JPS62262423A - Exposure device - Google Patents

Exposure device

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Publication number
JPS62262423A
JPS62262423A JP61104838A JP10483886A JPS62262423A JP S62262423 A JPS62262423 A JP S62262423A JP 61104838 A JP61104838 A JP 61104838A JP 10483886 A JP10483886 A JP 10483886A JP S62262423 A JPS62262423 A JP S62262423A
Authority
JP
Japan
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wafer
mask
mark
exposure
alignment
Prior art date
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Pending
Application number
JP61104838A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideki Ine
秀樹 稲
Masao Kosugi
小杉 雅夫
Akiyoshi Suzuki
章義 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP61104838A priority Critical patent/JPS62262423A/en
Publication of JPS62262423A publication Critical patent/JPS62262423A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography

Abstract

PURPOSE:To detect relative positions of a mask and a wafer with high precision and in a stable manner, by observing a mark on a mask as a latent image of resist formed by printing it on a resist layer on the top face of the wafer in a bright field of non-printing light. CONSTITUTION:A mark on a mask 9 is roughly aligned with a mark on a wafer 4 disposed on a wafer stage 2. An alignment mark exposing mask 20 is then placed within a flux of exposing light and a shutter 16 is driven so that only the alignment mark is exposed on the wafer. Further, the mark on the mask 9 formed on the resist of the wafer 4 is detected in a bright field by non-exposing light and, subsequently, a stepped mark on the wafer is detected in a dark field by non-exposing light. A positional error between these marks is read out therefrom. The positional error must be corrected by driving either the stage of the wafer or the stage of the mask, if the positional error exceeds an allowable value. If the error does not exceed the allowable value, however, the correction is not needed. Then, a pattern exposing mask 19 is placed within a flux of exposing light by a cylinder 21 and the shutter 16 is driven so that the circuit pattern on the mask 9 is exposed on the wafer.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、ICおよびLSI等の半導体装置の製造工程
の内、ホトリソグラフィ工程において使用される露光装
置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an exposure apparatus used in a photolithography process in the manufacturing process of semiconductor devices such as ICs and LSIs.

具体例としては、投影光学系を用いてレチクル上のパタ
ーンを半導体基板(ウェハ)上に投影露光する装置であ
って、レチクル上のパターンと半導体基板上のパターン
との位置整合のためのアライメント光学系と、投影光学
系を含む装置全体とをマツチングさせた露光装置に関す
る。
A specific example is an apparatus that uses a projection optical system to project and expose a pattern on a reticle onto a semiconductor substrate (wafer), and includes alignment optics for positional alignment between the pattern on the reticle and the pattern on the semiconductor substrate. The present invention relates to an exposure apparatus in which a system and the entire apparatus including a projection optical system are matched.

[従来の技術] マスクアライナに要求される基本的な性能は、解像性能
とアライメント精度である。あと一つ挙げるとすれば生
産機械としての価値感から処理能力(スルーブツト)で
あろう。半導体素子の微細化、高集積度化に伴なって、
より高い解像性能とアライメント精度が際限なく要求さ
れる。マスクアライナは、その露光方法によってコンタ
クト方式、プロキシミティ方式、1:1ミラ一プロジエ
クシヨン方式、レンズプロジェクション方式等に大分類
されるが、より微細なパターンが焼付可能であるところ
から、現在は縮小型のレンズプロジェクション方式(い
わゆるステッパ)がその主流になりつつある。縮小型レ
ンズプロジェクションの解像性能面での利点は、すでに
文献等で紹介されているので省略するが、一方アライメ
ント精度まで考えたシステムとして見た場合、このレン
ズプロジェクション方式は大きな障害を有している。
[Prior Art] The basic performance required of a mask aligner is resolution performance and alignment accuracy. If I had to mention one more thing, it would be processing capacity (throughput) because of its value as a production machine. As semiconductor devices become smaller and more highly integrated,
Higher resolution performance and alignment precision are required without limit. Mask aligners are broadly classified into contact method, proximity method, 1:1 mirror projection method, lens projection method, etc. depending on the exposure method. A reduction type lens projection method (so-called stepper) is becoming mainstream. The advantages of reduced lens projection in terms of resolution performance have already been introduced in literature, so we will omit them here, but on the other hand, when viewed as a system that takes alignment accuracy into consideration, this lens projection method has major drawbacks. There is.

それは簡単に言えば、投影レンズは、ある特定の波長(
それは、通常露光波長であるが)に対してしか結像およ
び収差の保証がされていないという事実に起因している
Simply put, the projection lens has a certain wavelength (
This is due to the fact that imaging and aberration guarantees are only made for (usually the exposure wavelength).

現在までに多数提案ないし実施されているレンズプロジ
ェクションにおけるアライメントシステムの中でレンズ
が保証している以外の波長の光を使用するシステムにお
いては上記の障害を克服するため種々の手法が採用され
ているが、そのいずれもがアライメントから露光に至る
プロセスの間に、その手法によって新たに発生する誤差
要因を含む結果となっている。それらの誤差を性格的な
面から分類すると、 A1間接基準の介在による誤差、 B、アライメントから露光までの間にマスク(またはレ
チクル)あるいはウェハを移動すること(その送り精度
)による誤差、 C,アライメントから露光までの間に要する時間、各要
素の温度、振動等にょろり勅誤差、D、マスク・ウニへ
間のアライメント光と露光光の光路差、 等となる。特開昭59−79527号のシステムにおい
てはB、Cの誤差が、特開昭55−135831号で付
加レンズを使用する場合にはC,Dの誤差が、特開昭5
8−145127号のシステムではレチクルとウェハを
同時観察していないことによりA、D等の誤差要因が発
生することになる。オフアクシスタイプのステッパでは
A〜Dのすべての誤差が発生する。これらの誤差を減少
させることは可能であるが、誤差を低いレベルに安定維
持することは装置メーカーにとっても、ユーザーにとっ
ても大きな負担となるのは間違いない。
Among the many alignment systems for lens projection that have been proposed or implemented to date, various methods have been adopted to overcome the above-mentioned obstacles in systems that use light of wavelengths other than those guaranteed by the lens. However, all of these methods include new error factors that occur during the process from alignment to exposure. Classifying these errors from the viewpoint of character, A1 errors due to the intervention of indirect references, B, errors due to movement of the mask (or reticle) or wafer (its feeding accuracy) between alignment and exposure, C. These include the time required from alignment to exposure, the temperature of each element, errors due to vibration, etc., D, the optical path difference between the alignment light and the exposure light between the mask and the sea urchin. In the system of JP-A No. 59-79527, the errors of B and C are the same as those of JP-A-55-135831 when an additional lens is used.
In the system of No. 8-145127, error factors such as A and D occur because the reticle and wafer are not observed simultaneously. All errors A to D occur in an off-axis type stepper. Although it is possible to reduce these errors, there is no doubt that stably maintaining the errors at a low level places a heavy burden on both the device manufacturer and the user.

本出願人による特開昭58−25638号に提案したシ
ステムは、露光波長(g線436μm)にごく近い波長
を持っHe−cdレーザ〔442μm〕をアライメント
光源とし、投影レンズをこれらの2波長に対して補正す
ることにより、前記A−Dの誤差発生を回避したすぐれ
たシステムである。
The system proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-25638 by the present applicant uses a He-CD laser [442 μm] with a wavelength very close to the exposure wavelength (g-line 436 μm) as an alignment light source, and uses a projection lens at these two wavelengths. This is an excellent system that avoids the occurrence of the error A-D by correcting the difference.

しかし、より窩しへ貴ヱイ9・神台七を2葛スた訊L−
+昏彫レンズは、より短い波長を使用する傾向にあり、
この場合においては前記システムのメリットを生かすこ
とはできない。
However, it is more difficult to move the 9 and the 7 Kamidai to the 2 katsu L-
+ Kobori lenses tend to use shorter wavelengths,
In this case, the advantages of the system cannot be utilized.

また、レンズの持つ解像性能をより有効に使うためには
、レジストに発生する定在波効果を減少させる必要があ
り、そのためにウニ八表面に反射防止処理を施したり、
レジストに吸収剤を入れたり、あるいはまた、多層レジ
ストを用いるプロセスが今後増加していく傾向にあるが
、このようなプロセスにおいては露光波長もしくはその
近傍の波長によるアライメントにおいてウェハからの信
号を取ることが、より困難になることが予想される。
In addition, in order to use the resolution performance of the lens more effectively, it is necessary to reduce the standing wave effect that occurs in the resist, and for this purpose, anti-reflection treatment is applied to the surface of the sea urchin.
The number of processes that use absorbers in the resist or multilayer resists will increase in the future, but in such processes, it is necessary to take signals from the wafer during alignment at or near the exposure wavelength. is expected to become more difficult.

この問題に関して本発明者等は、すでに、先述したアラ
イメントシステムから派生してくる誤差を押えながら、
吸収レジストあるいは多層レジスト等の新しいプロセス
にも対応し得るように非焼付光によるアライメントを基
本とした新しい露光方法および装置を特願昭59−23
fi321号として提案している。
Regarding this problem, the present inventors have already solved the problem by suppressing the error derived from the alignment system mentioned above.
A patent application was filed in 1982-23 for a new exposure method and device based on alignment using non-burning light, in order to be compatible with new processes such as absorption resists and multilayer resists.
It is proposed as fi321.

この特願昭59−236321号の発明(以下、先願発
明という)の概念は、従来のレンズプロジェクションは
もちろん、より短波長化するレンズプロジェクションあ
るいはミラープロジェクションさらにX線アライナにも
適用することが可能である。
The concept of the invention of Japanese Patent Application No. 59-236321 (hereinafter referred to as the prior invention) can be applied not only to conventional lens projection, but also to lens projection with shorter wavelengths, mirror projection, and even X-ray aligners. It is.

この先願発明のポイントは露光の結果生じたレジスト層
の部分的な変化をマスク側の信号として検出することに
ある。
The key point of this prior invention is to detect partial changes in the resist layer resulting from exposure as signals on the mask side.

レジストは光の照射により光化学的な反応を起こすが、
それは光学的な意味でもまた透過率、屈折率の変化を生
じ、あるいは特殊な場合には膨張ないし収縮により非照
射部との表面段差等を生じる。一般的に使用されている
0FPRあるいはAZ系のレジストにおいても選択露光
の結果を白色光の顕微鏡の下で濃淡像として観察するこ
とができる。以降の説明においてこの像を便宜的に潜像
と称する。
Resist causes a photochemical reaction when irradiated with light,
In an optical sense, it also causes a change in transmittance and refractive index, or in special cases, expansion or contraction causes a surface level difference with the non-irradiated area. Even with commonly used 0FPR or AZ resists, the results of selective exposure can be observed as a grayscale image under a white light microscope. In the following description, this image will be referred to as a latent image for convenience.

正規な露光光学系によってレジスト上に焼付けられたマ
スクの潜像(レジスト潜像)は、その時点でマスクとの
関係において誤差を含まない関係にあり、レジスト潜像
とその下のウェハマーク(段差)の位置誤差を読みとる
ことは、同一物体上のごく近接した像の関係を読み取る
ことになり光学系等の影響を受けぬ極めて信頼性の高い
検出が可能となる。
The latent image of the mask (resist latent image) printed on the resist by a regular exposure optical system has a relationship with the mask that does not include any errors at that point, and the resist latent image and the wafer mark (step difference) below it are ) reads the relationship between very close images on the same object, making extremely reliable detection unaffected by optical systems etc. possible.

この先願発明における基本的なアライメント露光の手順
を第2図に示す。
FIG. 2 shows the basic alignment exposure procedure in this prior invention.

このプロセスにおいて発生する誤差は、(イ)検出誤差
、(ロ)ステージの送り誤差、(ハ)予備露光から正規
露光までの時間内にウェハないしマスクが動いてしまう
ことによる誤差である。現状のステッパの実績から、(
ロ)のステージの送り量は大きくても2〜3μ、(ハ)
の時間は1秒前後であり、これらの誤差を極めて小さな
値におさえることは可能である。
Errors that occur in this process are (a) detection error, (b) stage feeding error, and (c) error due to movement of the wafer or mask during the time from preliminary exposure to regular exposure. From the current track record of steppers, (
The feed amount of the stage in (b) is at most 2 to 3μ, (c)
The time is approximately 1 second, and it is possible to suppress these errors to extremely small values.

第3図にこの先願発明の一実施例を示し、その作用を説
明する。
FIG. 3 shows an embodiment of this prior invention, and its operation will be explained.

システム全体は定盤1上に組上げられる(構造は不図示
)。定盤1上にはウェハステージ2があり、ウェハ保持
板3およびそこに吸着保持されたウェハ4を投影レンズ
5の光軸に垂直な平面に沿って移動可能としている。ウ
ェハマ−ク2は、その上に設けた光学ミラー6にレーザ
干渉計の光7を当てる既知の手法により、その位置座標
を知る−とができ、かつ指定された量の移動がすべて制
御される。投影レンズ5の上方にはレチクル保持台8に
保持されたレチクル9があり、さらにその上方の照明光
学系Aから光が照射された時レチクル9に取り込まれた
パターンが投影レンズ5を介してウェハ4表面に転写さ
れるように構成保持されている。
The entire system is assembled on a surface plate 1 (the structure is not shown). A wafer stage 2 is provided on the surface plate 1, and allows a wafer holding plate 3 and a wafer 4 held thereto to be moved along a plane perpendicular to the optical axis of the projection lens 5. The position coordinates of the wafer mark 2 can be determined by a known method of shining light 7 from a laser interferometer onto an optical mirror 6 provided thereon, and the movement of the wafer mark 2 by a specified amount can be controlled. . Above the projection lens 5 is a reticle 9 held by a reticle holder 8, and when light is irradiated from the illumination optical system A above the reticle 9, the pattern taken into the reticle 9 is transferred to the wafer via the projection lens 5. 4. The configuration is maintained so as to be transferred to the surface.

照明光学系Aは、超高圧水銀灯10から発する光をレチ
クル9上に均等に照射すべく第1〜第3のコンデンサレ
ンズ11.12.13と、光束を曲げるべく第1.第2
のミラー14.15とで構成されている。シャッタ16
は露光の制御を行なう。
The illumination optical system A includes first to third condenser lenses 11, 12, and 13 to uniformly irradiate the light emitted from the ultra-high pressure mercury lamp 10 onto the reticle 9, and first to third condenser lenses 11, 12, and 13 to bend the light beam. Second
mirrors 14 and 15. shutter 16
controls exposure.

第2.第3のコンデンサレンズ12.13と第2ミラー
15はまた、レチクルパターン面17と共役で結(iI
間孫を持つ而を図示Bの部分に作り出すように設計され
ており、この部分にマスキングを置くことにより、レチ
クル9の特定の部分だけ照明できるようになっている。
Second. The third condenser lens 12.13 and the second mirror 15 are also conjugately connected to the reticle pattern surface 17 (iI
The reticle 9 is designed to have a descendant in the part B shown in the figure, and by masking this part, it is possible to illuminate only a specific part of the reticle 9.

面Bには枠18に保持されたパターン露光用マスク19
と、アライメントマーク露光用マスク20を選択的に光
束内に挿入可能なようにシリンダ21により切換駆動す
る。
On surface B, there is a pattern exposure mask 19 held in a frame 18.
Then, the cylinder 21 is switched and driven so that the alignment mark exposure mask 20 can be selectively inserted into the light beam.

投影レンズ5とウェハ4の間にその一部を突込んだ形で
アライメント光学系Cが配置される。
An alignment optical system C is arranged with a part of it protruding between the projection lens 5 and the wafer 4.

ハロゲンランプ22から出た光は、集光ミラー23およ
び集光レンズ24により集光され、ハーフプリズム25
および対物レンズ26を経て可動ミラー27に至る。可
動ミラー27は、破線のように光軸に対し45°の位置
関係になった時、対物レンズ26により集められた光が
ウェハ面を照射する。ウェハ面から反射した光は逆に可
動ミラー27および対物レンズ26を経てハーフプリズ
ム25で上方に光軸を曲げ、リレーレンズ28を経て撮
像管29の面30にウェハ像を結像する。
The light emitted from the halogen lamp 22 is condensed by a condensing mirror 23 and a condensing lens 24, and a half prism 25
The light then passes through the objective lens 26 and reaches the movable mirror 27 . When the movable mirror 27 assumes a positional relationship of 45° with respect to the optical axis as shown by the broken line, the light collected by the objective lens 26 illuminates the wafer surface. The light reflected from the wafer surface passes through the movable mirror 27 and the objective lens 26, bends the optical axis upward at the half prism 25, passes through the relay lens 28, and forms a wafer image on the surface 30 of the imaging tube 29.

アライメントの場合、レチクルとウニへの平面的な位置
合せだけでX、Y、θの3方向の成分のアライメントを
行なうことになるから、対物レンズが2眼必要であり、
実施例の場合においても2眼あるものと考える。
In the case of alignment, alignment of components in the three directions of X, Y, and θ is performed by simply aligning the reticle and the sea urchin in a plane, so two objective lenses are required.
In the case of the embodiment, it is assumed that there are two eyes.

レジスト潜像は、ウェハのフォトレジスト上に形成され
たマスクのアライメントマーク像であるから、このレジ
スト潜像を使用してこの潜像とウェハのアライメントマ
ーク(ウェハの段差)とを合せることによりシステム誤
差の少ない位置合せが可能となる。
The resist latent image is an alignment mark image of the mask formed on the photoresist of the wafer, so the system uses this resist latent image to align this latent image with the wafer alignment mark (wafer step). Positioning with less error becomes possible.

[発明が解決しようとする問題点] ところで、潜像は露光部分と非露光部分とのインデック
ス差等のため、コントラスト、色差等で検出が可能であ
るが、エツジ部の散乱回折光を検出する暗視野ではイン
デックス差が借手なため原理的に潜像の検出は非常に困
難である。したがって、明視野で潜像を検出することが
有利である。
[Problems to be Solved by the Invention] Incidentally, the latent image can be detected based on contrast, color difference, etc. due to index differences between exposed and non-exposed areas, but it is difficult to detect scattered and diffracted light at the edges. In principle, it is very difficult to detect a latent image in dark field because the index difference is a factor. Therefore, it is advantageous to detect the latent image in bright field.

一方、フォトレジストが上部についているウェハマーク
の検出時においてはフォトレジスト面と基板との干渉に
より明視野検出では安定した出力を得ることは困難であ
る。したがって、ウェハ上のマークの検出には一般に暗
視野法が有利である。
On the other hand, when detecting a wafer mark on which a photoresist is attached, it is difficult to obtain a stable output using bright field detection due to interference between the photoresist surface and the substrate. Therefore, dark field methods are generally advantageous for detecting marks on wafers.

換言すれば、潜像を使用してアライメントする場合、潜
像を検出するための明視野観察系をそのまま用いてウェ
ハマークを検出したのではウェハマークの検出出力が不
安定になるという不都合が発生する。
In other words, when alignment is performed using a latent image, if the wafer mark is detected using the bright field observation system for detecting the latent image, the wafer mark detection output will be unstable. do.

本発明の目的は、上記潜像を使用した位置合せ法をさら
に改良し、より安定した位置合せが可能な露光装置を提
供することにある。
An object of the present invention is to further improve the above-mentioned alignment method using latent images and to provide an exposure apparatus capable of more stable alignment.

[問題点を解決するための手段] 本発明は、潜像は明視野で、ウェハマークは暗視野でと
いう二つの方法を共存させることによって、安定した位
置合せを可能にしている。
[Means for Solving the Problems] The present invention enables stable alignment by coexisting two methods: a latent image in a bright field and a wafer mark in a dark field.

本発明の一実施例においては、ウニへ面と光学的に結像
面に撮像素子を配置しそれを基準として明視野と暗視野
の切り換えを行なうことにより上記目的を達成する。
In one embodiment of the present invention, the above object is achieved by arranging an image sensor on the surface of the sea urchin and optically on the imaging surface, and switching between bright field and dark field using this as a reference.

[実施例] 第1図に実施例を示す。なお、第3図と共通または対応
する部分については同一の符号を付しである。
[Example] An example is shown in FIG. Note that parts common or corresponding to those in FIG. 3 are given the same reference numerals.

第1図において、オフアクシス顕微鏡Cは光源22によ
りウェハ4を照明する。その反射光を撮像管30に結像
してウェハマークと潜像とのずれを検出する。この時こ
の光学系の瞳面に絞り50.51゜52を配置する。絞
り50は検出光学系のNAを決めるものである。絞り5
1は明視野照明を行なうためのもので、中央部が透明で
外側が不透明である。
In FIG. 1, an off-axis microscope C illuminates a wafer 4 with a light source 22. In FIG. The reflected light is imaged on the imaging tube 30 to detect the deviation between the wafer mark and the latent image. At this time, a diaphragm 50.51°52 is placed on the pupil plane of this optical system. The aperture 50 determines the NA of the detection optical system. Aperture 5
1 is for bright field illumination, and the center part is transparent and the outside part is opaque.

絞り52は暗視野照明を行なうためのもので、絞り51
とは逆に中央部が不透明で外側が透明である。
The aperture 52 is for dark field illumination, and the aperture 51
On the contrary, the center is opaque and the outside is transparent.

これらの絞りのうち、明視野絞り51と暗視野絞り52
とを互いに交換装着することにより、潜像を検出する時
には−絞り51を用いて明視野とし、ウェハマークを検
出する時は絞り51または52を用いて明視野または暗
視野で検出を行なう。
Among these apertures, a bright field aperture 51 and a dark field aperture 52
When detecting a latent image, the aperture 51 is used in a bright field, and when detecting a wafer mark, the aperture 51 or 52 is used to perform bright field or dark field detection.

上記構成におりて、ウェハマークを明視野で検出する場
合は従来例(第3図)と同じである。暗視野で検出する
場合にはまず絞り52を装着してウェハマークを検出す
る。この時ウェハマークの位する。次に絞り52を絞り
51に切り換え、明視野にして潜像を検出する。この時
も潜像が撮像面30の中のどこに対応するかを求めて前
に求めたウェハ位置とのずれ量を検出する。このことに
より、ウェハとマークとのずれ量が検出可能となる。
With the above configuration, the detection of wafer marks in a bright field is the same as in the conventional example (FIG. 3). In the case of dark field detection, first the diaphragm 52 is attached to detect the wafer mark. At this time, the wafer mark is placed. Next, the aperture 52 is switched to the aperture 51, and a latent image is detected in a bright field. At this time as well, it is determined where on the imaging surface 30 the latent image corresponds, and the amount of deviation from the previously determined wafer position is detected. This makes it possible to detect the amount of deviation between the wafer and the mark.

次に第2図のフローチャートを参照しながら第1図の装
置の動作の一例を説明する。
Next, an example of the operation of the apparatus shown in FIG. 1 will be explained with reference to the flowchart shown in FIG.

第1図の露光装置においては、先ずマスク(レチクル)
9のマークとウェハステージ2上に載置されたウェハ4
のマークとを略アライメントする。この略アライメント
は、従来技術による方法、例えば投影レンズを介してマ
スクのマークとウェハのマークとを観察し整合させるT
TL法または投影レンズ光軸外に配置されたオフブクシ
スA/S (アライメントスコープ)により観察しウェ
ハのマークを所定の位置基準に整合させるオフアクシス
法等を適用することができる。次に、アライメントマー
ク露光用マスク20を露光光束内に位置させ、シャッタ
16を駆動して、アライメントツーhの:XLル内〒ハ
μシ呼立!ナスを名l蕗−立)さらに、この予備露光に
よりウェハ4のレジスト上に形成されたマスク9のマー
クを非露光光により明視野で、続いてウェハの段差マー
クを非露光光による暗視野で検出し、これらのマークの
位置誤差を読み取る。そして、この位置誤差が許容値を
越えていればウェハ側またはマスク側のステージを駆動
して位置誤差を補正した後、一方、位置誤差が許容値内
であればそのまま、シリンダ21によりパターン露光用
マスク19を露光光束内に位置させ、シャッタ16を駆
動してマスク9上の回路パターン部を露光する(正規露
光)。
In the exposure apparatus shown in Figure 1, first a mask (reticle) is
Mark 9 and wafer 4 placed on wafer stage 2
Align with the mark. This approximate alignment can be achieved by conventional methods, such as T
The TL method or the off-axis method in which the mark on the wafer is observed with an off-axis A/S (alignment scope) placed off the optical axis of the projection lens and aligned with a predetermined position reference can be applied. Next, the alignment mark exposure mask 20 is positioned within the exposure light beam, the shutter 16 is driven, and the alignment mark is set in the :XL area of the alignment tool h. Furthermore, the marks of the mask 9 formed on the resist of the wafer 4 by this preliminary exposure were observed in bright field using non-exposure light, and then the step marks on the wafer were observed in dark field using non-exposure light. Detect and read the position error of these marks. If this position error exceeds the allowable value, the stage on the wafer side or the mask side is driven to correct the position error, and if the position error is within the allowable value, then the cylinder 21 is used for pattern exposure. The mask 19 is positioned within the exposure light flux, and the shutter 16 is driven to expose the circuit pattern portion on the mask 9 (regular exposure).

なお、ここでは先にウェハを検出し、次に潜像を検出し
たが、この順は何ら本発明を限定するものでなく、逆に
先に潜像を検出し次にウェハマークの検出を行なっても
同等問題ない。本実施例では撮像面30というものを一
つの基準として、明視野検出と暗視野検出とを両立させ
た所に特徴が存在している。撮像管からの電気信号の処
理は通常の画像処理技術の応用で容易に行なうことがで
きる。特にオフアクシス顕微鏡なので白色光を用いるこ
とかでき、レーザを用いた時の干渉作用等による単色光
効果が平均化作用で大幅に軽減され、安定した計測を行
なうことができる。
Note that although the wafer was detected first and the latent image was detected here, this order does not limit the present invention in any way; conversely, the latent image was detected first and then the wafer mark was detected. However, there is no problem. The present embodiment is characterized in that it achieves both bright field detection and dark field detection using the imaging surface 30 as one reference. Processing of electrical signals from the image pickup tube can be easily performed by applying ordinary image processing techniques. In particular, since it is an off-axis microscope, white light can be used, and the monochromatic light effect caused by interference when using a laser is greatly reduced by the averaging effect, making it possible to perform stable measurements.

第4図は、本発明をステッパに適用した場合の動作を示
すフローチャートである。第2図のフローチャートとは
、未露光ウェハを搭載しくステップ1)、該ウェハを略
アライメントした(ステップ2.3)した後、個々のシ
ョットについて上記予備露光、マスク潜像とウェハマー
クの誤差検出および正規露光を行なう点(ステップ4〜
11.16のループ)、並びに予備および正規露光時、
可動ミラー27が露光光束外へ退避している点(ステッ
プ14.5)が異なる。なお、アライメントマーク部の
み露光した(ステップ4)後、パターン露光用マスク1
9とアライメントマーク用マスク20とを切り換える点
(ステップ13.15)は、第2図のフローチャートに
は図示されていないだけで同様である。
FIG. 4 is a flowchart showing the operation when the present invention is applied to a stepper. The flowchart in Figure 2 is to load an unexposed wafer (step 1), approximately align the wafer (step 2.3), perform the preliminary exposure for each shot, and detect errors between the mask latent image and the wafer mark. and the point at which regular exposure is performed (step 4~
11.16 loop), and during preliminary and regular exposure,
The difference is that the movable mirror 27 is retracted out of the exposure light beam (step 14.5). Note that after exposing only the alignment mark portion (step 4), pattern exposure mask 1 is
The point of switching between the mask 9 and the alignment mark mask 20 (step 13.15) is similar to the flowchart of FIG. 2, except that it is not shown in the flowchart.

第5図は、ステッパで使用するマスク(レチクル)9の
外観例を示す。同図において、32はアライメントマー
ク、33は回路パターン部、34はアライメントマーク
部である。
FIG. 5 shows an example of the appearance of a mask (reticle) 9 used in a stepper. In the figure, 32 is an alignment mark, 33 is a circuit pattern section, and 34 is an alignment mark section.

第6図は、上記ステッパで焼付けされるウェハの外観例
を示す。同図において、35はアライメントマーク(段
差)、36はスクライブライン、37は実素子部である
FIG. 6 shows an example of the appearance of a wafer baked with the stepper. In the figure, 35 is an alignment mark (step), 36 is a scribe line, and 37 is an actual element portion.

本発明の目的は、オフアクシス顕微鏡Cの絞りを切り換
えずに、オフアクシス顕微鏡を2つ持ち高精度ステージ
を用いることによっても達成することができる。
The object of the present invention can also be achieved by having two off-axis microscopes and using a high-precision stage without changing the aperture of the off-axis microscope C.

この場合、2つの顕微鏡のうち1つを明視野としもう1
つを暗視野とする。まず明視野で潜像を検出した後高精
度ステージを所定量駆動し暗視野顕微鏡によりウェハマ
ークを検出する双方の撮像面の相対関係は予め既知であ
り、この2つの撮像面に対する相対位置を潜像およびウ
ェハパターンそれぞれ別個に求めることができる。一方
、2つの顕微鏡の間の移動距離も高精度ステージにより
精確に計測されている。このことによりウェハとレチク
ルのずれ量が上述と同様に求まる。
In this case, one of the two microscopes is bright field and the other is bright field.
One is dark field. First, a latent image is detected in a bright field, and then the high-precision stage is driven a predetermined amount to detect a wafer mark using a dark field microscope. The image and wafer pattern can each be determined separately. On the other hand, the moving distance between the two microscopes is also accurately measured using a high-precision stage. As a result, the amount of deviation between the wafer and the reticle can be determined in the same manner as described above.

第7図にそのような2つの顕微鏡を用いた実施例を示す
。同図において、暗視野顕微鏡Cには暗視野用絞り52
を配置し、明視野顕微鏡C′には明視野用絞り51(不
図示)を配置している。
FIG. 7 shows an example using two such microscopes. In the figure, a dark field microscope C has a dark field aperture 52.
A bright field microscope C' is provided with a bright field aperture 51 (not shown).

なお、第1図および第7図の実施例において、オフアク
シス顕微鏡は必ずしも可動ミラー27を用いるような形
式のものでなく、通常のステッパで用いられているよう
な固定式で可動部のない形式のものであっても、本発明
を成立させることは明らかである。
In the embodiments shown in FIGS. 1 and 7, the off-axis microscope is not necessarily of a type that uses a movable mirror 27, but is of a fixed type without movable parts, such as that used in a normal stepper. It is clear that the present invention can be realized even if it is the same.

[発明の作用および効果コ 以上のように本発明によれば、マスクのマークをウェハ
上面のレジスト層に焼付けることにより形成されるレジ
ストの潜像として非焼付光の明視野で観察するとともに
、ウェハのマークであるウェハの段差は暗視野および明
視野の一方を選択して観察するようにしたため、マスク
とウニへの相対位置を高精度かつ安定に検出することが
できる。
[Operations and Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a latent image of a resist formed by printing a mask mark on a resist layer on the upper surface of a wafer is observed in a bright field using non-printing light, and Since the wafer steps, which are marks on the wafer, are observed by selecting either the dark field or the bright field, the relative positions of the mask and the sea urchin can be detected with high precision and stability.

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

第1図は、本発明の一実施例に係る投影露光装置の構成
図、 第2図は、本発明の基本的なプロセス説明のフローチャ
ート、 第3図は、潜像アライメントを適用した先願装置の構成
図、 第4図は、本発明をステッパに通用する場合のアライメ
ント露光のフローチャート、 第5図AおよびBは、本発明で使用されるレチクルとア
ライメントマークの一例を示す図、第6図AおよびBは
、本発明で使用されるウェハとアライメントマークの一
例を示す図、第7図は、本発明の他の実施例に係る投影
露光装置の構成図である。 2:ステージ、 4:ウェハ、 6:光学ミラー、 9ニレチクル、 19:パターン露光用マスク、 20:アライメントマーク露光用マスク、51:明視野
用絞り、 52:暗視野用絞り。 特許出願人   キャノン株式会社 代理人 弁理士・   伊 東 辰 雄代理人 弁理士
   伊 東 哲 也 第2図 第 5 図へ    第 5 図日 第6際   第6図日
Fig. 1 is a configuration diagram of a projection exposure apparatus according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a flowchart explaining the basic process of the present invention, and Fig. 3 is a prior application apparatus applying latent image alignment. FIG. 4 is a flowchart of alignment exposure when the present invention is applied to a stepper; FIGS. 5A and B are diagrams showing an example of a reticle and alignment mark used in the present invention; FIG. 6 A and B are diagrams showing examples of a wafer and alignment marks used in the present invention, and FIG. 7 is a configuration diagram of a projection exposure apparatus according to another embodiment of the present invention. 2: stage, 4: wafer, 6: optical mirror, 9 reticle, 19: pattern exposure mask, 20: alignment mark exposure mask, 51: bright field diaphragm, 52: dark field diaphragm. Patent Applicant Canon Co., Ltd. Agent Patent Attorney Tatsuo Ito Agent Patent Attorney Tetsuya Ito Go to Figure 2 Figure 5 Figure 5 Date 6th Figure 6 Date

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、マスクのパターンをウェハのパターンに整合し、マ
スクのパターンをウェハ表面のレジスト層に焼付ける露
光装置であって、マスクのパターンの異なる部分を選択
的に露光可能な露光光学系と、ウェハもしくはマスクの
少なくとも一方を上記露光光学系の光軸に直交した面に
沿って動かしうるステージと、ウェハ上面のみを非焼付
光で明視野観察しうる第1のアライメント光学系と、ウ
ェハ上面のみを非焼付光で暗視野観察しうる第2のアラ
イメント光学系とを具備し、第1または第2のアライメ
ント光学系によってウェハ表面の段差を、第1のアライ
メント光学系によってウェハ表面のレジスト層の潜像を
、観察可能としたことを特徴とする露光装置。 2、前記第1および第2のアライメント光学系が、明視
野用絞りと暗視野用絞りとを備え、これらの絞りの一方
を該光学系の瞳面に択一的に配置することにより明視野
および暗視野に切り換えて前記ウェハ上面を観察可能な
同一の光学系を兼用するものである特許請求の範囲第1
項記載の露光装置。 3、前記アライメント光学系が、照明系と観察系とから
なり、前記明視野用絞りと暗視野用絞りとが、上記照明
系の瞳面に択一的に配置される特許請求の範囲第2項記
載の露光装置。
[Claims] 1. An exposure device that aligns a mask pattern with a wafer pattern and prints the mask pattern onto a resist layer on the wafer surface, which is capable of selectively exposing different parts of the mask pattern. an exposure optical system, a stage capable of moving at least one of the wafer or the mask along a plane perpendicular to the optical axis of the exposure optical system, and a first alignment optical system capable of bright field observation of only the upper surface of the wafer with non-baking light. and a second alignment optical system that enables dark-field observation of only the top surface of the wafer using non-printing light. An exposure device characterized in that a latent image of a resist layer on the surface can be observed. 2. The first and second alignment optical systems are equipped with a bright-field aperture and a dark-field aperture, and one of these apertures is selectively arranged on the pupil plane of the optical system to achieve a bright-field image. and the same optical system capable of observing the upper surface of the wafer by switching to a dark field mode.
Exposure apparatus described in Section 2. 3. Claim 2, wherein the alignment optical system includes an illumination system and an observation system, and the bright field diaphragm and the dark field diaphragm are alternatively arranged on a pupil plane of the illumination system. Exposure apparatus described in Section 2.
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