JPS62285420A - Aligner - Google Patents

Aligner

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JPS62285420A
JPS62285420A JP61128172A JP12817286A JPS62285420A JP S62285420 A JPS62285420 A JP S62285420A JP 61128172 A JP61128172 A JP 61128172A JP 12817286 A JP12817286 A JP 12817286A JP S62285420 A JPS62285420 A JP S62285420A
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JP
Japan
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exposure
light
alignment
optical system
projection lens
Prior art date
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Pending
Application number
JP61128172A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masao Kosugi
小杉 雅夫
Hitoshi Fukuda
仁 福田
Akiyoshi Suzuki
章義 鈴木
Hideki Ine
秀樹 稲
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Publication of JPS62285420A publication Critical patent/JPS62285420A/en
Priority to US07/532,229 priority patent/US5137363A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

PURPOSE:To project a beam of alignment light in an exposure light flux from outside or take it out therefrom, to facilitate alignment and to make an aligner small in size, by a construction wherein a spectoscopic means of reflecting a beam of exposure light and transmitting the beam of alignment light which is a non-printing light is disposed between a projection lens and a negative plate. CONSTITUTION:A pattern of a reticle 1 is projected onto the surface of a wafer 2 by means of a projection lens 3 and a dichroic film 4 of parallel-plate glass of an aligner and exposed. Exposure lights separated by this dichroic film 4 are combined in an alignment detection system constituted by first and second microscope blocks 8 and 9. In this block 9, a coma compensating plate 20, a field lens 21, a telecontric compensating lens 22, an astigmatism and coma correction lens 25, an imaging lens 27, etc. are provided. While the exposure light is reflected, an alignment light, which is a non-printing light, is transmitted and projected in an exposure light flux from outside or taken out therefrom, alignment is facilitated, and the aligner is made small in size.

Description

【発明の詳細な説明】 3、発明の詳細な説明 [a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 3. 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] 縮小レンズを用いた露光装置(いわゆるステッパ)にお
けるアライメントについてはこれまで数多くの提案がな
され、また製品上に適用されてきた。これらの提案およ
び製品への適用例の意図するところは、投影レンズを介
してレチクルのパターンとウェハ上のパターンとの相対
的な位置合せを行ない、しかる後に露光するプロセスに
関して、いかに■正確に、■確実に、■より早く、当該
プロセスを達成し得るかを追求したものである。さらに
、あと一つの条件を付加するとすれば、ユーザの使い勝
手に関して、■使い易さを上げることができる。
[Prior Art] Many proposals have been made regarding alignment in exposure devices (so-called steppers) using reduction lenses, and these have been applied to products. The intent of these proposals and product applications is to determine how accurately the pattern on the reticle is aligned with the pattern on the wafer through a projection lens, and then exposed. ■The aim is to achieve the process more reliably and faster than ■. Furthermore, if I were to add one more condition, I would like to add one more condition: (1) The ease of use can be improved.

ところが、これらの条件を、満足しつるレベルですべて
達成するのは困難であり、これまでの提案や適用例にお
いてもいずれかの項目に対し欠点を持っているのが常で
ある。
However, it is difficult to achieve all of these conditions to a satisfactory level, and the proposals and application examples that have been made so far usually have drawbacks in one or another of the items.

この欠点は投影レンズを用いたステッパの宿命的な弱点
ともいえるが、その問題の所在を解析すると次のような
論法になる。つまり、 (イ)レチクルのパターンを投影レンズを介してウェハ
のパターン上に投影露光するに先たち、レチクルパター
ンの投影像とウェハパターンとの相対位置合わせをrよ
り正確に1行なうためには、投影レンズを通したアライ
メントが望ましい。つまりTTLアライメントが望まし
い。
This drawback can be said to be a fateful weakness of steppers that use projection lenses, but when we analyze the problem, we come to the following reasoning. In other words, (a) Before projecting and exposing the reticle pattern onto the wafer pattern via the projection lens, in order to perform relative positioning of the projected image of the reticle pattern and the wafer pattern more accurately than r, Alignment through a projection lens is preferred. In other words, TTL alignment is desirable.

(ロ)レチクルもしくはウェハのマークの位置情報を持
った光が投影レンズを通過しても情報媒体として有効で
あるためには、そこで発生する収差の関係から、ごく狭
い波長幅を持った光であることが必然となる。
(b) In order for light carrying the positional information of the reticle or wafer mark to pass through the projection lens, it must be effective as an information medium because of the aberrations that occur there. Something becomes inevitable.

(八)アライメントマークは常識的には凹凸を持った段
差構造であるため、ここに波長幅の狭い光を当てた場合
、凹凸の上のエツジから反射する光と下のエツジから反
射する光が干渉を生じる。そのため、段差量とそこに塗
布されたレジストの屈折率の条件によっては、信号光が
低減しまたは消失することがある。従って、どのような
プロセス条件に対してもr確実に1アライメントを実行
するためには、複数の別波長のアライメント光によりア
ライメントを行なう必要がある。
(8) As common sense, an alignment mark has a step structure with unevenness, so when light with a narrow wavelength width is applied here, the light reflected from the upper edge of the unevenness and the light reflected from the lower edge are different. cause interference. Therefore, depending on the amount of the step and the refractive index of the resist applied there, the signal light may be reduced or disappear. Therefore, in order to reliably perform one alignment under any process conditions, it is necessary to perform alignment using a plurality of alignment lights of different wavelengths.

(:)露光波長と同一波長の光をアライメント光として
使用すれば、投影レンズによる色収差は発生せず付加的
な光学系無しでし″チクルマークとクエへのマークとを
同時に2次元像として観察可能である。従って、アライ
メント波長の一つとして露光波長を使用するのが妥当で
ある。
(:) If light with the same wavelength as the exposure wavelength is used as alignment light, chromatic aberration due to the projection lens will not occur and the tickle mark and square mark can be observed simultaneously as two-dimensional images without the need for an additional optical system. Therefore, it is appropriate to use the exposure wavelength as one of the alignment wavelengths.

(ホ)他のアライメント光は露光波長と異なる波長にせ
ざるを得ない。このとき、露光波長と異なる波長の非露
光光がレンズを透過した場合に発生する色収差は、光学
理論上数種の収差に分析できる。しかし、これまでの提
案および適用例においては、軸上色収差しか補正してい
なかった。
(e) Other alignment lights must have a wavelength different from the exposure wavelength. At this time, the chromatic aberration that occurs when non-exposure light having a wavelength different from the exposure wavelength is transmitted through the lens can be analyzed into several types of aberrations in optical theory. However, in the proposals and application examples so far, only longitudinal chromatic aberration has been corrected.

このことは、サジタル方向(レンズ光軸に対して放射方
向)に向いたマークしか使用できず、そのためマークに
直交する方向成分しか検出できないことを意味し、例え
ばXY方向をアライメントするためには2つの対物レン
ズを含む顕微鏡が必要となる。
This means that only marks oriented in the sagittal direction (radial direction with respect to the lens optical axis) can be used, and therefore only the direction component orthogonal to the mark can be detected.For example, in order to align the XY directions, two A microscope containing two objective lenses is required.

(へ)投影レンズに対しアライメントマークの位置が制
限されることによる弊害は様々な形態で現れる。
(f) The disadvantages caused by restricting the position of the alignment mark with respect to the projection lens appear in various forms.

(i)例えば、レンズ光軸を原点とするXY座標の軸上
にしかアライメントマークが存在し得ない場合において
、ウェハ側のアラ、イメントマークを更新する必要が生
じた場合には、投影レンズに対し実素子パターン部をシ
フトして設定するしかない。しかし、このときには実素
子パターン部のうちシフトにより投影レンズの有効画面
を外れる部分がでるため、実質上投影レンズの有効画面
を損なうことになる。
(i) For example, in a case where alignment marks can only exist on the XY coordinate axes with the lens optical axis as the origin, if it becomes necessary to update the alignment marks on the wafer side, the projection lens On the other hand, the only option is to shift and set the actual element pattern part. However, in this case, a portion of the actual element pattern portion is shifted out of the effective screen of the projection lens, so that the effective screen of the projection lens is substantially damaged.

(ii)また、上記のような事態を避けるためには、レ
チクルとクエへの関係において、実素子パターン部が重
なり合う位置とアライメントマークが重なり合う位置を
定量シフトする方法がある。しかし、この場合にはアラ
イメント後、露光をかけるまでに一定量だけウェハまた
はレチクルを8wJすることが必要であり、この9勤時
間によりr早さjが損なわれ、移動精度によりr正確さ
1が損なわれる。
(ii) In order to avoid the above situation, there is a method of quantitatively shifting the position where the actual element pattern portion overlaps and the position where the alignment mark overlaps in the relationship between the reticle and the square. However, in this case, it is necessary to move the wafer or reticle by a certain amount of 8wJ after alignment and before exposure, and this 9-shift time impairs rspeedj, and the movement accuracy reduces raccuracy1. be damaged.

(ト)一方、非露光波長をアライメント光として使用す
る場合、ウェハ側(像面側)の一点から出た光は軸上色
収差のため、通常、レチクルパターン面(物体面)より
遠くに結像する。もしこの光をレチクルを透過した位置
で捕捉しようとすれば、レチクルにはこの光束を通すた
めの大きな窓が必要となる。
(g) On the other hand, when using a non-exposure wavelength as alignment light, the light emitted from a single point on the wafer side (image surface side) usually forms an image farther away than the reticle pattern surface (object surface) due to axial chromatic aberration. do. If this light is to be captured at the position where it passes through the reticle, the reticle will need a large window to allow this light beam to pass through.

このことを避けるためには、ウニへの信号を持った光を
、レチクルとレンズの間で露光光束外へ取り出すことが
必要となる。しかし、この信号を取り出すためには、露
光光束中にミラーもしくはそれに相当する光学部材が必
要であり、もしこのミラーが固定されていれば、レンズ
の有効画面を損なうことになる。また、もしこのミラー
を露光のたびに露光光束から退避するとすれば、このミ
ラーの位置再現性がアライメント精度を損なう。
In order to avoid this, it is necessary to extract the light carrying the signal to the sea urchin to the outside of the exposure light beam between the reticle and the lens. However, in order to extract this signal, a mirror or an equivalent optical member is required in the exposure beam, and if this mirror is fixed, it will impair the effective field of the lens. Furthermore, if this mirror is withdrawn from the exposure light beam every time exposure is performed, the position reproducibility of this mirror will impair alignment accuracy.

(チ)上記の(ト)で述べたごとく取出された光を対物
レンズを含む顕微鏡に取り込み、これを電気信号に変換
してアライメントを行なう方法がいくつか提案されてい
る。
(H) As described in (G) above, several methods have been proposed in which the extracted light is taken into a microscope containing an objective lens, and this is converted into an electrical signal to perform alignment.

一例として、顕微鏡の中に仮の基準を持ち、これとウェ
ハマークの相対位置合せをする例がある。この場合、木
質的な目的であるレチクルとウェハの位置合せにおいて
介在物が存在することになり、これがr正確さ1を損な
う要因になる。
As an example, there is an example in which a temporary reference is provided in the microscope and the relative position of the wafer mark is aligned with this reference. In this case, inclusions will be present in the alignment of the reticle and wafer, which is a wooden objective, and this will be a factor that impairs r accuracy 1.

[発明が解決しようとする問題点] 本発明の第1の目的は、縮小投影型露光装置において、
先に述べたような種々の欠点および問題点を解決し、よ
り改良されたアライメント方法およびアライメント装置
を提供することにある。
[Problems to be Solved by the Invention] A first object of the present invention is to provide a reduction projection exposure apparatus that
The object of the present invention is to solve the various drawbacks and problems mentioned above and to provide an improved alignment method and alignment device.

本発明の第2の目的は、半導体デバイスの微細化、高集
積化、高速化という、より高度な要求に答えるべく、よ
り高精度で多機能化された露光装置を提供することであ
る。
A second object of the present invention is to provide an exposure apparatus with higher precision and multifunctionality in order to meet the more advanced demands of miniaturization, higher integration, and higher speed of semiconductor devices.

上述したような、より高精度で多機能化された露光装置
を提供するに際して、考えられる状況と要求を以下に述
べる。
Possible situations and requirements for providing an exposure apparatus with higher precision and multifunctionality as described above will be described below.

高速化、高集積化の傾向をダイナミックラム(DRAM
)を例にとってみると、現在、IMビットDRAMが量
産に入りつつあり、これがほぼ1μmデザインルールで
設計されている。この先、4MビットDRAMや16M
ビットDRAMになれば、デザインルールとしては0.
7μmから0.5μmとなり、いわゆるサブミクロンプ
ロセス時代に入る。露光装置に対しては、第1に高い解
像力が要求され、このために露光波長は現在のg線から
1線へ、さらにはエキシマレーザの308 nmや24
9nmへと短波長化が進むことになる。
Dynamic RAM (DRAM)
), IM bit DRAMs are currently entering mass production, and are designed using approximately 1 μm design rules. In the future, 4M bit DRAM and 16M
When it comes to bit DRAM, the design rule is 0.
From 7 μm to 0.5 μm, we are entering the so-called submicron process era. Exposure equipment is first required to have high resolving power, and for this purpose the exposure wavelength has changed from the current g-line to 1-line, and furthermore to 308 nm and 24 nm of excimer laser.
The wavelength will continue to be shortened to 9 nm.

露光光の単波長化は、解像力と焦点深度に対して有利に
働くが、投影レンズの設計においては解像力重視指向(
つまり高NA化)となるのは必然である。この結果、焦
点深度は実用解像力において±1μm前後のレベルとな
ろう。
Using a single wavelength of exposure light has an advantageous effect on resolving power and depth of focus, but when designing a projection lens, there is an emphasis on resolving power (
In other words, it is inevitable that the NA will increase. As a result, the depth of focus will be at a level of around ±1 μm in practical resolution.

フォーカス位置が温度や気圧で変化することは知られて
いるが、露光光の照射によってもまた変化する。このよ
うな状況で安定した解像精度を維持するにはTTLフォ
ーカスが有効である。TTLのフォーカス信号を取り込
む方法は、AA(オートアライメント)信号の取り込み
と類似した考え方になる。
It is known that the focus position changes with temperature and atmospheric pressure, but it also changes with exposure light irradiation. TTL focusing is effective in maintaining stable resolution accuracy in such situations. The method of capturing a TTL focus signal is similar to that of capturing an AA (auto alignment) signal.

さらに、深度問題を突きつめるとウニ八表面のそりが問
題となり、この場合には露光画面内3点のTTLフォー
カスと、ウェハ側のチルト機構が必要となる。
Furthermore, when looking into the depth issue, warping of the surface of the sea urchin becomes a problem, and in this case, TTL focus at three points within the exposure screen and a tilt mechanism on the wafer side are required.

一方、解像力の向上と同時に重ね合せ精度の向上が装置
に対して要求される。重ね合せ精度はデバイスのデザイ
ンルールの1/3〜115倍程度が必要精度といわれて
いる。重ね合せ精度は、装置側の要因としては、倍率、
ディストーションおよびアライメント精度に分離できる
。アライメントは像面平面に対し平行な′方向であるX
Yθ方向においてレチクル投影像とウニハ上のパターン
の相対位置合せを行ない、これらを完全に重なり合せる
ことを前提としているが、レチクル投影像とウェハパタ
ーンに相対的な倍率ディストーションが存在すれば、こ
れはアライメントでは救済できない。
On the other hand, the apparatus is required to improve the overlay accuracy as well as improve the resolution. It is said that the required overlay accuracy is about 1/3 to 115 times the device design rule. Overlay accuracy depends on factors such as magnification,
Can be separated into distortion and alignment accuracy. The alignment is in the 'direction parallel to the image plane
It is assumed that the reticle projected image and the pattern on the wafer are aligned relative to each other in the Yθ direction so that they completely overlap, but if there is relative magnification distortion between the reticle projected image and the wafer pattern, this Alignment cannot help.

絶対格子に対してランダム成分、あるいは非線形成分と
してのディストーションは、投影レンズの設計および製
作上の技量として絶対格子に近づける努力をするしかな
い。
Distortion as a random component or a nonlinear component with respect to the absolute lattice requires efforts to bring it closer to the absolute lattice as a design and manufacturing technique of the projection lens.

一方、投影レンズ光軸からの距離に比例した伸縮成分と
しての倍率については気圧によって変化することは知ら
れているし、また温度、露光によっても変化する。また
、ウェハ側についても加熱プロセス等によりパターンの
伸縮が生じる。
On the other hand, it is known that the magnification, which is an expansion/contraction component proportional to the distance from the optical axis of the projection lens, changes depending on atmospheric pressure, and also changes depending on temperature and exposure. Furthermore, on the wafer side, expansion and contraction of the pattern occurs due to heating processes and the like.

従って、0.1 μmあるいはそれ以下の重ね合せ精度
が要求される時代になれば、倍率をリアルタイムに検出
し補正するという機能が装置側に要求されてくるであろ
う。
Therefore, in an era when overlay accuracy of 0.1 μm or less is required, devices will be required to have a function of detecting and correcting magnification in real time.

以上のような状況を考えるとき、サブミクロンプロセス
時代に対応しつる露光装置としては、車にアライメント
精度の向上のみならず、フォーカス、片ボケ、倍率につ
いてプロセス側、装置側両者の誤差要因を検出し、補正
しつる機能が要求される。
Considering the above situation, the exposure equipment that supports the sub-micron process era not only improves alignment accuracy, but also detects error factors on both the process side and the equipment side for focus, one-sided blur, and magnification. However, a correction function is required.

[問題点を解決するための手段および作用コ木件第1の
発明では、露光装置の投影レンズとレチクル等の原板と
の間に、露光光は実質的に反射し非焼付光であるアライ
メント光は実質的に透過する分光手段を配置することに
より、アライメント光を外部から露光光束中に投入し、
また露光光束外に取り出すことを可能としている。
[Means and effects for solving the problem] In the first invention, the exposure light is substantially reflected and alignment light, which is non-printing light, is provided between the projection lens of the exposure device and the original plate such as a reticle. By arranging a substantially transparent spectroscopic means, alignment light is input from the outside into the exposure light beam, and
Furthermore, it is possible to take out the light outside the exposure light beam.

また、本件第2の発明では、露光装置の投影レンズとレ
チクル等の原板との間に、露光光は実質的に反射し非焼
付光であるアライメント光は実質的に透過する分光手段
を配置するところまでは第1の発明と同様であるが、さ
らに原板側のアライメントマークと感光基板側のアライ
メントマークを同時観察することができる第1の光学系
と第2の光学系を備えている。これによりプロセス条件
の経時変化による基準の狂いを検出できる。
Further, in the second invention, a spectroscopic means is disposed between the projection lens of the exposure device and the original plate such as a reticle, which substantially reflects the exposure light and substantially transmits the alignment light, which is non-printing light. Up to this point, the present invention is the same as the first invention, but it further includes a first optical system and a second optical system that can simultaneously observe the alignment marks on the original plate side and the alignment marks on the photosensitive substrate side. This makes it possible to detect deviations in the standard due to changes in process conditions over time.

本件第3の発明では、TTLフォーカス検出系である光
学系を備え、露光画面全体に渡って均一で良好な解像性
能を得ることを可能としている。
The third invention includes an optical system that is a TTL focus detection system, making it possible to obtain uniform and good resolution performance over the entire exposure screen.

[実施例] 第1図は、本発明の一実施例に係る露光装置におけるア
ライメント検出系、アライメント駆動系および倍率補正
駆動系の概念図を示す。同図(a)は側面図、(b)は
レチクル部分の平面図を示す。
[Embodiment] FIG. 1 shows a conceptual diagram of an alignment detection system, an alignment drive system, and a magnification correction drive system in an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. 3A shows a side view, and FIG. 1B shows a plan view of the reticle portion.

同図において、レチクル1のパターンをウェハ2の表面
に投影露光すべく、投影レンズ3とダイクロイックミラ
ー(ダイクロミラー)4が配置されている。投影レンズ
3は、ウェハ2側がテレセントリックであり、片テレセ
ントリック系となっている。平行平板硝子5上のダイク
ロミラー4は投影光軸に対して45°傾けて設定されて
おり、投影光軸はダイクロミラー4部で90°折り曲げ
られた機構となっている。露光光はこのダイクロミラー
4により90°の方向に反射され、アライメントとオー
トフォーカス用の波長の光はダイクロミラー4を透過す
るようになっている。
In the figure, a projection lens 3 and a dichroic mirror 4 are arranged to project and expose the pattern of a reticle 1 onto the surface of a wafer 2. The projection lens 3 is telecentric on the wafer 2 side, and has a single telecentric system. The dichroic mirror 4 on the parallel flat glass 5 is set at an angle of 45 degrees with respect to the projection optical axis, and the projection optical axis is bent by 90 degrees at the dichroic mirror 4 section. Exposure light is reflected by this dichroic mirror 4 in a direction of 90°, and light having a wavelength for alignment and autofocus is transmitted through the dichroic mirror 4.

レチクル1はレチクル保持板6に吸着固定される。ウェ
ハ2は移動可能なステージ7の二に保持される。露光は
図中レチクル1の右側に位置する不図示の照明光学系で
レチクル1を照明することにより行なわれる。
The reticle 1 is suctioned and fixed to the reticle holding plate 6. The wafer 2 is held on two movable stages 7. Exposure is performed by illuminating the reticle 1 with an illumination optical system (not shown) located on the right side of the reticle 1 in the figure.

アライメント検出系は、第1顕微鏡8および補助光学系
9の2つのブロックに分けることができる。第1図では
理解の容易化のため光学系を一平面上に展開して示して
いる。また、実際には第1図(a)の光学系は図面の奥
行き方向に同一光学系が2群配列されるものとする。ま
た、理解の容易化のため、座標系は投影光軸をZ軸とし
、それに直交する平面に対し第1図(b)に示すごとく
X軸Y軸を設定する。
The alignment detection system can be divided into two blocks: the first microscope 8 and the auxiliary optical system 9. In FIG. 1, the optical system is shown expanded on one plane for ease of understanding. Furthermore, in reality, the optical system shown in FIG. 1(a) is assumed to have two groups of identical optical systems arranged in the depth direction of the drawing. Furthermore, for ease of understanding, the coordinate system is such that the projection optical axis is the Z axis, and the X and Y axes are set on a plane orthogonal thereto, as shown in FIG. 1(b).

く第1顕微鏡の構成〉 第1顕微鏡8においては、2つのアライメント光を使用
している。第1の光源はHeNeレーザ(波長633n
m) 30であり、第2の光源は不図示の露光照明光学
系から露光波長の光をライトガイド10により導いたも
のである。これら2f!類の光は、ビームスプリッタ1
1でHeNe光は透過し、露光波長の光は反射して照明
レンズ12に至る。照明レンズ12を透過した光は、ビ
ームスプリッタ13で折り曲げられて、対物レンズ14
を経てレチクル1のパターン面16を照射する。
Configuration of First Microscope> The first microscope 8 uses two alignment lights. The first light source is a HeNe laser (wavelength 633n
m) 30, and the second light source is one in which light at the exposure wavelength is guided by a light guide 10 from an exposure illumination optical system (not shown). These 2f! For similar types of light, beam splitter 1
1, the HeNe light is transmitted, and the light at the exposure wavelength is reflected and reaches the illumination lens 12. The light transmitted through the illumination lens 12 is bent by the beam splitter 13 and then passes through the objective lens 14.
Then, the pattern surface 16 of the reticle 1 is irradiated.

逆に、レチクル1あるいはウェハ2で反射した・光は対
物レンズ14を経てビームスプリッタ13を透過し、撮
像素子15上に結像する。ここで、対物レンズ14は露
光光とHeNe光(833nm)の2つの波長に対して
収差補正されていることは言うまでもない。加えて、露
光光の像高の変化による入射角度の変化をカバーできる
口径でもある。
Conversely, the light reflected by the reticle 1 or the wafer 2 passes through the objective lens 14, passes through the beam splitter 13, and forms an image on the image sensor 15. Here, it goes without saying that the objective lens 14 has aberrations corrected for two wavelengths: exposure light and HeNe light (833 nm). In addition, it has an aperture that can cover changes in the incident angle due to changes in the image height of the exposure light.

第1顕微鏡8は、顕微鏡全体を動かすことにより、第1
図(b)に示すレチクルセットマークa17、17’ 
、レチクル側アライメントマーク18゜18′ および
露光可能領域19の大部分の領域について観察可能とな
るように構成されている。
By moving the entire microscope, the first microscope 8
Reticle set marks a17, 17' shown in figure (b)
, the reticle-side alignment marks 18° and 18', and most of the exposed area 19 are configured to be observable.

く補助光学系の目的と構成〉 補助光学系9の目的は、第1顕微鏡8により投射されレ
チクル側アライメントマーク18.18’ を透過した
HeNeレーザ光をウェハ2側のアライメントマーク部
分MWに導き、逆にMWで反射したHeNe光を投影レ
ンズ3と平行平面硝子5により発生した収差を補正して
レチクル側アライメントマーク部18.18’ のレチ
クルパターン面16に結像することである。
Purpose and configuration of the auxiliary optical system> The purpose of the auxiliary optical system 9 is to guide the HeNe laser beam projected by the first microscope 8 and transmitted through the reticle side alignment mark 18, 18' to the alignment mark portion MW on the wafer 2 side. Conversely, the HeNe light reflected by the MW is focused on the reticle pattern surface 16 of the reticle-side alignment mark portion 18, 18' by correcting the aberrations generated by the projection lens 3 and the parallel plane glass 5.

以下、ウェハ上アライメントマーク部分MWから反射し
た光を追跡しながら構成を説明する。アライメントマー
ク部分MWから反射した光は投影レンズ3を経てダイク
ロミラー4に至る。もしダイクロ膜の代わりにアライメ
ント光も反射するミラーを置いたとすると、この光は投
影レンズ3により発生する軸上色収差のためにレチクル
パターン面16を通りそこからAの距離にあるP点に結
像する。距111i Aの値は、例えばi線用レンズに
対してHeNe光(波長633nm)を通した場合数十
〇lの値となり、もしこのような形でレチクル1上でウ
ェハ2の信号光を取ろうとすればレチクルパターン部1
6に大きな窓が必要となるが、このような窓の存在は実
際上許容できない。
The configuration will be described below while tracing the light reflected from the alignment mark portion MW on the wafer. The light reflected from the alignment mark portion MW passes through the projection lens 3 and reaches the dichroic mirror 4. If a mirror that also reflects the alignment light is placed in place of the dichroic film, this light will pass through the reticle pattern surface 16 due to the axial chromatic aberration caused by the projection lens 3 and will form an image at a point P located at a distance A from there. do. For example, the value of the distance 111i A is several tens of liters when HeNe light (wavelength 633 nm) is passed through an i-line lens. If you try to do so, the reticle pattern section 1
6 requires a large window, but the existence of such a window is practically unacceptable.

レチクル1と投影レンズ3の間でウェハ2の信号光を一
旦露光光束外に取り出す理由がここにある。さて、ダイ
クロミラー4と平行平面硝子5を透過した光は、平行平
面硝子5を透過することによって生じたコマ収差をコマ
補正板20で正常光に戻し、フィールドレンズ21で像
高による主光線の傾きを一様な方向に整えられ、次のテ
レセン度補正レンズ22で、像高によるピントずれを補
正する。補正した光はミラー23.24. アユコマ補
正光学系25.ミラー26.結像レンズ27およびミラ
ー28、29を経て、レチクル側アライメントマーク1
8、18’へ導かれる。
This is the reason why the signal light of the wafer 2 is temporarily taken out of the exposure light beam between the reticle 1 and the projection lens 3. Now, the light that has passed through the dichroic mirror 4 and the parallel plane glass 5 has the coma aberration caused by passing through the parallel plane glass 5 returned to normal light by the coma correction plate 20, and the field lens 21 converts the principal ray due to the image height. The inclination is adjusted in a uniform direction, and the subsequent telecentricity correction lens 22 corrects out-of-focus due to image height. The corrected light is sent to mirrors 23, 24. Ayucoma correction optical system 25. Mirror 26. After passing through the imaging lens 27 and mirrors 28 and 29, the alignment mark 1 on the reticle side
8, 18'.

なお、アスコマ補正光学系25の働きについては、本出
願人が昭和61年5月30日に出願した発明の名称「観
察装置1 (発明者 鈴木章義)なる出願の明細書にお
いて詳細説明がなされている。
The function of the ascoma correction optical system 25 is explained in detail in the specification of the application titled "Observation device 1 (inventor: Akiyoshi Suzuki)" filed on May 30, 1986 by the present applicant. There is.

結像レンズ27は一旦空中結像した光をレチクル側アラ
イメントマーク部分18.18’ に再結像するために
用いる。また、フィールドレンズ21はアライメント光
による結像面上の倍率が露光光の倍率と等しくなるよう
な位置に配置されている。補助光学系9は、前記光学部
品の移動により、露光可能領域19に対応する像面側領
域の限られた範囲を観察可能なように構成される。
The imaging lens 27 is used to re-image the light that has been imaged in the air onto the reticle-side alignment mark portion 18, 18'. Further, the field lens 21 is arranged at a position such that the magnification of the alignment light on the imaging plane is equal to the magnification of the exposure light. The auxiliary optical system 9 is configured to be able to observe a limited range of the image plane side region corresponding to the exposure possible region 19 by moving the optical components.

観察範囲がX軸上にのって移動する場合には、補助光学
系9はフィールドレンズ21およびテレセン度補正し゛
ンズ22を除き補助光学系全体が動くだけでよい。観察
位置をY軸方向に移動する場合にはコマ補正板20およ
びミラー23の9勅量ΔYに対しミラー24.28とア
スコマ補正光学系25が一体で同方向にΔY/2だけ移
動して光路長補正することが必要である。なお、この観
察位置の移動時、光学部品を8勅させるが、コマ補正板
20とミラー28、29は観察範囲をカバーする面積を
有しているならば、固定したままでよく8勅させる必要
はない。
When the observation range moves along the X-axis, only the entire auxiliary optical system 9 except the field lens 21 and the telecentricity correction lens 22 needs to move. When moving the observation position in the Y-axis direction, the mirrors 24 and 28 and the ascoma correction optical system 25 are integrally moved by ΔY/2 in the same direction for the 9-axis amount ΔY of the coma correction plate 20 and mirror 23, and the optical path is changed. It is necessary to correct the length. When moving the observation position, the optical components are moved 8 times, but if the coma correction plate 20 and mirrors 28 and 29 have an area that covers the observation range, it is necessary to move the optical components 8 times while keeping them fixed. There isn't.

次に、これらの検出光学系を使った場合の機能について
、実際に装置を使うときの手順に沿って説明する。
Next, the functions when using these detection optical systems will be explained along with the procedure for actually using the apparatus.

◎〔レチクルセット−1〕 新たなレチクルが露光装置にセットされたとき、レチク
ルを装置の基準に合せてセットする必要がある。これに
は、まず第1顕微鏡8の全体あるいは対物レンズ14を
含む一部光学部分を勅かして、レチクルセットマークa
 17.17’ が観察可能となる位置へ移動する。レ
チクルセットマークa・ 17.17’ のレチクルパ
ターン面16にごく近接して装置側に固定されたレチク
ル基準マーク(不図示)があり、この両マークにより位
置合せを行なう。このとき用いる光は露光光でもHeN
e光でもどちらでも良いし、また両方用いてもよい。
◎ [Reticle Set-1] When a new reticle is set in the exposure device, it is necessary to set the reticle in accordance with the standards of the device. To do this, first move the entire first microscope 8 or a part of the optical part including the objective lens 14 to mark the reticle set mark a.
17. Move to a position where 17' can be observed. There is a reticle reference mark (not shown) fixed to the apparatus side in close proximity to the reticle pattern surface 16 of the reticle set mark a, 17, 17', and alignment is performed using both marks. The light used at this time is HeN even if it is exposure light.
Either e-light may be used, or both may be used.

◎〔レチクルセット−2) レチクルセットはまたウェハステージ7に取付けられた
ステージ側基準プレート31に対して行なうこともでき
る。;の場合、まず基準プレート31の中心が投影レン
ズ3の光軸上にくるようにステージ7を移動する。一方
、第1顕微鏡8はレチクルセットマークb 32.32
’ が観察可能な位置へ移動する。基準プレート31に
は第1図(C)に示すように2個のレチクル合せマーク
35.35’ が配置されており、この間隔Pはレチク
ルセットマークb 32.32’ の間隔Sに対し、P
=S/レンズ縮小倍率、となるように設定されている。
◎ [Reticle Set-2] Reticle setting can also be performed with respect to the stage-side reference plate 31 attached to the wafer stage 7. In the case of ;, first, the stage 7 is moved so that the center of the reference plate 31 is on the optical axis of the projection lens 3. On the other hand, the first microscope 8 has a reticle set mark b 32.32
' moves to a position where it can be observed. Two reticle alignment marks 35.35' are arranged on the reference plate 31 as shown in FIG.
=S/lens reduction magnification.

第1顕微鏡8の露光光照明および検出系を使うことによ
りレチクルセットマーク32とレチクル合せマーク35
およびマーク32′  とマーク35′ の左右のマー
クを同時に観察しながら、レチクル1のXYθアライメ
ントを行なうことができる。また、このとき2つの検出
系のランアウト値からレンズの倍率βを検出することが
できる。なお、倍率βの補正については後述する。
By using the exposure light illumination and detection system of the first microscope 8, the reticle set mark 32 and the reticle alignment mark 35 are
The XYθ alignment of the reticle 1 can be performed while simultaneously observing the left and right marks of the marks 32' and 35'. Further, at this time, the magnification β of the lens can be detected from the runout values of the two detection systems. Note that the correction of the magnification β will be described later.

◎〔露光光、オンアキシスアライメント〕第1顕微鏡8
を露光光だけのアライメント系として使用する場合には
、補助光学系9なしのオンアキシス(ON AXrS 
)顕微鏡として用いることができる。この場合、第1顕
微鏡8はレチクル1の実素子パターン領域36の周辺の
スクライブ領域34に配置されたレチクル側アライメン
トマーク33゜33′が観察可能な位置に移動し、これ
によりレチクル側アライメントマーク33.33’  
とウェハ側アライメントマーク(不図示)とを同時に観
察し、XYθ方−および倍率βに関しアライメントを行
なうことができる。この場合、露光時は第1顕微鏡8を
露光光束から退避することが必要になる。
◎ [Exposure light, on-axis alignment] First microscope 8
When using as an alignment system using only exposure light, use the on-axis (ON AXrS) without the auxiliary optical system 9.
) Can be used as a microscope. In this case, the first microscope 8 moves to a position where the reticle-side alignment mark 33° 33' arranged in the scribe area 34 around the actual element pattern area 36 of the reticle 1 can be observed. .33'
It is possible to simultaneously observe the wafer-side alignment mark (not shown) and perform alignment in the XYθ directions and the magnification β. In this case, it is necessary to retreat the first microscope 8 from the exposure light beam during exposure.

ここで、各アライメントに使用するアライメントマーク
について説明する。本願発明では、特に、アライメント
マークを特定する必要はないが例として第1図(d)に
示すようなものが使用される。本実施例のような多様な
アライメントモードを持つ場合においても、使い勝手上
はマーク形状が共通化されている方が望ましく、そのた
めにこの事例では符番(17,17’ )  (18,
18’ )(32,32’  )  (33,33’ 
)で示されるマークはレチクル側マークとして第1図(
d)のレチクルマーク37のように形成される。ただし
、オペレータまたは装置が、現在観察しているのがどの
マークなのか識別するためにレチクル側識別マーク38
を設け、これは前記各々のマークで異なるようにしてお
くことが好ましい。また、ウェハ側のアライメントマー
クやレチクル合せマーク35.35’ については第1
図(d)のウェハマーク39のように形成される。ウェ
ハ側マークにも同様に識別マーク40が含まれるように
している。
Here, alignment marks used for each alignment will be explained. In the present invention, it is not necessary to specify the alignment mark, but one such as shown in FIG. 1(d) is used as an example. Even in the case of having various alignment modes like this example, it is desirable for the mark shape to be common from the viewpoint of usability, so in this example, the number (17, 17')
18' ) (32,32' ) (33,33'
) is the mark on the reticle side as shown in Figure 1 (
It is formed like the reticle mark 37 in d). However, in order for the operator or the device to identify which mark is currently being observed, the reticle-side identification mark 38
It is preferable that the marks be different for each of the marks. Also, regarding the alignment mark on the wafer side and the reticle alignment mark 35.35',
It is formed like a wafer mark 39 in FIG. 3(d). Similarly, the wafer side mark also includes an identification mark 40.

◎〔波長633nmアライメント光検出系のオフセット
補正〕 波長633nmアライメント系は、補助光学系9を使用
するために、光学系の設定だけでは、その読み取り値は
真値に対してオフセット誤差を持っており、光学系の設
定を変えた場合には、これらのオフセットを読みとり補
正をかけなければならない。本実施例においては、第1
顕微鏡8の露光光アライメント系による検出がシステム
オフセットを発生しないことを利用し、これを基準とし
て波長633nmアライメント検出系のオフセット補正
を行なう。この手順は以下のようなものである。
◎ [Offset correction for the 633 nm wavelength alignment photodetection system] Since the 633 nm wavelength alignment system uses the auxiliary optical system 9, the read value will have an offset error from the true value if the optical system is set only. When the optical system settings are changed, these offsets must be read and corrected. In this example, the first
Utilizing the fact that detection by the exposure light alignment system of the microscope 8 does not generate a system offset, offset correction of the wavelength 633 nm alignment detection system is performed using this as a reference. This procedure is as follows.

■ 第1顕微鏡8をレチクル側アライメントマーク33
.33’が観察可能な位置に移動し、露光光波長でのア
ライメント系によりステージ側基準プレート31のレチ
クル合せマーク35.35’ をアライメントする。
■ Place the first microscope 8 on the reticle side alignment mark 33.
.. 33' is moved to a position where it can be observed, and the reticle alignment mark 35, 35' on the stage-side reference plate 31 is aligned by the alignment system using the exposure light wavelength.

■ 第1顕微鏡8をレチクル側アライメントマーク18
.18’ の側に戻し、波長833nmアライメント系
のオフセット値を読みとる。
■ Place the first microscope 8 on the reticle side alignment mark 18.
.. Return to the 18' side and read the offset value of the 833 nm wavelength alignment system.

以上の作業により、オフセット読みとり(補正)を完了
する。
With the above operations, offset reading (correction) is completed.

◎〔波長633r+mの光によるアライメントと制御系
の説明〕 第1図(a)は波長633nmの光(He N eレー
ザ)によるアライメントの状態を示している。先に説明
した光学系の作用により、第1顕微鏡8の撮像素子15
にはウェハ側アライメントマークMWとレチクル側アラ
イメントマーク18.18’の像が同時に投影結像され
、その撮像信号は制御回路41に導かれ、以降の画像処
理および誤差演算を行なう。左右のマークから得られた
信号は、それぞれ2次元方向に分解されて、先述のオフ
セット値も含んで(ΔXいΔYL)  (ΔXR,ΔY
R)の形に演算処理され、さらに駆動方向および駆動量
としてアウトプットされる。
◎ [Explanation of alignment using light with wavelength 633r+m and control system] FIG. 1(a) shows the state of alignment using light with wavelength 633 nm (He Ne laser). Due to the action of the optical system described above, the imaging element 15 of the first microscope 8
The images of the wafer-side alignment mark MW and the reticle-side alignment mark 18, 18' are simultaneously projected and formed, and the image pickup signal is led to the control circuit 41 for subsequent image processing and error calculation. The signals obtained from the left and right marks are respectively decomposed into two-dimensional directions, including the aforementioned offset value (ΔX - ΔYL) (ΔXR, ΔY
R) and is further output as a drive direction and drive amount.

XYθ方向の駆動量信号は、制御回路41からステージ
7へ送られ、ステージ7を制御する。これら検出系と駆
動系はクローズトループで動作し、最終的に誤差量はト
レランス内に追い込まれる。
The drive amount signals in the XYθ directions are sent from the control circuit 41 to the stage 7 to control the stage 7. These detection system and drive system operate in a closed loop, and the amount of error is finally brought within tolerance.

一方、倍率誤差量Δβは倍率補正光学系42の方へ送ら
れる。補正については特願昭60−174209号「光
学倍率補正装置」において詳細説明がなされている。
On the other hand, the magnification error amount Δβ is sent to the magnification correction optical system 42. A detailed explanation of the correction is given in Japanese Patent Application No. 174209/1988 entitled "Optical Magnification Correction Apparatus".

以上のような動作により、XYθβ方向のアライメント
が完了した後、即時露光に入ることができる。対物ミラ
ー29は露光光束外にあるので退避する必要はないし、
露光中もアライメント位置のモニタを続けることができ
る。
By the above operations, after the alignment in the XYθβ directions is completed, immediate exposure can be started. Since the objective mirror 29 is outside the exposure light beam, there is no need to move it away.
The alignment position can be continued to be monitored even during exposure.

以上説明してきたアライメント系の利点を要約すると以
下のようになる。
The advantages of the alignment system explained above can be summarized as follows.

■ 多色のアライメント光の使用と種々のアライメント
モードにより、プロセスによる検出不良および精度不良
を補いプロセス条件の変化に対しても安定して高精度の
アライメントを達成できる。
■ By using multicolor alignment light and various alignment modes, it is possible to compensate for detection defects and precision defects caused by the process, and to achieve stable and highly accurate alignment even when process conditions change.

■ 非露光波長アライメントにおいても、露光波長アラ
イメントの存在により装置側で自動的にオフセット補正
ができる。また、HeNe光でのアライメントにおいて
は、レチクルマークとウェハマークの投影像を同時観察
できるので、経時変化による基準の狂いを心配する必要
がない。
- Even in non-exposure wavelength alignment, offset correction can be automatically performed on the equipment side due to the existence of exposure wavelength alignment. Furthermore, in alignment using HeNe light, the projected images of the reticle mark and wafer mark can be observed simultaneously, so there is no need to worry about deviations in the reference due to changes over time.

■ 各アライメント波長に対して収差が完全に補正され
ているため、いずれのアライメントにおいても1眼で2
方向の検出が可能である。従って、2眼の検出によりX
Yθ方向および倍率β方向の検出ができ、ステージによ
るXYθ駆動により完全な重ね合せを達成できる。
■ Since aberrations are completely corrected for each alignment wavelength, two eyes can be used for any alignment.
Direction detection is possible. Therefore, X
It is possible to detect in the Yθ direction and the magnification β direction, and perfect overlay can be achieved by driving the stage in XYθ.

■ アライメントマーク位置が実素子パターン中でも、
アライメント後レチクルとウェハの相対8勤が無く露光
に入れるため、サイクルタイムは短縮され、かつ精度向
上が達成できる。
■ Even if the alignment mark position is on the actual device pattern,
After alignment, there is no relative shift between the reticle and the wafer during exposure, so cycle time can be shortened and accuracy can be improved.

次に、フォーカス検出および駆動について説明する。Next, focus detection and driving will be explained.

第2図は、先述のアライメント検出系とは別に設けられ
たTTLフォーカス検出系と駆動系の概念図を示す。第
2図(a)は側面図、(b)はレチクル部分の平面図、
(C)はクエへからの反射光を3つに分割する部分の拡
大図である。
FIG. 2 shows a conceptual diagram of a TTL focus detection system and a drive system that are provided separately from the alignment detection system described above. Figure 2 (a) is a side view, (b) is a plan view of the reticle part,
(C) is an enlarged view of the portion where the reflected light from the cube is divided into three parts.

露光光束中に設けられた平行平板硝子5とダイクロミラ
ー4の存在によりTTLフォーカスの信号光を取り出す
ことが可能になる。ウェハ2の露光部分の表面と像面と
の傾斜成分を検出するためにフォーカス検出光学系10
0は3組配置されているが、同図では簡略化のため一組
だけ図示している。その配置は、第2図(b)に示すよ
うにレチタル側の位置に対応づけると、露光可能領域1
9の外周部に沿って等分にa、b、cの位置に置かれて
いる。ここではa部だけの検出系信号処理系についてだ
け述べる。
The existence of the parallel plate glass 5 and the dichroic mirror 4 provided in the exposure light beam makes it possible to extract the signal light of TTL focus. A focus detection optical system 10 is used to detect the tilt component between the surface of the exposed portion of the wafer 2 and the image plane.
Although three sets of 0 are arranged, only one set is shown in the figure for the sake of simplification. As shown in FIG. 2(b), its arrangement corresponds to the position on the recital side, and the exposure area 1
They are placed equally along the outer periphery of 9 at positions a, b, and c. Here, only the detection signal processing system of section a will be described.

HeNeレーザー01から射出された波長633nmの
光は、照明レンズ102を透過してハーフプリズム10
3により反射して以下、テレセン度補正板22、フィー
ルドレンズ21、収差補正板107、平行平板硝子5、
ダイクロミラー4、投影レンズ3および倍率補正光学系
42を経てウェハ2の表面に集光する。ウェハ2の表面
で反射した光は逆のルートをたどり、ハーフプリズム1
03を透過して多段ハーフミラ−104に至る。第2図
(C)はウェハからの反射光を3つに分割する部分10
9の拡大図である。多段ハーフミラ−104は入射光を
3つの光!1IIIR,J、Fに分割し、それぞれの光
量を等分に振り分けるように働く。多段ハーフミラ−1
04の後にはR,J、Fそれぞれの光軸を中心とするピ
ンホール窓を持ったピンホール板105が胃かれ、その
後に各ピンホールに対して、光電変換素子106R。
Light with a wavelength of 633 nm emitted from the HeNe laser 01 passes through the illumination lens 102 and enters the half prism 10.
3, the telecentricity correction plate 22, field lens 21, aberration correction plate 107, parallel plate glass 5,
The light is focused on the surface of the wafer 2 via the dichroic mirror 4, the projection lens 3, and the magnification correction optical system 42. The light reflected from the surface of wafer 2 follows the opposite route and reaches half prism 1.
03 and reaches a multi-stage half mirror 104. Figure 2 (C) shows a portion 10 that divides the reflected light from the wafer into three parts.
9 is an enlarged view of FIG. The multi-stage half mirror 104 converts the incident light into three lights! The light is divided into 1IIIR, J, and F, and works to equally distribute the amount of light from each. Multi-stage half mirror 1
After 04, a pinhole plate 105 having a pinhole window centered on each of the optical axes of R, J, and F is inserted, followed by a photoelectric conversion element 106R for each pinhole.

106J、106Fが配置される。ピンホール板105
はレンズ像面から出た光が、光!M Jのピンホール(
J)位置において結像するように設定され、これにより
光軸Rではピンホール(R)の後で結像し、光軸Fでは
ピンホールCF)の前で結像する関係になる。
106J and 106F are arranged. Pinhole plate 105
The light that comes out from the lens image plane is light! MJ's pinhole (
J), so that on the optical axis R, the image is formed after the pinhole (R), and on the optical axis F, the image is formed in front of the pinhole CF).

このような構成により、光電変換素子106Rと106
Fの出力比較により像面に対するウェハ表面のずれ方向
を判定でき、また光電変換素子106Rと106Fのバ
ランスもしくは106Jの最大出力により像面とウニ八
表面の合致を知ることができる。光電変換素子106で
光電変換された信号は、制御回路108を通り、a、b
、c点と対応する点でステージ7のチルト補正が行なわ
れる。
With such a configuration, the photoelectric conversion elements 106R and 106
By comparing the outputs of F, it is possible to determine the direction of deviation of the wafer surface with respect to the image plane, and from the balance between the photoelectric conversion elements 106R and 106F or the maximum output of 106J, it is possible to know whether the image plane and the surface of the sea urchin are matched. The signal photoelectrically converted by the photoelectric conversion element 106 passes through the control circuit 108 and is sent to a, b.
, the tilt correction of the stage 7 is performed at points corresponding to points c.

これら一連の動作は、投影レンズを通したTTLフォー
カスとしてクローズトループで実行されるから気圧およ
び外気温度による像面移動はもちろん、レンズの露光光
吸収等によって生じる急速なピント変化に対しても十分
追従することができ、常に安定したフォーカスを維持す
ることができる。
These series of operations are performed in a closed loop as TTL focusing through the projection lens, so it can sufficiently track not only image plane movement due to atmospheric pressure and outside temperature, but also rapid focus changes caused by exposure light absorption by the lens, etc. It is possible to maintain stable focus at all times.

また、3点検出とチルト機構の採用により、ウニ八表面
を像面に一致させことができるため、露光画面全体にわ
たって均一で良好な解像性能を得ることが可能となった
Furthermore, by employing three-point detection and a tilt mechanism, it is possible to align the surface of the camera with the image plane, making it possible to obtain uniform and good resolution performance over the entire exposure screen.

さらに、第1マスク露光やグローバルアライメント露光
等、ステージ7とレーザ干渉測長器130をたよりに繰
返し露光する場合、各ショットチルトは通常配列誤差を
生じるという問題点があるが、第2図(a)のステージ
構成で示すようにチルトステージ上に参照面ミラー13
1を設定することでこの問題を回避することができる。
Furthermore, when exposing repeatedly by relying on the stage 7 and the laser interferometer 130, such as first mask exposure or global alignment exposure, there is a problem that each shot tilt usually causes an alignment error. ) As shown in the stage configuration, a reference plane mirror 13 is mounted on the tilt stage.
This problem can be avoided by setting it to 1.

第1図(a)および第2図(a)のアライメント光学系
とフォーカス光学系は両者について干渉なく、共存して
配置可能である。
The alignment optical system and the focus optical system shown in FIG. 1(a) and FIG. 2(a) can be arranged coexisting without interference.

なお、前記実施例において露光光の波長は特定する必要
はなく、例えば、i線(波長365nm )または波長
308r+mもしくは2490mのエキシマレーザ等を
露光光とする投影レンズに対してのアライメント系およ
びフォーカス検出系もまた同様に構成することができる
Note that in the above embodiments, it is not necessary to specify the wavelength of the exposure light; for example, the alignment system and focus detection for a projection lens that uses i-line (wavelength 365 nm), excimer laser, etc. Systems can also be constructed in a similar manner.

エキシマ投影レンズの場合には、レンズとして使用でき
るガラス材料が2種類に制御されるためレンズ設計上色
消しが困難となること、また露光波長とアライメント波
長の差が大きくなることを考えると当然軸上色収差が大
きくなる。このとき従来方式である第3図や第4図に示
すような構成では、それぞれ取出しミラー200あるい
は色収差補正レンズ201 として大きなものが必要に
なり、露光可能領域がそのケラレ(図中ハツチング部)
のために許容できない程狭められてしまう。従って、エ
キシマ露光装置においては、本発明のような露光光束全
体をカバーするミラ一方式が必然になってくる。
In the case of an excimer projection lens, the glass materials that can be used for the lens are controlled to two types, so it is difficult to achieve achromatization due to the lens design, and the difference between the exposure wavelength and the alignment wavelength becomes large. Upper chromatic aberration increases. At this time, in the conventional configurations shown in FIGS. 3 and 4, a large take-out mirror 200 or chromatic aberration correction lens 201 is required, and the exposed area becomes vignetted (hatched portion in the figure).
It is unacceptably narrowed because of this. Therefore, in an excimer exposure apparatus, a single-mirror type that covers the entire exposure light beam as in the present invention becomes necessary.

また、第1図に示したアライメント検出系をフォーカス
検出系として使用することも可能である。この場合、露
光光、波長633nmの光のそれぞれに対する検出系は
アライメントマークを像面でCODまたは撮像管でとら
えているから像のコントラストとして最適結像点を検知
することができる。
It is also possible to use the alignment detection system shown in FIG. 1 as a focus detection system. In this case, since the detection system for each of the exposure light and the light with a wavelength of 633 nm captures the alignment mark on the image plane with a COD or an image pickup tube, the optimal imaging point can be detected as the contrast of the image.

さらに、これらと第2図に示すフォーカス専用検出系と
の混用も可能である。
Furthermore, it is also possible to use these together with the focus-only detection system shown in FIG.

特に、第1図の光学系をアライメント系として使用する
にはウェハ側にマークがあることが前提になるから、第
1マスクの露光の場合には、第2図のような専用フォー
カス系は必須である。
In particular, in order to use the optical system shown in Figure 1 as an alignment system, it is assumed that there is a mark on the wafer side, so in the case of exposure of the first mask, a dedicated focus system as shown in Figure 2 is essential. It is.

[発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、レチクルとウニへ
の重ね合せと露光に関するすべての方向(X、Y、Z、
θ2.θつ、θ7および倍率)に対する検出系と補正(
駆動)系を持ち、かつ処理速度においてすぐれた露光装
置を実現することができる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, all directions (X, Y, Z,
θ2. Detection system and correction (θ1, θ7 and magnification)
Accordingly, it is possible to realize an exposure apparatus that has a drive system and has an excellent processing speed.

また、本発明による露光装置は、プロセスの変化に対応
でき、ウェハとその上に作りこまれたパターンの誤差、
ざらに装置自体が発生する経時変化をも含んで自己補正
でき、常に安定した性能を発揮できる安定性、冗長性の
ある装置である。
Furthermore, the exposure apparatus according to the present invention can respond to process changes and eliminate errors in the wafer and patterns created thereon.
It is a stable and redundant device that can self-correct even the changes that occur over time, and can always provide stable performance.

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

第1図は、本発明の一実施例に係る露光装置のアライメ
ント検出系と駆動系の全体図、第2図は、本発明の一実
施例に係る露光装置のフォーカス検出系と駆動系の全体
図、 第3.4図は、従来技術の説明図である。 1ニレチクル、 2、ウェハ、 3:投影レンズ、 4:ダイクロ膜、 5:平行平面硝子、 14:対物レンズ、 20、107  :コマ補正板、 21;フィールドレンズ、 22:テレセン度補正レンズ、 25:アス・コマ補正光学系、 27:結像レンズ、 42:倍率補正光学系。 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4図
FIG. 1 is an overall view of an alignment detection system and drive system of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an overall view of a focus detection system and drive system of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. Figure 3.4 is an explanatory diagram of the prior art. 1 reticle, 2. wafer, 3: projection lens, 4: dichroic film, 5: parallel plane glass, 14: objective lens, 20, 107: coma correction plate, 21; field lens, 22: telecentric power correction lens, 25: As-coma correction optical system, 27: Imaging lens, 42: Magnification correction optical system. Patent Applicant Canon Co., Ltd. Agent Patent Attorney Tatsuo Ito Agent Patent Attorney Tetsuya Ito Figure 4

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、原板と感光基板とを位置合せした後、該原板上に描
かれたパターンを投影レンズにより該感光基板上に投影
する露光装置であつて、上記投影レンズと上記原板との
間に露光光束全体を被うごとく配置され、露光光束は反
射して感光基板に導き、外部から投入された露光波長と
異なる波長の光は透過して露光光束中に導入しかつ該導
入光を露光光束中から取り出すごとく構成した分光手段
を備えることを特徴とする露光装置。 2、前記分光手段が、ダイクロイックミラーのミラー膜
である特許請求の範囲第1項記載の露光装置。 3、前記原板がレチクルであり、前記感光基板が半導体
ウェハである特許請求の範囲第1または2項記載の露光
装置。 4、原板と感光基板とを位置合せした後、該原板上に描
かれたパターンを投影レンズにより該感光基板上に投影
する露光装置であって、上記投影レンズと上記原板との
間に露光光束全体を被うごとく配置され、露光光束は反
射して感光基板に導き、外部から投入された露光波長と
異なる波長のアライメント光は透過して露光光束中に導
入しかつ該導入光を露光光束中から取り出す分光手段と
、該分光手段に対しアライメント光を投入し、感光基板
上の所定位置で反射し投影レンズを透過しさらに該分光
手段により露光光束外に取り出したアライメント光を上
記原板の所定の位置に結像すべく配置された第1の光学
系と、上記原板に対して投影レンズとは反対側に位置し
、上記結像と原板上のパターンとを同時に観察可能に配
置された第2の光学系とを備えることを特徴とする露光
装置。 5、前記分光手段が、ダイクロイックミラーのミラー膜
である特許請求の範囲第4項記載の露光装置。 6、前記第1の光学系が、所定の非露光波長のアライメ
ント光に対し、該アライメント光が前記投影レンズおよ
び分光手段を通ることにより発生するコマ収差の補正光
学系と、像高によって像面に入射する主光線の入射角度
が一方向となるように補正するフィールドレンズと、フ
ィールドレンズによって生ずるテレセン度の狂いを補正
する光学系と、観察位置でのアス・コマ収差を補正する
ために光軸に対して傾斜して置かれた複数の平行平面硝
子よりなるアス・コマ補正光学系と、軸上色収差を補い
前記感光基板上の像を前記原板のパターン面に結像する
ための光学系とを含む特許請求の範囲第4または5項記
載の露光装置。 7、前記第2の光学系が、露光波長と前記アライメント
光の非露光波長との2つの波長に対して収差補正されて
いる特許請求の範囲第4、5または6項記載の露光装置
。 8、前記原板がレチクルであり、前記感光基板が半導体
ウェハである特許請求の範囲第4、5、6または7項記
載の露光装置。 9、前記第2の光学系が前記感光基板上の投影像を受光
する撮像素子を有し、該撮像素子から得られる電気信号
により投影レンズによる像面と感光基板表面の合致を検
出可能とする特許請求の範囲第4、5、6、7または8
項記載の露光装置。 10、前記第2の光学系が光電変換素子を有し、該光電
変換素子から得られた信号を処理する制御回路と、該制
御回路からの信号により投影レンズの投影倍率を可変と
する倍率補正光学系とにより投影レンズの投影倍率を補
正する特許請求の範囲第4、5、6、7、8または9項
記載の露光装置。 11、前記原板がレチクルであり、前記感光基板が半導
体ウェハである特許請求の範囲第4、5、6、7、8、
9または10項記載の露光装置。 12、原板と感光基板とを位置合せした後、該原板上に
描かれたパターンを投影レンズにより該感光基板上に投
影する露光装置であって、上記投影レンズと上記原板と
の間に露光光束全体を被うごとく配置され、露光光束は
反射して感光基板に導き、外部から投入された露光波長
と異なる波長のアライメント光は透過して露光光束、中
に導入しかつ該導入光を露光光束中から取り出す分光手
段と、該分光手段に対しアライメント光を投入し、感光
基板上の所定位置で反射し投影レンズを透過しさらに該
分光手段により露光光束外に取り出したアライメント光
により、上記原板上のパターンの投影レンズによる像面
と感光基板表面との位置ずれを検出するべく構成された
光学系とを備えることを特徴とする露光装置。 13、前記分光手段が、ダイクロイックミラーのミラー
膜である特許請求の範囲第12項記載の露光装置。
[Scope of Claims] 1. An exposure apparatus that aligns an original plate and a photosensitive substrate and then projects a pattern drawn on the original plate onto the photosensitive substrate using a projection lens, the exposure apparatus comprising: the projection lens and the original plate; The exposure light flux is reflected and guided to the photosensitive substrate, and the light input from the outside with a wavelength different from the exposure wavelength is transmitted and introduced into the exposure light flux. An exposure apparatus characterized by comprising a spectroscopic means configured to extract light from an exposure light beam. 2. The exposure apparatus according to claim 1, wherein the spectroscopic means is a mirror film of a dichroic mirror. 3. The exposure apparatus according to claim 1 or 2, wherein the original plate is a reticle and the photosensitive substrate is a semiconductor wafer. 4. An exposure device that aligns an original plate and a photosensitive substrate, and then projects a pattern drawn on the original plate onto the photosensitive substrate using a projection lens, the exposure device having an exposure light beam between the projection lens and the original plate. The exposure light flux is reflected and guided to the photosensitive substrate, and the alignment light input from the outside with a wavelength different from the exposure wavelength is transmitted and introduced into the exposure light flux, and the introduced light is introduced into the exposure light flux. alignment light is input to the spectroscopic means, reflected at a predetermined position on the photosensitive substrate, transmitted through a projection lens, and extracted out of the exposure beam by the spectrometer. a first optical system arranged to form an image at a position; and a second optical system located on the opposite side of the original plate from the projection lens and arranged so that the image formation and the pattern on the original plate can be observed simultaneously. An exposure apparatus comprising: an optical system. 5. The exposure apparatus according to claim 4, wherein the spectroscopic means is a mirror film of a dichroic mirror. 6. The first optical system includes an optical system for correcting coma aberration caused by the alignment light having a predetermined non-exposure wavelength passing through the projection lens and the spectroscopic means, and an image plane according to the image height. A field lens corrects the incident angle of the chief ray incident on the lens so that it is in one direction, an optical system corrects the deviation in telecentricity caused by the field lens, and an optical system corrects the astigmatism and coma aberration at the observation position. an as-coma correcting optical system consisting of a plurality of parallel plane glasses placed at an angle with respect to the axis; and an optical system for compensating for axial chromatic aberration and focusing the image on the photosensitive substrate onto the pattern surface of the original plate. An exposure apparatus according to claim 4 or 5, comprising: 7. The exposure apparatus according to claim 4, 5 or 6, wherein the second optical system has aberrations corrected for two wavelengths: an exposure wavelength and a non-exposure wavelength of the alignment light. 8. The exposure apparatus according to claim 4, 5, 6 or 7, wherein the original plate is a reticle and the photosensitive substrate is a semiconductor wafer. 9. The second optical system has an image sensor that receives a projected image on the photosensitive substrate, and can detect coincidence between the image plane of the projection lens and the surface of the photosensitive substrate based on an electric signal obtained from the image sensor. Claim 4, 5, 6, 7 or 8
Exposure device described in Section 2. 10. The second optical system has a photoelectric conversion element, a control circuit that processes a signal obtained from the photoelectric conversion element, and a magnification correction that varies the projection magnification of the projection lens based on the signal from the control circuit. 10. An exposure apparatus according to claim 4, wherein the projection magnification of the projection lens is corrected by an optical system. 11. Claims 4, 5, 6, 7, 8, wherein the original plate is a reticle and the photosensitive substrate is a semiconductor wafer.
The exposure apparatus according to item 9 or 10. 12. An exposure device for aligning an original plate and a photosensitive substrate and then projecting a pattern drawn on the original plate onto the photosensitive substrate using a projection lens, wherein an exposure light beam is provided between the projection lens and the original plate. The exposure light beam is reflected and guided to the photosensitive substrate, and the alignment light input from the outside with a wavelength different from the exposure wavelength is transmitted and introduced into the exposure light beam, and the introduced light is converted into the exposure light beam. A spectroscopic means is taken out from inside, and an alignment light is inputted into the spectroscopic means, reflected at a predetermined position on the photosensitive substrate, transmitted through a projection lens, and further taken out to the outside of the exposure beam by the spectroscopic means. 1. An exposure apparatus comprising: an optical system configured to detect a positional deviation between an image plane formed by a projection lens of a pattern and a surface of a photosensitive substrate. 13. The exposure apparatus according to claim 12, wherein the spectroscopic means is a mirror film of a dichroic mirror.
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