JPS61278137A - Alignment method for semiconductor exposure device - Google Patents

Alignment method for semiconductor exposure device

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JPS61278137A
JPS61278137A JP60118971A JP11897185A JPS61278137A JP S61278137 A JPS61278137 A JP S61278137A JP 60118971 A JP60118971 A JP 60118971A JP 11897185 A JP11897185 A JP 11897185A JP S61278137 A JPS61278137 A JP S61278137A
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complex
reticle
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俊彦 中田
Yoshisada Oshida
良忠 押田
Masataka Shiba
正孝 芝
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PURPOSE:To reduce the number of alignment optical systems by automatically detecting positions of the (x) direction and (y) direction of each chip on a wafer by one alignment pattern and one alignment detection optical system. CONSTITUTION:Beam light emitted from an Ar laser 45 is reflected by a mirror section 37, and lights an alignment pattern 61 on a wafer 3 through a reduction projection lens 2. Reflected beams from the wafer 3 are reflected by the mirror section 37 on the lower surface of a reticle, and image-formed at a position 39 on just a half mirror 40 on the surface lower than the reticle only by the chromatic aberration section of the reduction projection lens 2 to the wavelength of the Ar laser 45. The image is reflected by a mirror 41, and formed at the front-side focal position 85 of a Fourier transformer lens 19 by a magnifying lens 47. The magnified image of the front-side focal position 85 is complex Fourier-transformed optical by the Fourier transformer lens 19, and complex amplitude distribution thereof is overlapped on an interference pattern 25 on an optical correlation filter 26, thus forming correlation. Complex amplitude distribution is complex Fourier inverse-transformed optically by a Fourier transform lens 28, and an optical peak is detected by a solid-state image pickup element 51.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体露光装置のアライメント方法に係υ、特
に、ウェハ上の72イメントパターンの位置を高精度に
検出するのに好適なアライメント方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to an alignment method for a semiconductor exposure apparatus, and particularly to an alignment method suitable for detecting the position of a 72-dimensional pattern on a wafer with high precision.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

半導体露光装置として、特に縮小投影露光装置を例にと
夛、本発明の詳細な説明する。
The present invention will be described in detail by taking a reduction projection exposure apparatus as an example of a semiconductor exposure apparatus.

半導体集積回路の微細化が進むにつれて、縮小投影露光
装置で露光する際のレチクルとウエノ・とのアライメン
ト精度はますます高いものが要求されている。そのため
、1チツプ毎のアライメントが行え、ウェハ上のチップ
配列誤差に対応できる縮小投影レンズを介してウェハ上
のアライメントパターンを検出す゛るT T L (T
hrough Th@Lens )アライメント方式が
高集積回路の製造において主流になってきている。
As the miniaturization of semiconductor integrated circuits progresses, higher and higher alignment precision between a reticle and a wafer is required during exposure using a reduction projection exposure apparatus. Therefore, TTL (T
The through Th@Lens) alignment method has become mainstream in the manufacture of highly integrated circuits.

第17図はTTLアライメント方式の一例を示したもの
である。レチクルlの回路パターンは縮小投影レンズ2
を介し、ウェハ3上に1ないし数チップずつ露光される
。4はウェハステーノである。
FIG. 17 shows an example of the TTL alignment method. The circuit pattern of reticle L is the reduction projection lens 2
The wafer 3 is exposed one to several chips at a time. 4 is a wafer steno.

ここではまず、レチクルアライメント光学系5.5′に
よりレチクル1を初期位置にセットする。そしてウェハ
3上のアライメントツクターン14.14’を縮小投影
レンズ2を介してレチクル1上のアライメント/IPタ
ーン13.13’上に結像し、両パターンをウェハアラ
、イメント検出光学系で検出し、アライメントする。ウ
ェハアライメント検出光学系は、ミラー6.6′、レン
ズ7.7′、8.8′、可動スリット9.9′、光電子
増倍管10.10′及び露光光と同じ波長のアライメン
ト用照明光を発する光ファイバー11.11′よシ成る
。第18図(a)〜(、)は、ウェハ3上のアライメン
トパターン14の中心位置検出方法を示したものである
。同図(&)は、レチクル上の窓状のアライメント・量
ターン13内に結像したウェハ3上のアライメント/I
Pターン14を示しており、同図(b)は同じくウェハ
3上のアライメントパターン14の断面構造を示したも
のである。3′は81基板、3′はアライメント・9タ
ーン14を形成するStO,段差、15はホトレジスト
である。同図(c)は可動スリット9の移動により光電
子増倍管10から出力される両アライメント・9ターン
の検出信号を示したものである。16はレチクル1上の
アライメントパターン13の検出信号であり、17がウ
ェハ3上のアライメントパターン14のそれである。ウ
ェハ3上のアライメント・ぐターン14の中心位置IW
は、検出信号17の波形の対称中心を求めることにより
得られ、レチクル上のアライメントツクターン13の中
心位置■Rとの差Δよシアライメント量が得られる。ア
ライメントが終了すると、露光系12(第17図)によ
り、露光光が照射される。尚、この種の装置として関連
するものに、特開昭55−41739号がある。
First, the reticle 1 is set at the initial position by the reticle alignment optical system 5.5'. Then, the alignment turn 14.14' on the wafer 3 is imaged onto the alignment/IP turn 13.13' on the reticle 1 through the reduction projection lens 2, and both patterns are detected by the wafer alignment and alignment detection optical systems. , align. The wafer alignment detection optical system includes a mirror 6.6', lenses 7.7' and 8.8', a movable slit 9.9', a photomultiplier tube 10.10', and alignment illumination light having the same wavelength as the exposure light. It consists of optical fibers 11 and 11' that emit light. 18(a) to 18(,) show a method for detecting the center position of the alignment pattern 14 on the wafer 3. FIG. The figure (&) shows the alignment/I on the wafer 3 imaged within the window-like alignment/quantity turn 13 on the reticle.
The P-turn 14 is shown, and FIG. 3' is an 81 substrate, 3' is StO for forming alignment/9 turns 14, a step, and 15 is a photoresist. FIG. 6(c) shows detection signals for both alignments and nine turns output from the photomultiplier tube 10 as the movable slit 9 moves. 16 is a detection signal of the alignment pattern 13 on the reticle 1, and 17 is a detection signal of the alignment pattern 14 on the wafer 3. Center position IW of alignment groove 14 on wafer 3
is obtained by finding the center of symmetry of the waveform of the detection signal 17, and the shear alignment amount is obtained by the difference Δ from the center position ①R of the alignment turn 13 on the reticle. When the alignment is completed, exposure light is irradiated by the exposure system 12 (FIG. 17). A related device of this type is JP-A-55-41739.

このアライメント方式の問題点として以下の点が挙げら
れる。まず、1%1両方向のウェハアライメント検出光
学系が必要であシ、2つのレチクルアライメント光学系
とあわせて計4つのアライメント光学系がレチクル周辺
にあり、装置が複雑かつ大形化してしまう。また、”s
V力方向ウェハ上のアライメントツクターンを別々に検
出・処理するため、アライメント時間が長くかかり、ス
ルーグツトが低下してしまう。
Problems with this alignment method include the following points. First, a wafer alignment detection optical system in both directions is required, and a total of four alignment optical systems including two reticle alignment optical systems are located around the reticle, making the apparatus complicated and large. Also, “s”
Since the alignment cuts on the wafer in the V-force direction are detected and processed separately, the alignment time is long and the throughput is reduced.

更に、ウェハ上のアライメントツクターンからの反射光
をそのまま結像し、その強度分布からアライメントパタ
ーンの中心位置を求めている為、その強度分布はレゾス
ト内部での照明光の多重干渉に大きく影響されている。
Furthermore, since the reflected light from the alignment cutter on the wafer is directly imaged and the center position of the alignment pattern is determined from its intensity distribution, the intensity distribution is greatly affected by multiple interference of illumination light inside the resist. ing.

すなわち第19図(、)に示すように、アライメントノ
ンターン部でのレジスト15表面からの反射光98の強
度を11、下地層3′からの反射光98′の強度をI、
とすると、両反射光の干渉の結果、得られるアライメン
ト・9タ一ン部での干渉光の強度Iは 但し、n、ニレジストの屈折率 λ:照明光の波長 dニレジストの膜厚 となる。一方、アライメントパターン部近傍でのレノス
ト15表面からの反射光99の強度と段差層3〃からの
反射光99′の強度が、仮にそれぞれ11及び工。
That is, as shown in FIG. 19(,), the intensity of the reflected light 98 from the surface of the resist 15 at the alignment non-turn portion is 11, the intensity of the reflected light 98' from the underlayer 3' is I,
Then, as a result of the interference of both reflected lights, the intensity I of the interference light at the alignment/9 tan part is obtained where n is the refractive index of the resist, λ is the wavelength of the illumination light, and d is the film thickness of the resist. On the other hand, suppose that the intensity of the reflected light 99 from the surface of the renost 15 and the intensity of the reflected light 99' from the step layer 3 in the vicinity of the alignment pattern are 11 and 11, respectively.

とすれば、同様にアライメントパターン部近傍での干渉
光の強度■は前記(1)式で与えられる。そうすると、
アライメントノやターン部でのレノスト膜厚100とア
ライメントツクター7部近傍でのレノスト膜厚101と
の差が丁度、(λ/2 ny )” n (n =Or
 1 +2、・・・)の場合には、アライメントパター
ン部とアライメント・ぐターン部近傍での干渉光の強度
が等しくなシ、検出信号は第19図(b)に示すように
コントラストが低くな勺、アライメント精度が低下して
しまう不都合が生じる。
Then, similarly, the intensity (2) of the interference light in the vicinity of the alignment pattern portion is given by the above equation (1). Then,
The difference between the Lennost film thickness 100 at the alignment point and turn part and the Lennost film thickness 101 near the alignment cutter 7 is exactly (λ/2 ny)" n (n = Or
1 +2,...), the intensity of the interference light near the alignment pattern part and the alignment pattern part is not equal, and the detection signal has a low contrast as shown in Figure 19(b). However, there is a problem in that the alignment accuracy decreases.

また、吸光剤入りレジストや多層レノストを使用する際
には、アライメントパターン照明光として露光光とは異
なる波長の光を使用する必要があシ、その場合、縮小投
影レンズの色収差により、ウェハアライメントノやター
ンはレチクルアライメン) z?ターンから包収差分だ
け離れた位置に結像してしまう。従って、レチクルアラ
イメントノ9ターンとウェハアライメント・ぐターンと
を別々に検出しなければならず、検出光学系がますます
複雑化してしまう。
Furthermore, when using a resist containing a light absorbing agent or a multilayer resist, it is necessary to use light with a wavelength different from that of the exposure light as the alignment pattern illumination light. and turns are reticle alignment) z? The image is formed at a position away from the turn by the amount of the envelope aberration difference. Therefore, the reticle alignment nine turns and the wafer alignment turn must be detected separately, making the detection optical system increasingly complex.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、上記従来技術の各問題点を解決し、簡
単な構成にて短時間で精度良く、しかもI、7両方向の
アライメントを同時にできる半導体露光装置のアライメ
ント方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an alignment method for a semiconductor exposure apparatus that solves the problems of the above-mentioned conventional techniques, has a simple configuration, is quick and accurate, and can perform alignment in both I and 7 directions simultaneously. .

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

上記目的を達成する為、本発明では、ウェハ上のプライ
メントノ4ターンをコヒーレント光で照明し、・4ター
ンからの反射光の複素振幅分布を光学的に複素フーリエ
変換し、複素フーリエ変換面に上記複素フーリエ変換に
よって得られた複素振幅分布と共役な複素振幅分布をも
つ光学的相関フィルタを設置して両複素振幅分布を光学
的に重ね合せ、該重ね合せによって得られる複素振幅分
布を再び光学的に複素フーリエ変換し、該複素フーリエ
変換面で得られた複素振幅分布中の最大振幅位置より上
記ウェハ上のアライメントパターン位置を検出する。
In order to achieve the above object, in the present invention, the four turns of the pliment on the wafer are illuminated with coherent light, the complex amplitude distribution of the reflected light from the four turns is optically complex Fourier transformed, and the above-mentioned An optical correlation filter having a complex amplitude distribution conjugate to the complex amplitude distribution obtained by complex Fourier transform is installed, both complex amplitude distributions are optically superimposed, and the complex amplitude distribution obtained by the superposition is optically The alignment pattern position on the wafer is detected from the maximum amplitude position in the complex amplitude distribution obtained on the complex Fourier transform plane.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明の一実施例を第1図乃至第16図を参照し
て説明する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 16.

まず、第13図〜第17図により、本発明の詳細な説明
する。第13図は、ウェハ上のチップ/ぐターフ18近
傍に配置されたアライメントパターン61から得られた
反射光の複素振幅分布を光学的複素フーリエ変換すると
ころを示す図である。検出光学系(図示せず)のウェハ
上アライメーント/4’ターン61の結像位置85から
焦点距離f離れた位置86にフーリエ変換レン)e19
を設置する。そして、ウェハ上のアライメントパターン
61をコヒーレント光で照明する(図示せず)と、フー
リエ変換レンズ19の後側焦点位置87にアライメント
・ぐターン61の複素フーリエ変換像20が得られる。
First, the present invention will be explained in detail with reference to FIGS. 13 to 17. FIG. 13 is a diagram showing optical complex Fourier transform of the complex amplitude distribution of reflected light obtained from the alignment pattern 61 placed near the chip/turf 18 on the wafer. Alignment of the detection optical system (not shown) on the wafer/Fourier transform lens (Fourier transform lens) e19 at a position 86 distant from the focal length f from the imaging position 85 of the 4' turn 61
Set up. When the alignment pattern 61 on the wafer is illuminated with coherent light (not shown), a complex Fourier transform image 20 of the alignment pattern 61 is obtained at the rear focal position 87 of the Fourier transform lens 19.

すなわち、ウェハからの反射光の複素振幅分布をw(x
、y)、そのうちアライメントパターン61からの反射
光の複素振幅分布をp(x、y)、その他の領域からの
反射光の複素振幅分布をs(x、y)、またウェハツク
ターンの位置を(xy * yw )とすると、 v(x、y)=e(:c、y)+p(x−xw、y−y
w)   −(2)となる。従って、後側焦点位置87
におけるウェハからの反射光の複素フーリエ変換像20
の複素振幅分布W(μ、ν)は、 W(μ、ν) =? (=Cx、y))= f (−(
x、y)+ p(x−x−、y−yW) )”’  E
(μ、す+P(μ、y)*exp(−j2π(μazw
+ν・yw))・・イ3)但し 7”():複素フーリ
エ変換を表す演算子μ、ν :空間周波数 E(μ、す:・(x、y)の複素フーリエ変換像P(μ
、す: p(x、y)の複素フーリエ変換像となる。尚
、本実施例において、ウェハ上のアライメントパターン
61は、6μm角(ウェハ上)の正方形パターンとして
いる。
That is, the complex amplitude distribution of the reflected light from the wafer is expressed as w(x
, y), the complex amplitude distribution of the reflected light from the alignment pattern 61 is p(x, y), the complex amplitude distribution of the reflected light from other areas is s(x, y), and the position of the wafer turn is (xy * yw), then v(x, y) = e(:c, y) + p(x-xw, y-y
w) −(2). Therefore, the back focus position 87
Complex Fourier transform image 20 of reflected light from the wafer at
The complex amplitude distribution W(μ, ν) of W(μ, ν) =? (=Cx, y))=f (-(
x, y) + p(x-x-, y-yW) )"' E
(μ, S+P(μ, y)*exp(-j2π(μazw
+ν・yw))...A3) However, 7"(): Operator μ, ν representing complex Fourier transform: Spatial frequency E(μ, S:・Complex Fourier transform image P(μ) of (x, y)
, S: becomes a complex Fourier transform image of p(x,y). In this embodiment, the alignment pattern 61 on the wafer is a square pattern of 6 μm square (on the wafer).

第14図はアライメントパターン61の位置を検出する
ための光学的相関フィルタの作成方法を示した図である
。まず、フーリエ変換レンズ23の前側焦点位置88に
、第13図の結像位置85におけるものと全く同じ形状
及び同じ大きさのクロムCrパターン(不透明体)95
を有するモデルマスク21を設置する。また、後側焦点
位置90に写真乾板26を設置する。そして、このモデ
ルマスク21を、アライメントパターンの検出に用いる
のと同じ波長λのコヒーレント光22で照明する。する
と、第13図と同m、7−IJ−!:変換レンズ23に
より、モデルマスク21からの透過光の複素振幅分布が
複素フーリエ変換され、後側焦点位置90に複素フーリ
エ変換像が得られる。この時、光22の光軸に対し入射
角θで照明光22と同じ波長の平面波24を参照光とし
て入射させ、複素フーリエ変換像と光干渉させ、この干
渉パターン25を写真乾板26に焼きつける。今、モデ
ルマスク21からの複素振幅分布をf(x、y)、平面
波24の複素振幅分布を単位振幅UB=axp(j2π
αりとすると、写真乾板26に焼きつけられた干渉・ぐ
ターン25の透過率M(μ、ν)は、 M(μ、ν)=17−(f(x、y))+Uml”=I
F(μ、ν)+exp(j2Kaす12=: 1 + 
IP(A、す12 IF(μ、ν)−@XP(j2παν)+F′″(μ、
ν)eexp(j2Kccν)・・・−−−−−−(4
)但し、F(μ、ν): f(x、y)の複素フーリエ
変換偉F9(μ、ν)二F(μ、ν)の共役複素関数α
=画θ/λ (λ:波長) となる。以上が、本実施例において使用した光学的相関
フィルタの作成方法である。尚、以下では干渉パターン
25が焼きつけられた写真乾板26を光学的相関フィル
タ26と呼ぶものとする。
FIG. 14 is a diagram showing a method of creating an optical correlation filter for detecting the position of the alignment pattern 61. First, at the front focal position 88 of the Fourier transform lens 23, a chromium pattern (opaque body) 95 having exactly the same shape and size as that at the imaging position 85 in FIG.
A model mask 21 having the following characteristics is installed. Further, a photographic plate 26 is installed at the rear focal position 90. Then, this model mask 21 is illuminated with coherent light 22 having the same wavelength λ used for detecting the alignment pattern. Then, the same m as in Fig. 13, 7-IJ-! : The complex amplitude distribution of the transmitted light from the model mask 21 is subjected to complex Fourier transform by the conversion lens 23, and a complex Fourier transform image is obtained at the rear focal position 90. At this time, a plane wave 24 having the same wavelength as the illumination light 22 is made incident as a reference light at an incident angle θ with respect to the optical axis of the light 22, optically interferes with the complex Fourier transformed image, and this interference pattern 25 is printed onto a photographic plate 26. Now, the complex amplitude distribution from the model mask 21 is f(x, y), and the complex amplitude distribution of the plane wave 24 is the unit amplitude UB=axp(j2π
α, the transmittance M(μ, ν) of the interference pattern 25 printed on the photographic plate 26 is M(μ, ν)=17−(f(x,y))+Uml”=I
F(μ, ν)+exp(j2Kas12=: 1 +
IP(A, S12 IF(μ, ν)−@XP(j2παν)+F′″(μ,
ν) eexp(j2Kccν)...---(4
), where F(μ, ν): complex Fourier transform of f(x, y), F9(μ, ν) and conjugate complex function α of F(μ, ν)
= image θ/λ (λ: wavelength). The above is the method for creating the optical correlation filter used in this example. In the following, the photographic plate 26 on which the interference pattern 25 is printed will be referred to as an optical correlation filter 26.

第15図は、この光学的相関フィルタ26を用いた光学
的相関によるウェハ上アライメントノリーン61の位置
検出原理を示した図である。まず第13図と同様、検出
光学系(図示せず)のウェハ上アライメントノ!ターン
61の結像位置85から焦点距離f離れた位置86にフ
ーリエ変換レン−(’19を設置する。
FIG. 15 is a diagram showing the principle of detecting the position of the on-wafer alignment noreen 61 by optical correlation using this optical correlation filter 26. First, as in FIG. 13, the on-wafer alignment of the detection optical system (not shown) is performed. A Fourier transform lens ('19) is installed at a position 86 that is a focal length f away from the imaging position 85 of the turn 61.

また後側焦点位置87に前述の光学的相関フィルタ26
を設置する一方、後側焦点位置87から焦点距離f離れ
た位置91にフーリエ変換レンズ詔を設置する。今、ウ
ェハ上アライメントノターン61を、光学的相関フィル
タ26を作成する際に用いたのと同じ波長のコヒーレン
ト光で照明する(図示せず)と、ウェハからの反射光の
複素振幅分布は、フーリエ変換レンズ19により光学的
に複素フーリエ変換され、その結果、光学的相関フィル
タ2Gの直前の複素振幅分布は前記(3)式で表される
ものとなる。
Also, the above-mentioned optical correlation filter 26 is located at the rear focal position 87.
At the same time, a Fourier transform lens arm is installed at a position 91 that is a focal length f away from the rear focal position 87. Now, when the on-wafer alignment noturn 61 is illuminated with coherent light of the same wavelength as that used to create the optical correlation filter 26 (not shown), the complex amplitude distribution of the reflected light from the wafer is as follows. A complex Fourier transform is optically performed by the Fourier transform lens 19, and as a result, the complex amplitude distribution immediately before the optical correlation filter 2G is expressed by the above equation (3).

従って、光学的相関フィルタ26の直後の複素振幅分布
Q(μ、ν)は Q(μ、ν)=W(μ、ν)−M(μ、ν)=〔E(μ
、す+P(μ、ν)@xp(−j2π(μ・Xy+ν’
yw))]−(1+ IF(μ、ν)I” + F(μ
、y)txp(−j2παり十F“(μ、ν)11・x
p(j2παν)〕=E(μ、す+E(μ、す・IF(
μ、す12+E(μ、ν)−F(μ、すeexp(−j
2παす+1i:(、ci、u)・F”(μ、ν)ax
p(j2παν)+p(μmν)axp(−jzπ(μ
oz、+ハyw))+p(μ、す*IF(μ、すl”e
@xp(−j2π(μ・xW+ν・yw))+P(μ、
ν)11F′(μ、ν)exp[−j2π(μ*xw+
ν*yy+aす)+p(μ、リーF*(μ、ν)exp
(−j2π(μ・xW+シ117w −αす)、・・・
・・・・・(5) となる。この複素振幅分布Q(μ、ν)は、さらにフー
リエ変換レンズ路により光学的に複素フーリエ逆変換さ
れる。逆変換により、フーリエ変換レンズ四の後側焦点
位置31において得られる複素振幅分布r(X、7)は
、 r(x、y)=′y″″1(Q(μ、シ月;−7″″8
(W(μ、ν)・M(μ、ν))=e(xIy) +e(x、y)拳f(x、y)Of(:、y)+e (
X + 3’ )本f(x、y)*  δ(X+7−α
)+・(x、y)Of(x、y)傘δ(x、y+α)+
p(x、y)*δ(’E ”W、’! )’w)+p(
x、y)of(x、y)Of(x、y)傘δ(X−Xw
* 7  )’w)+p(x、y)本f(x、y)本δ
(X  Xy、(7−72(り)+p(x、y)Of(
xeF)”δ(+c−xw−(y  yw+cり)  
・*+  (6)但し、”(”+7)”(”、y): 
e(x、y)とf(x、y)の畳み込み積分 δ(x、y):デルタ関数(但し振幅は1とする)8(
X1y)Of(x、y): a(x、y)とf (x 
、y)との相関となる。ここで、第1項〜第3項及び第
5項〜第7項は、その光強度が非常に小さいため、はと
んど無視できる。一方、第4項はアライメント・量ター
ン61以外の領域からの反射光の複素振幅分布e(x、
y)とアライメントパターン61をもとに作成した光学
的相関フィルタ26上の干渉パターン5との相関である
。アライメントzJ?ターン61の近傍にそれに似た形
状のパターンがある場合、第15図に示すように後側焦
点位置31において光軸に近い位置(0,α)に低い光
ピーク30が現われる。第8項が求めるべきアライメン
ト・ぐターン61と光学的相関フィルタ26上の干渉パ
ターン25との相関である。
Therefore, the complex amplitude distribution Q(μ, ν) immediately after the optical correlation filter 26 is Q(μ, ν)=W(μ, ν)−M(μ, ν)=[E(μ
, S+P(μ, ν)@xp(-j2π(μ・Xy+ν'
yw))]−(1+IF(μ,ν)I”+F(μ
,y)txp(-j2παri1F"(μ, ν)11・x
p(j2παν)] = E(μ, S+E(μ, S・IF(
μ,su12+E(μ,ν)−F(μ,suexp(−j
2παs+1i: (, ci, u)・F”(μ, ν)ax
p(j2παν)+p(μmν)axp(−jzπ(μ
oz, +highw))+p(μ,su*IF(μ,sl”e
@xp(-j2π(μ・xW+ν・yw))+P(μ,
ν)11F′(μ, ν)exp[−j2π(μ*xw+
ν*yy+asu)+p(μ, Lee F*(μ, ν)exp
(−j2π(μ・xW+shi117w −αs),...
...(5) becomes. This complex amplitude distribution Q(μ, ν) is further optically inversely complex-Fourier-transformed by a Fourier-transform lens path. By inverse transformation, the complex amplitude distribution r(X, 7) obtained at the rear focal position 31 of the Fourier transform lens 4 is r(x, y)='y''''1(Q(μ, ″″8
(W(μ, ν)・M(μ, ν))=e(xIy) +e(x, y) fist f(x, y)Of(:, y)+e (
X + 3') book f(x, y) * δ(X+7-α
)+・(x,y)Of(x,y)umbrella δ(x,y+α)+
p(x,y)*δ('E ``W,'!)'w)+p(
x, y) of (x, y) of (x, y) umbrella δ (X-Xw
*7)'w) + p(x, y) books f(x, y) books δ
(X Xy, (7-72(ri)+p(x,y)Of(
xeF)"δ(+c-xw-(y yw+cri)
・*+ (6) However, “(”+7)”(”, y):
Convolution integral of e (x, y) and f (x, y) δ (x, y): delta function (however, the amplitude is 1) 8 (
X1y)Of(x,y): a(x,y) and f(x
, y). Here, the light intensities of the first to third terms and the fifth to seventh terms are very small, so they can be ignored. On the other hand, the fourth term is the complex amplitude distribution e(x,
y) and the interference pattern 5 on the optical correlation filter 26 created based on the alignment pattern 61. Alignment zJ? When there is a pattern with a similar shape near the turn 61, a low optical peak 30 appears at a position (0, α) close to the optical axis at the rear focal position 31, as shown in FIG. The eighth term is the correlation between the alignment pattern 61 and the interference pattern 25 on the optical correlation filter 26 to be determined.

干渉パターン25はアライメントパターン61をもとに
作成されているわけであるから、この第8項は非常に高
い相関を示し、後側焦点位置31において、アライメン
トノぐター761の位置の座標(XW+ 3’W)の符
号を反転し、y方向に+αシフトした位置(”iFe 
 yw+α)に鋭い相関光ピーク四を生じる。
Since the interference pattern 25 is created based on the alignment pattern 61, this eighth term shows a very high correlation, and at the rear focal position 31, the coordinates (XW+ 3'W) and shifted +α in the y direction ("iFe
A sharp correlated light peak 4 is produced at yw+α).

従って、常に検出視野内においてアライメント・りター
ン61の近傍にそれと似た形状のパターンが形成されな
いようにしておけば、光ピーク30は、必ず光ピーク2
9よりも小さくなシ、極めて高いSN比で、アライメン
ト・フタ−761の位置が検出できる。尚、X方向のシ
フト量αは常に固定であるから容易に補正できる。
Therefore, if a pattern with a similar shape is always prevented from being formed in the vicinity of the alignment/return 61 within the detection field of view, the optical peak 30 will always be the same as the optical peak 2.
The position of the alignment lid 761 can be detected with an extremely high signal-to-noise ratio of less than 9. Note that since the shift amount α in the X direction is always fixed, it can be easily corrected.

第16図は、フーリエ変換レンズ路の後側焦点位置31
に受光素子として固体撮像素子を設置して素子面96上
で相関光ピークを受光する様子を示したものである。検
出信号を一度画像メモリ等に格納した後、X方向及びX
方向の信号として読み出し、それぞれ、信号の対称性中
心を求めるかあるいは適当なしきい値で2値化してX方
向の光ピーク32及びX方向の光ビークあの中心位置を
求めることにより、アライメントノやターン61のX及
びX方向の中心位置を求める。以上が本発明における光
学的相関フィルタを用いるウェハ上アライメントノJ?
ターン位置検出の原理である。
FIG. 16 shows the rear focus position 31 of the Fourier transform lens path.
This figure shows how a solid-state image sensor is installed as a light-receiving element and a correlated light peak is received on the element surface 96. After storing the detection signal in the image memory etc.,
By reading the signal as a signal in the X direction and finding the center of symmetry of each signal, or by binarizing it with an appropriate threshold value and finding the center position of the optical peak 32 in the X direction and the optical beak in the Find the center position of 61 in the X and X directions. The above describes on-wafer alignment using an optical correlation filter according to the present invention.
This is the principle of turn position detection.

第1図はこの原理に基づいて構成したウエノ・アライメ
ント検出光学系を示したものである。本実施例において
は、ウェハ上アライメント・クターン照明光として、吸
光剤入シレノストや多層レゾストに対応させ、かつコヒ
ーレント光でなくてはならないという観点から、露光光
と波長の異なる波長514゜5nmのArレーデを用い
ている。Arレーデ45から出射したビーム光は、ミラ
ー44及びハーフミラ−46で反射され、シャッタ43
、リレーレンズ42、ミラー41及びハーフミラ−40
を経た後、レチクル下面にクロムcrで形成されたミラ
一部37で反射され、縮小投影レンズ2を通してウェハ
3上のアライメントパターン61を照明する。ウェハ3
からの反射光は再び縮小投影レンズ2を通り、レチクル
下面の前記ミラ一部37で反射され、Arレーデ45の
波長に対する縮小投影レンズ2の一色収差分だけレチク
ルよシ下面の丁度ハーフミラ−40上の位置39に結像
する。この像は、ミラー41で反射され、リレーレンズ
42、シャッタ43、ハーフミラ−46ヲ経て拡大レン
ズ47により、フーリエ変換レンズ19の前側焦点位置
85に結像する。その後は、第15図の原理図に基づき
、フーリエ変換レンズ19により前側焦点位置85の拡
大像が光学的に複素フーリエ変換され、その複素振幅分
布が光学的相関フィルタ26上の干渉パターン25(第
15図)と重なり相関がとられる。そして、光学的相関
フィルタ26直後の複素振幅分布をフーリエ変換レンズ
28により光学的に複素フーリエ逆変換し、第15図に
示すような光ピークを固体撮像素子51で検出する。検
出信号は計算機で処理され、第16図に示すように、光
ピーク29の位置(”Wr  3’W+α)よりアライ
メント・やターンの位置(”W + 3’W)が計算さ
れる。尚、この際、シャッタ59は閉じられている。
FIG. 1 shows a Ueno alignment detection optical system constructed based on this principle. In this example, as the on-wafer alignment/cutan illumination light, we used Ar with a wavelength of 514°5 nm, which is different from the exposure light, from the viewpoint that it is compatible with light-absorbing agent-containing silenost and multilayer resist, and it must be coherent light. It uses Rede. The beam light emitted from the Ar radar 45 is reflected by the mirror 44 and the half mirror 46, and then the shutter 43
, relay lens 42, mirror 41 and half mirror 40
After that, the light is reflected by a mirror portion 37 formed of chrome CR on the lower surface of the reticle, and illuminates the alignment pattern 61 on the wafer 3 through the reduction projection lens 2. wafer 3
The reflected light passes through the reduction projection lens 2 again, is reflected by the mirror portion 37 on the lower surface of the reticle, and is reflected by the monochromatic aberration of the reduction projection lens 2 relative to the wavelength of the Ar radar 45, just above the half mirror 40 on the lower surface of the reticle. The image is formed at position 39. This image is reflected by the mirror 41, passes through the relay lens 42, the shutter 43, and the half mirror 46, and is focused on the front focal position 85 of the Fourier transform lens 19 by the magnifying lens 47. Thereafter, based on the principle diagram in FIG. Figure 15) overlaps and correlations are taken. Then, the complex amplitude distribution immediately after the optical correlation filter 26 is optically subjected to inverse complex Fourier transform using the Fourier transform lens 28, and a light peak as shown in FIG. 15 is detected using the solid-state imaging device 51. The detection signal is processed by a computer, and as shown in FIG. 16, the alignment/turn position (W+3'W) is calculated from the position of the optical peak 29 (Wr3'W+α). Note that at this time, the shutter 59 is closed.

第2図は、本実施例におけるウェハ3上のアライメント
パターン61の配置を示したものである。
FIG. 2 shows the arrangement of the alignment pattern 61 on the wafer 3 in this embodiment.

本発明によれば、1つのアライメントノ!ターンでX及
びX方向の位置検出が可能であるため、アライメントノ
母ターン61はチッグノ9ターン18のXもしくはX方
向のどちらか一方の辺に近接して設ければよい。
According to the invention, one alignment no! Since position detection in the X and X directions is possible with the turn, the alignment mother turn 61 may be provided close to either the X or one side of the X direction of the nine turns 18.

一方、レチクルの位置検出は次のようにして行う。第1
図において、シャッタ43を閉じ、シャッタ59を開く
。Arレーデ45から出射した光ビームはミラー44、
ハーフミラ−46、ハーフミラ−55、リレーレンズ5
4を経て、ハーフミラ−40で反射され、レチクル下面
に設けられたレチクルアライメントノ譬ターフ38を照
明する。このレチクルアライメントパターン38は第3
図に示すように、レチクル1の回路パターン60の外側
に前記ミラ一部37の/4’ターンと隣接して設けられ
ている。尚、レチクルアライメント・譬ターン38はX
方向検出用であり、この他にX方向検出用のレチクルア
ライメント・ぐターフ38′も設けられている。
On the other hand, the position of the reticle is detected as follows. 1st
In the figure, shutter 43 is closed and shutter 59 is opened. The light beam emitted from the Ar radar 45 passes through a mirror 44,
Half mirror 46, half mirror 55, relay lens 5
4, the light is reflected by a half mirror 40, and illuminates a reticle alignment turf 38 provided on the lower surface of the reticle. This reticle alignment pattern 38
As shown in the figure, it is provided outside the circuit pattern 60 of the reticle 1 adjacent to the /4' turn of the mirror portion 37. In addition, reticle alignment/parallel turn 38 is
A reticle alignment turf 38' for direction detection is also provided.

第4図はミラ一部37のノ母ターン37とレチクルアラ
イメント・やターン38の拡大図である。63はウェハ
上ライメントノやターンの照明光及び反射光のスポット
である。レチクルアライメント・ダターン38は、双曲
線フレネルノ母ターン97に近似のノ母ターン62が連
なっているノ9ターンである。従って、Arレーデの光
ビームでこのアライメントノ母ターン38を照明すると
、双曲線フレネルノJ?ターンにより、反射光が回折し
、第1図53の位置に直線状に集光する。この像をリレ
ーレンズ54、ハーフミラ−55及び拡大レンズ56を
介して固体撮像素子57の素子面58上に拡大結像する
FIG. 4 is an enlarged view of the main turn 37 and the reticle alignment turn 38 of the mirror portion 37. Reference numeral 63 indicates a spot of illumination light and reflected light on the alignment or turn on the wafer. The reticle alignment data turn 38 is a nine-turn series in which a hyperbolic Fresnel mother-turn 97 is connected with an approximate mother-turn 62. Therefore, when this alignment mother turn 38 is illuminated with the light beam of the Ar lede, the hyperbolic Fresnel no J? Due to the turn, the reflected light is diffracted and condensed in a straight line at the position shown in FIG. 1 53 . This image is enlarged and formed on the element surface 58 of the solid-state image sensor 57 via the relay lens 54, half mirror 55, and magnifying lens 56.

第5図は素子面58上の回折像と検出信号波形を示した
ものである。xRがレチクルアライメントパターン3B
の中心位置である。y方向に関しても同様にしてレチク
ルアライメント・蓼ターフ38′の中心位置y、を求め
る。尚、y方向のアライメント検出光学系は、レチクル
アライメント/4ターン38′だけを検出するためのも
のであるから、第1図に示した、Arレーデ−45、ミ
ラー材、ハーフミラ−39゜55、リレーレンズ54、
拡大レンズ56、li1体fi[E子57に相当するも
のだけを使用すればよく、構成が簡易になる。そして、
先に求めたウェハアライメントノ譬ターンの位置(xw
 + )’w)との差からアライメント量を求める。
FIG. 5 shows the diffraction image on the element surface 58 and the detected signal waveform. xR is reticle alignment pattern 3B
is the center position. In the y direction, the center position y of the reticle alignment/turf 38' is determined in the same manner. The y-direction alignment detection optical system is for detecting only the reticle alignment/4 turn 38', so the Ar radar 45, mirror material, half mirror 39°55, relay lens 54,
It is sufficient to use only the magnifying lens 56, the li body fi [corresponding to the E element 57], and the configuration is simplified. and,
The position of the wafer alignment parable turn found earlier (xw
The alignment amount is determined from the difference between +)'w).

以上、本実施例によれば、ウェハ上の各チップのX方向
及びy方向位置を1つの7ライメントi?ターンと1つ
のアライメント検出光学系で検出することができ、レチ
クル周辺の簡素化さらには縮小投影露光装置の小形化が
図れる一方、アライメント時間の短縮が可能となる。ま
た、従来のアライメント方式のように、ウェハ上のアラ
イメント・9ターンからの反射光をそのまま結像し、そ
の強度分布から、アライメントノ!ターンの中心位置を
求める方式に比べて、本方式は、アライメントハターン
からの反射光の複素振幅分布を光学的に複素フーリエ変
換することにより、反射光の振幅分布情報だけでなく位
相分布情報すなわち、アライメントノ!ターン部とその
近傍におけるレジスト膜厚の差による位相情報を利用し
ている。その結果、たとえ反射光の強度分布としてはコ
ントラストが低い場合でも、出力面には高い相関光ピー
クが現われ、高精度のアライメン(・・ぐターン位置検
出が可能となる。
As described above, according to this embodiment, the position of each chip on the wafer in the X direction and the y direction is divided into one 7 alignment i? It is possible to detect the turn with a single alignment detection optical system, and it is possible to simplify the area around the reticle and downsize the reduction projection exposure apparatus, while also shortening the alignment time. In addition, like the conventional alignment method, the reflected light from the nine alignment turns on the wafer is imaged as it is, and from the intensity distribution, the alignment no. Compared to the method of determining the center position of the turn, this method optically performs a complex Fourier transform on the complex amplitude distribution of the reflected light from the alignment pattern, thereby obtaining not only the amplitude distribution information of the reflected light but also the phase distribution information, that is, Alignment no! Phase information based on the difference in resist film thickness between the turn portion and its vicinity is used. As a result, even if the intensity distribution of the reflected light has a low contrast, a highly correlated light peak appears on the output surface, making it possible to detect the alignment position with high precision.

第6図と第7図は、本発明の第2の実施例を示す図であ
る。前述の実施例においては、ウェハ上のアライメント
ノ母ターンとして6μm角(ウェハ上)の正方形・9タ
ーンを用いたが、この場合、あらかじめ、各チップと検
出光学系内の光学的相関フィルタとの間で光軸と垂直方
向の角度補正を施す必要がある。つまり、第15図にお
いて、アライメント・9ターン61と光学的相関フィル
タ26上の干渉・9ターン25との間で角度ずれが生じ
ていると出力面31での相関光ピークが低くなり検出精
度が低下する。そこで、第2実施例では、第6図に示す
ように、ウェハ上のアライメント・9ターンとして直径
6μmの円形・9ターン68を用いる。すなわち、円形
・臂ターンの複素フーリエ変換像は光軸に関して回・軸
対称であるから、アライメントパターン68と干渉パタ
ーン69との間で、角度ずれが生じていても出力面31
での相関光ピークの高さは常に一定とな多角度ずれの影
響がなくなる。また、ウェハ上の2つのチップにおいて
このアライメントノ母ターンの検出を行えば、それぞれ
のX座標及びy座標からウェハと光学的相関フィルタの
間の角度ずれが検出でき、角度ずれの補正に利用するこ
とができる。
FIGS. 6 and 7 are diagrams showing a second embodiment of the present invention. In the above example, nine turns of a 6 μm square (on the wafer) were used as the alignment mother turn on the wafer, but in this case, the alignment between each chip and the optical correlation filter in the detection optical system was It is necessary to perform angle correction in the direction perpendicular to the optical axis between the two. In other words, in FIG. 15, if there is an angular deviation between the alignment 9 turns 61 and the interference 9 turns 25 on the optical correlation filter 26, the peak of the correlated light at the output surface 31 will become low and the detection accuracy will decrease. descend. Therefore, in the second embodiment, as shown in FIG. 6, a circular nine-turn 68 having a diameter of 6 μm is used as the nine alignment turns on the wafer. That is, since the complex Fourier transform image of the circular/arm turn is rotationally/axially symmetrical with respect to the optical axis, even if an angular shift occurs between the alignment pattern 68 and the interference pattern 69, the output surface 31
The height of the correlated light peak at is always constant, eliminating the influence of multiple angle shifts. Furthermore, if this alignment master turn is detected in two chips on the wafer, the angular deviation between the wafer and the optical correlation filter can be detected from the respective X and Y coordinates, and this can be used to correct the angular deviation. be able to.

第7図は、本実施例における、ウェハ3上のアライメン
ト/ダターン68の配置を示したものである。
FIG. 7 shows the arrangement of the alignment/data turn 68 on the wafer 3 in this embodiment.

本実施例においても前述の実施例と同様、1つのアライ
メント・ンターンでX及びy方向の位置検出が可能であ
るため、アライメントパターン68はチップ・9ターン
18のXもしくはy方向のどちらかの辺に近接して設け
ればよい。
In this embodiment, as in the previous embodiment, position detection in the X and y directions is possible with one alignment turn. It may be provided close to.

第8図〜第12図は、本発明の第3の実施例を示す図で
ある。本実施例においては、まず第8図に示すように、
前述の2つの実施例と同様、レチクルアライメント、4
ターン73を、レチクル1の回路ノ4ターン60の外側
に、ミラーノリーン37ト隣接シて設ける。
8 to 12 are diagrams showing a third embodiment of the present invention. In this embodiment, first, as shown in FIG.
Similar to the previous two embodiments, reticle alignment, 4
A turn 73 is provided on the outside of the circuit turn 60 of the reticle 1, adjacent to the mirror line 37.

第9図は、ミラーパターン37とレチクルアライメント
/4’ター773の拡大図である。本実施例では、レチ
クル1の位置検出に前述の2つの実施例のように双曲@
7レネルパターンを使用するのではなく、ウェハ上の7
ライメントパターンと同じ形状で、また同じ拡大偉とな
る大きさのCr zQターン74を使用し、ウェハアラ
イノ/トノリーンの検出に使用するアライメント検出光
学系及び光学的相関フィルタをそのまま利用するという
ものである。
FIG. 9 is an enlarged view of the mirror pattern 37 and the reticle alignment/4' tar 773. In this embodiment, the position detection of the reticle 1 is performed using hyperbolic @ as in the previous two embodiments.
7 on the wafer rather than using a 7 Renel pattern.
A Cr zQ turn 74 having the same shape and size as the alignment pattern is used, and the alignment detection optical system and optical correlation filter used for wafer alignment/tonolean detection are used as they are.

第1G図は、本実施例におけるアライメント検出光学系
を示したものである。ウェハアライメント・ぐターンの
検出に関しては、第1の実施例の場合と全く同じである
のでその説明は省略する。レチクルアライメントノ4タ
ーンの検出の際には、まず、シャッタ43を閉じ、シャ
ッタ59を開く。Arレーデ45から出射した光ビーム
は、ミラー44、ハーフミラ−46、シャッタ59、ハ
ーフミラ−75、リレーレンズ79、ハーフミラ−40
を経て、レチクルアライメント・ぐターン73を照明す
る。そしてその反射光が、ハーフミ7−40、リレーレ
ンズ79、ハーフミラ−75、ミラー76、拡大レンズ
77を経て、ハーフミラ−78上85の位置に拡大結像
する。この際、ハーフミラ−78上でのレチクルアライ
メントノヂターン73の拡大像と、ウェハアライメント
ツクターン61の拡大像とが同じ大きさとなるよう、レ
チクルアライメント・ぐター773上のパターン74の
大きさと拡大レンズ77の倍率を調節しておく。以下は
、第1f図に示すように、第1の実施例における光学相
関の原理(第15図)に従い、出力面31において、パ
ターン74の位置の座標(”11 * 7R)の符号を
反転し、X方向に+αシフトした位置(XH,−yR+
α)に鋭い相関光ビーク80が生じる。尚、第11図に
は、比較のためウェハアライメント・ぐターン61とそ
の相関光ピーク29が示されているが、実際には、両者
はシャッタ43及び59の開閉により片方ずつ検出され
る。第12図は、固体撮像素子51の撮像面96におけ
る相関光ピークの像80とそれに対応するX方向及びX
方向の検出信号81及び83を示したものである。弱い
像30とその信号ピーク82及び84は、前述の実施例
と同様レチクル・平ターン以外の領域と干渉・ンター7
5との相関によって生じたものであるが、光強度として
は非常に低いので特に問題とならない。
FIG. 1G shows the alignment detection optical system in this embodiment. Since the detection of wafer alignment and pattern is exactly the same as in the first embodiment, the explanation thereof will be omitted. When detecting the fourth turn of reticle alignment, first the shutter 43 is closed and the shutter 59 is opened. The light beam emitted from the Ar radar 45 passes through a mirror 44, a half mirror 46, a shutter 59, a half mirror 75, a relay lens 79, and a half mirror 40.
After that, the reticle alignment turn 73 is illuminated. The reflected light passes through the half mirror 7-40, the relay lens 79, the half mirror 75, the mirror 76, and the magnifying lens 77, and forms an enlarged image at a position 85 on the half mirror 78. At this time, the size of the pattern 74 on the reticle alignment groove 773 is enlarged so that the enlarged image of the reticle alignment pattern 73 on the half mirror 78 and the enlarged image of the wafer alignment pattern 61 are the same size. Adjust the magnification of the lens 77. Below, as shown in Fig. 1f, the sign of the coordinates ("11*7R) of the position of the pattern 74 is inverted on the output surface 31 according to the principle of optical correlation in the first embodiment (Fig. 15). , position +α shifted in the X direction (XH, -yR+
A sharp correlated optical peak 80 occurs at α). Although the wafer alignment groove 61 and its correlated light peak 29 are shown in FIG. 11 for comparison, in reality, both are detected one by one by opening and closing the shutters 43 and 59. FIG. 12 shows an image 80 of the correlated light peak on the imaging surface 96 of the solid-state imaging device 51 and its corresponding X direction and
Direction detection signals 81 and 83 are shown. The weak image 30 and its signal peaks 82 and 84 interfere with areas other than the reticle and flat turns as in the previous embodiment.
This is caused by a correlation with 5, but the light intensity is very low, so it does not pose a particular problem.

以上説明したように、各実施例によれば、ウェハの各チ
ップだけでなくレチクルのX方向及びX方向の位置をも
同じ1つのアライメント検出光学系及び1つの光学的相
関フィルタで検出することができ、レチクル周辺の簡素
化さらには縮小投影露光装置の小形化が図れる一方、ア
ライメント時間の短縮が可能となシスルージットが向上
する。
As explained above, according to each embodiment, it is possible to detect not only each chip on the wafer but also the position of the reticle in the X direction and the X direction using the same alignment detection optical system and one optical correlation filter. This enables the periphery of the reticle to be simplified and the reduction projection exposure apparatus to be more compact, while improving system throughput by shortening alignment time.

尚、本発明を実施例をもとに説明したが、本発明は縮小
投影露光装置だけでなく、X線露光装置等の!ロキシミ
ティ露光装置や密着形露光装置あるいは反射形投影露光
装置等のアライメント方一式としても十分適用可能であ
る。
Although the present invention has been described based on embodiments, the present invention is applicable not only to reduction projection exposure apparatuses but also to X-ray exposure apparatuses, etc. It is fully applicable as an alignment method set for a roximity exposure apparatus, a contact type exposure apparatus, a reflection type projection exposure apparatus, etc.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明のアライメント方式によれ
ば、ウェハ上の各チップのX方向及びX方向の位置を1
つのアライメント・!ターンと1つのアライメント検出
光学系で自動的に検出することができ、アライメント光
学系の数が減らせ、レチクル周辺の簡素化さらには縮小
投影露光装置等の小形化が図れる。またその結果、装置
組立・調整の簡易化・時間短縮という効果がある。また
、本発明によれば、露光位置にてX方向及びX方向のア
ライメントが可能であるため、アライメント時間が短縮
でき、スループットの向上すなわち半導体生産性の向上
が図れるという効果がある。
As explained above, according to the alignment method of the present invention, the position of each chip on the wafer in the X direction and the
Two alignments! Turns can be automatically detected using one alignment detection optical system, the number of alignment optical systems can be reduced, the area around the reticle can be simplified, and the reduction projection exposure apparatus can be downsized. Moreover, as a result, there is an effect of simplifying and shortening the time required for assembling and adjusting the device. Further, according to the present invention, since alignment in the X direction and the X direction is possible at the exposure position, the alignment time can be shortened and throughput can be improved, that is, semiconductor productivity can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の第1実施例に係るウェハアライメント
検出光学系の構成図、第2図は第1実施例におけるウェ
ハ上のアライメントパターンの配置図、第3図は第1実
施例におけるレチクル下面に設けられたミラー・4ター
ンとレチクルアライメント・9ターンの配置図、第4図
は第3図の部分拡大図、第5図は第1実施例における固
体撮像素子面上のレチクルアライメント・?ターンの回
折像とその検出信号の関係図、第6図は本発明の第2実
施例における光学的相関フィルタを用いた円形ウェハア
ラ・fメントノ母ターンの位置検出原理図、第7図は第
2実施例におけるウェハ上のアライメント・奢ターンの
配置図、第8図は本発明のaJ3実施例におけるレチク
ル下面に設けられたミラーノ母ターンとレチクルアライ
メント・!ターンの配置図、第9図は第8図の部分拡大
図、第10図は第3実施例におけるウェハアライメント
検出光学系の構成図、第11図は第3実施例における光
学的相関フィルタを用いたレチクルアライメント・ぐタ
ーンの位置検出原理図、第12図は第3実施例における
固体撮像素子面上でのレチクルアライメント・9ターン
に対する相関光ピークの像とそのX方向及びX方向の検
出信号との関係図、第13図は本発明におけるウェハア
ライメント・やターンからの反射光の複素振幅分布の光
学的複素フーリエ変換を示す説明図、第14図はウェハ
アライメント・ぐターンの位置を検出するための光学的
相関フィルタの作成方法を示す説明図、第15図は光学
的相関フィルタを用いたウェハアライメントノやターン
の位置検出原理説明図、第16図は固体撮像素子面上で
のウェハアライメント・9ターンに対する相関光ピーク
の像とそのX方向及びX方向の検出信号の関係図、第1
7図は従来のTTLアライメント方式の1例を示す構成
図、第18図(a)は従来方式におけるレチクルアライ
メント・ぐターンとウェハアライメントノぜターンの関
係図、同図(b)はウェハアライメント・やターンの断
面図、同図(C)はレチクルアライメントパターンとウ
ェハアライメントパターンの検出信号の関係図、第19
図(a)はレジスト内での多重干渉を示す図、同図(b
)はウェハアライメ/トハターンのコントラストの低下
した検出信号の波形図である。 1・・・レチクル、2・・・縮小投影レンズ、3・・・
ウェハ、9・・・可動スリット、10・・・光電子増倍
管、14.14′、61.68・・・ウェハアライメン
トノ母ターン、20・・・ウェハプライメントノ4ター
ンの複素フーリエ変換像、26.70・・・光学的相関
フィルタ、29.71・・・ウェハアライメント・やタ
ーンに対する相関光ピーク、37・・・ミラーノやター
ン、38.38’、73・・・レチクルアライメントノ
やターン、45・−・レーデ発振器。 代理人 弁理士 秋 本 正 実 窮 2 図 第 3 図 第 4.図 第5図 第7図 第 8 図 第 9 図 寡 I2 図 I                       H
第 13 図 第 14 図 第 te Q 第 17  図 Ivr I尺
FIG. 1 is a configuration diagram of a wafer alignment detection optical system according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a layout diagram of an alignment pattern on a wafer in the first embodiment, and FIG. 3 is a reticle diagram in the first embodiment. A layout diagram of the mirror 4 turns and reticle alignment 9 turns provided on the lower surface, FIG. 4 is a partially enlarged view of FIG. 3, and FIG. 5 shows the reticle alignment ? FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the diffraction image of a turn and its detection signal. FIG. 6 is a diagram showing the principle of detecting the position of a mother turn on a circular wafer using an optical correlation filter in the second embodiment of the present invention. FIG. FIG. 8 is a diagram showing the arrangement of the alignment/detailed turns on the wafer in the embodiment. FIG. 8 shows the Milano master turns and reticle alignment/! 9 is a partial enlarged view of FIG. 8, FIG. 10 is a configuration diagram of the wafer alignment detection optical system in the third embodiment, and FIG. 11 is a diagram showing the use of the optical correlation filter in the third embodiment. Fig. 12 is a diagram showing the position detection principle of the reticle alignment/turns in the third embodiment. FIG. 13 is an explanatory diagram showing the optical complex Fourier transform of the complex amplitude distribution of the reflected light from the wafer alignment/turn in the present invention, and FIG. 14 is a diagram for detecting the position of the wafer alignment/turn. FIG. 15 is an explanatory diagram showing the method for creating an optical correlation filter. FIG. 15 is an explanatory diagram of the principle of detecting the position of wafer alignment and turns using the optical correlation filter. FIG. Relationship diagram between the image of the correlated light peak for 9 turns and its detection signal in the X direction and the X direction, 1st
Figure 7 is a configuration diagram showing an example of the conventional TTL alignment method, Figure 18 (a) is a relationship diagram between the reticle alignment turn and wafer alignment nozzle in the conventional method, and Figure 18 (b) is a diagram showing the relationship between the reticle alignment turn and the wafer alignment nozzle in the conventional method. Figure 19 (C) is a diagram showing the relationship between the detection signals of the reticle alignment pattern and the wafer alignment pattern.
Figure (a) shows multiple interference within the resist, Figure (b)
) is a waveform diagram of a detection signal with reduced contrast of wafer alignment/toha turn. 1... Reticle, 2... Reduction projection lens, 3...
Wafer, 9...Movable slit, 10...Photomultiplier tube, 14.14', 61.68...Wafer alignment mother turn, 20...Complex Fourier transform image of 4 turns of wafer alignment , 26.70... Optical correlation filter, 29.71... Correlation light peak for wafer alignment/turn, 37... Mirano/turn, 38.38', 73... Reticle alignment/turn , 45 -- Rede oscillator. Agent Patent Attorney Tadashi Akimoto Jitsutsu 2 Figure 3 Figure 4. Figure 5 Figure 7 Figure 8 Figure 9 Figure I2 Figure I H
Fig. 13 Fig. 14 Fig. te Q Fig. 17 Fig. Ivr I scale

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、レチクル上の回路パターンをウェハ上に露光して該
ウェハ上に前記回路パターンと同じ回路パターンを形成
する半導体露光装置において、ウェハ上のアライメント
パターンをコヒーレント光で照明し、該アライメントパ
ターンからの反射光の複素振幅分布を光学的に複素フー
リエ変換し、該複素フーリエ変換面に前記複素フーリエ
変換により得られた複素振幅分布と共役な複素振幅分布
をもつ光学的相関フィルタを設置して該複素振幅分布と
前記反射光の複素振幅分布とを光学的に重ね合せ、該重
ね合せにより得られた複素振幅分布を光学的に複素フー
リエ逆変換し、該複素フーリエ逆変換面で得られる複素
振幅分布中の最大振幅位置により前記ウェハ上のアライ
メントパターン位置を検出し、ウェハ上のアライメント
パターンとレチクル上のアライメントパターンとをアラ
イメントすることを特徴とする半導体露光装置のアライ
メント方法。 2、前記ウェハ上のアライメントパターンは、2次元方
向に広がった2次元パターンであることを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載の半導体露光装置のアライメン
ト方法。
[Claims] 1. In a semiconductor exposure apparatus that exposes a circuit pattern on a reticle onto a wafer to form the same circuit pattern as the circuit pattern on the wafer, an alignment pattern on the wafer is illuminated with coherent light. , an optical correlation filter that optically performs complex Fourier transform on the complex amplitude distribution of the reflected light from the alignment pattern, and has a complex amplitude distribution that is conjugate to the complex amplitude distribution obtained by the complex Fourier transform on the complex Fourier transform surface. is installed to optically superimpose the complex amplitude distribution and the complex amplitude distribution of the reflected light, optically perform complex Fourier inverse transform on the complex amplitude distribution obtained by the superposition, and transform the complex Fourier inverse transform surface. An alignment method for a semiconductor exposure apparatus, characterized in that the position of the alignment pattern on the wafer is detected based on the maximum amplitude position in the complex amplitude distribution obtained by the above method, and the alignment pattern on the wafer and the alignment pattern on the reticle are aligned. 2. The alignment method for a semiconductor exposure apparatus according to claim 1, wherein the alignment pattern on the wafer is a two-dimensional pattern spread in two-dimensional directions.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011134064A (en) * 2009-12-24 2011-07-07 Hamamatsu Photonics Kk Image pattern collation device and method

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