JPH0799732B2 - Alignment method - Google Patents

Alignment method

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JPH0799732B2
JPH0799732B2 JP61292465A JP29246586A JPH0799732B2 JP H0799732 B2 JPH0799732 B2 JP H0799732B2 JP 61292465 A JP61292465 A JP 61292465A JP 29246586 A JP29246586 A JP 29246586A JP H0799732 B2 JPH0799732 B2 JP H0799732B2
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mark
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一志 中野
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、レチクル上のパターンをレジスト等の薄膜が
塗布されたウエハ上に結像光学系を介して投影転写する
装置に適用してレチクルとウエハを位置合わせする方法
に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention is applied to an apparatus for projecting and transferring a pattern on a reticle onto a wafer coated with a thin film such as a resist via an imaging optical system. And a method for aligning a wafer.

[従来技術] 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。
[Prior Art] 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
ズの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 stepper lenses. 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 in the process side will find the greatest point of contact in the stage of superimposing patterns in 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、重ね合わせ
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
ジストの取布状態に明らかな悪影響を及ぼす。またウェ
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
の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. This 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 the alignment system 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 unavoidable that the wafer surface has a high level difference, but this high level difference has a definite adverse effect on the state of photoresist application. 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TT
L 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 uses a telecentric optical system for both the reticle and wafer as the projection optical system, and uses TTL on Axis.
This is one of the excellent configuration examples that realized the idea. 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, and as a result, TT
It is possible to immediately start the exposure operation with L on 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 ウエハ基板に形成されるアライメントマーク(以下、
AAマークという)の段差構造の問題 ウエハ基板表面の問題 に起因するものが大部分であることが判明した。
According to the analysis of the detection error component of the alignment signal by the inventors of the present application, the error component is mainly due to the photoresist coating problem.
It was found that most of them were caused by the problem of the step structure of the AA mark) on the surface of the wafer substrate.

の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。
There are various causes of error due to the photoresist, but it is considered that the largest of them is 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AAマークの構造はレジスト
の塗布迄含めて考えた時、場所場所で異り、従って、干
渉効果も異なっている。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 AA mark of each shot in the wafer is different depending on the place and place when considering the resist coating, and 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っている。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.

また、アライメントの誤差要因のはAAマークの段差構
造の問題である。このAAマークの段差構造は、エッチン
グ、スパッタ等により不均一となる。例えば、アルミニ
ウムスパッタ後のAAマーク段差構造は、エッヂ付近での
アルミ膜厚が不均一になり、本来水平面である、部分が
傾斜を持つ場合がある。そのため、ウエハ基板で反射さ
れた光が直接偽信号として取り込まれ、アライメントの
精度を劣化させる要因となる。
The cause of the alignment error is the problem of the step structure of the AA mark. The step structure of this AA mark becomes non-uniform due to etching, sputtering and the like. For example, in the AA mark step structure after aluminum sputtering, the aluminum film thickness in the vicinity of the edge may become non-uniform, and the part that is originally a horizontal plane may have an inclination. Therefore, the light reflected by the wafer substrate is directly taken in as a false signal, which becomes a factor that deteriorates the alignment accuracy.

この他に、アライメントの誤差要因のとしてウエハ基
板表面の問題がある。すなわち、ウエハ基板表面が粗面
であれば、粗面からの散乱光が上述のレジストの影響を
受け、干渉を起こしアライメントの誤差要因となる。
In addition to this, there is a problem on the surface of the wafer substrate as a factor of alignment error. That is, if the surface of the wafer substrate is a rough surface, scattered light from the rough surface is affected by the resist and causes interference, which causes an alignment error.

[発明が解決しようとする問題点] 従って本発明は、上述従来例にあるレジスト塗布状態や
AAマーク段差構造およびウエハ基板表面状態によるアラ
イメント信号の誤差成分を軽減し、より高いアライメン
ト検出精度を実現する位置合わせ方法を提供することを
目的とする。
[Problems to be Solved by the Invention] Therefore, according to the present invention,
An object of the present invention is to provide a positioning method that reduces the error component of the alignment signal due to the AA mark step structure and the wafer substrate surface state and realizes higher alignment detection accuracy.

[問題点を解決するための手段および作用] 上記目的を解決するため本発明では、レチクル上に描か
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
たウエハ上に投影露光する露光装置における、レチクル
とウエハとを位置合わせする位置合せ方法において、ウ
エハの位置にレジストが塗布されていない基準板を配置
する段階、第1の光学系によって、レチクル上のマーク
の像と、投影光学系を介した基準板上のマークの像とを
検出してレチクルと基板との位置関係を検出する第1の
検出段階と、第1の光学系に比べてレジストの影響を受
けずにウエハ上のマークを検出する第2の光学系によっ
て、第1の検出段階と同じ位置にある基準板上のマーク
の像を検出する第2の検出段階と、第1および第2の検
出段階の検出結果に基づいて、レチクルとウエハが所定
の位置関係に位置する第1の光学系によって検出される
レチクル上のマークの像位置と第2の光学系によって検
出されるウエハ上のマークの像位置との相対的関係をオ
フセットとして記憶する段階と、レチクルとウエハを位
置合わせする際はレチクル結像光学系で検出するレチク
ルのマーク像位置とウエハ結像光学系で検出するウエハ
のマーク像位置との相対的関係からオフセットを補正し
てレチクルとウエハとの位置ずれを検出する手段とを特
徴としている。
[Means and Actions for Solving Problems] In order to solve the above object, the present invention relates to an exposure apparatus for projecting and exposing a pattern drawn on a reticle onto a wafer coated with a resist via a projection optical system. In the alignment method for aligning the reticle and the wafer, the step of arranging the reference plate on which the resist is not applied at the wafer position, the image of the mark on the reticle and the projection optical system are moved by the first optical system. The first detection step of detecting the positional relationship between the reticle and the substrate by detecting the image of the mark on the reference plate through the mark, and the mark on the wafer that is not affected by the resist as compared with the first optical system. Based on the detection result of the first and second detection stages, and the second detection stage that detects the image of the mark on the reference plate at the same position as the first detection stage by the second optical system that detects hand , The relative relationship between the image position of the mark on the reticle detected by the first optical system and the image position of the mark on the wafer detected by the second optical system, in which the reticle and the wafer are in a predetermined positional relationship. Is stored as an offset and the relative relationship between the reticle mark image position detected by the reticle imaging optical system and the wafer mark image position detected by the wafer imaging optical system when aligning the reticle and the wafer. It is characterized by means for correcting the offset and detecting the positional deviation between the reticle and the wafer.

これによれば、個々に検出された検出結果がどのような
相対的関係を有する時にレチクルとウエハとが所定の位
置関係になるかのオフセットが予め精度良く検出され、
実際の位置合わせ時に、個々に検出された結果の相対関
係からオフセットを補正して精度良くレチクルとウエハ
との位置ずれが検出される。しかもこのオフセットはレ
チクルを交換しても、再度とり直す必要がない。
According to this, when the detection result detected individually has a relative relationship, the offset indicating whether the reticle and the wafer have a predetermined positional relationship is accurately detected in advance,
At the time of actual alignment, the offset is corrected from the relative relationship of the individually detected results to accurately detect the positional deviation between the reticle and the wafer. Moreover, this offset does not have to be taken again even if the reticle is replaced.

[実施例] 以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。第1図
は本発明の一実施例に係る位置合せ装置をステッパすな
わち縮小投影露光装置に応用した例である。
Embodiments Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an example in which the alignment apparatus according to one embodiment of 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ェハの凹凸や、
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、第1図ではウエハ上の5の場所
がレチクル1上のパターン2に対応している。
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. It should be noted that in FIG. 1, the five locations on the wafer correspond to the pattern 2 on the reticle 1.

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
ウエハマーク結像光学系にある。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AAマーク6は、
このマーク6に対し、所定の方向および角度で配置され
たウエハマーク結像光学系21によって結像される。これ
が本発明の最も主要な部分をなすものである。そして、
この像はウエハマーク像検知素子14により電気信号とし
て検出される。12,13はマーク6からの光をウエハマー
ク結像光学系21に導くミラーおよびレンズである。
The greatest feature of the present invention is the wafer mark imaging optical system arranged below the projection lens 3. In FIG. 1 the AA mark 6 for the part 5 of the wafer to be printed is
An image is formed on the mark 6 by a wafer mark image forming optical system 21 arranged in a predetermined direction and at an angle. This is the most important part of the present invention. And
This image is detected as an electric signal by the wafer mark image detecting element 14. Reference numerals 12 and 13 are a mirror and a lens for guiding the light from the mark 6 to the wafer mark imaging optical system 21.

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光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表面反射光をウエ
ハマーク結像光学系に入射させないことである。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5゜前後で
あり、それ以上急崚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取布するのが普通で
あり、その結果ほぼ5゜前後の値に納まるのである。
As described above, the largest cause of the detection error of the alignment signal is the interference between the reflected light from the resist surface and the reflected light from the wafer substrate. There are several methods to eliminate this effect, but the most fundamental solution is to prevent the surface reflected light from entering the wafer mark imaging optical system. When observing the resist coating state with an SEM or an interference microscope, the inclination of the surface of the resist coated on it, even on a wafer with a very large step structure, is up to around 5 °, which is even steeper. It turned out that there is no such slope. Due to the problem of step coverage, it is usual to apply a resist having a thickness larger than that for a large step, and as a result, the value is set to about 5 °.

このため、本発明ではウヘハマーク結像光学系21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、レジストのスロープ角度を5
゜、照明光17の光束拡がり角をAとすると表面反射光18
は角度B=10゜であり、多重反射光19は基板で2回反射
した光であれば約25゜である。3回反射以上の場合は一
般的に反射強度が実用上充分小さいので、無視しうる。
従って、AAマーク6の画像を取り込む角度Eを E≧C+A ‥‥‥(1) とする。
Therefore, the present invention is characterized in that the following conditions are added to the UHEHA mark imaging optical system 21 as shown in FIG. That is, the slope angle of the resist is 5
゜, and the divergence angle of illumination light 17 is A, surface reflected light 18
Is an angle B = 10 °, and the multi-reflected light 19 is about 25 ° if the light is reflected twice by the substrate. In the case of three or more reflections, the reflection intensity is generally sufficiently small for practical use and can be ignored.
Therefore, the angle E at which the image of the AA mark 6 is captured is E ≧ C + A (1).

このようにすると照明光のレジスト表面での反射光およ
び多重反射光はウエハマーク結像光学系21に入らない。
In this way, the reflected light and the multiple reflected light of the illumination light on the resist surface do not enter the wafer mark imaging optical system 21.

さらに、AAマークを結像させ、図示されていない画像処
理系によりAAマーク形状を認識させ、AAマーク段差構造
やウエハ表面形状による偽信号を排除し、真のAAマーク
の位置を検出することができる。
Furthermore, the AA mark can be imaged, the AA mark shape can be recognized by an image processing system (not shown), false signals due to the AA mark step structure and the wafer surface shape can be eliminated, and the true AA mark position can be detected. it can.

これまでステッパで提案されてきたTTL方式は照明光を
投影レンズを介して照射し反射光を投影レンズを介して
受光していた。これに対し本発明は投影レンズの外側で
受光する方式であり、しかもE≧C+Aという規制値を
設けることによりレジスト表面反射および多重反射の除
去を行ない、さらにマーク像を結像させ画像データを得
て画像処理を行なうことにより、AAマークのみを抽出す
ることに成功したものである。AAマークそのもののみを
分離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 TTL method that has been proposed for the stepper has hitherto illuminated the illumination light through the projection lens and received the reflected light through the projection lens. On the other hand, the present invention is a method of receiving light outside the projection lens, and further, by providing a regulation value of E ≧ C + A, reflection on the resist surface and multiple reflection are removed, and a mark image is further formed to obtain image data. It succeeded in extracting only the AA mark by performing image processing by using. The fact that only the AA mark itself can be separated and taken out is directly linked to the improvement of alignment accuracy.

さて、以上はウエハマーク結像光学系であったがレチク
ルマーク結像光学系は、第1図に示す如くまず光源9の
ビームによりミラー8、ビームスプリッタ11等を介して
レチクル1上のレチクルマーク15を照明する。そして、
結像光学系7により結像させたマーク像を検知素子10に
て受光し画像データを得る。レチクル1を透過したビー
ムが投影系を介して前述のウエハマーク6を照明するこ
ととなる。
Although the wafer mark image forming optical system has been described above, the reticle mark image forming optical system, as shown in FIG. 1, first uses the beam of the light source 9 through the mirror 8, the beam splitter 11, etc. to form the reticle mark on the reticle 1. Illuminate 15 And
The mark image formed by the image forming optical system 7 is received by the detecting element 10 to obtain image data. The beam transmitted through the reticle 1 illuminates the above-mentioned wafer mark 6 via the projection system.

ここで、レチクルマーク結像光学系およびウエハマーク
結像光学系により得られた2つの像の相対位置を予め求
める必要がある。
Here, it is necessary to previously obtain the relative positions of the two images obtained by the reticle mark imaging optical system and the wafer mark imaging optical system.

この方法として、レジストが塗布されていない鉛直なエ
ッジを持つ基準ウエハを使用し、レチクルマーク結像光
学系により結像されるレチクルマークおよびウエハマー
クの画像データに基づきレチクルとウエハのずれ量を零
に合せ込む。このときのウエハマーク結像光学系により
結像されるウエハマークとレチクルマーク結像光学系に
より結像されるレチクルマークとの両者の画面内での相
対位置をオフセットとして記憶しておく。そして、実際
の位置合せの際には、レチクルマーク結像光学系により
得られたレチクルマーク像とウエハマーク結像光学系に
より得られたウエハマーク像との相対位置ずれ量からオ
フセット値を減算し、合せ込むことにより高精度の位置
合せが可能となった。
As this method, a reference wafer having a vertical edge not coated with resist is used, and the amount of deviation between the reticle and the wafer is set to zero based on the image data of the reticle mark and the wafer mark imaged by the reticle mark imaging optical system. Fit in. At this time, the relative position in the screen of both the wafer mark imaged by the wafer mark imaging optical system and the reticle mark imaged by the reticle mark imaging optical system is stored as an offset. Then, at the time of actual alignment, the offset value is subtracted from the relative positional deviation amount between the reticle mark image obtained by the reticle mark imaging optical system and the wafer mark image obtained by the wafer mark imaging optical system. , By aligning, it became possible to perform highly accurate alignment.

前記実施例中、第1図における光源9は露光波長と同一
波長であることが望ましいが、露光波長以外を用いる時
は補正光学系16を用いてウエハ上に投影される照明光の
収差を補正することも可能である。必要あれば補正光学
系は露光時退避することも可能である。また、光源9は
レーザであることが望ましいが高輝度光源であればよ
く、たとえ水銀燈スペクトル線でもよい。
In the above embodiment, it is desirable that the light source 9 in FIG. 1 has the same wavelength as the exposure wavelength, but when a wavelength other than the exposure wavelength is used, the correction optical system 16 is used to correct the aberration of the illumination light projected on the wafer. It is also possible to do so. If necessary, the correction optical system can be retracted at the time of exposure. The light source 9 is preferably a laser, but may be a high-luminance light source, and may be a mercury lamp spectral line.

第3図は複数波長にて信号検知する例である。第1図に
加えて、他波長の光源9′、受光器14′およびビームス
プリッタ11が配置されている。補正光学系16は使用波長
に応じて出入りする。もちろん、3波長以上をすること
も同様にして可能である。こうすることにより、ウエハ
のプロセス条件によらず常に良好なAAマーク像を得るこ
とが可能となる。
FIG. 3 shows an example in which signals are detected at a plurality of wavelengths. In addition to FIG. 1, a light source 9'of another wavelength, a light receiver 14 'and a beam splitter 11 are arranged. The correction optical system 16 moves in and out according to the wavelength used. Of course, it is possible to use three or more wavelengths in the same manner. By doing so, it is possible to always obtain a good AA mark image regardless of the process conditions of the wafer.

第4図は、イメージガイド17にて受光する例である。検
知光学系の実装が容易かつ低コストとなる。
FIG. 4 shows an example in which light is received by the image guide 17. The detection optical system can be easily mounted at low cost.

なお、第1図においてウエハマーク結像光学系21は1対
で図示してあるが、マークと回析光のとび方向との関係
で必要あれば第5図の矢印方向でマークが観測できるよ
うに2対以上とすることも可能である。さらにウエハマ
ーク結像光学系のウエハ水平面の配置方向はAAマークエ
ッジに直交する方向である。
Although the wafer mark image forming optical system 21 is shown as a pair in FIG. 1, the mark can be observed in the direction of the arrow in FIG. 5 if necessary due to the relationship between the mark and the direction of diffraction light spread. It is also possible to have two or more pairs. Further, the arrangement direction of the wafer horizontal plane of the wafer mark imaging optical system is a direction orthogonal to the AA mark edge.

また、ウエハマーク結像光学系およびレチクルマーク結
像光学系は、上記実施例に限ることなく、像データを得
るためマークの像を結像するものであればどのようなも
のでもよい。
Further, the wafer mark image forming optical system and the reticle mark image forming optical system are not limited to those in the above-mentioned embodiments, and may be any one as long as they form an image of the mark for obtaining image data.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、レチクルとウエ
ハの位置を異なる光学系で個別に検出して、レチクルと
ウエハを位置合わせする方法において、個々に検出され
た検出結果がどのような相対関係を有する時にレチクル
とウエハとが所定の位置関係になるかのオフセットを予
め精度良く検出しているため、実際の位置合わせ時に、
個々に検出された結果の相対関係からオフセットを補正
して精度良くレチクルとウエハとの位置ずれを検出でき
る。しかもこのオフセットはレチクルを交換してもとり
直す必要がないという効果を有する。
EFFECTS OF THE INVENTION As described above, according to the present invention, in the method of individually detecting the positions of the reticle and the wafer with different optical systems and aligning the reticle and the wafer, the detection result detected individually. When the actual alignment is performed, the offset indicating how the reticle and the wafer have a predetermined positional relationship with each other is accurately detected in advance.
By correcting the offset from the relative relationship of the individually detected results, it is possible to accurately detect the positional deviation between the reticle and the wafer. Moreover, this offset has an effect that it is not necessary to retake it even if the reticle is exchanged.

【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位置合せ装置を適用
したステッパの要部概略図、 第2図は、ウエハへの照明光によるウエハ表面での反射
の様子を示す説明図、 第3〜5図は、本発明の他の実施例を説明する図であ
る。 1:レチクル、 3:投影レンズ、 4:ウエハ、 6:ウエハ段差部、 7:レチクルマーク結像光学系、 8:反射ミラー、 9:光源、 10,14,14′:マーク像検知素子、 21:ウエハマーク結像光学系。
FIG. 1 is a schematic view of a main part of a stepper to which an alignment apparatus according to an embodiment of the present invention is applied, and FIG. 2 is an explanatory view showing a state of reflection on a wafer surface by illumination light on the wafer. 3 to 5 are views for explaining another embodiment of the present invention. 1: reticle, 3: projection lens, 4: wafer, 6: wafer step, 7: reticle mark image forming optical system, 8: reflection mirror, 9: light source, 10, 14, 14 ': mark image detection element, 21 : Wafer mark imaging optical system.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】レチクル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ウエハ上に投影露光す
る露光装置における、該レチクルと該ウエハとを位置合
わせする位置合わせ方法において、 前記ウエハの位置にレジストが塗布されていない基準板
を配置する段階; 第1の光学系によって、前記レチクル上のマークの像
と、前記投影光学系を介した前記基準板上のマークの像
とを検出して前記レチクルと前記基板との位置関係を検
出する第1の検出段階と; 前記第1の光学系に比べ前記レジストの影響を受けずに
前記ウエハ上のマークを検出する第2の光学系によっ
て、前記第1の検出段階と同じ位置にある前記基準板上
のマークの像を検出する第2の検出段階と; 前記第1及び第2の検出段階の検出結果に基づいて、前
記レチクルと前記ウエハが所定の位置関係に位置する時
の前記第1の光学系によって検出される前記レチクル上
のマークの像位置と前記第2の光学系によって検出され
る前記ウエハ上のマークの像位置との相対的関係をオフ
セットとして記憶する段階と; 前記レチクルと前記ウエハを位置合わせする際は、前記
レチクル結像光学系で検出する前記レチクルのマーク像
位置と前記ウエハ結像光学系で検出する前記ウエハのマ
ーク像位置との相対的関係から前記オフセットを補正し
て該レチクルと該ウエハとの位置ずれを検出する段階と を有することを特徴とする位置合わせ方法。
1. An alignment method for aligning a reticle and a wafer in an exposure apparatus, which projects and exposes a pattern drawn on a reticle onto a wafer coated with a resist via a projection optical system, Disposing a reference plate on which a resist is not applied at the position of the wafer; a first optical system displays an image of the mark on the reticle and an image of the mark on the reference plate via the projection optical system. A first detection step of detecting the positional relationship between the reticle and the substrate; and a second optical step of detecting a mark on the wafer without being affected by the resist as compared with the first optical system. A second detection step of detecting an image of a mark on the reference plate at the same position as the first detection step by a system; and based on the detection results of the first and second detection steps, the reticle Image position of the mark on the reticle detected by the first optical system and the image of the mark on the wafer detected by the second optical system when the lens and the wafer are in a predetermined positional relationship. Storing the relative relationship with the position as an offset; when aligning the reticle and the wafer, the mark image position of the reticle detected by the reticle imaging optical system and the wafer imaging optical system are detected. The step of correcting the offset from the relative relationship with the mark image position of the wafer, and detecting the positional deviation between the reticle and the wafer.
【請求項2】前記第2の光学系は、前記投影光学系を介
さずに前記ウエハ上のマークを検出することを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の位置合わせ方法。
2. The alignment method according to claim 1, wherein the second optical system detects a mark on the wafer without passing through the projection optical system.
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