出器70(62,63,64から成る)を後退させ
れば露光光学系と上記の斜方検出光学系は完全に位置合
せされたことになる。なおここでウエハ上の合せマーク
65′の幅Wwとレチクル上の合せマーク48の幅Wrの関係は
以下のようにすることが望ましい。
After that, if the calibration detector 70 (consisting of 62, 63 and 64) is retracted, the exposure optical system and the above-mentioned oblique detection optical system are completely aligned. Note that here the alignment mark on the wafer
The relationship between the width Ww of 65 'and the width Wr of the alignment mark 48 on the reticle is preferably set as follows.

Wr≧Ww これによって信号65は谷が一つの信号となり中央位置66
が容易に求められる。
Wr ≧ Ww As a result, the signal 65 has one trough and the central position 66
Is easily required.

以上は第12図でy方向(紙面に垂直の方向)の位置検出
法を説明したが、実用時には、この検出系を直角方向に
もう一つ設けて、x方向(紙面に平行の方向)の位置を
検出する必要がある。
Although the position detection method in the y direction (direction perpendicular to the paper surface) has been described above with reference to FIG. 12, in practical use, another detection system is provided in the direction perpendicular to the x direction (direction parallel to the paper surface). It is necessary to detect the position.

このように通常のレジストが塗布されていない合せマー
ク65を有する基板(ウエハ)を用いることによってレチ
クルに対し、基板の合せマークを検出する合せマーク検
出器67を位置合せすることによって以後、基杯を露光位
置においてレチクルと相対的に位置合せをすることがで
きる。
By using the substrate (wafer) having the alignment mark 65 to which the ordinary resist is not applied, the alignment mark detector 67 for detecting the alignment mark of the substrate is aligned with the reticle. Can be aligned relative to the reticle at the exposure position.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、縮小投影レンズを介さずに露光位置に
おいてレチクルに対して基板の位置を、検出誤差を0.05
μm以下に低減して高感度で、しかも高精度にアライメ
ントして露光光としてエキシマレーザ光を用いてレチク
ル上の回路パターンを縮小投影レンズにより基板上に投
影露光することができ、エキシマレーザ光による高集積
LSIのパターンの露光を実現することができる効果を奏
する。
According to the present invention, the position of the substrate with respect to the reticle at the exposure position without using the reduction projection lens, the detection error of 0.05.
It is possible to project and expose the circuit pattern on the reticle onto the substrate by the reduction projection lens by using the excimer laser light as the exposure light by aligning it with high sensitivity by reducing it to less than μm and by using the excimer laser light. High integration
It is possible to realize the exposure of the LSI pattern.

また、エキシマレーザ用縮小投影レンズでは合せマーク
検出用の可視レーザの透過率が極めて低いため、非TTL
(縮小投影レンズを通さない検出法)方式を採用せざる
を得ない。この時の最大の問題点はこの非TTL合せマー
ク検出器と、露光光学系の相対的位置合せである。
In addition, the reduction projection lens for the excimer laser has a very low transmittance of the visible laser for detecting the alignment mark, so that non-TTL
There is no choice but to adopt the (detection method that does not pass through a reduction projection lens) method. The biggest problem at this time is the relative alignment between the non-TTL alignment mark detector and the exposure optical system.

本発明では位置較正用の基板をXYステージ上にセット
し、ここからの反射光をレチクル上に設けた基準パター
ンを通して、検出器で検出して、これを基にして上記基
板を位置決めしている。更にこの基板上の合せマークを
検出することにより、検出手段の位置決めを実現したも
ので、従来の縮小露光装置の骨格を変えることなくアラ
イメントを可能にした点に特徴がある。本発明を適用す
ることにより基板上の合せマークを±0.05μm以下の誤
差で検出し、±0.1μm(3σ)以下の誤差で位置決め
できるようになり、0.5〜0.3μm線幅で構成されるLSI
の露光が可能となった。
In the present invention, the substrate for position calibration is set on the XY stage, the reflected light from the substrate is detected by the detector through the reference pattern provided on the reticle, and the substrate is positioned based on this. . Further, the alignment of the detection means is realized by detecting the alignment mark on the substrate, which is characterized in that the alignment is possible without changing the skeleton of the conventional reduction exposure apparatus. By applying the present invention, the alignment mark on the substrate can be detected with an error of ± 0.05 μm or less and can be positioned with an error of ± 0.1 μm (3σ) or less, and an LSI having a line width of 0.5 to 0.3 μm can be used.
Exposure became possible.

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

第1図は本発明の一実施例を示す正面図、第2図は第1
図の原理を立体的に示した図、第3図は基板上の合せマ
ークの配置図、第4図は本発明に用いられる合せマーク
の形状を示す図、第5図は第4図に示す合せマークの回
折光を示す図、第6図は第4図に示す合せマークにレジ
ストを塗布したときの回折光を示す図、第7図はエキシ
マレーザ光用縮小投影レンズの分光透過率を示す図、第
8図は合せマークに対し単一レーザ光で照明したときの
得られる映像信号波形を示す図、第9図は本発明に係る
斜方検出方式の原理を示す図、第10図は本発明の検出方
式の原理を示す図、第11図は本発明において使用する対
物レンズの形状を示す斜視図、第12図は本発明の他の一
実施例を示す正面図、第13図は第12図に示す装置におい
て得られる映像信号の処理を説明するための図である。 1……レチクル、3……縮小投影レンズ、 4……基板、65……合せマーク、 12……ホトレジスト、22……XYステージ、 114……回折格子、103……Arレーザ発振器、 108……He−Neレーザ発振器、 101……エキシマレーザ光、 102……チップ、112……対物レンズ、 114……回折格子、115……拡大レンズ、 117……シリンドリカルレンズ。
FIG. 1 is a front view showing an embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a three-dimensional view of the principle of the drawing, FIG. 3 is a layout of alignment marks on a substrate, FIG. 4 is a view showing the shape of alignment marks used in the present invention, and FIG. 5 is shown in FIG. FIG. 6 shows the diffracted light of the alignment mark, FIG. 6 shows the diffracted light when resist is applied to the alignment mark shown in FIG. 4, and FIG. 7 shows the spectral transmittance of the reduction projection lens for excimer laser light. FIG. 8 is a diagram showing a video signal waveform obtained when the alignment mark is illuminated with a single laser beam, FIG. 9 is a diagram showing the principle of the oblique detection method according to the present invention, and FIG. FIG. 11 shows the principle of the detection method of the present invention, FIG. 11 is a perspective view showing the shape of an objective lens used in the present invention, FIG. 12 is a front view showing another embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 13 is a diagram for explaining the processing of the video signal obtained in the device shown in FIG. 1 ... Reticle, 3 ... Reduction projection lens, 4 ... Substrate, 65 ... Registration mark, 12 ... Photoresist, 22 ... XY stage, 114 ... Diffraction grating, 103 ... Ar laser oscillator, 108 ... He-Ne laser oscillator, 101 ... Excimer laser light, 102 ... Chip, 112 ... Objective lens, 114 ... Diffraction grating, 115 ... Magnifying lens, 117 ... Cylindrical lens.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/68 F ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication H01L 21/68 F

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】レチクルに対して基板をアライメントして
露光光としてエキシマレーザ光を用いてレチクル上の回
路パターンを縮小投影レンズにより基板上に縮小投影露
光する縮小投影式アライメント方法において、上記縮小
投影レンズと上記基板との間の側方より基板上に形成さ
れた直線状回折パターンの合わせマークに対して斜め方
向から複数の波長を有する光を照射し、上記直線状回折
パターンの合わせマークからの複数の波長に基づく回折
光を、上記縮小投影レンズと上記基板との間の側方に向
けてミラーで反射させて対物レンズで集光し、この集光
された複数の波長に基づく回折光を、集光して結像する
実像の位置近傍に設けられた回折格子により回折させて
レンズで拡大又は縮小して結像させ、この結像された複
数の波長に基づく回折光を光電変換素子により受光して
映像信号に変換し、この変換された映像信号に基づいて
上記直線状回折パターンの合わせマークの位置を検出し
て上記基板を上記レチクルに対してアライメントするこ
とを特徴とする縮小投影式アライメント方法。
1. A reduction projection alignment method in which a substrate is aligned with respect to a reticle, and a circuit pattern on the reticle is reduced and projected onto a substrate by a reduction projection lens by using an excimer laser beam as exposure light. Irradiating light having a plurality of wavelengths obliquely to the alignment mark of the linear diffraction pattern formed on the substrate from the side between the lens and the substrate, from the alignment mark of the linear diffraction pattern Diffracted light based on a plurality of wavelengths is reflected by a mirror toward the side between the reduction projection lens and the substrate and condensed by an objective lens. , Diffracted by a diffraction grating provided in the vicinity of the position of a real image to be focused and focused, and enlarged or reduced by a lens to form an image. The folding light is received by a photoelectric conversion element and converted into a video signal, and the position of the alignment mark of the linear diffraction pattern is detected based on the converted video signal to align the substrate with the reticle. A feature of the reduced projection type alignment method.
【請求項2】上記照射する光がP偏光であることを特徴
とする請求項1記載の縮小投影式アライメント方法。
2. The reduction projection type alignment method according to claim 1, wherein the illuminating light is P-polarized light.
【請求項3】レチクルに対して基板をアライメントして
露光光としてエキシマレーザ光を用いてレチクル上の回
路パターンを縮小投影レンズにより基板上に縮小投影露
光する縮小投影式アライメント装置において、上記縮小
投影レンズと上記基板との間の側方より基板上に形成さ
れた直線状回折パターンの合わせマークに対して斜め方
向から複数の波長を有する光を照射する照明光学系と、
上記直線状回折パターンの合わせマークからの複数の波
長に基づく回折光を、上記縮小投影レンズと上記基板と
の間の側方に向けてミラーで反射させて対物レンズで集
光し、この集光された複数の波長に基づく回折光を、集
光して結像する実像の位置近傍に設けられた回折格子に
より回折させてレンズで拡大又は縮小して結像させ、こ
の結像された複数の波長に基づく回折光を光電変換素子
により受光して映像信号に変換する検出光学系とを備
え、該検出光学系の光電変換素子により変換された映像
信号に基づいて上記直線状回折パターンの合わせマーク
の位置を検出して上記基板を上記レチクルに対してアラ
イメントするように構成したことを特徴とする縮小投影
式アライメント装置。
3. A reduction projection type alignment apparatus for aligning a substrate with respect to a reticle and using a excimer laser beam as exposure light for reducing and exposing a circuit pattern on the reticle onto a substrate by a reduction projection lens. An illumination optical system that irradiates light having a plurality of wavelengths from an oblique direction with respect to the alignment mark of the linear diffraction pattern formed on the substrate from the side between the lens and the substrate,
Diffracted light based on a plurality of wavelengths from the alignment mark of the linear diffraction pattern is reflected by a mirror toward the side between the reduction projection lens and the substrate and condensed by an objective lens. The diffracted light based on the plurality of wavelengths thus formed is diffracted by a diffraction grating provided in the vicinity of the position of a real image to be condensed and formed, and enlarged or reduced by a lens to form an image. A detection optical system that receives diffracted light based on a wavelength by a photoelectric conversion element and converts it into a video signal, and the alignment mark of the linear diffraction pattern based on the video signal converted by the photoelectric conversion element of the detection optical system. Is arranged to detect the position of the substrate and align the substrate with the reticle.
【請求項4】上記照明光学系において、各光源から出射
する異なる波長の光を同一光路に合成して照射する合成
光学系を備えたことを特徴とする請求項3記載の縮小投
影式アライメント装置。
4. The reduction projection type alignment apparatus according to claim 3, wherein the illumination optical system comprises a combining optical system for combining lights of different wavelengths emitted from the respective light sources and irradiating them on the same optical path. .
【請求項5】上記照明光学系において、光源から出射さ
れた光を複数の異なる波長に分光する分光器と、該分光
された異なる波長の光を同一光路に合成して照射する合
成光学系とを備えたことを特徴とする請求項3記載の縮
小投影式アライメント装置。
5. In the illumination optical system, a spectroscope for separating light emitted from a light source into a plurality of different wavelengths, and a combining optical system for combining and irradiating the separated light of different wavelengths on the same optical path. The reduction projection type alignment apparatus according to claim 3, further comprising:
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