JPS62181432A - Automatic aligning apparatus - Google Patents

Automatic aligning apparatus

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Publication number
JPS62181432A
JPS62181432A JP62014382A JP1438287A JPS62181432A JP S62181432 A JPS62181432 A JP S62181432A JP 62014382 A JP62014382 A JP 62014382A JP 1438287 A JP1438287 A JP 1438287A JP S62181432 A JPS62181432 A JP S62181432A
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JP
Japan
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wafer
optical system
light
reticle
alignment
Prior art date
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Pending
Application number
JP62014382A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akiyoshi Suzuki
章義 鈴木
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
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Publication of JPS62181432A publication Critical patent/JPS62181432A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To observe a wafer directly and to make it possible to perform detection without considering the deterioration in transmittance, by inserting observing optical systems between the wafer and an exposing optical system, and keeping a magnification and focus unchanged. CONSTITUTION:Observing optical systems 41, 5 and 42 are inserted between wafer 2 and an exposing optical system 40. The magnification and the focus of a projected image are kept unchanged eve if the systems are inserted. The wafer can be directly observed without using the exposing optical system 40. This is an advantage. When the numerical aperture NA of the exposing optical system s small, high alignment accuracy is required. In this case, how the wafer can be observed with good resolution becomes a problem. The system, which directly observes the wafer, can detect light with a numerical aperture NA larger than the numerical aperture NA of the exposing optical system. Therefore, said system is more advantageous in comparison with a method using the exposing optical system. Since the wafer can be directly detected without considering the deterioration due to the transmittance of the exposing optical system 40, this method is advantageous when the transmittance is poor.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体へのパターン焼付(露光)装置の自動整
合装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an automatic alignment device for a pattern printing (exposure) device on a semiconductor.

半導体チップはSi、  その他の半導体基板の中に複
雑な回路パターンを何重にも重ね合わせる事によって作
製される。微細化に当っての問題点の1つは如何に細か
いパターンを半導体基板上に焼きつけられるかというこ
とであり、もう1つは何層にも重ね合わされる回路パタ
ーン同志に如何に正確に位置合わせできるかという事で
ある。一般に位置合わせの精度は回路パターンの最小線
幅の115〜l/10以下の酷しい値が要求される。従
って現実には位置合せ(アライメント)の精度がチップ
゛製作の場合の制約になっている事も少なく無い。近年
、このアライメント作業を自動的に行う機能、所謂オー
トアライメント機能を持った装置が登場してきたのはこ
の様な背景によっている。オートアライメントは位置合
わぜ作業という単純な繰り返し作業から人間を解放し、
作業の高速化、均質化。
Semiconductor chips are manufactured by layering complex circuit patterns on Si or other semiconductor substrates. One of the problems in miniaturization is how fine a pattern can be printed on a semiconductor substrate, and the other is how accurately to align circuit patterns that are superimposed in multiple layers. The question is whether it can be done. Generally, a severe value of 115 to 1/10 of the minimum line width of the circuit pattern is required for alignment accuracy. Therefore, in reality, alignment accuracy is often a constraint in chip production. It is against this background that in recent years, devices having a function of automatically performing this alignment work, a so-called auto-alignment function, have appeared. Auto alignment frees humans from the simple repetitive task of positioning.
Speed up and homogenize work.

高精度化をもたらした。This resulted in higher precision.

オードアライメン]・の装置を設計する際の問題点は、
処理すべき信号を如何にうまく検出するかという事であ
る。電気の信号処理は人間が直接口で見て判断し、アラ
イメント作業を行う程フレキシビリティに富んでいるわ
けてはない。従って信号をS/N比良く検出(2てやる
為の特別な工夫が焼き付け、或いは観察光学系に対して
要求される。位置合わせの対象となるレチクル(マスク
)は硝子基板に対し、クロム又はクロム−酸化クロムの
薄膜が付着し、それがパターニングされているといった
単純な構造をしている。然し乍らもう一方の対象物であ
るウェハは何重もの回路の重ね焼き、それに伴う不純物
拡散その他の処理を受け、表面状態が千変万化する。又
ウェハの上には焼き付けを行う為、必ずフォトレジスト
の薄膜が塗布されており、そのフォトレジストの膜厚の
絶対値、膜厚のムラ等もウェハ信号の検出に際して大き
な影響を与える。
The problems when designing a device for [auto alignment] are:
The problem is how well the signal to be processed can be detected. Electrical signal processing is not as flexible as it is for humans to visually judge and perform alignment work. Therefore, in order to detect the signal with a good S/N ratio (2), special measures are required for printing or observation optical system. It has a simple structure in which a thin film of chromium-chromium oxide is deposited and patterned. However, the other object, the wafer, undergoes many layers of circuit baking, impurity diffusion, and other treatments. In addition, a thin film of photoresist is always coated on the wafer for baking, and the absolute value and unevenness of the film thickness of the photoresist also affect the wafer signal. This has a large impact on detection.

対象物としてこの様に多様な性質を持ったウェハに対処
し、S/N比の良い信号を検知する為には従来柱々の方
法が知られている。代表的なものとして本出願人になる
レーザ光で走査する方法(特開昭52−132851 
)がある。この出願では輝度の高い光源としてレーザを
用いて物体面にレーザスポット又はスリットを結像し、
それを走査する。更にこの出願ではS/N比を光学的に
向上させる為、光電的に検出する信号を散乱光のみとす
る事を特徴としている。この方法をそのままレチクルを
通してウェハを観察するアライメントスコープに適用し
た場合には、レーザ光の干渉性が問題となる。
Various methods have been known in the past to deal with wafers having such diverse properties as objects and to detect signals with a good S/N ratio. A representative method is a scanning method using a laser beam (Japanese Patent Laid-Open No. 52-132851)
). In this application, a laser is used as a high-brightness light source to image a laser spot or slit on the object plane,
Scan it. Furthermore, this application is characterized in that the signal to be photoelectrically detected is only scattered light in order to optically improve the S/N ratio. If this method is directly applied to an alignment scope that observes a wafer through a reticle, the coherence of laser light becomes a problem.

特にレチクルからの信号はレチクルから直接散乱してく
る光と、散乱した後ウェハを介して戻って(る光とが干
渉して、時間的に揺動じ、測定の不安定性を招く原因と
なる。この干渉現象を除く為偏光を利用する方法が特開
昭56−24504に示されている。この出願ではレチ
クルとウェハの間の光学系の中にλ/4板に相当する様
な素子を配置してレチクルからの直接散乱光と、そうで
ない光とを偏光的に分離する事を特徴としている。光学
系の中にλ/4板相当の素子を入れなければならない事
は設計上大きな制約となる。この為、従来は焼き付は時
とアライメント時にレンズの一部を切り換えてアライメ
ント用のレンズにλ/4板、を配置したり、光学系のミ
ラーに特殊なコーティングを施したりする事により、こ
の条件を満足させていた。
In particular, in the signal from the reticle, the light that is directly scattered from the reticle and the light that is scattered and then returned via the wafer interfere with each other, causing fluctuations in time and causing instability in measurement. A method using polarized light to eliminate this interference phenomenon is shown in Japanese Patent Laid-Open No. 56-24504. In this application, an element equivalent to a λ/4 plate is placed in the optical system between the reticle and the wafer. It is characterized by polarizing the light scattered directly from the reticle and the light that is not directly scattered.The fact that an element equivalent to a λ/4 plate must be included in the optical system is a major design constraint. For this reason, conventionally, burn-in has been prevented by changing part of the lens during alignment and placing a λ/4 plate on the alignment lens, or by applying a special coating to the mirror of the optical system. , this condition was satisfied.

本発明は従来の焼き付は光束の通る空間の中にλ/4板
相当のものを配置するという制約を取り除き、新しい方
式でレチクルとウェハの信号を検知する事を目的とする
。本発明では、更にその検知信号に基いてレチクルとウ
ェハの相対的な自動位置合せが行われる。
The present invention aims to eliminate the conventional printing restriction of arranging something equivalent to a λ/4 plate in a space through which a light beam passes, and to detect signals from a reticle and a wafer using a new method. In the present invention, the relative automatic alignment of the reticle and wafer is further performed based on the detection signal.

更に本発明では露光光学系の色収差の影響を受けず、露
光光学系の色に対する制約、即ち焼き付は波長とアライ
メント波長の違いによる問題を解決することを目的とす
る。
Furthermore, the present invention is not affected by the chromatic aberration of the exposure optical system, and aims to solve the problem of color restriction of the exposure optical system, that is, the problem of image sticking due to the difference between the wavelength and the alignment wavelength.

更に本発明では露光光学系の性質に合致した方式をとる
事により、レチクル及びウェハ信号を効率良く取り出す
ことを目的とする。この為、本発明ではレチクルとウェ
ハの間にアライメント波長に対応した偏光ビームスプリ
ッタを用いる事を特徴としている。
A further object of the present invention is to efficiently extract reticle and wafer signals by adopting a method that matches the properties of the exposure optical system. For this reason, the present invention is characterized by using a polarizing beam splitter corresponding to the alignment wavelength between the reticle and the wafer.

本発明の詳細を以下の実施例に示す。Details of the invention are provided in the Examples below.

本発明に関連した実施例をステップ・アンド・リピート
方式の露光装置、所謂ステッパに応用した場合の例を第
1図に示す。図中lはレチクル又はマスク、2はウェハ
、3はウェハを載置するステージである。4はレチクル
(マスク)の像をウェハ上に縮小又は等倍で露光する露
光光学系を示し、4−1が該光学系の前群、4−2が後
群を示す。本実施例では露光光学系の一部として4−1
と4−2の間にビームスプリッタ5が配置されている。
FIG. 1 shows an example in which an embodiment related to the present invention is applied to a step-and-repeat type exposure apparatus, a so-called stepper. In the figure, l is a reticle or mask, 2 is a wafer, and 3 is a stage on which the wafer is placed. Reference numeral 4 indicates an exposure optical system that exposes a reticle (mask) image onto a wafer at reduced or equal magnification, 4-1 indicates a front group of the optical system, and 4-2 indicates a rear group. In this example, 4-1 is used as part of the exposure optical system.
A beam splitter 5 is arranged between and 4-2.

ビームスプリッタ5はアライメント用の波長と露光用の
波長が異なる場合、アライメント光には偏光ビームスプ
リッタ、露光光には単なる平行平面板として働(。
When the wavelength for alignment and the wavelength for exposure are different, the beam splitter 5 acts as a polarizing beam splitter for the alignment light and as a mere plane parallel plate for the exposure light.

アライメント光と露光光の波長が同一と見做せる様な場
合にはビームスプリッタとしての作用が優先される。ビ
ームスプリッタ5は、例えば露光光学系4の瞳の位置に
配置されると都合が良い。第1図では瞳の位置にビーム
スプリッタ5が配置された場合を示している。
When the wavelengths of the alignment light and the exposure light can be considered to be the same, priority is given to functioning as a beam splitter. It is convenient for the beam splitter 5 to be placed at the pupil position of the exposure optical system 4, for example. FIG. 1 shows a case where a beam splitter 5 is placed at the pupil position.

レーザ源14を出たレーザ光は集光レンズ13を通って
回転多面鏡12に入る。回転多面鏡12の回転に伴って
走査されるビームはリレーレンズ10を通過後ビームス
プリッタ5に入射する。ビームスプリッタ5で光は2分
されるわけであるが、偏光型のレーザを用いる際には予
めレーザの偏光方向を定めておくか、又は第1図の9の
様にλ/4板、又はλ/2板の様な偏光状態を調整する
素子を入れても差し支えない。12と10の間には光電
検出系へ導く為のビームスプリッタ11が設けられてい
るが、11として偏光ビームスプリッタを用いれば、リ
レーレンズ10に入る光の偏光方向が自然と定まってし
まう。その場合には9としてλ/4板を用いて偏光状態
を調整すると便利である。ビームスプリッタ5はレンズ
の瞳位置に置かれているとしたが、回転多面鏡の反射点
と瞳位置とは互いに共範関係となっている。スプリッタ
5で反射したビームは光学系4−2を通りウェハ2の上
に結像し、鏡12の回転に伴ってウェハ2上のアライメ
ントマーク部分を走査する。
The laser light emitted from the laser source 14 passes through the condenser lens 13 and enters the rotating polygon mirror 12 . The beam scanned as the rotating polygon mirror 12 rotates passes through the relay lens 10 and then enters the beam splitter 5. The beam splitter 5 splits the light into two, but when using a polarized laser, the polarization direction of the laser must be determined in advance, or a λ/4 plate or a An element for adjusting the polarization state such as a λ/2 plate may be included. A beam splitter 11 is provided between 12 and 10 to guide the light to the photoelectric detection system, but if a polarizing beam splitter is used as 11, the polarization direction of the light entering the relay lens 10 will be naturally determined. In that case, it is convenient to adjust the polarization state using a λ/4 plate as 9. Although it is assumed that the beam splitter 5 is placed at the pupil position of the lens, the reflection point of the rotating polygon mirror and the pupil position are in a common relation with each other. The beam reflected by the splitter 5 passes through the optical system 4-2, forms an image on the wafer 2, and scans the alignment mark portion on the wafer 2 as the mirror 12 rotates.

リレーレンズ10は光学系4−2を介してウェハ2の上
面にレーザスポット光が結像する様に収差補正が為され
る。ウェハ2で反射した光は再び偏光ビームスプリッタ
で反射し、リレーレンズ10に戻ってから、15〜17
の光電検出系に入る。15は暗視野時検出を行う為の空
間周波数フィルタ、16はコンデンサーレンズ、17は
フォトディテクタである。
Aberrations are corrected in the relay lens 10 so that the laser spot light is imaged on the upper surface of the wafer 2 via the optical system 4-2. The light reflected by the wafer 2 is reflected again by the polarizing beam splitter and returns to the relay lens 10.
into the photoelectric detection system. 15 is a spatial frequency filter for performing dark field detection, 16 is a condenser lens, and 17 is a photodetector.

暗視野フィルタ15はポリゴンの反射点と共範の位置に
ある。レーザスポット光がウェハ2」二を走査しても鏡
12の反射点は空間的な不動点であり、従って空間周波
数フィルタ15上でもウェハ2面で正反射して戻って来
る光の位置は不動である。鏡12から投射される光は図
中斜線を引いて示しである。
The dark field filter 15 is located at a position common to the reflection point of the polygon. Even if the laser spot light scans the wafer 2'', the reflection point of the mirror 12 is a spatially fixed point, and therefore, even on the spatial frequency filter 15, the position of the light that is specularly reflected by the wafer 2 surface and returns remains unchanged. It is. The light projected from the mirror 12 is indicated by diagonal lines in the figure.

光電検出系では散乱光のみの出力が検知される。The photoelectric detection system detects the output of only scattered light.

即ち、ウェハ2で反射される光のうち散乱されない光は
投光する斜線部内の光束に再び入ってしまい、結局空間
周波数フィルタI5でブロックされる。一方、アライメ
ントマークのパターンエツジでの散乱光は正反射に従わ
ない為、斜線部以外の部分の光路を通る。空間周波数フ
ィルタI5の位置では、従って散乱光と非散乱光が空間
的に分離した形であられれる。フィルタ15の効果で散
乱光のみが透過し、フォトディテクタ17に入る。
That is, out of the light reflected by the wafer 2, the unscattered light reenters the projected light beam within the shaded area and is eventually blocked by the spatial frequency filter I5. On the other hand, since the scattered light at the pattern edge of the alignment mark does not follow regular reflection, it passes through the optical path of the part other than the shaded part. At the position of the spatial frequency filter I5, therefore, the scattered light and the non-scattered light are spatially separated. Due to the effect of the filter 15, only the scattered light is transmitted and enters the photodetector 17.

一方、偏光ビームスプリッタ5を透過した光はレチクル
のアライメントマーク情報を検知する為に用いられる。
On the other hand, the light transmitted through the polarizing beam splitter 5 is used to detect alignment mark information on the reticle.

この原理について説明する。スプリッタ5を透過した光
はλ/4板6に入射する。6の作用はミラー8で反射し
て戻ってくる光の偏光方向を変える役目を果たす。偏光
方向が変った光は、今度は偏光ビームスプリッタ5で反
射して露光光学系の前群4−1に入り、レチクルlの下
面のアライメントマーク部分に到達する。
This principle will be explained. The light transmitted through the splitter 5 enters the λ/4 plate 6. The action of 6 serves to change the polarization direction of the light reflected by mirror 8 and returned. The light whose polarization direction has been changed is reflected by the polarizing beam splitter 5, enters the front group 4-1 of the exposure optical system, and reaches the alignment mark portion on the lower surface of the reticle l.

レーザスポット走査の原理からしてレーザ光14からの
光はレチクル1の下面でスポットを結ばなければならな
い。その役目を担うのがレンズ7とミラー8である。そ
の為ビームスプリッタ5が光学系の瞳位置にある場合、
レンズ7はテレセントリックレンズである必要がある。
In view of the principle of laser spot scanning, the light from the laser beam 14 must form a spot on the lower surface of the reticle 1. The lens 7 and mirror 8 play this role. Therefore, when the beam splitter 5 is located at the pupil position of the optical system,
Lens 7 needs to be a telecentric lens.

レチクル1の下面にスポットを結像させる為にはレンズ
7の光軸方向にミラー8の位置を調整すれば良い。レチ
クルlの下面で反射、或いは散乱して戻ってきた光は先
ずスプリッタ5で反射してλ/4板6を通り、ミラー8
で反射し再びλ/4板6を通る。この時偏光方向が回転
する為、今度はスプリッタ5を通過する偏光方向となっ
てリレーレンズ系10からフォトディテクタ17へ導か
れて行く。
In order to form a spot on the lower surface of the reticle 1, the position of the mirror 8 may be adjusted in the optical axis direction of the lens 7. The light reflected or scattered on the lower surface of the reticle l is first reflected by the splitter 5, passes through the λ/4 plate 6, and then passes through the mirror 8.
, and passes through the λ/4 plate 6 again. At this time, the polarization direction is rotated, so that the polarization direction now passes through the splitter 5 and is guided from the relay lens system 10 to the photodetector 17.

一般に瞳の位置へ偏光ビームスプリッタを入れた構成を
とると、ミラー8の位置はレンズ7の焦点位置近傍にあ
る。7から8に至る系は一種のキャッツアイ光学系を構
成している。このキャッツアイ光学系は一方で露光光学
系4−1を通してレチクル下面にレーザスポットを結ば
せている。即ち、レーザスポットをレチクル下面にもウ
ェハ上゛面にも同時に結像させる事が可能となったので
ある。露光光学系4が焼き付は用の波長、例えばg線(
436nm)に対して設計された時、レーザ源14の波
長としてHe−Neの633nmの光を選ぶと、一般に
は両者の値に大きな色収差が発生する。g線でレチクル
1とウェハ2のピントを合わせたとすると、633nm
ではウェハ上でレチクル像が大きくデフォーカスしてし
まう。しかし、本実施例では7以下の補助光学系を用い
る事により、g線でピントの合った状態で、レチクルと
ウェハ双方に633n mのスポットを形成する事がで
きる。
Generally, when a configuration is adopted in which a polarizing beam splitter is placed at the position of the pupil, the position of the mirror 8 is near the focal position of the lens 7. The system from 7 to 8 constitutes a kind of cat's eye optical system. This cat's eye optical system connects a laser spot to the lower surface of the reticle through the exposure optical system 4-1. In other words, it has become possible to simultaneously image the laser spot on both the lower surface of the reticle and the upper surface of the wafer. The exposure optical system 4 uses a specific wavelength for image burn-in, such as G-line (
436 nm), if He-Ne light of 633 nm is selected as the wavelength of the laser source 14, a large chromatic aberration will generally occur in both values. If reticle 1 and wafer 2 are focused using g-line, 633 nm
In this case, the reticle image becomes significantly defocused on the wafer. However, in this embodiment, by using an auxiliary optical system of 7 or less, it is possible to form a 633 nm spot on both the reticle and the wafer with the g-line in focus.

レチクルからの信号も同じ様に散乱光で捉えられる。こ
の様子は第1図のマスク側の斜線を引いた光束の振舞い
から明らかである。回転多面鏡12の回転に伴ってウェ
ハ」二面、及びマスク下面を走査した時に得られる散乱
光信号はフ第1・ディテクタ17て検知され、増幅23
18.パルス整形回路19を通った後、信号処理系20
に入る。処理系20から得られる信号に基づいてウェハ
駆動装置21でマスクlとウェハ2の相対位置の調整を
行う。ウェハの代りにマスク1を駆動しても同じ効果が
得られる。
Signals from the reticle are similarly captured by scattered light. This situation is clear from the behavior of the light flux shown by diagonal lines on the mask side in FIG. Scattered light signals obtained when the two surfaces of the wafer and the lower surface of the mask are scanned as the rotating polygon mirror 12 rotates are detected by the first detector 17 and amplified 23.
18. After passing through the pulse shaping circuit 19, the signal processing system 20
to go into. Based on signals obtained from the processing system 20, the wafer drive device 21 adjusts the relative position of the mask l and the wafer 2. The same effect can be obtained by driving the mask 1 instead of the wafer.

その場合にはマスク側は露光光学系の倍率分だけ駆動の
精度が緩くなる。
In that case, the driving accuracy on the mask side becomes looser by the magnification of the exposure optical system.

ここで注目すべき事はマスクとウェハをそれぞれ独立に
検知しているので、マスクとウェハ間の光の干渉が全く
起こらないという事である。この為得られる信号は極め
て安定しており、繰り返し精度の良い、精度の高い計測
を行う事ができる。この安定性は本実施例の特徴であり
、以下の実施例にもすべて当てはまる。
What should be noted here is that since the mask and wafer are detected independently, there is no interference of light between the mask and wafer. Therefore, the obtained signal is extremely stable, and it is possible to perform highly accurate measurements with good repeatability. This stability is a feature of this example and also applies to all of the examples below.

アライメントマークとしては従来第2図の様なものが公
知である。図中25がレチクル上のマーク、26の点線
がウェハ上のマーク、そして一点鎖線で示した線27が
レーザの走査線を示している。リレーレンズ10を通し
て観察されるレチクルとウェハの像はこの様に両者が重
なって観察される。散乱光は走査線がマークに当った時
に検知され、電気的なパルス波の列に変換される。パル
ス間の相互の時間間隔を測定する事によりレチクルとウ
ェハの相対位置を検知する事ができる。
As an alignment mark, the one shown in FIG. 2 is conventionally known. In the figure, reference numeral 25 indicates a mark on the reticle, a dotted line 26 indicates a mark on the wafer, and a dashed line 27 indicates a laser scanning line. The images of the reticle and wafer observed through the relay lens 10 are thus observed so that they overlap. The scattered light is detected when the scanning line hits the mark and is converted into a train of electrical pulse waves. By measuring the mutual time interval between pulses, the relative position of the reticle and wafer can be detected.

第3図には第1図の別の実施形を示した。第1図との違
いは回転多面鏡12に入射するレーザビームの状態を異
なえた為、新たにリレーレンズ31が配置された事と、
光電検出系の構成の違いである。第3図の系はレンズ3
1,10.4−2を通してウェハを、又31. 10.
 7. 7. 4−1を通してレチクル上を走査するが
、双方ともトータルとしてf−θ特性即ち走査スポット
が物体面上を等速で動く様に収差補正をする事が望まし
い。第3図中に示しであるのは走査スポットの結像関係
であり、斜線を施しである部分が入射レーザ光の有効径
である。この関係は第1図と同一である。
FIG. 3 shows another embodiment of FIG. 1. The difference from FIG. 1 is that the state of the laser beam incident on the rotating polygon mirror 12 has been changed, and a relay lens 31 has been newly placed.
The difference is in the configuration of the photoelectric detection system. The system in Figure 3 is lens 3.
1, the wafer through 10.4-2, and 31. 10.
7. 7. Although the reticle is scanned through 4-1, it is desirable to correct aberrations so that both have a total f-θ characteristic, that is, the scanning spot moves at a constant speed on the object plane. What is shown in FIG. 3 is the imaging relationship of the scanning spot, and the shaded area is the effective diameter of the incident laser beam. This relationship is the same as in FIG.

第3図でもう一つ特徴的なのは、ビームスプリッタ11
で分割された後の光電検出系である。図中32は瞳結像
レンズ、33は偏光ビームスプリッタ、15は空間周波
数フィルタ、16はコンデンサーレンズ、17はフ第1
・ディテクタである。33の偏光ビームスプリッタを用
いたのは、ウェハ及びレチクルで反射して再び偏光ビー
ムスプリッタで統合された2つの光の偏光方向がお互い
に直交している事実に着目したものである。
Another characteristic in Fig. 3 is the beam splitter 11.
This is the photoelectric detection system after being divided. In the figure, 32 is a pupil imaging lens, 33 is a polarizing beam splitter, 15 is a spatial frequency filter, 16 is a condenser lens, and 17 is a first filter.
・It is a detector. The reason for using the No. 33 polarizing beam splitter was to focus on the fact that the polarization directions of the two lights reflected by the wafer and reticle and integrated again by the polarizing beam splitter are orthogonal to each other.

偏光ビームスプリッタ5に入射する光の偏光状態は、ウ
ェハ側とレチクル側に光が分れる様P、S両成分成分れ
ばならない。偏光型のレーザを用いる場合には、レーザ
光の偏光方向を予め所定の方向にしておけば良いが、例
えば9の位置にλ/4板を入れてP、S周成分を作る様
な配置も可能である。その場合には9′ の位置にもう
一つλ/4板を入れてやる必要がある。いずれにせよス
プリッタ5で再統合された光には一方の偏光方向にウェ
ハ、それと直交する偏光方向にレチクルという偏光面分
離の形で2つの情報が含まれている。これを再び分離し
て電気的に取り出し、信号処理を行うのが第3図の光電
検出系以降である。この際レチクル1からの信号は対象
物が硝子とクロム(又は酸化クロム)という反射率のか
なり異なるものなので検出は明視野で行っても良い。明
視野にするには空間周波数フィルタ15の代りに素通し
の硝子34を設けるか、又はフィルタ15を取り除いて
も良い。ウェハの信号はS/N比からして暗視野でとら
ねばならないが、暗視野で検出できる光量は明視野より
一桁近く小さくなってしまう。従って、レチクルの信号
を明視野で取る事ができれば、最初に偏光ビームスプリ
ッタに入射するP成分とS成分の比を、例えばレーザの
偏光方向を変える事によりコントロールし、その結手ウ
ェハ側により多くの光を分配する事も可能である。ウェ
ハの明視野出力がレジスト厚などの為変化しても、偏光
で分離されている為レチクルの明視野出力は安定してS
/N比を良く取り出す事ができる。
The polarization state of the light incident on the polarizing beam splitter 5 must have both P and S components so that the light is split into the wafer side and the reticle side. When using a polarized laser, it is sufficient to set the polarization direction of the laser beam to a predetermined direction in advance, but it is also possible to place a λ/4 plate at position 9 to create P and S circumferential components, for example. It is possible. In that case, it is necessary to insert another λ/4 plate at the 9' position. In any case, the light reintegrated by the splitter 5 contains two pieces of information in the form of polarization plane separation: the wafer in one polarization direction and the reticle in the polarization direction perpendicular to the wafer. The photoelectric detection system shown in FIG. 3 and subsequent parts separate this signal again, take it out electrically, and perform signal processing. At this time, the signal from the reticle 1 may be detected in a bright field because the target objects are glass and chromium (or chromium oxide), which have considerably different reflectances. In order to obtain a bright field, a transparent glass 34 may be provided in place of the spatial frequency filter 15, or the filter 15 may be removed. Wafer signals must be captured in the dark field due to the S/N ratio, but the amount of light that can be detected in the dark field is nearly an order of magnitude smaller than in the bright field. Therefore, if it is possible to capture the reticle signal in bright field, the ratio of the P component and the S component that first enters the polarizing beam splitter can be controlled by, for example, changing the polarization direction of the laser, so that more of the reticle signal can be captured on the bonded wafer side. It is also possible to distribute the light of Even if the bright field output of the wafer changes due to resist thickness, etc., the bright field output of the reticle remains stable because it is separated by polarization.
/N ratio can be obtained well.

又、第3図中の35はエレクタ、36は接眼レンズを示
し、レチクルとウェハの観察光学系を示す。
Further, in FIG. 3, numeral 35 represents an erector, numeral 36 represents an eyepiece lens, and represents an optical system for observing the reticle and wafer.

観察光学系は装置の操作」二必要なものであるが、第1
図と第11図では図が繁雑になる為省略し、第3図にの
み示した。
The observation optical system is necessary for the operation of the device, but the first
Since the diagrams in FIG. 1 and FIG. 11 become complicated, they are omitted and shown only in FIG. 3.

第4図は本発明に係る実施例でウェハ2と露光光学系4
0の間に観察用光学系41.5.4.2を挿入する光学
系の例である。41〜42に至る光学系は倍率lの挿入
光学系で、挿入しても投影像の倍率及びピントを不変に
保つ。この場合にも偏光ビームスプリッタ5を活用する
と良い。λ/4板6.補正レンズ451反射ミラー8の
役割は第1図、3図と同じである。
FIG. 4 shows a wafer 2 and an exposure optical system 4 according to an embodiment of the present invention.
This is an example of an optical system in which an observation optical system 41.5.4.2 is inserted between 0 and 0. The optical systems 41 to 42 are insertion optical systems with a magnification of 1, and maintain the magnification and focus of the projected image unchanged even after insertion. In this case as well, it is preferable to utilize the polarizing beam splitter 5. λ/4 plate6. The role of the correction lens 451 and reflection mirror 8 is the same as in FIGS. 1 and 3.

本発明に係るこの実施例では露光光学系40を介さずに
ウェハを直接観察する事ができる点でメリットがある。
This embodiment of the present invention has the advantage that the wafer can be observed directly without using the exposure optical system 40.

露光光学系の開口数NAが小さい場合でも高いアライメ
ント精度が要求される事がある。
Even when the numerical aperture NA of the exposure optical system is small, high alignment accuracy may be required.

その場合にはウェハを如何に分解能良(観察できるかが
問題となる。レチクルはエツジもはっきりしていて観察
し易いのに対して、ウェハは構造が複雑だからである。
In this case, the problem is how well the wafer can be observed with good resolution.A reticle has clear edges and is easy to observe, whereas a wafer has a complex structure.

本実施例では露光光学系の開口数NAに関係なく観察光
学系の開口数NAを設定する事ができるので、走査スポ
ット径を露光光学系を通した場合よりも小さくする事が
できる。走査スポット径を小さくするという事は走査ス
ポットの開口数NAを大きくする事に対応する。露光光
学系で全系としての開口数NAが定まっているので、走
査スポットの開口数NAを大きくすると散乱光を取り出
す余裕がなくなり、検出する光電検出出力が減少する。
In this embodiment, the numerical aperture NA of the observation optical system can be set regardless of the numerical aperture NA of the exposure optical system, so the scanning spot diameter can be made smaller than when scanning through the exposure optical system. Reducing the scanning spot diameter corresponds to increasing the numerical aperture NA of the scanning spot. Since the numerical aperture NA of the exposure optical system as a whole is fixed, if the numerical aperture NA of the scanning spot is increased, there is no margin for extracting scattered light, and the photoelectric detection output to be detected decreases.

第4図で言えば全系の通る光束のうち、斜線部の占める
割合が大きくなって散乱光を検出する部分が少なくなっ
てしまう事に相当する。従って、ウェハを直接観察する
システムは露光光学系の開口数NAより大きい開口数N
Aて光を検出できる為、露光光学系を介する方式に比べ
有利である。
In FIG. 4, this corresponds to the fact that the proportion of the shaded portion of the light flux passing through the entire system increases, and the portion for detecting scattered light decreases. Therefore, in a system that directly observes a wafer, the numerical aperture N is larger than the numerical aperture NA of the exposure optical system.
Since the light can be detected using A, it is advantageous compared to a method that uses an exposure optical system.

第4図の様な系は又、露光光学系40の透過率が悪い場
合に有利である。何故ならば、検出の難しい対象である
ウェハを直接しかも露光光学系の透過率による劣化を考
慮せずに検出する事ができるからである。一方レチクル
の方の信号は一旦ミラー8で反射した後、λ/4板6の
効果で偏光ビームスプリッタ5で反射する。然る後に露
光光学系40を通って不図示のレチクル1で反射散乱し
、再び元来た道を出る。第4図では瞳結像レンズ44.
空間周波数フィルタ15等を配置し、第1図に似た構成
をとっているが、勿論第3図の様な構成も可能である。
A system such as that shown in FIG. 4 is also advantageous when the exposure optical system 40 has poor transmittance. This is because the wafer, which is a difficult target to detect, can be directly detected without considering deterioration due to the transmittance of the exposure optical system. On the other hand, the signal from the reticle is once reflected by the mirror 8 and then reflected by the polarizing beam splitter 5 due to the effect of the λ/4 plate 6. Thereafter, the light passes through the exposure optical system 40, is reflected and scattered by the reticle 1 (not shown), and returns to the original path. In FIG. 4, the pupil imaging lens 44.
Although a spatial frequency filter 15 and the like are arranged and the configuration is similar to that shown in FIG. 1, of course a configuration like that shown in FIG. 3 is also possible.

レチクルからの散乱光はS/N比が良いので、第4図の
様な方式でも十分良い信号がとれる。
Since the scattered light from the reticle has a good S/N ratio, a sufficiently good signal can be obtained even with the method shown in FIG.

この他変形例としては、レチクルと露光光学系側に偏光
ビームスプリッタを配置する例もあるが、第4図の系を
そのまま適用できるので、図示は省略する。
Another modification is to arrange a polarizing beam splitter on the reticle and exposure optical system side, but since the system shown in FIG. 4 can be applied as is, illustration is omitted.

又、本発明はレーザ走査方式に限らず、他のオートアラ
イメントの手法、例えばTVやイメージセンサを用いる
方式にも容易に適用できる。
Further, the present invention is not limited to the laser scanning method, but can be easily applied to other autoalignment methods, such as methods using a TV or an image sensor.

本発明により焼き付は光で互いに共範であるレチクルと
ウェハをそのままの状態で、アライメント光でピントを
合わせて検出が可能である。又、アライメント波長も任
意に選ぶ事ができる。
According to the present invention, it is possible to detect burn-in using light by focusing the reticle and wafer, which are common to each other, with alignment light while keeping them as they are. Furthermore, the alignment wavelength can also be arbitrarily selected.

又、本発明はレチクルとウェハ間の干渉を無くし、両者
の信号を独立にとり出す事を可能とした。
Furthermore, the present invention eliminates interference between the reticle and the wafer, making it possible to extract signals from both independently.

この為安定した計測が可能となり、測定精度が向上した
This enabled stable measurements and improved measurement accuracy.

本発明の別の効果はウェハを直接観察し、ウェハを高い
開口数NAで検出できる事である。即ち、検出の分解能
を高め、オートアライメント精度の向上に寄与している
Another advantage of the present invention is that the wafer can be directly observed and detected with a high numerical aperture NA. That is, it increases the detection resolution and contributes to improving the auto-alignment accuracy.

本発明の更に別の効果は、露光光学系の透過率に合わせ
た配置をとる事を可能にした事である。この為、アライ
メント波長に対して露光光学系の透過率が低い場合でも
、本発明は充分に対処し得る。
Yet another effect of the present invention is that it makes it possible to arrange the exposure optical system in accordance with its transmittance. Therefore, even when the transmittance of the exposure optical system is low with respect to the alignment wavelength, the present invention can sufficiently cope with the problem.

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

第1図は本発明に関連した実施例の自動整合装置を露光
装置に応用した場合の配置図、 第2図はアライメントマータを示す図、第3図は第2実
施例を示す図で複数のディテクタの側口、 第4図は本発明に係る実施例を示す図で露光光学系とウ
ェハの間に検出光学系を置く側口である。 図中1はレチクル、2はウェハ、3はウェハ載置台、4
,40は投影光学系、5は偏光ビームスプリッタ、6は
λ/4板、7は補正レンズ、8はミラー、lOはレンズ
、12は回転多面鏡、14はレーザ、15は空間周波数
フィルター、17はフォトディテクタ、20は信号処理
回路、25. 26はオードアライメンI・マーク、3
3は偏光ビームスプリッタ。 第 / 膳
Fig. 1 is a layout diagram when an automatic alignment device according to an embodiment of the present invention is applied to an exposure device, Fig. 2 is a diagram showing an alignment markter, and Fig. 3 is a diagram showing a second embodiment in which multiple Side Port of Detector FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of the present invention, showing a side port in which a detection optical system is placed between an exposure optical system and a wafer. In the figure, 1 is the reticle, 2 is the wafer, 3 is the wafer mounting table, and 4 is the reticle.
, 40 is a projection optical system, 5 is a polarizing beam splitter, 6 is a λ/4 plate, 7 is a correction lens, 8 is a mirror, IO is a lens, 12 is a rotating polygon mirror, 14 is a laser, 15 is a spatial frequency filter, 17 20 is a photodetector, 20 is a signal processing circuit, and 25. 26 is Ord Alignment I Mark, 3
3 is a polarizing beam splitter. No./Meal

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 第1の基板のパターンを等倍または縮少して第2の基板
上に露光するための露光手段と、前記第1の基板の下面
の第1のアライメントマーク部分を読み取る第1の読み
取り手段と、前記第2の基板の上面中、前記露光手段に
対向する領域中の第2のアライメントマーク部分を読み
取る第2の読み取り手段と、前記第1、第2の読み取り
手段からの読み取り情報に基づいて前記第1、第2の基
板を相対的に整合する手段とを備えたことを特徴とする
露光装置の自動整合装置。
an exposure means for exposing the pattern on the first substrate to the same size or reduced size on the second substrate; a first reading means for reading the first alignment mark portion on the lower surface of the first substrate; a second reading means for reading a second alignment mark portion in a region facing the exposure means on the upper surface of the second substrate; 1. An automatic alignment device for an exposure apparatus, comprising means for relatively aligning a first and a second substrate.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002222751A (en) * 2001-01-25 2002-08-09 Nitto Kogaku Kk Aligner and assembling device

Cited By (2)

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