JPH1027746A - Alignment method and aligner - Google Patents

Alignment method and aligner

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JPH1027746A
JPH1027746A JP8182304A JP18230496A JPH1027746A JP H1027746 A JPH1027746 A JP H1027746A JP 8182304 A JP8182304 A JP 8182304A JP 18230496 A JP18230496 A JP 18230496A JP H1027746 A JPH1027746 A JP H1027746A
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JP
Japan
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mask
substrate
light
alignment
mark
Prior art date
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Pending
Application number
JP8182304A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masamitsu Yanagihara
政光 柳原
Junji Hazama
潤治 間
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP8182304A priority Critical patent/JPH1027746A/en
Publication of JPH1027746A publication Critical patent/JPH1027746A/en
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the alignment method capable of simultaneously detecting a mask mark and a substrate mark with high precision. SOLUTION: An alignment system 25a simultaneously observing a mask mark formed on a mask 10 and a substrate alignment mark formed on a substrate is provided with the first polarizer 31a irradiating the mask and the substrate with alignment beams 38 as the linear plolarized illumination light, an image pick-up means 37 and the second polarizer 31b entering the polarizing component only in the orthogonal direction to the polarizing direction of the illumination light out of the returning light from the mask 10 and the substrate 14. A 1/4 wavelength plate 32 is arranged in the optical path between the mask 10 and the substrate 14. In such a constitution, the mask mark makes a dark level image while the substrate mark makes a bright level image therby enabling both marks to be observed simultaneously without saturating an image pick-up signal.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体メモリや液
晶表示パネル等の製造に用いられる露光装置に関するも
のである。
The present invention relates to an exposure apparatus used for manufacturing a semiconductor memory, a liquid crystal display panel, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子、液晶表示素子、CCD撮像
素子、薄膜磁気ヘッド等を製造するフォトリソグラフィ
工程では、フォトマスク又はレチクル(以下、マスクと
いう)に形成されたパターンをフォトレジスト等の感光
剤が塗布された半導体ウエハやガラスプレート等の感光
基板(以下、単に基板という)上に投影露光することが
行われる。この投影露光を行う露光装置としては、マス
ク上に形成されたパターンを基板上の所定のショット領
域に露光した後、基板を一定距離だけステッピングさせ
て、次のショット領域に再びマスクのパターンを露光す
ることを繰り返す、いわゆるステップ・アンド・リピー
ト方式の露光装置が多く使用されている。また、他の方
式の露光装置として、矩形状又は円弧状の照明領域に対
してマスク及び基板を相対的に同期して走査しながら、
基板上にマスクのパターンを露光する走査型の露光装置
も知られている。この走査型の露光装置には、ショット
内の露光を走査方式で行い、ショット間の移動はステッ
プ的に行うステップ・アンド・スキャン方式のものと、
基板の全面を一度の走査で露光するスリット・スキャン
方式のものがある。
2. Description of the Related Art In a photolithography process for manufacturing a semiconductor device, a liquid crystal display device, a CCD imaging device, a thin film magnetic head, and the like, a pattern formed on a photomask or a reticle (hereinafter, referred to as a mask) is formed by a photosensitive agent such as a photoresist. Projection exposure is performed on a photosensitive substrate (hereinafter, simply referred to as a substrate) such as a semiconductor wafer or a glass plate to which is coated. As an exposure apparatus for performing the projection exposure, after exposing a pattern formed on a mask to a predetermined shot area on a substrate, the substrate is stepped by a fixed distance, and the mask pattern is exposed again to the next shot area. An exposure apparatus of a so-called step-and-repeat system that repeats the above-mentioned operations is often used. Further, as another type of exposure apparatus, while scanning the mask and the substrate relatively synchronously with respect to the rectangular or arcuate illumination area,
A scanning exposure apparatus that exposes a mask pattern on a substrate is also known. This scanning type exposure apparatus performs exposure in a shot by a scanning method, and moves between shots in a step-and-scan method.
There is a slit scan type in which the entire surface of the substrate is exposed by one scan.

【0003】いずれの露光装置においても、マスクのパ
ターンを基板上に既に形成されているパターンの上に重
ね合わせて露光することが要求され、この重ね合わせの
精度を高めるためには、マスクと基板を高精度に位置合
わせ(アライメント)する必要がある。
[0003] In any of the exposure apparatuses, it is required to expose a mask pattern overlaid on a pattern already formed on the substrate. In order to improve the accuracy of the overlay, the mask and the substrate are required to be exposed. Need to be aligned with high accuracy.

【0004】そのため、露光装置には、基板上に形成さ
れた基板アライメントマーク(以下、基板マークとい
う)とマスクに形成されたマスクアライメントマーク
(以下、マスクマークという)を光電的に検出してマス
クと基板の位置合わせを行うアライメント検出系が組み
込まれている。このアライメントの方式の一つにハロゲ
ンランプ等を光源とする波長帯域幅の広い光で照明して
撮像したアライメントマークの画像データを画像処理し
て計測するFIA(Field Image Alignment)方式のも
のがある。また、アライメント方式は、投影光学系を介
して基板の位置を計測するTTL(Through The Lens)
方式、投影光学系及びマスクを介してマスクと基板との
位置関係を計測するTTM(Through The Mask)方式及
び投影光学系を介することなく直接基板の位置を計測す
るオフ・アクシス方式に大別される。
Therefore, the exposure apparatus photoelectrically detects a substrate alignment mark (hereinafter, referred to as a substrate mark) formed on a substrate and a mask alignment mark (hereinafter, referred to as a mask mark) formed on a mask. An alignment detection system for aligning the substrate and the substrate is incorporated. As one of the alignment methods, there is an FIA (Field Image Alignment) method in which image data of an alignment mark captured by illuminating with light having a wide wavelength band using a halogen lamp or the like as a light source is processed and measured. . The alignment method uses a TTL (Through The Lens) that measures the position of a substrate via a projection optical system.
Method, a TTM (Through The Mask) method that measures the positional relationship between the mask and the substrate via the projection optical system and the mask, and an off-axis method that directly measures the position of the substrate without using the projection optical system. You.

【0005】マスクと基板の相対位置を検出するアライ
メント方式として、基板に形成した基板マークとマスク
に形成したマスクマークをマスク上方に配設したアライ
メント検出系によって同時に計測するTTMのFIA方
式がある。この方式では、基板マーク及びマスクマーク
を撮像手段で同時に撮像し、撮像されたマークを画像処
理して2つのマークの位置関係を求めることでマスクと
基板の相対位置を検出し、その相対位置が所定の関係と
なるようにアライメントを行う。
As an alignment method for detecting a relative position between a mask and a substrate, there is a TTM FIA method in which a substrate mark formed on the substrate and a mask mark formed on the mask are simultaneously measured by an alignment detection system disposed above the mask. In this method, the relative position between the mask and the substrate is detected by simultaneously capturing the substrate mark and the mask mark by the imaging means, performing image processing on the captured mark, and determining the positional relationship between the two marks. The alignment is performed so as to have a predetermined relationship.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のTT
MのFIA方式のアライメント検出系には、撮像手段に
入射するマスクマークからの光強度と基板マークからの
光強度に大きな差があるという問題があった。すなわ
ち、仮に基板マークの反射率とマスクマークの反射率と
が同等であるとしても、基板マークからアライメント検
出系に入射する光量は、投影光学系を往復するためマス
クマークからの光量に比べて小さくなる。実際には、マ
スクマークはクロムエッチング等によって形成された明
瞭なマークであるのに対して、基板マークは透明なレジ
ストによって形成されていたり、現像等のプロセス処理
を経てマークのエッジ形状が鈍っていたり、またマーク
の下地、レジスト塗布の影響により状態が一様ではない
ため、基板マークからアライメント検出系に入射する光
量はマスクマークからの光量に比べて著しく小さいのが
普通である。
The conventional TT
The M FIA type alignment detection system has a problem that there is a large difference between the light intensity from the mask mark and the light intensity from the substrate mark incident on the imaging means. That is, even if the reflectance of the substrate mark and the reflectance of the mask mark are equivalent, the amount of light incident on the alignment detection system from the substrate mark is smaller than the amount of light from the mask mark due to reciprocating the projection optical system. Become. Actually, the mask mark is a clear mark formed by chromium etching or the like, whereas the substrate mark is formed by a transparent resist or the edge shape of the mark becomes dull through a process such as development. In general, the amount of light incident on the alignment detection system from the substrate mark is significantly smaller than the amount of light from the mask mark because the state is not uniform due to the influence of the base of the mark and the application of the resist.

【0007】そのため、マスクマークの検出に好適なよ
うにアライメント検出系を調整すると基板マークを検出
することができず、逆に基板マークの検出が可能なよう
にアライメント光の光量や撮像手段の検出感度を調節す
ると、撮像手段でマスクマークの信号が飽和してしま
う。いずれにしてもマスクマークと基板マークを同時に
高精度に検出することができないという不都合があっ
た。
Therefore, if the alignment detection system is adjusted so as to be suitable for the detection of the mask mark, the substrate mark cannot be detected. On the contrary, the light amount of the alignment light and the detection of the image pickup means can be detected so that the substrate mark can be detected. If the sensitivity is adjusted, the signal of the mask mark is saturated by the imaging means. In any case, there is a disadvantage that the mask mark and the substrate mark cannot be simultaneously detected with high accuracy.

【0008】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたもので、マスクマークと基板マークを同
時に高精度に検出することのできる位置合わせ方法を提
供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and has as its object to provide an alignment method capable of simultaneously detecting a mask mark and a substrate mark with high accuracy.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明では、アライメン
ト光として直線偏光を用い、その直線偏光と直交する直
線偏光によって像検出を行い、マスクマークを暗レベル
の像として観察することで前記目的を達成する。
According to the present invention, the above object is achieved by using linearly polarized light as alignment light, detecting an image with linearly polarized light orthogonal to the linearly polarized light, and observing the mask mark as a dark level image. To achieve.

【0010】すなわち、本発明は、マスクに形成された
マスクアライメントマーク(マスクマーク)と基板に形
成された基板アライメントマーク(基板マーク)をアラ
イメント光によって同時に照明し、マスクマークの像と
基板マークの像の位置情報を用いてマスクと基板を位置
合わせする位置合わせ方法において、アライメント光と
して直線偏光を用い、アライメント光の偏光方向と直交
する直線偏光を用いてマスクアライメントマーク及び基
板アライメントマークの像を形成することを特徴とす
る。
That is, according to the present invention, the mask alignment mark (mask mark) formed on the mask and the substrate alignment mark (substrate mark) formed on the substrate are simultaneously illuminated by the alignment light, and the image of the mask mark and the substrate mark are illuminated. In a positioning method of positioning a mask and a substrate using position information of an image, linearly polarized light is used as alignment light, and an image of a mask alignment mark and a substrate alignment mark are formed using linearly polarized light orthogonal to the polarization direction of the alignment light. It is characterized by forming.

【0011】このとき、マスクマークから反射された光
は検出されず、暗レベルの像となる。一方、基板マーク
から戻ってくる光はエッジ散乱等によって偏光方向が回
転しているため、アライメント光の偏光方向と直交する
成分を有し、その成分の光によって基板マークからは明
レベルの像が形成される。なお、エッジ散乱等による偏
光角の回転に頼らずに、基板マークから戻ってくる光の
偏光方向をアライメント光の偏光方向と直交させて高輝
度の基板マーク像を形成するには、マスクと基板の間の
光路中に4分の1波長板を配置するのが有利である。
At this time, the light reflected from the mask mark is not detected, and the image becomes a dark level image. On the other hand, the light returning from the substrate mark has a component that is orthogonal to the polarization direction of the alignment light because the polarization direction is rotated due to edge scattering or the like, and a light level image is generated from the substrate mark by the component light. It is formed. In order to form a high-brightness substrate mark image by making the polarization direction of the light returning from the substrate mark orthogonal to the polarization direction of the alignment light without relying on the rotation of the polarization angle due to edge scattering, etc. It is advantageous to place a quarter-wave plate in the optical path between.

【0012】以上の説明から明らかなように、別の観点
からすると本発明は、マスクに形成されたマスクアライ
メントマークと基板に形成された基板アライメントマー
クを同時に観察し、両者の位置関係を求めてマスクと基
板とを位置合わせする位置合わせ方法において、マスク
マークをバックグラウンドレベルに対して暗レベルの像
として観察し、基板マークをバックグラウンドレベルに
対して明レベルの像として観察することを特徴とするも
のである。
As is apparent from the above description, from another viewpoint, the present invention simultaneously observes a mask alignment mark formed on a mask and a substrate alignment mark formed on a substrate, and obtains a positional relationship between the two. In an alignment method for aligning a mask and a substrate, a mask mark is observed as a dark level image with respect to a background level, and the substrate mark is observed as a light level image with respect to a background level. Is what you do.

【0013】また、本発明は、マスクに形成されたパタ
ーンを感光剤が塗布された基板上に投影する投影光学系
と、マスクの上方に配置され、マスクに形成されたマス
クマークと基板に形成された基板マークとを同時に観察
するアライメント系とを含む露光装置において、アライ
メント系は、光源と、光源からの光を直線偏光した照明
光としてマスク及び基板に照射する第1の偏光手段と、
撮像手段と、マスク及び基板から戻ってくる光のうち前
記照明光の偏光方向と直交する方向の偏光成分のみを撮
像手段に入射させる第2の偏光手段とを備えることを特
徴とする。
Further, the present invention provides a projection optical system for projecting a pattern formed on a mask onto a substrate coated with a photosensitive agent, a mask disposed on the mask, and a mask mark formed on the mask and formed on the substrate. In an exposure apparatus including an alignment system for simultaneously observing the obtained substrate mark, the alignment system includes a light source, a first polarizing unit that irradiates the mask and the substrate with light from the light source as linearly polarized illumination light,
It is characterized by comprising an imaging means and a second polarizing means for making only a polarization component in a direction orthogonal to a polarization direction of the illumination light out of light returned from the mask and the substrate incident on the imaging means.

【0014】この場合にも、基板マークを高輝度の像と
して観察するには、マスクと基板の間のアライメント系
の光路中に4分の1波長板を配置するのが有利である。
本発明によると、マスクマークの検出信号の明暗を反転
させ、マスクマークを暗レベルの信号として検出するた
め、信号強度が弱い基板マークに合わせてアライメント
光の光量調節や撮像手段の感度調整を行っても、マスク
マークの検出信号が飽和することがない。したがって、
マスクマークと基板マークを同時に高精度に検出するこ
とが可能となる。
Also in this case, in order to observe the substrate mark as a high-luminance image, it is advantageous to dispose a quarter-wave plate in the optical path of the alignment system between the mask and the substrate.
According to the present invention, in order to invert the brightness of a detection signal of a mask mark and to detect the mask mark as a dark level signal, light amount adjustment of alignment light and sensitivity adjustment of imaging means are performed in accordance with a substrate mark having a weak signal intensity. However, the detection signal of the mask mark does not saturate. Therefore,
The mask mark and the substrate mark can be simultaneously detected with high accuracy.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図1は、本発明の位置合わせ方法
を採用した露光装置の一例を示す概略図である。ここで
は、スリット・スキャン型の露光装置を例にとって説明
するが、本発明はスリット・アンド・スキャン型の露光
装置に限らず、ステップ・アンド・リピート型の露光装
置やステップ・アンド・スキャン型の露光装置等、マス
クマークと基板マークを同時に検出して両者の位置関係
からマスクと基板のアライメントを行う他の方式の露光
装置に対しても一般に適用できるものである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an exposure apparatus employing the alignment method of the present invention. Here, a slit-scan type exposure apparatus will be described as an example, but the present invention is not limited to a slit-and-scan type exposure apparatus, but may be a step-and-repeat type exposure apparatus or a step-and-scan type exposure apparatus. The present invention can be generally applied to an exposure apparatus of another type, such as an exposure apparatus, which detects a mask mark and a substrate mark at the same time and aligns the mask and the substrate based on a positional relationship between the two.

【0016】超高圧水銀ランプ等の光源1から射出した
光束は、楕円鏡2で反射された後にダイクロイックミラ
ー3に入射する。このダイクロイックミラー3は露光に
必要な波長の光束を反射し、その他の波長の光束を透過
する。ダイクロイックミラー3で反射された光束は、光
軸AX1に対して進退可能に配置されたシャッター4に
よって投影光学系側への入射を許容もしくは阻止され
る。シャッター4を開放することによって、光源1から
の光束は波長選択フィルター5に入射し、投影光学系1
2aが転写を行うのに適した波長(通常は、g,h,i
線のうち少なくとも1つの帯域)の光束となる。
A light beam emitted from a light source 1 such as an ultra-high pressure mercury lamp is reflected by an elliptical mirror 2 and then enters a dichroic mirror 3. The dichroic mirror 3 reflects a light beam having a wavelength required for exposure and transmits a light beam having another wavelength. The light beam reflected by the dichroic mirror 3 is allowed or blocked from entering the projection optical system side by a shutter 4 that can be moved forward and backward with respect to the optical axis AX1. By opening the shutter 4, the light beam from the light source 1 enters the wavelength selection filter 5, and the projection optical system 1
2a is suitable for performing the transfer (usually g, h, i
(At least one band of the line).

【0017】また、この光束の強度は光軸近傍が最も強
く、周辺に近づくに従って強度が低下するガウス分布を
なすため、少なくとも投影光学系12aの投影領域13
a内で強度分布を均一にする必要がある。このため、フ
ライアイインテグレータ6とコンデンサーレンズ8によ
って光束の強度分布を均一化する。ミラー7は光学系を
コンパクトにするための折り曲げミラーである。均一な
強度分布とされた光束は、ミラー7で反射された後、視
野絞り9を介してマスク10のパターン面上に照射され
る。視野絞り9はフォトレジスト等の感光剤を塗布した
ガラスプレート等の感光基板(以下、基板という)14
上の投影領域13aを制限する開口を有する。
Further, since the intensity of this light beam has the highest intensity near the optical axis and a Gaussian distribution in which the intensity decreases as approaching the periphery, at least the projection area 13 of the projection optical system 12a is used.
It is necessary to make the intensity distribution uniform within a. Therefore, the fly-eye integrator 6 and the condenser lens 8 make the intensity distribution of the light beam uniform. The mirror 7 is a bending mirror for making the optical system compact. The light flux having a uniform intensity distribution is reflected by a mirror 7 and then applied to a pattern surface of a mask 10 via a field stop 9. The field stop 9 is a photosensitive substrate (hereinafter, referred to as a substrate) 14 such as a glass plate coated with a photosensitive agent such as a photoresist.
It has an opening that limits the upper projection area 13a.

【0018】光源1から視野絞り9までの構成を投影光
学系12aに対する照明光学系L1とし、この例では照
明光学系L1と同様の構成を有する照明光学系L2〜L
5を設けて、各照明光学系からの光束を投影光学系12
b〜12eのそれぞれに供給する。複数の照明光学系L
1〜L5のそれぞれから射出された光束は、マスク10
上の異なる部分領域(照明領域)11a〜11eをそれ
ぞれ照明する。マスク10を透過した複数の光束は、各
照明光学系L1〜L5に対応する投影光学系12a〜1
2eを介して基板14上の異なる投影領域13a〜13
eにマスク10の照明領域11a〜11eのパターン像
を結像する。投影光学系12a〜12eはいずれも正立
等倍実結像(正立正像)光学系である。図1において、
投影光学系12a〜12eの光軸方向をZ方向とし、Z
方向に垂直な方向でマスク10及び基板14の移動方向
をX方向とし、Z方向とX方向に垂直な方向をY方向と
する。
The configuration from the light source 1 to the field stop 9 is an illumination optical system L1 for the projection optical system 12a. In this example, the illumination optical systems L2 to L2 have the same configuration as the illumination optical system L1.
5 is provided to project the light flux from each illumination optical system to the projection optical system 12.
b to 12e. Multiple illumination optical systems L
The luminous flux emitted from each of 1 to L5 is
The different upper partial areas (illumination areas) 11a to 11e are respectively illuminated. A plurality of light beams transmitted through the mask 10 are projected onto the projection optical systems 12a to 12a-1 corresponding to the illumination optical systems L1 to L5.
2e different projection areas 13a-13 on the substrate 14
e, the pattern images of the illumination areas 11a to 11e of the mask 10 are formed. Each of the projection optical systems 12a to 12e is an erect real-size real image (erect erect image) optical system. In FIG.
The optical axis direction of the projection optical systems 12a to 12e is defined as a Z direction, and Z
In the direction perpendicular to the direction, the moving direction of the mask 10 and the substrate 14 is defined as the X direction, and the direction perpendicular to the Z direction and the X direction is defined as the Y direction.

【0019】図2は、基板ステージ15上に保持された
基板14の上面図である。基板14上の投影領域13a
〜13eは、図2に示すように、Y方向に隣り合う領域
どうし(例えば、13aと13b、13bと13c)が
X方向に所定量変位するように、且つ隣り合う領域の端
部どうしが破線で示すようにY方向に重複する(隣り合
う領域のY方向端部の位置が重複する)ように配置され
る。よって、上記複数の投影光学系12a〜12eも、
各投影領域13a〜13eの配置に対応してX方向に所
定量変位するとともにY方向に重複して配置されてい
る。また、複数の照明光学系L1〜L5は、マスク10
上の照明領域11a〜11eが上記投影領域13a〜1
3eと同様の配置となるように配置されている。したが
って、マスク10と基板14とを同期して、投影光学系
12a〜12eに対してX方向に走査することによっ
て、マスク上のパターン領域10aの全面を基板14上
の露光領域14aに転写することができる。基板14上
には露光領域14aの外側に基板アライメントマーク
(基板マーク)24a〜24fが設けられている。
FIG. 2 is a top view of the substrate 14 held on the substrate stage 15. Projection area 13a on substrate 14
As shown in FIG. 2, to 13e, regions adjacent in the Y direction (for example, 13a and 13b, 13b and 13c) are displaced by a predetermined amount in the X direction, and ends of the adjacent regions are indicated by broken lines. As shown by, they are arranged so as to overlap in the Y direction (the positions of the ends in the Y direction of adjacent areas overlap). Therefore, the plurality of projection optical systems 12a to 12e also
The projection areas 13a to 13e are displaced by a predetermined amount in the X direction corresponding to the arrangement of the projection areas 13a to 13e, and are arranged so as to overlap in the Y direction. The plurality of illumination optical systems L1 to L5 are
The upper illumination areas 11a to 11e correspond to the projection areas 13a to 1
It is arranged so as to have the same arrangement as 3e. Accordingly, the entire surface of the pattern region 10a on the mask is transferred to the exposure region 14a on the substrate 14 by scanning the projection optical systems 12a to 12e in the X direction in synchronization with the mask 10 and the substrate 14. Can be. On the substrate 14, substrate alignment marks (substrate marks) 24a to 24f are provided outside the exposure region 14a.

【0020】基板14は基板ステージ15に載置されて
おり、基板ステージ15は一次元の走査露光を行うべく
走査方向(X方向)に長いストロークを持った駆動装置
16を有している。さらに、走査方向については高分解
能及び高精度の位置測定装置(例えばレーザー干渉計)
17を有する。また、マスク10は不図示のマスクステ
ージにより支持され、このマスクステージも基板ステー
ジ15と同様に、駆動装置とステージの走査方向の位置
を検出する位置測定装置とを有する。また、基板ステー
ジ15上の基板14を載置する範囲の外側の所定位置に
は、基板14の表面(マスクのパターンの投影面)とほ
ぼ同一の平面内に、基準マーク22a〜22dが配置さ
れている。
The substrate 14 is mounted on a substrate stage 15, and the substrate stage 15 has a driving device 16 having a long stroke in the scanning direction (X direction) to perform one-dimensional scanning exposure. Furthermore, for the scanning direction, a high-resolution and high-precision position measuring device (eg, a laser interferometer)
Seventeen. The mask 10 is supported by a mask stage (not shown). The mask stage also has a driving device and a position measuring device for detecting the position of the stage in the scanning direction, like the substrate stage 15. Reference marks 22a to 22d are arranged at predetermined positions on the substrate stage 15 outside the range where the substrate 14 is to be mounted, in a plane substantially the same as the surface of the substrate 14 (projection surface of the pattern of the mask). ing.

【0021】図3はマスク10の上面図であり、マスク
10のうち基板14に転写される範囲(照明領域であ
り、パターンが描画されている領域)は10aによって
示される。マスク10には、上記転写範囲10aの外側
に基板ステージ15上の基準マーク22a〜22dに対
応したマスクアライメントマーク(マスクマーク)21
a〜21d、及び基板14の基板マークに対応したマス
クマーク23a〜23fが設けられている。マスクマー
ク21a〜21d,23a〜23dは、クロム層によっ
て形成された遮光マークである。
FIG. 3 is a top view of the mask 10, and the area of the mask 10 to be transferred to the substrate 14 (illumination area, in which a pattern is drawn) is indicated by 10a. A mask alignment mark (mask mark) 21 corresponding to the reference marks 22a to 22d on the substrate stage 15 is provided on the mask 10 outside the transfer range 10a.
a to 21d and mask marks 23a to 23f corresponding to the substrate marks of the substrate 14. The mask marks 21a to 21d and 23a to 23d are light-shielding marks formed by a chrome layer.

【0022】マスク10の上方には、図1に示すよう
に、アライメント検出系20a,20bが配置され、こ
のアライメント検出系20a,20bによってマスク上
のマスクマーク21a〜21d及び23a〜23fを検
出するとともに、投影光学系12a〜12eを介して基
板ステージ15上に設けられた基準マーク22a〜22
d及び基板14上に形成された基板マーク24a〜24
fを検出する。即ち、アライメント検出系20a,20
bから射出されたアライメント光は、反射ミラー25
a,25bを介してマスク10上に照射されるととも
に、複数配列した投影光学系のうちの両端部の投影光学
系12a,12eを介して基板14上に照射される。マ
スク10上に照射されたアライメント光の一部はクロム
層からなるマスクマークで反射され、反射ミラー25
a,25bを介してアライメント検出系20a,20b
に入射する。残りのアライメント光は、マスク10を透
過して基板14上に形成された基板マーク24a〜24
fを照明する。基板マーク24a〜24fによって反射
又は散乱された光は、投影光学系12a,12e及び反
射ミラー25a,25bを介してそれぞれのアライメン
ト検出系20a,20bに入射する。
As shown in FIG. 1, alignment detection systems 20a and 20b are arranged above the mask 10, and the mask marks 21a to 21d and 23a to 23f on the mask are detected by the alignment detection systems 20a and 20b. In addition, reference marks 22a to 22 provided on substrate stage 15 via projection optical systems 12a to 12e.
d and substrate marks 24a to 24 formed on substrate 14.
Detect f. That is, the alignment detection systems 20a and 20a
b is emitted from the reflection mirror 25
The light is irradiated onto the mask 10 via the projection optical systems a and 25b, and is also irradiated onto the substrate 14 via the projection optical systems 12a and 12e at both ends of the plurality of projection optical systems. A part of the alignment light irradiated on the mask 10 is reflected by the mask mark made of the chrome layer,
a, 25b via the alignment detection systems 20a, 20b
Incident on. The remaining alignment light is transmitted through the mask 10 to form the substrate marks 24 a to 24 formed on the substrate 14.
Illuminate f. The light reflected or scattered by the substrate marks 24a to 24f enters the respective alignment detection systems 20a and 20b via the projection optical systems 12a and 12e and the reflection mirrors 25a and 25b.

【0023】図4は、アライメント検出系の構成を図示
したものである。図4には、一方のアライメント検出系
20aについて示したが、他方のアライメント検出系2
0bも同様の構成を有する。アライメント系20aは、
照明レンズ36、第1及び第2の偏光板31a,31
b、ハーフミラー35、第1及び第2の対物レンズ34
a,34b、及びCCDカメラ等の撮像手段37を有す
る。ここで、基板14の表面とマスク10のパターン形
成面、及び撮像手段37の撮像面は互いに共役な関係に
ある。また、第1の偏光板31aと第2の偏光板31b
の偏光方向は、図5に示したように互いに直交してい
る。
FIG. 4 shows the configuration of the alignment detection system. FIG. 4 shows one alignment detection system 20a, but the other alignment detection system 2a.
0b has a similar configuration. The alignment system 20a
Illumination lens 36, first and second polarizing plates 31a, 31
b, half mirror 35, first and second objective lenses 34
a, 34b, and imaging means 37 such as a CCD camera. Here, the surface of the substrate 14, the pattern forming surface of the mask 10, and the imaging surface of the imaging unit 37 have a conjugate relationship with each other. Also, the first polarizing plate 31a and the second polarizing plate 31b
Are orthogonal to each other as shown in FIG.

【0024】アライメント光源からの光線38は、照明
レンズ36及び第1の偏光板31aを通って直線偏光と
された後、ハーフミラー35で反射され、第1の対物レ
ンズ34a及び反射ミラー25aを介してマスク10上
のマスクマーク、例えばマスクマーク23aに照射され
る。マスクマーク23aで反射された光は、反射ミラー
25aで反射され、第1対物レンズ34a及びハーフミ
ラー35を透過して第2の偏光板31bに入射する。こ
こで、第2の偏光板31bの偏光方向は、第1の偏光板
31aの偏光方向、すなわちマスクマーク23aを照明
したアライメント光の偏光方向と直交しているため、マ
スクマーク23aで反射された光は第2の偏光板31b
を透過することができず、撮像手段37に入射すること
ができない。
A light beam 38 from the alignment light source passes through the illumination lens 36 and the first polarizing plate 31a, is converted into linearly polarized light, is reflected by the half mirror 35, and passes through the first objective lens 34a and the reflecting mirror 25a. Thus, a mask mark on the mask 10, for example, a mask mark 23a is irradiated. The light reflected by the mask mark 23a is reflected by the reflection mirror 25a, passes through the first objective lens 34a and the half mirror 35, and enters the second polarizing plate 31b. Here, since the polarization direction of the second polarizing plate 31b is orthogonal to the polarization direction of the first polarizing plate 31a, that is, the polarization direction of the alignment light illuminating the mask mark 23a, it is reflected by the mask mark 23a. Light is applied to the second polarizing plate 31b
Cannot be transmitted, and cannot enter the imaging means 37.

【0025】マスク10のマスクマーク23a以外の領
域を透過した直線偏光のアライメント光は、4分の1波
長板32を通って円偏光に変換されたのち投影光学系1
2aを通って基板14に設けられた基板マーク、例えば
基板マーク24aを照明する。基板マーク24aによっ
て散乱又は反射された光は、照明光の光路を逆に辿って
投影光学系12aを通り、4分の1波長板32を通って
アライメント光の偏光方向に対して偏光方向が90°回
転した直線偏光に変換された後、マスク10の下面に形
成されたパターン面に結像される。その後、マスク10
を透過し、反射ミラー25aで反射されて、アライメン
ト検出系20aに入射する。
The linearly-polarized alignment light transmitted through the area other than the mask mark 23a of the mask 10 is converted into circularly-polarized light by passing through the quarter-wave plate 32, and then is projected onto the projection optical system 1.
The substrate mark provided on the substrate 14 through 2a is illuminated, for example, a substrate mark 24a. The light scattered or reflected by the substrate mark 24a follows the optical path of the illumination light in the reverse direction, passes through the projection optical system 12a, passes through the quarter-wave plate 32, and has a polarization direction of 90 degrees with respect to the polarization direction of the alignment light. After being converted into the linearly polarized light rotated by °, an image is formed on a pattern surface formed on the lower surface of the mask 10. Then, the mask 10
And is reflected by the reflection mirror 25a and enters the alignment detection system 20a.

【0026】アライメント検出系20aに入射した基板
14からの戻り光は、第1の対物レンズ34a、ハーフ
ミラー35を通り、第2の偏光板31bに達する。この
基板14からの戻り光は、偏光方向が第2の偏光板31
bの偏光方向と一致するため第2の偏光板31bを透過
し、第2の対物レンズ34bを介して撮像手段37の撮
像面に結像される。撮像手段37の撮像面には、図6に
示すように、基板14からの戻り光をバックグラウンド
41として、暗レベルのマスクマーク像42と明レベル
の基板マーク像43が形成される。マスクマーク23a
の像が暗レベルの像となるのは、マスクマーク23aで
反射された光は第2の偏光板31bを透過することがで
きず、また、基板14からの戻り光は、マスク10にク
ロム層の遮光マークとして形成されたマスクマーク23
aを透過することができないからである。
The return light from the substrate 14 that has entered the alignment detection system 20a passes through the first objective lens 34a and the half mirror 35 and reaches the second polarizing plate 31b. The return light from the substrate 14 has a polarization direction of the second polarizing plate 31.
Since the polarization direction coincides with the polarization direction b, the light passes through the second polarizing plate 31b and is imaged on the imaging surface of the imaging means 37 via the second objective lens 34b. As shown in FIG. 6, a dark level mask mark image 42 and a light level substrate mark image 43 are formed on the imaging surface of the imaging unit 37 with the light returned from the substrate 14 as a background 41. Mask mark 23a
Is a dark level image because the light reflected by the mask mark 23a cannot pass through the second polarizer 31b, and the return light from the substrate 14 Mask mark 23 formed as a light shielding mark
This is because a cannot be transmitted.

【0027】図7は、撮像手段37の撮像面のA−A線
上における光強度プロファイルを示したものである。マ
スクマーク像42を横切る位置42a,42bには光が
入射しておらず、バックグラウンドレベル41aに対し
て暗レベルとなっている。一方、基準マーク像43を横
切る部分43aでは光強度が強く、バックグラウンドレ
ベル41aに対して明レベルとなっている。マスクマー
クの像42は、光が入射しないことによって形成された
暗レベルの像であるため、アライメント光38の強度を
増大しても撮像手段37の撮像面に形成されるマスクマ
ークの像42の光強度は変化しない。これに対して、バ
ックグラウンドレベル41a及び明レベルになっている
基板マークの像43の光強度は、アライメント光38の
強度を増大すると図7に仮想線45,46で示すように
増大する。
FIG. 7 shows a light intensity profile of the imaging surface of the imaging means 37 on the line AA. Light does not enter the positions 42a and 42b crossing the mask mark image 42, and is at a dark level with respect to the background level 41a. On the other hand, the light intensity is high in a portion 43a crossing the reference mark image 43, which is a light level with respect to the background level 41a. Since the mask mark image 42 is a dark-level image formed by the absence of incident light, even if the intensity of the alignment light 38 is increased, the mask mark image 42 The light intensity does not change. On the other hand, the light intensity of the image 43 of the substrate mark at the background level 41a and the light level increases as the intensity of the alignment light 38 increases, as shown by the imaginary lines 45 and 46 in FIG.

【0028】このように、基板マークに合わせてアライ
メント光38の光量を増大してもマスクマークの暗レベ
ルは変わらず、従来のようにマスクマークの撮像信号が
飽和することはない。したがって、基板マーク24aを
十分な感度で検出できるようにアライメント光38の強
度を適当に設定することにより、マスクマークと基板マ
ークを同時に検出することが可能となる。光量の調節方
法としては、アライメント光源の光量を制御する方法
や、光源の光量は予め充分な光量に設定しておきCCD
カメラの電子シャッタを制御する方法等があるが、どち
らの方法に対しても本発明は有効である。
As described above, even if the light amount of the alignment light 38 is increased in accordance with the substrate mark, the dark level of the mask mark does not change, and the image signal of the mask mark does not become saturated as in the related art. Therefore, by appropriately setting the intensity of the alignment light 38 so that the substrate mark 24a can be detected with sufficient sensitivity, the mask mark and the substrate mark can be simultaneously detected. The light amount can be adjusted by controlling the light amount of the alignment light source, or by setting the light amount of the light source to a sufficient light amount in advance.
There are methods for controlling the electronic shutter of the camera and the like, and the present invention is effective for either method.

【0029】また、ここで説明した例では、4分の1波
長板32の挿入位置をマスク10の下方で投影光学系1
2aの上方の空間としているが、投影光学系12aの下
方で基板14上方の空間や、投影光学系12aの内部に
設けてもよい。また、投影光学系12aに透過光線の偏
光方向を回転させる機能があれば、4分の1波長板を配
置しなくともよい。偏光方向を回転させる機能について
は、必ずしも4分の1波長板のように基板14からの戻
り光の偏光方向と第2の偏光板31bの偏光方向を完全
に一致させるものでなくともよい。第2の偏光板31b
の偏光方向と基板14からの戻り光の間の偏光方向の不
一致による光量の損失はアライメント光の光量でカバー
できればよい。
In the example described here, the insertion position of the quarter-wave plate 32 is set below the mask 10 so that the projection optical system 1
Although the space is above the substrate 2a, the space may be provided below the projection optical system 12a and above the substrate 14, or inside the projection optical system 12a. Further, if the projection optical system 12a has a function of rotating the polarization direction of the transmitted light, a quarter-wave plate need not be provided. Regarding the function of rotating the polarization direction, the polarization direction of the return light from the substrate 14 and the polarization direction of the second polarization plate 31b do not necessarily have to be completely matched like a quarter-wave plate. Second polarizing plate 31b
It is sufficient that the loss of the light amount due to the mismatch between the polarization direction of the light beam and the polarization direction of the return light from the substrate 14 can be covered by the light amount of the alignment light.

【0030】また、必ずしも偏光方向を光学的に回転さ
せる手段を設けないで、基板からの反射、散乱する時の
偏光角の乱れを利用することで明レベルの像を形成する
方法も考えられる。また、第1の偏光板31a、第2の
偏光板31b及びハーフミラー35は、偏光ビームスプ
リッタに置き換えることも可能である。
A method of forming a bright-level image by utilizing the disorder of the polarization angle when the light is reflected or scattered from the substrate without necessarily providing a means for optically rotating the polarization direction is also conceivable. Further, the first polarizing plate 31a, the second polarizing plate 31b, and the half mirror 35 can be replaced with a polarizing beam splitter.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明によると、マスクマークを暗レベ
ルの像とし、基板マークを明レベルの像とすることで、
撮像手段によってマスクマークと基板マークを同時に高
精度に検出することが可能となる。また、それによって
露光装置の位置合わせ精度を改善することができる。
According to the present invention, the mask mark is a dark-level image and the substrate mark is a bright-level image.
It is possible to simultaneously detect the mask mark and the substrate mark with high accuracy by the imaging means. In addition, the alignment accuracy of the exposure apparatus can be improved thereby.

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

【図1】本発明による露光装置の一例を示す概略図。FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an exposure apparatus according to the present invention.

【図2】基板ステージ上に載置された基板の上面図。FIG. 2 is a top view of a substrate placed on a substrate stage.

【図3】マスクの上面図。FIG. 3 is a top view of a mask.

【図4】アライメント検出系の構成例を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of an alignment detection system.

【図5】第1の偏光板と第2の偏光板の偏光方向を示す
図。
FIG. 5 is a diagram illustrating polarization directions of a first polarizing plate and a second polarizing plate.

【図6】撮像手段の撮像面に形成されたマスクマークの
像及び基板マークの像を説明する図。
FIG. 6 is a diagram illustrating an image of a mask mark and an image of a substrate mark formed on an imaging surface of an imaging unit.

【図7】撮像手段の撮像面における光強度プロファイル
を示す図。
FIG. 7 is a diagram illustrating a light intensity profile on an imaging surface of an imaging unit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…光源、10…マスク、12a〜12e…投影光学
系、14…基板、15…基板ステージ、16…駆動装
置、20a,20b…アライメント検出系、23a〜2
3f…マスクマーク、24a〜24f…基板マーク、2
5a,25b…反射ミラー、31a…第1の偏光板、3
1b…第2の偏光板、32…4分の1波長板、34a…
第1の対物レンズ、34b…第2の対物レンズ、35…
ハーフミラー、36…照明レンズ、37…撮像手段、3
8…アライメント光、41…バックグラウンド、42…
マスクマーク像、43…基板マーク像
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source, 10 ... Mask, 12a-12e ... Projection optical system, 14 ... Substrate, 15 ... Substrate stage, 16 ... Driver, 20a, 20b ... Alignment detection system, 23a-2
3f: mask mark, 24a to 24f: substrate mark, 2
5a, 25b: reflection mirror, 31a: first polarizing plate, 3
1b: second polarizing plate, 32: quarter-wave plate, 34a ...
A first objective lens, 34b... A second objective lens, 35.
Half mirror, 36: illumination lens, 37: imaging means, 3
8 ... Alignment light, 41 ... Background, 42 ...
Mask mark image, 43 ... substrate mark image

───────────────────────────────────────────────────── 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 21/30 525R 525T ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Agency reference number FI Technical indication location H01L 21/30 525R 525T

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 マスクに形成されたマスクアライメント
マークと基板に形成された基板アライメントマークをア
ライメント光によって同時に照明し、マスクアライメン
トマークの像と基板アライメントマークの像の位置情報
を用いて前記マスクと前記基板を位置合わせする位置合
わせ方法において、 前記アライメント光として直線偏光を用い、前記アライ
メント光の偏光方向と直交する直線偏光を用いて前記マ
スクアライメントマーク及び基板アライメントマークの
像を形成することを特徴とする位置合わせ方法。
1. A mask alignment mark formed on a mask and a substrate alignment mark formed on a substrate are simultaneously illuminated by alignment light, and the mask is aligned with the mask using position information of an image of the mask alignment mark and an image of the substrate alignment mark. In the positioning method for positioning the substrate, linearly polarized light is used as the alignment light, and images of the mask alignment mark and the substrate alignment mark are formed using linearly polarized light orthogonal to a polarization direction of the alignment light. And the alignment method.
【請求項2】 前記マスクと前記基板の間の光路中に波
長板を配置することを特徴とする請求項1記載の位置合
わせ方法。
2. The alignment method according to claim 1, wherein a wave plate is arranged in an optical path between the mask and the substrate.
【請求項3】 マスクに形成されたマスクアライメント
マークと基板に形成された基板アライメントマークを同
時に観察し、両者の位置関係を求めて前記マスクと前記
基板とを位置合わせする位置合わせ方法において、 前記マスクアライメントマークをバックグラウンドレベ
ルに対して暗レベルの像として観察し、前記基板アライ
メントマークをバックグラウンドレベルに対して明レベ
ルの像として観察することを特徴とする前記マスクと前
記基板の位置合わせ方法。
3. A positioning method for simultaneously observing a mask alignment mark formed on a mask and a substrate alignment mark formed on a substrate, determining a positional relationship between the two, and positioning the mask and the substrate. Wherein the mask alignment mark is observed as a dark level image with respect to a background level, and the substrate alignment mark is observed as a light level image with respect to a background level. .
【請求項4】 マスクに形成されたパターンを感光剤が
塗布された基板上に投影する投影光学系と、前記マスク
の上方に配置され、前記マスクに形成されたマスクアラ
イメントマークと前記基板に形成された基板アライメン
トマークとを同時に観察するアライメント系とを含む露
光装置において、 前記アライメント系は、光源と、前記光源からの光を直
線偏光した照明光として前記マスク及び前記基板に照射
する第1の偏光手段と、撮像手段と、前記マスク及び前
記基板から戻ってくる光のうち前記照明光の偏光方向と
直交する方向の偏光成分のみを前記撮像手段に入射させ
る第2の偏光手段とを備えることを特徴とする露光装
置。
4. A projection optical system for projecting a pattern formed on a mask onto a substrate coated with a photosensitive agent, and a mask alignment mark disposed on the mask and formed on the substrate and a mask alignment mark formed on the mask. An exposure system including an alignment system for simultaneously observing the obtained substrate alignment mark, wherein the alignment system irradiates the light from the light source to the mask and the substrate as linearly polarized illumination light. A polarization unit, an imaging unit, and a second polarization unit that, of the light returning from the mask and the substrate, only a polarization component in a direction orthogonal to a polarization direction of the illumination light is incident on the imaging unit. Exposure apparatus characterized by the above-mentioned.
【請求項5】 前記マスクと前記基板の間の前記アライ
メント系の光路中に波長板が配置されていることを特徴
とする請求項4記載の露光装置。
5. The exposure apparatus according to claim 4, wherein a wavelength plate is disposed in an optical path of said alignment system between said mask and said substrate.
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CN108318222A (en) * 2017-01-17 2018-07-24 上海微电子装备(集团)股份有限公司 A kind of polarizing film caliberating device and method

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