JPH0785465B2 - Observation device - Google Patents

Observation device

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JPH0785465B2
JPH0785465B2 JP61134873A JP13487386A JPH0785465B2 JP H0785465 B2 JPH0785465 B2 JP H0785465B2 JP 61134873 A JP61134873 A JP 61134873A JP 13487386 A JP13487386 A JP 13487386A JP H0785465 B2 JPH0785465 B2 JP H0785465B2
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alignment
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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は観察装置に関し、就中、表面に透明な薄膜のつ
いた物体を観察し、その情報を検知する光学系に関す
る。この種の光学系の代表として、ステッパのようにフ
ォトレジストの塗布されたウエハをレチクルに対して位
置合せする露光装置がある。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an observing device, and more particularly to an optical system for observing an object having a transparent thin film on its surface and detecting the information. A typical example of this type of optical system is an exposure apparatus that aligns a wafer coated with a photoresist with a reticle, such as a stepper.

[従来技術および発明が解決しようとする問題点] この種の露光装置の基本的な2つの性能といえば解像力
と重ね合せ精度である。解像力に関しては取り扱いが非
常にシンプルである。なぜなら解像力を決定するパラメ
ータが数少ないからで、ステッパと呼ばれる装置におい
ては投影レンズの使用波長と開口数(NA)さえわかれ
ば、その光学系の解像力を容易に類推することができ
る。また、X線露光の場合でもパラメータは光源の大き
さによる半影ボケ等といった限られたものしか存在して
いない。
[Problems to be Solved by Prior Art and Invention] The two basic performances of this type of exposure apparatus are resolution and overlay accuracy. The resolution is very simple to handle. This is because there are few parameters that determine the resolving power, and in a device called a stepper, the resolving power of the optical system can be easily inferred if only the wavelength used and the numerical aperture (NA) of the projection lens are known. In addition, even in the case of X-ray exposure, there are only limited parameters such as penumbra blurring due to the size of the light source.

メモリーセルの1トランジスタ化が実現して以来、半導
体の高集積化の両翼を担ってきたのはリソグラフィすな
わち微細線幅焼付技術の進歩とエッチング等のプロセス
技術の進歩であった。解像力に関してはステッパのレン
ズ歴史を辿れば解るように光学系は着実に進歩してきて
いる。光学方式は1μmの壁を破り、サブミクロン時代
に対応したレンズが次々と発表されている。
Since the realization of one transistor of the memory cell, it has been the progress of lithography, that is, the fine line width printing technology and the progress of the process technology such as etching, which has played a role in the high integration of semiconductors. Regarding the resolving power, the optical system has been steadily improving, as can be understood by tracing the history of the stepper lens. The optical method breaks the wall of 1 μm, and lenses for the submicron era are being announced one after another.

一方、プロセスの方でも溝掘り方式等、低段差化、高段
差化相俟って三次元IC的な発想で新しいアイディアが実
現されている。露光装置側での解像力の進歩と、プロセ
ス側での進歩は各工程のパターンの重ね合せという舞台
で最も大きな接点を見出すこととなる。その意味で重ね
合せ精度は露光装置の中で重要度をますます高めている
といえる。
On the other hand, in the process as well, new ideas have been realized with the idea of three-dimensional IC in combination with the low step and high step such as the trench digging method. Advances in resolution on the exposure equipment side and advances on the process side will find the greatest point of contact in the stage of superimposing patterns of each process. In that sense, it can be said that overlay accuracy is becoming more and more important in exposure equipment.

重ね合せ精度を解像力を取り扱ったようなシンプルなパ
ラメータで表示することは難しい。それはウエハプロセ
スの多様性を物語っているが、その一方で、、重ね合せ
のためのアライメントシステムの構成が多種多様である
ことに起因しているともいえる。ウエハプロセス要因を
より複雑にしているのは、この問題が1つウエハ基板だ
けに留まらず、ウエハ上に塗布されているフォトレジス
ト迄含めて論ずる必要があるからである。現在の半導体
の明らかな方向の一つにICの三次元的な構成への流れと
いうものが存在している。その中で、ウエハ表面の高段
差化は避けられないものであるが、この高段差がフォト
レジストの塗布状態に明らかな悪影響を及ぼす。またウ
エハは6インチから8インチさらには10インチとますま
す大型化の傾向にある。大口径のウエハにフォトレジス
トをスピン方式で塗布した場合、中心部と周辺部でレジ
ストの塗布状況が異なるのは自明のことであり、その差
がウエハ表面の段差が大きいほど顕著にあらわれること
も明らかである。実際、アライメント状態がレジスト塗
布に影響を受けて変化することは公知であり、逆に均一
な塗布の仕方をどうすれば良いかという研究がなされて
いるほどである。
It is difficult to display overlay accuracy with simple parameters that deal with resolution. It shows the variety of wafer processes, but on the other hand, it can be said that it is due to the variety of configurations of alignment systems for overlaying. The reason why the wafer process factor is made more complicated is that the problem is not limited to one wafer substrate, and it is necessary to discuss the photoresist including the photoresist coated on the wafer. One of the clear directions of current semiconductors is the flow toward the three-dimensional construction of ICs. Among them, it is inevitable that the wafer surface has a high level difference, but this high level difference has a clear adverse effect on the coating state of the photoresist. Wafers are becoming larger and larger, from 6 inches to 8 inches and even 10 inches. When photoresist is applied to a large-diameter wafer by the spin method, it is obvious that the resist application situation is different between the central part and the peripheral part, and the difference may be more remarkable as the step difference on the wafer surface is larger. it is obvious. In fact, it is known that the alignment state changes under the influence of resist coating, and conversely, research has been conducted on how to perform uniform coating.

フォトレジストでもう一つ注意しなければならないのは
サブミクロン時代における多層化への流れである。多層
レジストプロセスやCELといった解像力向上のための手
段は必然的に幾つかの工程で採用されるので、これに対
する対策も必要である。露光装置は重ね合せという舞台
でこうした新しいウエハプロセスへの対処を迫られてい
るといえる。
Another point to note in photoresists is the trend toward multilayering in the submicron era. Measures for improving the resolution, such as the multi-layer resist process and CEL, are inevitably adopted in some steps, and countermeasures against them are also necessary. It can be said that the exposure apparatus is forced to deal with these new wafer processes in the stage of overlaying.

一方、これに対してアライメントシステムの多様性はシ
ステム構成のフレキシビリティと困難さの証明である。
現在、提案され実現されているアライメントシステムは
一つとして同じものがなく、各システムがそれぞれ長所
と短所を合せ持っている。例えば本出願人になる特開昭
58−25638号「露光装置」が一つの事例として挙げられ
る。このシステムは投影光学系にレチクル及びウエハ双
方にテレセントリックな光学系を用いてTTL on Axisと
いう思想を実現した優れた構成例の一つである。投影レ
ンズはg線(436nm)に対して収差補正がなされている
が、同様の性能をHe−Cdレーザの波長(442nm)でも発
揮するようになっている。この特許出願で開示した一実
施例ではHe−Cdレーザによるレーザビーム走査法をアラ
イメント信号検知法として採用しており、この結果TTL
on Axisすなわちアライメントした状態で即露光動作に
入ることが可能となっている。TTL on Axisシステムは
露光装置として誤差要因がアライメント信号の検知エラ
ー唯一つであるという意味で、最もシステム的な誤差要
因の少ない構成であり、理想のシステムに近い。このシ
ステムの欠点は唯一つで、それは多層レジストのような
露光波長近辺の波長を吸収するようなプロセスに弱いと
いうことである。
On the other hand, the variety of alignment systems is a proof of the flexibility and difficulty of system configuration.
At present, no single alignment system has been proposed and implemented, and each system has its own advantages and disadvantages. For example
58-25638 “Exposure device” is one example. This system is one of the excellent configuration examples that realized the idea of TTL on Axis by using the telecentric optical system for both the reticle and the wafer as the projection optical system. Although the projection lens has been corrected for aberrations with respect to the g-line (436 nm), the same performance is also exhibited at the He-Cd laser wavelength (442 nm). In one embodiment disclosed in this patent application, a laser beam scanning method using a He-Cd laser is adopted as an alignment signal detection method, which results in TTL
It is possible to immediately start the exposure operation on the Axis, that is, in the aligned state. The TTL on Axis system has the least systematic error factor in the sense that there is only one alignment signal detection error as an exposure device, and it is close to the ideal system. The only drawback of this system is that it is vulnerable to processes such as multilayer resists that absorb wavelengths near the exposure wavelength.

一方、これに対して露光波長以外の波長、具体的にはe
線(546nm)とかHe−Neレーザ(633nm)といったより長
い波長を用いるシステム構成例も多数提案されている。
露光波長よりも長い波長を用いるため多層レジストのよ
うな吸収型のプロセスに対して、このシステムは強いと
いう利点を持っている。しかし、通常、投影レンズの色
の諸収差のためにアライメントする像高が投影レンズに
対して固定されており、アライメントの検出を行なった
後に露光位置までウエハを移動させるという誤差要因が
入り込むことになる。露光波長以外の光でのアライメン
トシステムはこのため必然的にTTL off Axisのシステム
となってしまうのである。
On the other hand, on the other hand, a wavelength other than the exposure wavelength, specifically e
Many system configuration examples using longer wavelengths such as line (546 nm) and He-Ne laser (633 nm) have been proposed.
This system has the advantage of being robust against absorption-type processes such as multilayer resists, since wavelengths longer than the exposure wavelength are used. However, the image height for alignment is usually fixed with respect to the projection lens due to various color aberrations of the projection lens, and an error factor of moving the wafer to the exposure position after detecting the alignment is introduced. Become. Therefore, the alignment system with light other than the exposure wavelength is inevitably a TTL off Axis system.

しかしながら、近年の重ね合せ精度に対する要求はます
ます厳しくなってきており、特開昭58−25638号に示し
たような理想システムにおける誤差要因であるアライメ
ント信号の検知エラーすら問題となる領域にまできてい
る。本発明では従来例に基づいてアライメント信号の検
知エラー成分を分析し、その誤差要因をとり除くことに
より、アライメント精度の向上を図ったことを特徴とし
ている。
However, in recent years, the requirement for overlay accuracy has become more and more strict, and even the detection error of the alignment signal, which is the error factor in the ideal system as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 58-25638, can be put into a problem area. ing. The present invention is characterized by improving the alignment accuracy by analyzing the detection error component of the alignment signal based on the conventional example and removing the error factor.

アライメント信号の検知誤差成分を本願の発明者等が分
析したところによると、その誤差成分は主としてフォト
レジストの塗布問題に起因するものが大部分であること
が判明した。フォトレジストによる誤差要因は種々挙げ
られるが、そのうち最も大きいのは次の2つの要因であ
るものと考えられる。
According to the analysis of the detection error component of the alignment signal by the inventors of the present application, it has been found that most of the error component is mainly due to the photoresist coating problem. There are various causes of error due to the photoresist, and the largest of these is considered to be the following two factors.

第1はレジストの表面反射光とレジストを透過し、ウエ
ハ基板に当って戻ってくる光との干渉効果である。特に
前述したようにフォトレジストはウエハ内で均一に塗布
されているとは限らず、中心と周辺では塗布状態が異な
っている場合が多い。ウエハ基板自体もエッチング、ス
パッタ等のウエハ内均一性の問題を抱えている。そのた
め、ウエハ内の各ショットのアライメントマークの構造
はレジストと塗布迄含めて考えた時、場所場所で異り、
従って、干渉効果も異っている。レジスト塗布の影響で
アライメントに誤差が出るのはこの干渉による効果が最
も大きいと思われる。
The first is the effect of interference between the light reflected from the surface of the resist and the light that passes through the resist and strikes the wafer substrate and returns. In particular, as described above, the photoresist is not always uniformly applied within the wafer, and the applied state is often different between the center and the periphery. The wafer substrate itself also has a problem of uniformity in the wafer such as etching and sputtering. Therefore, the structure of the alignment mark of each shot in the wafer is different depending on the place when considering the resist and coating.
Therefore, the interference effect is also different. It is considered that the effect of this interference is the largest in causing the alignment error due to the influence of the resist coating.

第2の要因として挙げられるのは多重反射である。レジ
ストは一つの光導波路としての性格を持ている。そのた
めにウエハ基板で反射された光の一部はレジストと空気
の境界面で反射され、またウエハに戻ってきて再反射を
受けることとなる。この影響は基板の反射率が高いほど
顕著であるし、またこの多重反射光が最終的には干渉を
起こしアライメントの精度を劣化させる要因ともなる。
The second factor is multiple reflection. The resist has a character as an optical waveguide. Therefore, a part of the light reflected by the wafer substrate is reflected by the interface between the resist and air, and returns to the wafer to be re-reflected. This effect is more remarkable as the reflectance of the substrate is higher, and this multiple reflected light eventually causes interference and deteriorates the alignment accuracy.

レジストの要因としてはその他に屈折による像ズレ等の
要因が考えられるが、それ等はあくまで二次的なもので
あり、今ここで挙げた2つの要因特に第1の干渉効果を
除くことがアライメントの精度向上に大きく貢献するこ
とが解析の結果確かめられた。
Other factors such as image shift due to refraction can be considered as factors of the resist, but these are only secondary factors, and it is possible to eliminate the two factors mentioned here, especially the first interference effect. As a result of the analysis, it was confirmed that it greatly contributes to the improvement of the accuracy of.

本発明では従って、干渉効果を軽減し、より高いアライ
メント検出精度を実現するようなシステムを提供するこ
とを目的とする。
Therefore, it is an object of the present invention to provide a system that reduces interference effects and realizes higher alignment detection accuracy.

[問題点を解決するための手段] 上記目的を達成するため本発明では、第1物体上に描か
れたパターンを投影光学系を介してレジストが塗布され
た第2物体上に投影露光する装置における、該第2物体
上に形成されたマークを観察する観察装置において、前
記投影光学系を介して前記マークを観察する観察光学系
と、前記観察光学系が前記第2物体上で持つ光束のNAを
sinAとした時、前記第2物体を照明する照明光が前記観
察光学系の光軸となす角度を略A+10゜とする暗視野照
明光学系とを有することを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, in the present invention, an apparatus for projecting and exposing a pattern drawn on a first object onto a second object coated with a resist via a projection optical system. In the observation device for observing the mark formed on the second object, the observation optical system for observing the mark via the projection optical system, and the light flux of the light flux that the observation optical system has on the second object. NA
In the case of sinA, the illumination light for illuminating the second object has a dark field illumination optical system that makes an angle with the optical axis of the observation optical system about A + 10 °.

この他、本発明の種々の実施の態様等、本発明の特徴は
下記の実施例において記載した。
In addition, the features of the present invention, such as various embodiments of the present invention, are described in the following examples.

[実施例] 本発明の一実施例を第1図に示す。第1図は本発明をス
テッパすなわち縮小投影露光装置に応用した例である。
[Embodiment] An embodiment of the present invention is shown in FIG. FIG. 1 is an example in which the present invention is applied to a stepper, that is, a reduction projection exposure apparatus.

同図において、縮小レンズ3はレチクル1上のパターン
2をウエハ4上に投影露光する役目を果たしている。縮
小レンズ3は、焼付ける対象物であるウエハの凹凸や、
通常、レンズ3とウエハ4の間に配置されているオート
フォーカス系の計測駆動エラー等に基づくフォーカスの
変動等によって、ディストーションおよび倍率が変化し
ないようにウエハ側ではテレセントリックとなっている
のが通常である。なお、ウエハ上で2に対応する場所は
第1図では5が対応している。
In the figure, the reduction lens 3 serves to project and expose the pattern 2 on the reticle 1 onto the wafer 4. The reduction lens 3 is provided with the unevenness of the wafer to be printed,
Usually, the wafer side is usually telecentric so that the distortion and the magnification do not change due to focus fluctuations caused by measurement drive errors of the autofocus system arranged between the lens 3 and the wafer 4. is there. In addition, the place corresponding to 2 on the wafer corresponds to 5 in FIG.

本発明での最大の特徴は投影レンズ3の下に配置された
照明系にある。第1図でこれから焼き付けられるべき、
ウエハの部分5のためのアライメントマーク6はこの場
合ウエハ4と投影レンズ3の間に存在している照明系に
よって斜めに照明されている。
The most important feature of the present invention resides in the illumination system arranged below the projection lens 3. It should be burned in Fig. 1,
The alignment mark 6 for the part 5 of the wafer is in this case illuminated obliquely by an illumination system which exists between the wafer 4 and the projection lens 3.

これが本発明の最も主要な部分をなすものである。This is the most important part of the present invention.

既に述べたようにアライメント信号の検出エラーの最も
大きい要因はレジストの表面反射とウエハ基板の反射光
との干渉である。この影響を無くすためには幾つかの方
法があるが、最も根本的な解決法は一方を無くしてしま
うことである。レジストの塗布状態をSEMや干渉顕微鏡
で観察したところ、たとえ非常に大きい段差構造を持っ
たウエハでも、その上に塗布されたレジストの表面の傾
斜は最大でも5゜前後しかいかずそれ以上急峻なスロー
プは存在しないことが判明した。ステップカバレージの
問題から大きい段差に対してはそれを上回る厚さのレジ
ストを塗布するのが普通であり、その結果ほぼ5゜前後
の値で納まるのである。このため、本発明では照明光に
対して第2図に示すように次のような条件を付け加える
のが特徴である。すなわち、 (検知光学系がウエハ上で持つ最大角A+10゜) ≦(照明光のウエハへの入射角B) ……(1) このようにすると、照明光のレジスト表面で反射される
成分は検知光学系に入らず、その外に逃げてしまう(第
2図)。従って、ウエハ基板からの反射光のみを検知光
学系で捉えることができるのである。照明光のウエハへ
の入射角が大きくなると一般的に検知光学系で検知する
光強度が小さくなるので、照明光が前期観察光学系の光
軸となす角度Bを略A+10゜とするのが好ましい。検知
光学系とは第1図で投影レンズ3およびアライメントス
コープ光学系7を介して、例えばCCDのような光電変換
手段8に到るまでのウエハの観察光学系全体を意味して
いる。露光波長と観察波長が異なる場合には9のような
補正光学系を入れて、レチクルとウエハの同時観察を可
能にするような場合もあるし、第3図のようにウエハの
みを観察するということで、レチクルと投影レンズの間
にアライメントスコープ光学系を持ってくる場合もあ
る。第3図の場合にはレチクルは別のアライメントスコ
ープ系によって独立にアライメントされ、ウエハ系のア
ライメントの基準とレチクル系のアライメントの基準と
が所定の関係になるよう、基準値較正が行なわれる。
As described above, the largest cause of the alignment signal detection error is interference between the surface reflection of the resist and the reflected light of the wafer substrate. There are several ways to eliminate this effect, but the most fundamental solution is to eliminate one. When observing the resist coating state with an SEM or an interference microscope, even if the wafer has a very large step structure, the slope of the resist surface coated on it is only about 5 ° at the maximum and steeper than that. It turns out that there is no slope. Due to the problem of step coverage, it is usual to apply a resist having a thickness larger than that to a large step, and as a result, a value of about 5 ° can be set. Therefore, the present invention is characterized in that the following conditions are added to the illumination light as shown in FIG. That is, (maximum angle A + 10 ° that the detection optical system has on the wafer) ≤ (incident angle B of the illumination light to the wafer) (1) In this way, the component of the illumination light reflected on the resist surface is detected. It does not enter the optical system and escapes to the outside (Fig. 2). Therefore, only the reflected light from the wafer substrate can be captured by the detection optical system. Since the light intensity detected by the detection optical system generally decreases as the incident angle of the illumination light on the wafer increases, the angle B formed by the illumination light with the optical axis of the observation optical system in the previous period is preferably about A + 10 °. . The detection optical system in FIG. 1 means the entire observation optical system of the wafer through the projection lens 3 and the alignment scope optical system 7 to the photoelectric conversion means 8 such as CCD. When the exposure wavelength and the observation wavelength are different, a correction optical system such as 9 may be inserted to enable simultaneous observation of the reticle and the wafer, or only the wafer is observed as shown in FIG. Therefore, an alignment scope optical system may be brought between the reticle and the projection lens. In the case of FIG. 3, the reticle is independently aligned by another alignment scope system, and the reference value calibration is performed so that the wafer system alignment reference and the reticle system alignment reference have a predetermined relationship.

検知光学系がウエハ上で持つ最大角Aはアライメントス
コープ側で、特別に絞りを入れて、投影レンズのNAを規
制しない限り、投影レンズのNAで定まる値と一致する。
すなわち、NAが0.35のレンズであればA=sin-1 0.35=
20.49゜であるから、照明系の入射角Bは30.49゜以上で
なければならない。また、アライメントスコープ側に絞
りがついていて投影レンズのNAを規制している場合、A
の値はNAで定まる値より小さくなる。これまでステッパ
で提案されてきたすべてのTTL方式は入射光をアライメ
ントスコープを介して上から照明する方式であった。こ
れに対し、本発明は投影レンズの外側からウエハを照明
する方式であり、しかも10゜という規制値を設けること
により、レジスト表面反射の除去に成功したものであ
る。レジストの底にあるウエハ基板の散乱、回折光を分
散して取り出せるということはアライメント精度の向上
に直接結びつくことを意味している。
The maximum angle A that the detection optical system has on the wafer is on the alignment scope side and coincides with the value determined by the NA of the projection lens unless a special aperture is set and the NA of the projection lens is restricted.
That is, if the lens has NA of 0.35, A = sin -1 0.35 =
Since it is 20.49 °, the incident angle B of the illumination system must be 30.49 ° or more. If there is a diaphragm on the alignment scope side and the NA of the projection lens is restricted,
The value of is smaller than the value determined by NA. All TTL methods that have been proposed for steppers so far are methods that illuminate incident light from above via an alignment scope. On the other hand, the present invention is a method of illuminating the wafer from the outside of the projection lens, and succeeds in removing the reflection on the resist surface by providing a regulation value of 10 °. Being able to disperse scattered and diffracted light from the wafer substrate at the bottom of the resist means directly improving the alignment accuracy.

本発明ではこのようにウエハ基板自体からの散乱、回折
光をとるので、照明光はレジスト表面での反射のロスが
少なくなるようにP偏光で入れると有利である。P偏光
だとS偏光より表面反射が少ないので、より行くの光が
基板に達することとなる。更に入射角をブリュースター
角で入れると、表面反射が最も少なくなるので有利であ
る。また、この条件に合うように、他の自由度例えばマ
ークの形状等を決めていくことも可能である。第1図に
おいて10はレーザであり、ミラー11とレンズ12を介して
レーザ10からの照明光がウエハ4上のアライメントマー
ク6を照射している。
In the present invention, since the scattered light and the diffracted light from the wafer substrate itself are thus taken, it is advantageous to enter the illumination light as P polarized light so that the loss of reflection on the resist surface is reduced. Since the surface polarization of P-polarized light is smaller than that of S-polarized light, more light reaches the substrate. Further, if the incident angle is set at Brewster's angle, surface reflection is minimized, which is advantageous. It is also possible to determine other degrees of freedom, such as the shape of the mark, so as to meet this condition. In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a laser, and illumination light from the laser 10 illuminates an alignment mark 6 on the wafer 4 via a mirror 11 and a lens 12.

第1図の照明系のもう1つの特徴は、予め解っているパ
ターン方向に対応する所定の方向から光を入射してやる
ことである。このため照明光は検出しようとするマーク
のエッジに対して直交するような方向から入射させるよ
うな方向性を持たせることが望ましい。
Another feature of the illumination system of FIG. 1 is that light is incident from a predetermined direction corresponding to the pattern direction which is known in advance. For this reason, it is desirable that the illumination light has a directionality such that it is incident from a direction orthogonal to the edge of the mark to be detected.

第4図にドット状のマークを用いた場合の照明光の入れ
方を示す。ここでは、ドットで構成されたマークの幅方
向の中心位置Cをアライメント信号として求めたいとす
る。第4図(A)の例では照明光はグレーティングの幅
を示す方向であるP,P′というエッジを光らすような方
向から入射される。入射方向は矢印D,D′で示されてい
る。この場合、実際に像面で観察される像は第5図
(A)の如くになり、この像をCCDで受けたり、または
スリット状の開口により走査することにより、中心位置
Cを求めることができる。エッジであるP,P′の光り方
は入射方向D,D′に対応している。但し、Dからの入射
光が必ずしも常にPを光らせるとは限らず、基板の段差
量、レジストの塗布状態によってはP′の方がPより明
るくなることもある。DとD′の2つの方向から照明光
を入れてやるとP,P′の非対称性は緩和されるが、両者
の対称性はCを求める際、特に必要無いことが第5図
(A)よりわかる。従って、システム構成を考える際に
はD,D′は必ずしも対称に2方向から入れる必要はな
く、片一方のみでも良いし、また、両方向から入れる場
合でも非対称な配置、すなわち第4図(A)でのα,
α′の値を同一にしなくてもCの位置は充分精度良く検
知できる。
FIG. 4 shows how to enter the illumination light when the dot marks are used. Here, it is assumed that the center position C in the width direction of the mark composed of dots is to be obtained as an alignment signal. In the example of FIG. 4 (A), the illumination light is incident from a direction that illuminates the edges P and P'which are the directions showing the width of the grating. The incident direction is indicated by arrows D and D '. In this case, the image actually observed on the image plane is as shown in FIG. 5 (A), and the center position C can be obtained by receiving this image with a CCD or scanning it with a slit-shaped opening. it can. The way in which the edges P, P ′ shine corresponds to the incident directions D, D ′. However, the incident light from D does not always illuminate P, and P ′ may be brighter than P depending on the step amount of the substrate and the coating state of the resist. Although the asymmetry of P and P'is eased when the illumination light is introduced from two directions of D and D ', the symmetry of both is not particularly necessary when obtaining C. Fig. 5 (A) I understand more. Therefore, when considering the system configuration, it is not always necessary to insert D and D'symmetrically from two directions, and only one of them may be inserted, or even if they are inserted from both directions, an asymmetrical arrangement, that is, FIG. 4 (A) Α at
The position of C can be detected with sufficient accuracy without making the values of α ′ the same.

第4図(B)の例では、同図(A)における照明光の方
向と直交する方向から照明光が入射されている。この場
合に観察される像は第5図(B)に示されるように同図
(A)の場合とは逆の方向のエッジが光ったものが観察
されることとなる。(A)と(B)で示されたどちらの
方向のエッジを光らせるかは使用するマークの信号処理
法に依存している。また、マークとしては2方向のエッ
ジを持っているという理由でドットの列を説明に採用し
たが、勿論この例に限る必要はない。
In the example of FIG. 4 (B), the illumination light is incident from the direction orthogonal to the direction of the illumination light in FIG. 4 (A). In the image observed in this case, as shown in FIG. 5 (B), an edge in the opposite direction to that in the case of FIG. 5 (A) is observed. Which direction of edges shown in (A) and (B) is illuminated depends on the signal processing method of the mark used. Further, the dot row is adopted in the description because it has edges in two directions as the mark, but needless to say, it is not limited to this example.

以上のような照明法をとることにより表面反射の影響な
しでS/N比の良い明るい像を単色光でも観察することが
可能となる。照明されたウエハのマーク部6は第1図で
投影レンズ3、補正光学系9を介して観察光学系1の位
置に一旦結像される。そしてアライメントスコープ部に
入り、8の位置で像として捉えられるのである。アライ
メント状態を検知した後の露光動作への移行のやり方と
しては、露光位置への所定量送り込み法とか補正光学系
9の露光光束外への退避等、公知の種々のシステムの構
成をとることが可能である。
By adopting the above illumination method, it is possible to observe a bright image with a good S / N ratio even with monochromatic light without the influence of surface reflection. The mark portion 6 of the illuminated wafer is once focused on the position of the observation optical system 1 via the projection lens 3 and the correction optical system 9 in FIG. Then, it enters the alignment scope section and is captured as an image at position 8. As a method of shifting to the exposure operation after detecting the alignment state, various known system configurations such as a method of feeding a predetermined amount to the exposure position or retracting the correction optical system 9 out of the exposure light flux can be adopted. It is possible.

第3図は第1図の系でのウエハ信号をレチクルと投影レ
ンズの間でとるシステムの例である。レチクル1は不図
示のレチクルアライメント用の光学系で別個にアライメ
ントされる。照明はやはりレーザ10を用いるが、この例
ではレーザ光の指向性を利用して、ビームがそのままウ
エハ上のアライメントマーク6に入射されている。ウエ
ハ信号は投影レンズ3を介して20以下のウエハ観察光学
系に導かれる。図中、20は対物レンズ、21はエレクター
レンズであり、ガルバノミラー23がエレクタの後に配置
されている。ウエハ6の像はガルバノミラー23によって
走査を受けるが、走査を受けた像は、像面に置かれたス
リット24を介してフォトマルチプライアー25に導かれ、
しかるべくオートアライメント信号が検知される。暗視
野照明光と露光光の波長が異る場合は第1図の9に相当
する補正光学系を20の前または20以下の光学系の中に入
れてやる必要がある場合がある。
FIG. 3 is an example of a system for taking the wafer signal between the reticle and the projection lens in the system of FIG. The reticle 1 is separately aligned by a reticle alignment optical system (not shown). Although the laser 10 is also used for illumination, in this example, the beam is directly incident on the alignment mark 6 on the wafer by utilizing the directivity of the laser beam. The wafer signal is guided to 20 or less wafer observing optical systems via the projection lens 3. In the figure, 20 is an objective lens, 21 is an erector lens, and a galvanometer mirror 23 is disposed after the erector. The image of the wafer 6 is scanned by the galvanometer mirror 23, and the scanned image is guided to the photomultiplier 25 through the slit 24 placed on the image plane.
Accordingly, the auto alignment signal is detected. When the dark field illumination light and the exposure light have different wavelengths, it may be necessary to insert a correction optical system corresponding to 9 in FIG. 1 in front of 20 or in an optical system of 20 or less.

第6図は第3図の変形であるが10の他にもう1本10′と
いう10と異なる波長のレーザ光を入射したことを特徴と
している。10としては例えばHe−Neレーザ(633nm)、1
0′としてはAr +イオンレーザ(515nm)またはグリーンH
e−Neレーザ(543nm)等が考えられる。レーザ10′をレ
ーザ10に加えたのは、ウエハの段差構造によっては波長
633nmのHe−Neレーザからの散乱光が極端に弱くなって
しまうケースがあるので、それに対応させたためであ
る。弱くなる条件はレーザの波長と密接に結びついてい
るので、異なった波長のレーザを入射させればその出力
特性が相補的になり、より安定した計測ができるように
なる。なお、この場合はウエハの検出光学系も投影レン
ズ3の色収差の波長による違いに留意してそれぞれ別個
に設けられている。また、2つの波長の合成を行なうビ
ームスプリッタ13にダイクロ膜を利用すると効率が良く
有利である。
FIG. 6 is a modification of FIG. 3, but is characterized in that, in addition to 10, another 10 'laser beam having a different wavelength from 10 is incident. 10 is, for example, He-Ne laser (633 nm), 1
The 0 'A r + ion laser (515nm) or green H
An e-Ne laser (543 nm) or the like is considered. The addition of the laser 10 'to the laser 10 depends on the step structure of the wafer.
This is because the scattered light from the 633 nm He-Ne laser may become extremely weak in some cases, and this has been dealt with. Since the weakening condition is closely related to the laser wavelength, when lasers of different wavelengths are made incident, their output characteristics become complementary and more stable measurement becomes possible. In this case, the wafer detection optical system is also separately provided in consideration of the difference in the chromatic aberration of the projection lens 3 depending on the wavelength. Further, it is efficient and advantageous to use a dichroic film for the beam splitter 13 for combining the two wavelengths.

投影レンズ3の外側よりレジストの表面反射が検知光学
系に入らないような照明をする本発明の概念図は第1,3,
6図に端的に示されている。
Illuminating from outside the projection lens 3 so that the surface reflection of the resist does not enter the detection optical system is the conceptual diagram of the first, third,
This is shown in figure 6 briefly.

従来、投影レンズ3とウエハ4との間には、ステッパ時
代になってオートフォーカス機能が入っている。本発明
に示したように照明法に積極的な意義付けがなされてい
なかったため、従来は両者を共存させようとする試みが
存在していなかった。しかし、本発明の主旨のように条
件式(1)を満たす条件はウエハ情報の検出に対して積
極的な意義付けができるので、両者の共存が検討され、
メカニカルに両者が共存し得ることが判明した。また、
オートフォーカスもTTLで行なうとすれば投影レンズウ
エハ間のオートフォーカス機構を除去できるためこの照
明法は容易に投影レンズウエハ間に実装し得る。以下、
具体的な実装上での本発明の実施例について触れること
とする。
Conventionally, an autofocus function is provided between the projection lens 3 and the wafer 4 in the stepper era. As shown in the present invention, since the illumination method has not been positively defined, there has been no attempt to coexist both methods. However, since the condition satisfying the conditional expression (1) as in the gist of the present invention can be positively meaningful for the detection of the wafer information, coexistence of the both is considered,
It turned out that both can mechanically coexist. Also,
If the autofocus is performed by TTL, the autofocus mechanism between the projection lens wafers can be removed, so that this illumination method can be easily mounted between the projection lens wafers. Less than,
An example of the present invention on a specific implementation will be touched upon.

本発明の暗視野法で最も問題となることの一つは光量で
ある。そのため本発明では一貫してレーザによる暗視野
照明と投影レンズの組合せを特徴としてきた。その理由
は露光波長と異なる観察、波長を用いた時の投影露光系
3の色収差に存在している。一般に投影レンズ3は露光
波長での最高の性能を発揮するように設計されており、
観察波長での性能は野放しになっている例が多い。例え
ばg線(436nm)用のレンズではg線のスペクトル幅ま
でも考慮に入れた設計がなされ、第16図に示すようにg
線で接するような、波長vs.フォーカス変化を示してい
る。このため、観察波長と異なるとフォーカスの色によ
る変化の係数は極めて大となる。例えば暗視野照明光源
として水銀のe線(546nm)を使用することも考えられ
るが、このe線のスペクトルの拡がりのすそまで考える
と、ピント変化が10μm近く生じてしまうことが起こっ
てしまうのである。この色収差は第1図に示したアライ
メント光学系の中で到底補正し得る量ではない。一つの
策として狭帯域のバンドパスフィルタを入れることが考
えられるが、その場合には光量の落ちが無視し得ない。
かといって、スペクトルを狭くしない場合には、スペク
トル内でのピントずれによるコントラストの低下が問題
となる。本発明のような暗視野照明にレーザを用いるの
はレーザのスペクトル幅が殆ど無視し得る位小さいた
め、投影レンズのこのような制約からフリーになること
ができるからである。ピント変化の他にも色により諸収
差がでるが、これもレーザの単色性を利用して補正する
ことが可能である。第1図の9はこれに当る。なお、こ
れらの補正等に関しては、本出願人による特開昭62−28
1422号「露光装置」において詳細な説明がなされてい
る。
One of the most important problems in the dark field method of the present invention is the amount of light. Therefore, the present invention has consistently featured a combination of laser dark field illumination and a projection lens. The reason for this lies in the observation, which is different from the exposure wavelength, and the chromatic aberration of the projection exposure system 3 when a wavelength is used. Generally, the projection lens 3 is designed to exhibit the best performance at the exposure wavelength,
In many cases, performance at the observation wavelength is left unchecked. For example, a lens for g-line (436 nm) is designed with consideration given to the spectral width of the g-line, and as shown in FIG.
The wavelength vs. focus change is shown as if touched by a line. For this reason, when the observation wavelength is different, the coefficient of change due to the focus color becomes extremely large. For example, it is conceivable to use e-line (546 nm) of mercury as a dark-field illumination light source, but considering the spread of the spectrum of this e-line, a focus change of about 10 μm may occur. . This chromatic aberration is not the amount that can be completely corrected in the alignment optical system shown in FIG. As one measure, it may be possible to insert a bandpass filter with a narrow band, but in that case, the drop in light quantity cannot be ignored.
On the other hand, if the spectrum is not narrowed, there is a problem that the contrast is lowered due to the focus shift in the spectrum. The reason why a laser is used for dark-field illumination as in the present invention is that the spectral width of the laser is so small that it can be neglected, so that the laser can be freed due to such restrictions of the projection lens. In addition to the focus change, various aberrations occur depending on the color, which can also be corrected by utilizing the monochromaticity of the laser. 9 in FIG. 1 corresponds to this. Regarding the correction and the like, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-28
A detailed explanation is given in No. 1422 “Exposure Device”.

レーザは光源自体が高輝度であるため、光量の点で非常
に有利であり、また、単色性に基く信号の干渉による消
失に対する対処として第6図のように複数個のレーザを
重ねて多波長で見ることもできる。ここで入射角である
が、マークが第4図のようにピッチを持っており、第4
図(A)のような方向から照明する場合、入射角は、第
n次の回折光が、投影レンズ3の光軸と平行に出るよう
な方向に入れることが好ましい。このようなピッチをも
つものは一種のグレーティングとなるので、良く知られ
たグレーティングの回折理論が成立する。一般に(1)
式を満たすような条件の場合、検知系で検知されるのは
3次光とか4次光といったかなり高次の光となることが
多い。通常は高次の回折光になる程光量が少なくなるの
で回折方向が予め定まっているなら、その何次かの回折
光が投影レンズ3の光軸と平行になるようにしてやるの
が好ましい。これは投影レンズ3がウエハの凹凸やオー
トフォーカスの精度の影響でディストーションが変化し
ないよう、ウエハ側でテレセントリックな構成となって
いることと関連している。すなわち第1,3,6図の例では
検知光学系で観察している位置が投影光学系3の光軸外
の位置となっているが、テレセントリック性のため、こ
の観察点での主光線も光軸と平行にウエハ面に垂直にな
っている。
Since the light source itself of the laser has high brightness, it is very advantageous in terms of the amount of light. Also, as a countermeasure against disappearance due to interference of signals based on monochromaticity, as shown in FIG. You can also see it at. As for the incident angle here, the marks have a pitch as shown in FIG.
When illuminating from the direction as shown in FIG. 3A, it is preferable that the incident angle is such that the nth-order diffracted light emerges in parallel with the optical axis of the projection lens 3. Since a grating having such a pitch is a kind of grating, the well-known diffraction theory of grating is established. Generally (1)
In the case where the condition is satisfied, the detection system often detects considerably higher-order light such as third-order light or fourth-order light. Normally, the higher the order of diffracted light, the smaller the amount of light. Therefore, if the diffracted direction is predetermined, it is preferable to make the diffracted light of any order parallel to the optical axis of the projection lens 3. This is related to the fact that the projection lens 3 has a telecentric structure on the wafer side so that the distortion does not change due to the unevenness of the wafer and the accuracy of autofocus. That is, in the example of FIGS. 1, 3, and 6, the position observed by the detection optical system is outside the optical axis of the projection optical system 3, but because of the telecentricity, the chief ray at this observation point is also It is parallel to the optical axis and perpendicular to the wafer surface.

通常のシリコンウエハの場合には、このように単純な照
明の仕方で充分良いS/Nの信号をとることができる。し
かし、更にS/N比や検出率を上げるために第8図に示し
たような照明法をとることも可能である。
In the case of an ordinary silicon wafer, a sufficiently good S / N signal can be obtained by such a simple illumination method. However, it is also possible to adopt the illumination method as shown in FIG. 8 in order to further increase the S / N ratio and the detection rate.

第8図(A)は、レーザ10から出た照明光をガルバノミ
ラー31によって振動させ、ウエハ上のアライメントマー
ク6に照明している例である。この例では振動するミラ
ーの反射点がマーク6とほぼ共役の位置に置かれ、ミラ
ーの回転に従ってマーク6への入射角が変化させられ
る。入射角の変化はアライメントマークのエッジの散乱
回折条件を変化させるため、信号出力が変化する。特に
エッジの段差量がレーザの波長と整合して信号を消し合
う条件になった時などはこの入射角変化の効用が大き
い。入射角の変化は第8図(A)のような反射タイプだ
けでなく、同図(B)のように透過タイプでも実現で
き、また、その変形も色々考えられる。入射角を時間的
に変化させる場合には、検知系との間で同期をとる場合
がある。例えば第1図の例では検知がCCDとなっている
が、この場合にはCCDの読み出しのタイミングとの同期
をとるか、または非常に入射角変化を読み出しに比して
速くしてその変化の影響の無いようにする必要がある。
FIG. 8A shows an example in which the illumination light emitted from the laser 10 is vibrated by the galvanometer mirror 31 to illuminate the alignment mark 6 on the wafer. In this example, the reflecting point of the vibrating mirror is placed at a position substantially conjugate with the mark 6, and the angle of incidence on the mark 6 is changed according to the rotation of the mirror. The change of the incident angle changes the scattering and diffraction condition of the edge of the alignment mark, so that the signal output changes. In particular, when the amount of step difference at the edge is matched with the wavelength of the laser and there is a condition for canceling signals, the effect of this change in the incident angle is great. The incident angle can be changed not only by the reflection type as shown in FIG. 8A but also by the transmission type as shown in FIG. 8B, and various modifications can be considered. When the incident angle is changed with time, it may be synchronized with the detection system. For example, in the example of FIG. 1, the detection is CCD, but in this case, it is synchronized with the timing of reading the CCD, or the change in the incident angle is made faster than the reading, and It is necessary not to have an influence.

また、別の手段として入射角変化を信号出力の最も有利
な位置でとめるように制御することも勿論可能である。
As another means, it is of course possible to control the change of the incident angle at the most advantageous position of signal output.

第9図の実施例は、ミラー等を直接介さずにファイバを
用いて照明した場合の例である。投影レンズとウエハ間
のスペース上の問題から、レーザ光の引き回しが難し
く、照明手段としてファイバを用いた方が良い場合があ
る。第9図(A)はファイバの出口35を2次光源として
ケーラー照明を行なった場合の例である。距離によって
はレンズ12は必ずしも必要ではない。ファイバ束を用い
た本実施例ではファイバを用いたことによるデメリット
すなわちレーザ光のスペックル干渉がウエハ面上で生じ
てしまう。スペックルの影響を除去するため、本実施例
ではファイバ束に入るレーザ光線をガルバノミラー31お
よびモータ32によって揺動させて時間的に積分し、その
結果としてウエハ面でのスペックルを除去する手法を用
いている。ガルバノミラーは回転多面鏡やAO素子に置き
換えることもできるが、検知系との同期関係では第8図
に関して説明したのと同じようなことがいえる。
The embodiment shown in FIG. 9 is an example in the case of illuminating with a fiber without directly going through a mirror or the like. Due to the space problem between the projection lens and the wafer, it is difficult to route the laser light, and it may be better to use a fiber as the illumination means. FIG. 9A shows an example in which Koehler illumination is performed using the fiber outlet 35 as a secondary light source. The lens 12 is not always necessary depending on the distance. In the present embodiment using the fiber bundle, a demerit of using the fiber, that is, speckle interference of laser light occurs on the wafer surface. In order to remove the influence of speckles, in this embodiment, the laser beam entering the fiber bundle is oscillated by the galvanometer mirror 31 and the motor 32 and temporally integrated, and as a result, speckles on the wafer surface are removed. Is used. The galvanometer mirror can be replaced with a rotary polygon mirror or an AO element, but the same thing as described with reference to FIG. 8 can be said in terms of the synchronous relationship with the detection system.

第9図(B)はクリティカル照明をした例で、この場合
はファイバの出口35が2次光源としてレンズ12によりウ
エハ面上のマーク6の上に結像される。このような例で
はファイバのコア部による照明の不均一性がスペックル
に乗る場合がある。このため第9図(B)では途中の光
路中にガルバノミラーを置いて走査し、照明ムラを除去
している。検知系との同期の関係は前と同じである。
FIG. 9B shows an example of critical illumination. In this case, the exit 35 of the fiber is imaged on the mark 6 on the wafer surface by the lens 12 as the secondary light source. In such an example, the non-uniformity of illumination due to the core of the fiber may cause speckle. Therefore, in FIG. 9 (B), the galvanometer mirror is placed in the optical path on the way to perform scanning to remove the illumination unevenness. The relationship of synchronization with the detection system is the same as before.

第7図から第9図にかけては主として2次元的な断面図
で好ましい実施形の原理的な説明を行なったが、実際に
はさらに装置側の照明系としてはマークとの相関を考え
ねばならない。例えば、第9図の例ではオートアライメ
ントマーク6は紙面に垂直な方向に伸びている線となっ
ている。この方向のエッジだけでアライメントマークが
構成されていれば良いが、これと直交する線がマーク内
にあった場合、その線は検知系で全く検知されないこと
になる(第4図、第5図参照)。例えばオートアライメ
ントマーク6が第10図(A)に示されるように4つの長
方形より成っている場合を考える。この4本は例えば第
1図の実施例で観察すれば第10図(B)のようになり、
点線で示されたレチクルのマークをはさむことによって
アライメントがなされる。
Although the principle of the preferred embodiment has been mainly described with reference to FIGS. 7 to 9 in a two-dimensional sectional view, in actuality, the illumination system on the side of the apparatus must consider the correlation with the mark. For example, in the example of FIG. 9, the auto alignment mark 6 is a line extending in the direction perpendicular to the paper surface. It is sufficient that the alignment mark is formed only by the edges in this direction, but if there is a line orthogonal to this in the mark, the line will not be detected by the detection system at all (FIGS. 4 and 5). reference). For example, consider a case where the auto alignment mark 6 is composed of four rectangles as shown in FIG. 10 (A). If these four lines are observed in the embodiment of FIG. 1, for example, they will be as shown in FIG.
Alignment is achieved by sandwiching the reticle mark shown by the dotted line.

第10図のマークは、その機能からして第11図(A)の線
40で仕切られるように2つの領域UとLに分れる。そし
て各領域に図中矢印で示した方向より光を当てると、ア
ライメントのためのエッジが第11図(B)のように光っ
て見える。この時、一度に4つの方向から光を入射して
しまう方法もあるが、粗面状のウエハが対象のような場
合、U領域に必要な上下方向の光がL領域も照射する
と、L領域ではそれがバックグラウンドのノイズとなっ
てS/N比を低下させることがある。逆にL領域に必要な
左右方向の光がU領域にまぎれこんでも同様である。そ
のため、本発明の好ましい実施形では第12図に示される
ように照明系内にマークの光らせたい領域に合せて視野
絞りを持ち、照射域の制限していることを特徴としてい
る。図中41が照明域制限スリットであり、このスリット
が結像レンズ12を通じてウエハマーク上に投影されるこ
とにより照明域が限定される。
The mark in Fig. 10 is the line in Fig. 11 (A) because of its function.
It is divided into two areas U and L so as to be divided by 40. Then, when light is applied to each region in the direction indicated by the arrow in the figure, the edges for alignment appear to shine as shown in FIG. 11 (B). At this time, there is also a method in which light is incident from four directions at a time, but in the case where a rough surface wafer is the target, if the light in the vertical direction necessary for the U area is also applied to the L area, Then, it may become background noise and reduce the S / N ratio. Conversely, the same applies when the left-right light necessary for the L region is mixed in the U region. Therefore, the preferred embodiment of the present invention is characterized in that the illumination system has a field stop in accordance with the desired region of the mark to limit the irradiation area as shown in FIG. Reference numeral 41 in the figure denotes an illumination area limiting slit, and the illumination area is limited by projecting this slit onto the wafer mark through the imaging lens 12.

同図は第9図(A)タイプのファイバを用いた照明法の
場合を示している。
This figure shows the case of the illumination method using the fiber of FIG. 9 (A) type.

照明域をよりきっちり制限するためには第12図ではわか
りにくいが第13図に模式的に示したようにスリットを光
軸に対してあおりの条件を満足するように傾けると好都
合である。
In order to more tightly limit the illumination area, it is difficult to understand in FIG. 12, but it is convenient to tilt the slit with respect to the optical axis so as to satisfy the tilting condition, as schematically shown in FIG.

また、第14図はU領域とL領域に入射させる方向を第11
図の方向と直交させて入射する時に好適なマークを示し
た。
In addition, FIG. 14 shows the directions in which the light is made incident on the U region and the L region.
A suitable mark is shown when the light is incident perpendicularly to the direction of the drawing.

照明系内に設けたスリット41には別の効用もある。本発
明の特徴はレジストの表面反射を除くということなので
波長は別に非露光光に限ることなく、露光光でも同様で
ある。しかし露光光をスリット41も無しで照明すると、
アライメントマーク近辺の実素子マークを露光してしま
う。従って、レジストを感光させる光を用いる場合には
アライメントマークの所望部分のみを照明する視野絞り
を照明系に設置すれば、この問題は解決される。
The slit 41 provided in the illumination system has another effect. Since the feature of the present invention is that the surface reflection of the resist is removed, the wavelength is not limited to non-exposure light, and the same applies to exposure light. However, if the exposure light is illuminated without the slit 41,
The actual element mark near the alignment mark is exposed. Therefore, when the light for exposing the resist is used, this problem can be solved by installing a field stop for illuminating only a desired portion of the alignment mark in the illumination system.

また、第12図では視野制限スリット41を用いたが、単な
る照明方向の切り換えを用いる方式でも例えば第3図に
用いるような走査系を用いる場合は4本のファイバを入
口で走査に同期してAO素子等でON,OFFすることによって
も視野絞りと似たS/N比の向上を図ることができる。
In addition, although the field limiting slit 41 is used in FIG. 12, in the case of using a scanning system such as that used in FIG. 3 even in a system that simply switches the illumination direction, four fibers are synchronized with the scanning at the entrance. It is also possible to improve the S / N ratio similar to that of a field stop by turning the AO element on and off.

以上、投影レンズ3とウエハ4の間の種々の変形例につ
いて述べてきたが、どの場合にも照射角は(1)式を満
足しており、レジストの表面反射が除去できるという点
で、ウエハ信号が正しく捉えられ、アライメント精度は
著しく向上する。
Various modifications between the projection lens 3 and the wafer 4 have been described above. In any case, the irradiation angle satisfies the expression (1), and the surface reflection of the resist can be removed, so that the wafer can be removed. The signal is captured correctly and the alignment accuracy is significantly improved.

これに対して検知系であるが、検知系はウエハが粗面で
あったり、特に高い段差で無い限りは補正光学系の挿入
などがある場合があるにせよ、通常の顕微鏡系に最終的
につなげば充分である。しかし、粗面の場合には粗面に
よりあらする方向に散乱した光からエッジ信号のみを取
り出したり、また、高段差では多重反射による光の回り
込みを無視することができない。
On the other hand, although it is a detection system, even though the detection system may have a rough surface on the wafer or insertion of a correction optical system unless there is a particularly high step, the detection system will eventually become a normal microscope system. It is enough to connect. However, in the case of a rough surface, it is not possible to take out only the edge signal from the light scattered in the direction generated by the rough surface, and at high steps, the wraparound of light due to multiple reflection cannot be ignored.

例えば、第15図は検知系対物レンズの瞳位置での光量分
布を示しているが、同図(A)は粗面で瞳全体に一様に
拡がっている。一方、同図(B)は第4図のようなドッ
トパターンに第4図(A)のように光を当てた場合のア
ライメントマークからの回折光分布である。高次の回折
光が、この場合だと3個瞳内に入っている。従って、対
物レンズに第15図(C)に示したような空間周波数フィ
ルタを入れると、S/N比が改善し、所望のパターンの信
号を抽出できる。このフィルタは使用するマークによっ
て種々の形状が考えられる。一方このようにアライメン
トマークに対応してフィルタを作成することは多重反射
による影響を小さくすることもできる。
For example, FIG. 15 shows the light quantity distribution at the pupil position of the detection system objective lens, but FIG. 15 (A) shows a rough surface which is uniformly spread over the entire pupil. On the other hand, FIG. 4B shows a diffracted light distribution from the alignment mark when light is applied to the dot pattern as shown in FIG. 4 as shown in FIG. In this case, three high-order diffracted lights are in the pupil. Therefore, when the spatial frequency filter as shown in FIG. 15 (C) is inserted in the objective lens, the S / N ratio is improved and the signal of the desired pattern can be extracted. This filter can have various shapes depending on the marks used. On the other hand, creating a filter corresponding to the alignment mark in this way can reduce the influence of multiple reflection.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明に係る観察装置によれば、
照明系と検知系により種々のウエハに対して説明してき
たような対策を臨機応変にとることにより、ウエハの情
報のみをレジストとの干渉の影響を除いたままで観察す
ることが可能となった。本手法はオートアライメントの
みならず、オートフォーカス等レジストの塗布されたウ
エハの情報を精度良く取り出すために非常に有効な手段
である。
[Effects of the Invention] As described above, according to the observation device of the present invention,
By using the illumination system and the detection system to flexibly take the measures described for various wafers, it becomes possible to observe only the wafer information without removing the influence of interference with the resist. This method is very effective not only for auto-alignment but also for auto-focusing such as auto-focusing for accurately extracting information on a wafer coated with a resist.

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

第1図は、本発明の一実施例に係る観察装置の概略構成
図、 第2図は、ウエハへの照明光とそのレジスト表面での反
射成分等を示す図、 第3図は、レチクルと投影レンズとの間にアライメント
スコープ光学系を配置した例を示す図、 第4図は、ドット状のマークを用いた場合の照明光の照
射方向を示す図、 第5図は、第4図の照明により実際に像面で観察される
像を示す図、 第6図は、2つの異なる波長のレーザ光を入射させた例
を示す図、 第7図は、ウエハへの照明光とマークにおける散乱、回
折光を示す図、 第8図は、照明光を振動させてウエハ上のアライメント
マークに照射する例を示す図、 第9図は、ファイバーを用いて照明する例を示す図、 第10図は、アライメントマークの一例を示す図、 第11図は、第10図のアライメントマークに対する照明光
の方向等を示す図、 第12図は、照射域制限スリットを持つ照明系の例を示す
図、 第13図は、スリットを光軸に対してあおりの条件を満足
するように傾けた例を示す図、 第14図は、第11図に示す方向に直交する方向から照明す
る場合に好適なマークを示す図、 第15図は、検知系対物レンズの瞳位置における光量分布
等を示す図、 第16図は、波長vs.フォーカス変化を示すグラフであ
る。 1:レチクル、 4:ウエハ、 6:アライメントマーク、 7:アライメントスコープ光学系、 8:光電変換手段、 9:補正光学系、 10,10′:レーザ光源、 12:結像レンズ、 23,32:ガルバノミラー、 35:ファイバー出口、 41:照射域制限スリット。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an observation apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing illumination light to a wafer and reflection components on a resist surface thereof, and FIG. 3 is a reticle. FIG. 4 is a diagram showing an example in which an alignment scope optical system is arranged between a projection lens and FIG. 4, FIG. 4 is a diagram showing an irradiation direction of illumination light when a dot mark is used, and FIG. FIG. 6 is a diagram showing an image actually observed on an image plane by illumination, FIG. 6 is a diagram showing an example in which two laser beams having different wavelengths are made incident, and FIG. 7 is illumination light on a wafer and scattering at a mark. FIG. 8 is a diagram showing diffracted light, FIG. 8 is a diagram showing an example of irradiating an alignment light on a wafer by vibrating the illumination light, and FIG. 9 is a diagram showing an example of illuminating with a fiber. Shows an example of the alignment mark. FIG. 11 shows the alignment mark shown in FIG. Fig. 12 is a diagram showing the direction of illumination light with respect to the ark, Fig. 12 is a diagram showing an example of an illumination system having an irradiation area limiting slit, and Fig. 13 is a diagram showing that the slit satisfies the tilting condition with respect to the optical axis. FIG. 14 is a diagram showing an example in which the mark is suitable for illumination from a direction orthogonal to the direction shown in FIG. 11, and FIG. 15 is a light amount distribution at the pupil position of the detection system objective lens. FIG. 16 is a graph showing wavelength vs. focus change. 1: reticle, 4: wafer, 6: alignment mark, 7: alignment scope optical system, 8: photoelectric conversion means, 9: correction optical system, 10, 10 ′: laser light source, 12: imaging lens, 23, 32: Galvano mirror, 35: fiber exit, 41: irradiation area limiting slit.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1物体上に描かれたパターンを投影光学
系を介してレジストが塗布された第2物体上に投影露光
する装置における、該第2物体上に形成されたマークを
観察する観察装置において、 前記投影光学系を介して前記マークを観察する観察光学
系と、 前記観察光学系が前記第2物体上で持つ光束のNAをsinA
とした時、前記第2物体を照明する照明光が前記観察光
学系の光軸となす角度を略A+10゜とする暗視野照明光
学系と を有することを特徴とする観察装置。
1. A mark formed on a second object in an apparatus for projecting a pattern drawn on the first object onto a second object coated with a resist through a projection optical system, and observing the mark formed on the second object. In the observation device, an observation optical system for observing the mark via the projection optical system, and an NA of a light flux that the observation optical system has on the second object are sinA
And a dark field illumination optical system that makes an angle of illumination light for illuminating the second object with the optical axis of the observation optical system approximately A + 10 °.
【請求項2】前記照明光がP偏光で前記第2物体上に入
射することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の観
察装置。
2. The observation apparatus according to claim 1, wherein the illumination light is P-polarized light and is incident on the second object.
【請求項3】前記照明光が前記レジストのブリュースタ
ー角で入射する特許請求の範囲第1または2項記載の観
察装置。
3. The observation device according to claim 1, wherein the illumination light is incident at a Brewster angle of the resist.
【請求項4】前記照明光学系の照明光の光源がレーザで
ある特許請求の範囲第1、2または3項の観察装置。
4. The observation device according to claim 1, 2 or 3, wherein the light source of the illumination light of the illumination optical system is a laser.
【請求項5】前記観察光学系には前記マークに対応した
空間周波数フィルターが配置されている特許請求の範囲
第1項記載の観察装置。
5. The observation apparatus according to claim 1, wherein a spatial frequency filter corresponding to the mark is arranged in the observation optical system.
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JPH07105335B2 (en) * 1991-04-24 1995-11-13 松下電器産業株式会社 Exposure equipment
JPH06186482A (en) * 1992-12-22 1994-07-08 Shinetsu Eng Kk Lighting device for microscope
JP2006234768A (en) * 2005-02-28 2006-09-07 Nikon Corp Position detection method and position measuring apparatus
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