JPS62291919A - Observation apparatus - Google Patents

Observation apparatus

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JPS62291919A
JPS62291919A JP61134873A JP13487386A JPS62291919A JP S62291919 A JPS62291919 A JP S62291919A JP 61134873 A JP61134873 A JP 61134873A JP 13487386 A JP13487386 A JP 13487386A JP S62291919 A JPS62291919 A JP S62291919A
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wafer
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observation
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小杉 雅夫
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章義 鈴木
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秀樹 稲
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    • G03F9/7003Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
    • G03F9/7023Aligning or positioning in direction perpendicular to substrate surface

Abstract

PURPOSE:To observe only information of a wafer except the influence of an interference with a resist by obliquely emitting a wafer by an illumination system provided between a projecting optical system and the wafer. CONSTITUTION:A contraction lens 3 projects to expose a pattern 2 on a reticle 1 on a wafer 4. An alignment mark 6 for the part 5 of a wafer to be printed from this time is obliquely illuminated by an illumination system (a laser light source 10, a mirror 11 and a lens 12) existing between the wafer 4 and the lens 3. Thus, the component of the illuminated light reflected on the surface of the resist is not incident to a detecting optical system, but escaped out. Accordingly, only the reflected light from the wafer substrate 4 can be collected by the detecting optical system. Here, the optical system means the whole observing optical system of the wafer 4 through the lens 3, an alignment scope optical system 7 to photoelectric converting means 8.

Description

【発明の詳細な説明】 3、発明の詳細な説明 [産業上の利用分野] 本発明は観察装置に関し、就中、表面に透明な薄膜のつ
いた物体を観察し、その情報を検知する光学系に関する
。この種の光学系の代表として、ステッパのようにフォ
トレジストの塗布されたウェハをレチクルに対して位置
合せする露光装置がある。
Detailed Description of the Invention 3. Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to an observation device, and in particular, an optical system for observing an object having a transparent thin film on its surface and detecting information thereof. Regarding the system. A representative example of this type of optical system is an exposure device such as a stepper that aligns a wafer coated with photoresist with respect to a reticle.

[従来技術および発明が解決しようとする問題点] この種の露光装置の基本的な2つの性能といえば解像力
と重ね合せ精度である。解像力に関しては取り扱いが非
常にシンプルである。なぜなら解像力を決定するパラメ
ータが数少ないからで、ステッパと呼ばれる装置におい
ては投影レンズの使用波長と開口数(NA)さえわかれ
ば、その光学系の解像力を容易に類推することができる
。また、X線露光の場合でもパラメータは光源の大きさ
による半影ボケ等といフた限られたものしか存在してい
ない。
[Prior Art and Problems to be Solved by the Invention] The two basic performances of this type of exposure apparatus are resolution and overlay accuracy. Regarding resolution, handling is very simple. This is because there are only a few parameters that determine resolving power, and in devices called steppers, the resolving power of the optical system can be easily estimated by knowing the wavelength used and the numerical aperture (NA) of the projection lens. Further, even in the case of X-ray exposure, there are only limited parameters such as penumbra blur due to the size of the light source.

メモリーセルの1トランジスタ化が実現して以来、半導
体の高集積化の両翼を担ってきたのはりソグラフィすな
わち微細線幅焼付技術の進歩とエツチング等のプロセス
技術の進歩であった。解像力に関してはステッパのレン
ズの歴史を辿れば解るように光学系は着実に進歩してき
ている。光学方式は1μmの壁を破り、サブミクロン時
代に対応したレンズが次々と発表されている。
Since the realization of single-transistor memory cells, advances in lithography, that is, fine line width printing technology, and advances in process technologies such as etching have played a role in achieving higher integration of semiconductors. In terms of resolution, optical systems have been steadily improving, as can be seen by tracing the history of stepper lenses. Optical systems have broken the 1 μm barrier, and lenses compatible with the submicron era are being announced one after another.

一方、プロセスの方でも溝掘り方式等、低段差化、高段
差化相俟って三次元IC的な発想で新しいアイディアが
実現されている。露光装置側での解像力の進歩と、プロ
セス側での進歩は各工程のパターンの重ね合せという舞
台で最も大きな接点を見出すこととなる。その意味で重
ね合せ精度は露光装置の中で重要度をますます高めてい
るといえる。
On the other hand, in the process, new ideas such as trenching methods and the combination of lower and higher height differences are being realized using three-dimensional IC concepts. The greatest point of contact between advances in resolution on the exposure equipment side and advances on the process side is the overlapping of patterns in each process. In this sense, it can be said that overlay accuracy is becoming increasingly important in exposure equipment.

重ね合せ精度を解像力を取り扱ったようなシンプルなパ
ラメータで表示することは難しい。それはウニ八プロセ
スの多様性を物語っているが、その一方で、重ね合せの
ためのアライメントシステムの構成が多f!!!多用で
あることに起因しているともいえる。ウェハプロセス要
因をより複雑にしているのは、この問題が1つウニ八基
板だけに留まラス、ウェハ上に塗布されているフォトレ
ジスト逢合めて論する必要があるからである。現在の半
導体の明らかな方向の一つにICの三次元的な構成への
流れというものが存在している。その中で、ウニ八表面
の高段差化は避けられないものであるが、この高段差が
フォトレジストの塗布状態に明らかな悪影響を及ぼす。
It is difficult to express overlay accuracy using simple parameters such as resolution. This shows the diversity of the Unihachi process, but on the other hand, the configuration of the alignment system for superimposition is multi-f! ! ! This may be due to the fact that it is used frequently. What makes wafer process factors even more complex is that this problem is not limited to just one substrate, but also needs to be discussed in conjunction with the photoresist coated on the wafer. One of the obvious trends in current semiconductor technology is the trend toward three-dimensional IC configurations. Among these, a high level difference on the surface of the sea urchin is unavoidable, but this high level difference has a clear negative effect on the coating condition of the photoresist.

またウェハは6インチから8インチさらには10インチ
とますます大型化の傾向にある。大口径のウェハにフォ
トレジストをスピン方式で塗布した場合、中心部と周辺
部でレジストの塗布状況が異なるのは自明のことであり
、その差がウニ八表面の段差が大きいほど顕著にあられ
れることも明らかである。実際、アライメント状態がレ
ジスト塗布の影響を受けて変(ヒすることは公知であり
、逆に均一な塗布の仕方をどうすれば良いかという研究
がなされているほどである。
Furthermore, wafers are becoming increasingly larger from 6 inches to 8 inches and even 10 inches. When applying photoresist to a large-diameter wafer using a spin method, it is obvious that the state of resist application differs between the center and the periphery, and this difference becomes more pronounced as the level difference on the surface of the sea urchin increases. It is also clear that In fact, it is known that the alignment state changes due to the influence of resist coating, and research is being conducted on how to achieve uniform coating.

フォトレジストでもう一つン主意しなければならないの
はサブミクロン時代における多層化への流れである。多
層レジストプロセスやCELといった解像力向上のため
の手段は必然的に幾つかの工程で採用されるので、これ
に対する対策も必要である。露光装置は重ね合せという
舞台でこうした新しいウェハプロセスへの対処を迫られ
ているといえる。
Another thing to keep in mind when it comes to photoresists is the trend toward multilayering in the submicron era. Since means for improving resolution, such as a multilayer resist process and CEL, are inevitably employed in several processes, countermeasures for this are also necessary. It can be said that exposure equipment is being forced to deal with these new wafer processes in the field of stacking.

一方、これに対してアライメントシステムの多様性はシ
ステム構成のフレキシビリティと困難さの証明である。
On the other hand, the diversity of alignment systems is a testament to the flexibility and difficulty of system configuration.

現在、提案され実現されているアライメントシステムは
一つとして同じものがなく、各システムがそれぞれ長所
と短所を合せ持っている。例えば本出願人になる特開昭
58−25638号「露光装置」が一つの事例として挙
げられる。このシステムは投影光学系にレチクル及びウ
ェハ双方にテレセントリックな光学系を用いてTTLo
nAxisという思想を実現した優れた構成例の一つで
ある。投影レンズはg線(436nm )に対して収差
補正がなされているが、同様の性能をHe−Cdレーザ
の波長(442nm )でも発揮するようになっている
。この特許出願で開示した一実施例ではHe−Cdレー
ザによるレーザビーム走査法をアライメント信号検知法
として採用しており、この結果TTL  on  Ax
isすなわちアライメントした状態で即露光動作に入る
ことが可能となっている。TTL  on  Axis
システムは露光装置として誤差要因がアライメント信号
の検知エラー唯一つであるという意味で、最もシステム
的な誤差要因の少ない構成であり、理想のシステムに近
い。このシステムの欠点は唯一つで、それは多層レジス
トのような露光波長近辺の波長を吸収するようなプロセ
スに弱いということである。
Currently, no two alignment systems that have been proposed and implemented are the same, and each system has its own advantages and disadvantages. For example, one example is ``Exposure Apparatus'' published in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-25638 filed by the present applicant. This system uses a projection optical system that is telecentric to both the reticle and the wafer.
This is one of the excellent configuration examples that realize the concept of nAxis. Although the projection lens has aberrations corrected for the g-line (436 nm), it is designed to exhibit similar performance at the wavelength of the He-Cd laser (442 nm). In one embodiment disclosed in this patent application, a laser beam scanning method using a He-Cd laser is adopted as an alignment signal detection method, and as a result, TTL on Ax
In other words, it is possible to start an immediate exposure operation in an aligned state. TTL on Axis
In the sense that the only error factor for the exposure apparatus is the alignment signal detection error, the system has the configuration with the least systematic error factors, and is close to an ideal system. The only drawback to this system is that it is sensitive to processes that absorb wavelengths near the exposure wavelength, such as multilayer resists.

一方、これに対して露光波長以外の波長、具体的にはe
線(546nm )とかHe−Neレーザ(633nm
)といったより長い波長を用いるシステム構成例も多数
提案されている。露光波長よりも長い波長を用いるため
多層レジストのような吸収型のプロセスに対して、この
システムは強いという利点を持っている。しかし、通常
、投影レンズの色の諸収差のためにアライメントする像
高が投影レンズに対して固定されており、アライメント
の検出を行なった後に露光位置までウニ八を移動させる
という誤差要因が入り込むことになる。露光波長以外の
光でのアライメントシステムはこのため必然的にTTL
  offAxisのシステムとなってしまうのである
On the other hand, wavelengths other than the exposure wavelength, specifically e
line (546nm) or He-Ne laser (633nm)
), many system configuration examples using longer wavelengths have also been proposed. This system has the advantage of being robust against absorption-type processes such as multilayer resist because it uses a wavelength longer than the exposure wavelength. However, normally, the image height for alignment is fixed relative to the projection lens due to various chromatic aberrations of the projection lens, and the error factor of moving the urchin to the exposure position after alignment detection is introduced. become. For this reason, alignment systems using light other than the exposure wavelength are inevitably TTL.
This results in an offAxis system.

しかしながら、近年の重ね合せ精度に対する要求はます
ます厳しくなってきており、特開昭58−25638号
に示したような理想システムにおける誤差要因であるア
ライメント信号の検知エラーすら問題となる領域にまで
きている。本発明では従来例に基づいてアライメント信
号の検知エラー成分を分析し、その誤差要因をとり除く
ことにより、アライメント精度の向上を図ったことを特
徴としている。
However, in recent years, requirements for overlay accuracy have become increasingly strict, and even detection errors in alignment signals, which are the cause of errors in ideal systems, as shown in Japanese Patent Application Laid-open No. 58-25638, have even become a problem. ing. The present invention is characterized in that the alignment accuracy is improved by analyzing the detection error component of the alignment signal based on the conventional example and removing the error factor.

アライメント信号の検知誤差成分を本願の発明者等が分
析したところによると、その誤差成分は主としてフォト
レジストの塗布問題に起因するものが大部分であること
が判明した。フォトレジストによる誤差要因は種々挙げ
られるが、そのうち最も大きいのは次の2つの要因であ
るものと考えられる。
According to the inventors' analysis of the detection error component of the alignment signal, it has been found that the majority of the error component is due to problems in coating the photoresist. There are various error factors caused by the photoresist, but the following two factors are thought to be the largest among them.

第1はレジストの表面反射光とレジストをAAし、ウニ
八基板に当って戻ってくる光との干渉効果である。特に
前述したようにフォトレジストはウェハ内で均一に塗布
されているとは限らず、中心と周辺では塗布状態が異な
っている場合が多い。ウェハ基板自体もエツチング、ス
パッタ等ノウエバ内均−性の問題を抱えている。そのた
め、ウェハ内の各ショットのアライメントマークの構造
はレジストの塗布逢合めて考えた時、場所場所で異り、
従って、干渉効果も異っている。レジスト塗布の影響で
アライメントに誤差が出るのはこの干渉による効果が最
も大きいと思われる。
The first is the interference effect between the light reflected from the surface of the resist and the light that AA-performs the resist and returns after hitting the Urchin eight substrate. In particular, as described above, the photoresist is not necessarily coated uniformly within the wafer, and the coating state often differs between the center and the periphery. The wafer substrate itself also has problems with internal wafer uniformity due to etching, sputtering, etc. Therefore, the structure of the alignment mark for each shot on the wafer differs depending on the location when considering the resist coating.
Therefore, the interference effects are also different. This interference seems to be the most significant cause of alignment errors due to the influence of resist coating.

第2の要因として挙げられるのは多重反射である。レジ
ストは一つの先導波路としての性格を持ている。そのた
めにウニへ基板で反射された光の一部はレジストと空気
の境界面で反射され、またウニ八に戻ってきて再反射を
受けることとなる。
The second factor is multiple reflection. The resist has the character of a leading wave path. Therefore, a portion of the light that is reflected by the substrate to the sea urchin is reflected at the interface between the resist and the air, returns to the sea urchin, and is reflected again.

この影舌は基板の反射率が高いほど顕著であるし、また
この多重反射光が最終的には干渉を起こしアライメント
の精度を劣化させる要因ともなる。
The higher the reflectance of the substrate, the more pronounced this shadowing becomes, and this multiple reflected light eventually causes interference and becomes a factor that deteriorates alignment accuracy.

レジストの要因としてはその他に屈折による像ズレ等の
要因が考えられるが、それ等はあくまで二次的なもので
あり、今ここで挙げた2つの要因特に第1の干渉効果を
除くことがアライメントの精度向上に大きく貢献するこ
とが解析の結果確かめられた。
Other resist factors can be considered, such as image deviation due to refraction, but these are only secondary factors, and alignment is achieved by eliminating the two factors mentioned above, especially the first interference effect. The analysis results confirmed that this greatly contributes to improving the accuracy of.

本発明では従って、干渉効果を軽減し、より高いアライ
メント検出精度を実現するようなシステムを提供するこ
とを目的とする。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a system that reduces interference effects and achieves higher alignment detection accuracy.

[問題点を解決するための手段〕 上記に示した問題点を解決するため、本発明の観察装置
は、第1の物体上のパターンを第2の物体上に結像光学
系を介して投影転写する装置において、前記投影光学系
に結合して第2の物体を観察する観察光学系が配置され
ており、該観察光学系は前記投影レンズと第2の物体の
間より前記投影レンズを介さないで照明を与える照明光
学系の光を検知することを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the problems described above, the observation device of the present invention projects a pattern on a first object onto a second object via an imaging optical system. In the transfer apparatus, an observation optical system is arranged which is coupled to the projection optical system and observes the second object, and the observation optical system is arranged between the projection lens and the second object through the projection lens. It is characterized by detecting light from an illumination optical system that provides illumination.

この他、本発明の種々の実施の態様等、本発明の特徴は
下記の実施例において記載した。
In addition, features of the present invention, such as various embodiments of the present invention, are described in the following Examples.

[実施例] 本発明の一実施例を第1図に示す。第1図は本発明をス
テッパすなわち縮小投影露光装置に応用した例である。
[Example] An example of the present invention is shown in FIG. FIG. 1 shows an example in which the present invention is applied to a stepper, that is, a reduction projection exposure apparatus.

同図において、縮小レンズ3はレチクル1上のパターン
2をウェハ4上に投影露光する役目を果たしている。縮
小レンズ3は、焼付ける対象物であるウェハの凹凸や、
通常、レンズ3とウェハ4の間に配置されているオート
フォーカス系の計測駆動エラー等に基づくフォーカスの
変動等によって、ディストーションおよび倍率が変化し
ないようにウェハ側ではテレセントリックとなフている
のが通常である。なお、ウェハ上で2に対応する場所は
第1図では5が対応している。
In the figure, a reduction lens 3 serves to project and expose a pattern 2 on a reticle 1 onto a wafer 4. The reduction lens 3 is used to reduce the irregularities of the wafer, which is the object to be printed,
Normally, the wafer side is telecentric so that distortion and magnification do not change due to changes in focus due to measurement drive errors of the autofocus system placed between the lens 3 and the wafer 4. It is. Note that the location corresponding to 2 on the wafer corresponds to 5 in FIG.

本発明での最大の特徴は投影レンズ3の下に配置された
照明系にある。第1図でこれから焼き付けられるべき、
ウェハの部分5のためのアライメントマーク6はこの場
合ウェハ4と投影レンズ3の間に存在している照明系に
よって斜めに照明されている。
The most important feature of the present invention is the illumination system placed below the projection lens 3. In Figure 1, what should be burned from now on,
The alignment mark 6 for the part 5 of the wafer is in this case obliquely illuminated by an illumination system located between the wafer 4 and the projection lens 3 .

これが本発明の最も主要な部分をなすものである。This is the most important part of the invention.

既に述べたようにアライメント信号の検出エラーの最も
大きい要因はレジストの表面反射とウニ八基板の反射光
との干渉である。この影グを無くすためには幾つかの方
法があるが、最も根本的な解決法は一方を無くしてしま
うことである。レジストの塗布状態をSEMや干渉顕微
鏡で観察したところ、例え非常に大きい段差構造を持っ
たウェハでも、その上に塗布されたレジストの表面の傾
斜は最大でも5°前後しかいかずそれ以上急峻なスロー
プは存在しないことが判明した。ステップカバレージの
問題から大きい段差に対してはそれを上回る厚さのレジ
ストを塗布するのが普通であり、その結果はぼ5°前後
の値で納まるのである。このため、本発明では照明光に
対して第2図に示すように次のような条件を付は加える
のか特徴である。すなわち、 (検知光学系がウェハ上で持つ最大角A+lO°)≦(
照明光のウェハへの入射角B)・・・・(1)このよう
にすると、照明光のレジスト表面で反射される成分は検
知光学系に入らず、その外に逃げてしまう(第2図)。
As already mentioned, the largest cause of alignment signal detection errors is the interference between the surface reflection of the resist and the reflected light from the Urchin substrate. There are several ways to eliminate this shadow, but the most fundamental solution is to eliminate one of them. When we observed the state of the resist coating using a SEM or an interference microscope, we found that even on a wafer with a very large step structure, the slope of the surface of the resist coated on top of the wafer is only about 5 degrees at most, and it is not steeper than that. It turned out that the slope did not exist. Due to step coverage issues, it is common practice to apply a resist thicker than the large step difference, and the result is approximately 5 degrees. Therefore, the present invention is characterized by adding the following conditions to the illumination light as shown in FIG. That is, (maximum angle A+lO° that the detection optical system has on the wafer)≦(
Angle of incidence of illumination light on the wafer B) (1) If this is done, the component of the illumination light reflected on the resist surface will not enter the detection optical system and will escape to the outside (see Figure 2). ).

従って、ウニ八基板からの反射光のみを検知光学系で捉
えることができるのである。検知光学系とは第1図で投
影レンズ3およびアライメントスコープ光学系7を介し
て、例えばCCDのような光電変換手段8に到るまでの
ウェハの観察光学系全体を意味している。露光波長と観
察波長が異なる場合には9のような補正光学系を入れて
、レチクルとウェハの同時観察を可能にするような場合
もあるし、第3図のようにウェハのみを観察するという
ことで、レチクルと投影レンズの間にアライメントスコ
ープ光学系を持ってくる場合もある。第3図の場合には
レチクルは別のアライメントスコープ系によって独立に
アライメントされ、ウェハ系のアライメントの基準とレ
チクル系のアライメントの基準とが所定の関係になるよ
う、基準値較正が行なわれる。
Therefore, only the reflected light from the sea urchin eight substrate can be captured by the detection optical system. The detection optical system in FIG. 1 refers to the entire wafer observation optical system from the projection lens 3 and the alignment scope optical system 7 to the photoelectric conversion means 8 such as a CCD. If the exposure wavelength and observation wavelength are different, a correction optical system such as 9 may be installed to enable simultaneous observation of the reticle and wafer, or it may be possible to observe only the wafer as shown in Figure 3. Therefore, an alignment scope optical system may be placed between the reticle and the projection lens. In the case of FIG. 3, the reticle is independently aligned by another alignment scope system, and reference value calibration is performed so that the wafer-based alignment reference and the reticle-based alignment reference have a predetermined relationship.

検知光学系がウェハ上で持つ最大角Aはアライメントス
コープ側で、特別に絞りを入れて、投影レンズのNAを
規制しない限り、投影レンズのNAで定まる値と一致す
る。すなわち、NAが0.35のレンズであればA =
 sin −’ 0.35 = 20.49°であるか
ら、照明系の入射角Bは30.49°以上でなければな
らない。また、アライメントスコープ側に絞りがついて
いて投影レンズのNAを規制している場合、Aの値はN
Aで定まる値より小さくなる。これまでステッパで提案
されてきたすべてのTTL方式は入射光をアライメント
スコープ側介して上から照明する方式であった。これに
対し、本発明は投影レンズの外側からウェハを照明する
方式であり、しかも10°という規制値を設けることに
より、レジスト表面反射の除去に成功したものである。
The maximum angle A that the detection optical system has on the wafer matches the value determined by the NA of the projection lens, unless a special aperture is inserted on the alignment scope side to regulate the NA of the projection lens. In other words, if the lens has an NA of 0.35, A =
Since sin −' 0.35 = 20.49°, the incident angle B of the illumination system must be greater than or equal to 30.49°. Also, if the alignment scope has an aperture to regulate the NA of the projection lens, the value of A is N.
It will be smaller than the value determined by A. All TTL methods proposed for steppers so far have been methods in which incident light is illuminated from above through the alignment scope side. In contrast, the present invention is a system in which the wafer is illuminated from outside the projection lens, and by setting a regulation value of 10 degrees, the resist surface reflection has been successfully eliminated.

レジストの底にあるウェハ基板の散乱、回折光を分散し
て取り出せるということはアライメント精度の向上に直
接結びつくことを意味している。
Being able to disperse and extract the scattered and diffracted light from the wafer substrate at the bottom of the resist means that it directly leads to improved alignment accuracy.

本発明ではこのようにウニ八基板自体からの散乱、回折
光をとるので、照明光はレジスト表面での反射のロスが
少なくなるようにP偏光で入れると有利である。P (
m光だとS偏光より表面反射が少ないので、より多くの
光が基板に達することとなる。更に入射角をブリュース
ター角で入れると、表面反射が最も少なくなるので有利
である。
In the present invention, as described above, the scattered and diffracted light from the Urchin 8 substrate itself is taken, so it is advantageous to enter the illumination light as P-polarized light so as to reduce reflection loss on the resist surface. P (
Since m-light has less surface reflection than S-polarized light, more light reaches the substrate. Furthermore, it is advantageous to set the incident angle at Brewster's angle because surface reflection is minimized.

また、この条件に合うように、他の自由度例えばマーク
の形状等を決めていくことも可能である。
It is also possible to determine other degrees of freedom, such as the shape of the mark, to meet this condition.

第1図において10はレーザであり、ミラー11とレン
ズ12を介してレーザ10からの照明光がウェハ4上の
アライメントマーク6を照射している。
In FIG. 1, 10 is a laser, and illumination light from the laser 10 illuminates the alignment mark 6 on the wafer 4 via a mirror 11 and a lens 12.

第1図の照明系のもう1つの特徴は、予め解っているパ
ターン方向に対応する所定の方向から光を入射してやる
ことである。このため照明光は検出しようとするマーク
のエツジに対して直交するような方向から入射させるよ
うな方向性を持たせることが望ましい。
Another feature of the illumination system shown in FIG. 1 is that light is incident from a predetermined direction corresponding to a pattern direction known in advance. For this reason, it is desirable that the illumination light has a directionality such that it is incident from a direction perpendicular to the edge of the mark to be detected.

第4図にドツト状のマークを用いた場合の照明光の入れ
方を示す。ここでは、ドツトで構成されたマークの幅方
向の中心位置Cをアライメント信号として求めたいとす
る。第4図(A)の例では照明光はグレーティングの幅
を示す方向であるP、P’  というエツジを光らすよ
うな方向から入射される。入射方向は矢印り、D’ で
示されている。この場合、実際に像面で観察される像は
第5図(A)の如くになり、この像をCODで受けたり
、またはスリット状の開口により走査することにより、
中心位置Cを求めることができる。エツジであるP、P
’の光り方は入射方向り、D’に対応している。但し、
Dからの入射光が必ずしも常にPを光らせるとは限らず
、基板の段差量、レジストの塗布状態によってはP′の
方がPより明るくなることもある。DとD′の2つの方
向から照明光を入れてやるとP、P’の非対称性は緩和
されるが、両者の対称性はCを求める際、特に必要無い
ことが第5図(A)よりわかる。従って、システム構成
を考える際にはり、D’ は必ずしも対称に2方向から
入れる必要はなく、片一方のみでも良いし、また、両方
向から入れる場合でも非対称な配置、すなわち第4図(
A)でのα、α′の値を同一にしなくてもCの位置は充
分精度良く検知できる。
FIG. 4 shows how to enter illumination light when dot-shaped marks are used. Here, it is assumed that the center position C in the width direction of a mark composed of dots is to be determined as an alignment signal. In the example of FIG. 4(A), the illumination light is incident from a direction that illuminates the edges P and P', which are directions indicating the width of the grating. The direction of incidence is indicated by an arrow D'. In this case, the image actually observed on the image plane is as shown in Fig. 5 (A), and by receiving this image with a COD or scanning it with a slit-shaped aperture,
The center position C can be determined. P, P which is edge
The way the light is illuminated is in the direction of incidence and corresponds to D'. however,
The incident light from D does not always make P shine; P' may be brighter than P depending on the amount of step on the substrate and the state of resist coating. If illumination light is input from two directions, D and D', the asymmetry of P and P' will be alleviated, but the symmetry of both is not particularly necessary when calculating C, as shown in Figure 5 (A). I understand more. Therefore, when considering the system configuration, D' does not necessarily have to be inserted symmetrically from two directions; it may be inserted only from one side, or even if it is inserted from both directions, it may be arranged asymmetrically, that is, as shown in Figure 4 (
Even if the values of α and α' in A) are not made the same, the position of C can be detected with sufficient accuracy.

第4図(B)の例では、同図(A)における照明光の方
向と直交する方向から照明光が入射されている。この場
合に観察される像は第5図(B)に示されるように同図
(A)の場合とは逆の方向のエツジが光ったものが観察
されることとなる。
In the example of FIG. 4(B), illumination light is incident from a direction perpendicular to the direction of illumination light in FIG. 4(A). In this case, the image observed is as shown in FIG. 5(B), with the edges shining in the opposite direction to that in FIG. 5(A).

(A)と(B)で示されたどちらの方向のエツジを光ら
せるかは使用するマークの信号処理法に依存している。
The direction in which the edges shown in (A) and (B) are illuminated depends on the mark signal processing method used.

また、マークとしては2方向のエツジを持っているとい
う理由でドツトの列を説明に採用したが、勿論この例に
限る必要はない。
Further, although a row of dots has been adopted as a mark in the explanation because it has edges in two directions, it is of course not necessary to be limited to this example.

以上のような照明法をとることにより表面反射の影響な
しでS/N比の良い明るい像を単色光でも観察すること
が可能となる。照明されたウェハのマーク部6は第1図
で投影レンズ3、補正光学系9を介して観察光学系1の
位置に一旦結像される。そしてアライメントスコープ部
に入り、8の位置で像として捉えられるのである。アラ
イメント状態を検知した後の露光動作への8行のやり方
としては、露光位置への所定量送り込み法とか補正光学
系9の露光光束外への退避等、公知の矛1々のシステム
の構成をとることが可能である。
By using the above illumination method, it is possible to observe a bright image with a good S/N ratio even with monochromatic light without the influence of surface reflection. The illuminated mark portion 6 of the wafer is once imaged at the position of the observation optical system 1 via the projection lens 3 and the correction optical system 9 in FIG. It then enters the alignment scope section and is captured as an image at position 8. The eight-line method for the exposure operation after detecting the alignment state includes the configuration of a known system, such as feeding a predetermined amount to the exposure position or retracting the correction optical system 9 out of the exposure beam. It is possible to take

第3図は第1図の系でのウェハ信号をレチクルと投影レ
ンズの間でとるシステムの例である。レチクル1は不図
示のレチクルアライメント用の光学系で別個にアライメ
ントされる。照明はやはりレーザ10を用いるが、この
例ではレーザ光の指向性を利用して、ビームがそのまま
ウェハ上のアライメントマーク6に入射されている。ウ
ェハ信号は投影レンズ3を介して20以下のウニへ観察
光学系に導かれる。図中、20は対物レンズ、21はエ
レクタ−レンズであり、ガルバノミラ−23がエレクタ
の後に配置されている。ウェハ6の像はガルバノミラ−
23によって走査を受けるが、走査を受けた像は、像面
に置かれたスリット24を介してフォトマルチプライア
−25に導かれ、しかるべくオートアライメント信号が
検知される。暗視野照明光と露光光の波長が異る場合は
第1図の9に相当する補正光学系を20の前または20
以下の光学系の中に入れてやる必要がある場合がある。
FIG. 3 is an example of a system in which the wafer signal in the system of FIG. 1 is taken between the reticle and the projection lens. The reticle 1 is separately aligned using an optical system for reticle alignment (not shown). A laser 10 is used for illumination, but in this example, the directivity of the laser beam is utilized to directly direct the beam to the alignment mark 6 on the wafer. The wafer signal is guided through a projection lens 3 to an observation optical system for up to 20 sea urchins. In the figure, 20 is an objective lens, 21 is an erector lens, and a galvano mirror 23 is placed after the erector. The image of wafer 6 is a galvano mirror.
23, and the scanned image is guided to a photomultiplier 25 via a slit 24 placed on the image plane, and an auto-alignment signal is detected accordingly. If the wavelengths of the dark-field illumination light and the exposure light are different, the correction optical system corresponding to 9 in Figure 1 should be placed in front of 20 or 20.
It may be necessary to insert it into the following optical system.

第6図は第3図の変形であるが10の他にもう1本10
′ という10と異なる波長のレーザ光を入射したこと
を特徴としている。10としては例えばHe −N e
レーザ(633nm ) 、10’ としてはAr。イ
オンレーザ(515nm)またはグリーンHe−Neレ
ーザ(543r+m)等が考えられる。レーザ10′ 
をレーザ10に加えたのは、クエへの段差構造によって
は波長633nmのHe−Neレーザからの散乱光が極
端に弱くなってしまうケースがあるので、それに対応さ
せたためである。弱くなる条件はレーザの波長と密接に
結びついているので、異なった波長のレーザを入射させ
ればその出力特性が相補的になり、より安定した計測が
できるようになる。なお、この場合はウェハの検出光学
系も投影レンズ3の色収差の波長による違いに留意して
それぞれ別個に設けられている。また、2つの波長の合
成を行なうビームスプリッタ13にダイクロ膜を利用す
ると効率が良く有利である。
Figure 6 is a modification of Figure 3, but in addition to 10, there is another 10.
It is characterized by the fact that laser beams with different wavelengths than 10 are incident. 10, for example, He −N e
Laser (633 nm), Ar as 10'. An ion laser (515 nm) or a green He-Ne laser (543r+m) can be used. laser 10'
was added to the laser 10 because there are cases where the scattered light from the He--Ne laser with a wavelength of 633 nm becomes extremely weak depending on the stepped structure of the square. The conditions for weakening are closely tied to the wavelength of the laser, so if lasers of different wavelengths are incident, their output characteristics will become complementary, allowing more stable measurements. In this case, the wafer detection optical systems are also provided separately, taking into account the difference in chromatic aberration of the projection lens 3 depending on the wavelength. Furthermore, it is efficient and advantageous to use a dichroic film for the beam splitter 13 that combines two wavelengths.

投影レンズ3の外側よりレジストの表面反射が検知光学
系に入らないような照明をする本発明の概念図は第1.
3.6図に端的に示されている。
The conceptual diagram of the present invention, which provides illumination from the outside of the projection lens 3 in such a way that the surface reflection of the resist does not enter the detection optical system, is shown in Section 1.
This is clearly shown in Figure 3.6.

従来、投影レンズ3とウェハ4との間には、ステッパ時
代になってオートフォーカス機能が入っている。本発明
に示したように照明法に積極的な意義付けがなされてい
なかりたため、従来は両者を共存させようとする試みが
存在していなかった。しかし、本発明の主旨のように条
件式(1)を満たす条件はウェハ情報の検出に対して積
極的な意義付けができるので、両者の共存が検討され、
メカニカルに両者が共存し得ることが判明した。
Conventionally, an autofocus function has been installed between the projection lens 3 and the wafer 4 since the stepper era. As shown in the present invention, no positive significance was given to the illumination method, and thus there had been no attempt to make the two coexist. However, as is the gist of the present invention, the condition that satisfies conditional expression (1) can be given positive significance to the detection of wafer information, so the coexistence of both has been considered.
It turns out that mechanically the two can coexist.

また、オートフォーカスもTTLで行なうとすれば投影
レンズウェハ間のオートフォーカス機構を除去できるた
めこの照明法は容易に投影レンズウェハ間に実装し得る
。以下、具体的な実装上での本発明の実施例について触
れることとする。
Further, if autofocus is also performed by TTL, the autofocus mechanism between the projection lens wafers can be removed, so this illumination method can be easily implemented between the projection lens wafers. Hereinafter, embodiments of the present invention based on specific implementations will be described.

本発明の暗視野法で最も問題となることの一つは光量で
ある。そのため本発明では一貫してレーザによる暗視野
照明と投影レンズの組合せを特徴としてきた。その理由
は露光波長と異なる観察、波長を用いた時の投影露光系
3の色収差に存在している。一般に投影レンズ3は露光
波長で最高の性能を発揮するように設計されており、観
察波長での性能は野放しになっている例が多い。例えば
g線(436nm )用のレンズではg線のスペクトル
幅までも考慮に入れた設計がなされ、第16図に示すよ
うにg線で接するような、波長VS、フォーカス変化を
示している。このため、観察波長と異なるとフォーカス
の色による変化の係数は極めて犬となる。例えば暗視野
照明光源として水銀のe線(546nm )を使用する
ことも考えられるが、このe線のスペクトルの拡がりの
すそまで考えると、ピント変化が10μm近く生じてし
まうことが起こってしまうのである。この色収差は第1
図に示したアライメント光学系の中で到底補正し得る士
ではない。一つの策として狭帯域のバンドパスフィルタ
を入れることが考えられるが、その場合には光量の落ち
が無視し得ない。かといって、スペクトルを狭くしない
場合には、スペクトル内でのピントずれによるコントラ
ストの低下が問題となる。本発明のような暗視野照明に
レーザを用いるのはレーザのスペクトル幅が殆ど無視し
得る位小さいため、投影レンズのこのような制約からフ
リーになることができるからである。ピント変化の他に
も色により諸収差がでるが、これもレーザの単色性を利
用して補正することが可能である。第1図の9はこれに
当る。なお、これらの補正等に関しては、本出願人によ
る昭和61年5月30日付の特許出願「観察装置」 (
発明者 鈴木童義)において詳細な説明がなされている
One of the most important problems with the dark field method of the present invention is the amount of light. Therefore, the present invention has consistently featured a combination of dark field illumination using a laser and a projection lens. The reason for this is the chromatic aberration of the projection exposure system 3 when an observation wavelength different from the exposure wavelength is used. Generally, the projection lens 3 is designed to exhibit the best performance at the exposure wavelength, and its performance at the observation wavelength is often left unresolved. For example, a lens for the g-line (436 nm) is designed taking into consideration the spectral width of the g-line, and exhibits changes in wavelength VS and focus such that they touch at the g-line as shown in FIG. For this reason, if the wavelength differs from the observation wavelength, the coefficient of change due to the color of the focus becomes extremely small. For example, it is conceivable to use mercury's e-line (546 nm) as a dark-field illumination light source, but if you consider the extent to which the e-line's spectrum spreads, this could result in a focus change of nearly 10 μm. . This chromatic aberration is the first
There is no way that the alignment optical system shown in the figure can correct this. One possible solution would be to insert a narrow band pass filter, but in that case the drop in light intensity would be unignorable. On the other hand, if the spectrum is not narrowed, there is a problem of a decrease in contrast due to out of focus within the spectrum. The reason why a laser is used for dark field illumination as in the present invention is that the spectral width of the laser is so small that it can be almost ignored, so it can be freed from such restrictions of the projection lens. In addition to changes in focus, various aberrations occur due to color, but these can also be corrected by utilizing the monochromatic nature of the laser. 9 in Figure 1 corresponds to this. Regarding these amendments, etc., please refer to the patent application "Observation Device" filed by the applicant on May 30, 1986 (
A detailed explanation is given in the following article (inventor: Dogi Suzuki).

レーザは光源自体が高輝度であるため、光量の点で非常
に有利であり、また、単色性に基く信号の干渉による消
失に対する対処として第6図のように複数個のレーザを
重ねて多波長で見ることもできる。ここで入射角である
が、マークが第4図のようにピッチを持っており、第4
図(A)のような方向から照明する場合、入射角は、第
1次の回折光が、投影レンズ3の光軸と平行に出るよう
な方向に入れることが好ましい。このようなピッチをも
つものは一種のグレーティングとなるので、良く知られ
たグレーティングの回折理論が成立する。一般に(1)
式を満たすような条件の場合、検知系で検知されるのは
3次光とか4次光といったかなり高次の光となることが
多い。通常は高次の回折光になる程光量が少なくなるの
で回折方向が予め定まっているなら、その何次かの回折
光が投影レンズ3の光軸と平行になるようにしてやるの
が好ましい。これは投影レンズ3がウェハの凹凸やオー
トフォーカスの精度の影響でディストーションが変化し
ないよう、ウェハ側でテレセントリックな構成となって
いることと関連している。すなわち第1.3.6図の例
では検知光学系で観察している位置が投影光学系3の光
軸外の位置となっているが、テレセントリック性のため
、この観察点での主光線も光軸と平行にウェハ面に垂直
になっている。
Since the light source itself is high-intensity, lasers are very advantageous in terms of light quantity.Also, as a countermeasure against signal loss due to interference due to monochromaticity, multiple lasers are stacked one on top of the other as shown in Figure 6 to generate multi-wavelength signals. You can also view it at Here, regarding the incident angle, the mark has a pitch as shown in Figure 4, and the fourth
When illuminating from a direction as shown in FIG. 3A, the angle of incidence is preferably such that the first-order diffracted light exits parallel to the optical axis of the projection lens 3. Since something with such a pitch is a type of grating, the well-known diffraction theory of gratings holds true. Generally (1)
In the case of conditions that satisfy the formula, what is detected by the detection system is often fairly high-order light such as third-order light or fourth-order light. Normally, the higher the order of diffracted light, the smaller the amount of light, so if the direction of diffraction is determined in advance, it is preferable to make the diffracted light of some order parallel to the optical axis of the projection lens 3. This is related to the fact that the projection lens 3 has a telecentric configuration on the wafer side so that the distortion does not change due to the unevenness of the wafer or the accuracy of autofocus. In other words, in the example shown in Figure 1.3.6, the position observed by the detection optical system is off the optical axis of the projection optical system 3, but due to telecentricity, the chief ray at this observation point also It is parallel to the optical axis and perpendicular to the wafer surface.

通常のシリコンウェハの場合には、このように単純な照
明の仕方で充分良いS/Nの信号をとることができる。
In the case of a normal silicon wafer, a signal with a sufficiently good S/N ratio can be obtained by such a simple illumination method.

しかし、更にS/N比や検出率を上げるために第8図に
示したような照明法をとることも可能である。
However, in order to further increase the S/N ratio and detection rate, it is also possible to use an illumination method as shown in FIG.

第8図(A)は、レーザ10から出た照明光をガルバノ
ミラ−31によって振動させ、ウェハ上のアライメント
マーク6に照明している例である。この例では振動する
ミラーの反射点がマーク6とほぼ共振の位置に置かれ、
ミラーの回転に従ってマーク6への入射角が変化させら
れる。入射角の変化はアライメントマークのエツジの散
乱回折条件を変化させるため、信号出力が変化する。特
にエツジの段差量がレーザの波長と整合して信号を消し
合う条件になった時などはこの入射角変化の効用が大き
い。入射角の変化は第8図(A)のような反射タイプだ
けでなく、同図(B)のように透過タイプでも実現でき
、また、その変形も色々考えられる。入射角を時間的に
変化させる場合には、検知系との間で同期をとる場合が
ある。例えば第1図の例では検知がCCDとなっている
が、この場合にはCCDの読み出しのタイミングとの周
期をとるか、または非常に入射角変化を読み出しに比し
て速くしてその変化の影響の無いようにする必要がある
FIG. 8(A) shows an example in which the illumination light emitted from the laser 10 is vibrated by a galvanometer mirror 31 to illuminate the alignment mark 6 on the wafer. In this example, the reflection point of the vibrating mirror is placed at a position that almost resonates with mark 6,
The angle of incidence on the mark 6 is changed according to the rotation of the mirror. A change in the incident angle changes the scattering diffraction conditions at the edge of the alignment mark, and therefore the signal output changes. This change in incidence angle is particularly effective when the step amount of the edge matches the wavelength of the laser and the signals cancel each other out. The change in the incident angle can be realized not only by a reflective type as shown in FIG. 8(A) but also by a transmissive type as shown in FIG. 8(B), and various modifications thereof are possible. When changing the incident angle over time, synchronization with the detection system may be achieved. For example, in the example shown in Figure 1, the detection is by CCD, but in this case, it is necessary to set the cycle to the readout timing of the CCD, or to make the change in the angle of incidence very fast compared to the readout. It is necessary to ensure that there is no impact.

また、別の手段として入射角変化を信号出力の最も有利
な位置でとめるように制御することも勿論可能である。
Furthermore, as another means, it is of course possible to control the change in the incident angle so as to stop it at the most advantageous position for signal output.

第9図の実施例は、ミラー等を直接介さずにファイバを
用いて照明した場合の例である。投影レンズとウニへ間
のスペース上の問題から、レーザ光の引き回しが難しく
、照明手段としてファイバを用いた方が良い場合がある
。第9図(A)はファイバの出口35を2次光源として
ケーラー照明を行なった場合の例である。距離によって
はレンズ12は必ずしも必要ではない。ファイバ束を用
いた本実施例ではファイバを用いたことによるデメリッ
トすなわちレーザ光のスペックル干渉がウェハ面上で生
じてしまう。スペックルの影響を除去するため、本実施
例ではファイバ束に入るレーザ光線をガルバノミラ−3
1およびモータ32によって揺動させて時間的に積分し
、その結果としてウェハ面でのスペックルを除去する手
法を用いている。ガルバノミラ−は回転多面鏡やAO素
子に苦き換えることもできるが、検知系との周期関係で
は第8図に関して説明したのと同じようなことがいえる
The embodiment shown in FIG. 9 is an example in which illumination is performed using a fiber without directly using a mirror or the like. Due to space issues between the projection lens and the sea urchin, it is difficult to route the laser beam, so it may be better to use a fiber as the illumination means. FIG. 9(A) is an example of Koehler illumination using the fiber exit 35 as a secondary light source. Depending on the distance, the lens 12 is not necessarily required. In this embodiment using a fiber bundle, there is a disadvantage due to the use of fibers, that is, speckle interference of laser light occurs on the wafer surface. In order to eliminate the influence of speckle, in this example, the laser beam entering the fiber bundle is
1 and a motor 32 to perform temporal integration, and as a result, speckles on the wafer surface are removed. The galvanometer mirror can be replaced with a rotating polygon mirror or an AO element, but the periodic relationship with the detection system is the same as that explained with reference to FIG.

第9図(B)はクリティカル照明をした例で、この場合
はファイバの出口35が2次光源としてレンズ12によ
りウェハ面上のマーク6の上に結像される。このような
例ではファイバのコア部による照明の不均一性がスペッ
クルに乗る場合がある。
FIG. 9B shows an example of critical illumination, in which the exit 35 of the fiber is imaged onto the mark 6 on the wafer surface by the lens 12 as a secondary light source. In such an example, non-uniform illumination due to the core of the fiber may appear on speckles.

このため第9図(B)では途中の光路中にガルバノミラ
−を置いて走査し、照明ムラを除去している。検知系と
の周期の関係は前と同じである。
For this reason, in FIG. 9(B), a galvanometer mirror is placed in the optical path midway for scanning to remove uneven illumination. The period relationship with the detection system is the same as before.

第7図から第9図にかけては主として2次元的な断面図
で好ましい実施形の原理的な説明を行なったが、実際に
はさらに装置側の照明系としてはマークとの相関を考え
ねばならない。例えば、第9図の例ではオートアライメ
ントマーク6は紙面に垂直な方向に伸びている線となっ
ている。この方向のエツジだけでアライメントマークが
構成されていれば良いが、これと直交する線がマーク内
にあった場合、その線は検知系で全く検知されないこと
になる(第4図、第5図参照)。例えばオートアライメ
ントマーク6が第10図(A)に示されるように4つの
長方形より成っている場合を考える。この4本は例えば
第1図の実施例で観察すれば第10図(B)のようにな
り、点線で示されたレチクルのマークをはさむことによ
ってアライメントがなされる。
Although the principle of the preferred embodiment has been mainly explained using two-dimensional cross-sectional views from FIG. 7 to FIG. 9, in reality, it is necessary to further consider the correlation with the mark for the illumination system on the apparatus side. For example, in the example shown in FIG. 9, the auto-alignment mark 6 is a line extending in a direction perpendicular to the paper surface. It is fine if the alignment mark is composed only of edges in this direction, but if there is a line perpendicular to this within the mark, that line will not be detected by the detection system at all (Figures 4 and 5). reference). For example, consider a case where the auto-alignment mark 6 is made up of four rectangles as shown in FIG. 10(A). For example, if these four lines are observed in the embodiment shown in FIG. 1, they will be as shown in FIG. 10(B), and alignment is achieved by sandwiching the reticle marks indicated by dotted lines.

第10図のマークは、その機能からして第1′L図(A
)の線40で仕切られるように2つの領域UとLに分れ
る。そして各領域に図中矢印で示した方向より光を当て
ると、アライメントのためのエツジが第11図(B)の
ように光って見える。この時、一度に4つの方向からの
光を入射してしまう方法もあるが、粗面状のウェハが対
象のような場合、U領域に必要な上下方向の光がL領域
も照射すると、L領域ではそれがバックグラウンドのノ
イズとなってS/N比を低下させることがある。
The marks in Fig. 10 are the ones shown in Fig. 1'L (A) because of their functions.
) is divided into two areas U and L separated by a line 40. When light is applied to each region from the direction indicated by the arrow in the figure, the edges for alignment appear to shine as shown in FIG. 11(B). At this time, there is a method in which light is incident from four directions at once, but if the target is a wafer with a rough surface, if the vertical light necessary for the U area also irradiates the L area, In some areas, it may become background noise and reduce the S/N ratio.

逆にL領域に必要な左右方向の光がU領域にまぎれこん
でも同様である。そのため、本発明の好ましい実施形で
は第12図に示されるように照明系内にマークの光らせ
たい領域に合せて視野絞りを持ち、照射域を制限してい
ることを特徴としている。図中41が照明域制限スリッ
トであり、このスリットが結像レンズ12を通じてウェ
ハマーク上に投影されることにより照射域が限定される
Conversely, the same thing will happen if the light in the left and right direction required for the L area mixes into the U area. Therefore, a preferred embodiment of the present invention is characterized in that, as shown in FIG. 12, a field stop is provided in the illumination system in accordance with the area where the mark is to be illuminated to limit the irradiation area. In the figure, reference numeral 41 denotes an illumination area limiting slit, and this slit is projected onto the wafer mark through the imaging lens 12, thereby limiting the illumination area.

同図は第9図(A)タイプのファイバを用いた照明法の
場合を示している。
This figure shows an illumination method using a fiber of the type shown in FIG. 9(A).

照明域をよりきっちり制限するためには第12図ではわ
かりにくいが第13図に模式的に示したようにスリット
を光軸に対してあおりの条件を満足するように傾けると
好都合である。
In order to more precisely limit the illumination area, it is convenient to tilt the slit with respect to the optical axis so as to satisfy the tilting conditions, as schematically shown in FIG. 13, although it is difficult to see in FIG.

また、第14図はU領域とし領域に入射させる方向を第
11図の方向と直交させて入射する時に好適なマークを
示した。
Further, FIG. 14 shows a mark suitable for entering the U area with the direction of incidence perpendicular to the direction of FIG. 11.

照明系内に設けたスリット41には別の効用もある。本
発明の特徴はレジストの表面反射を除くということなの
で波長は別に非露光光に限ることなく、露光光でも同様
である。しかし露光光をスリット41も無しで照明する
と、アライメントマーク近辺の実素子マークを露光して
しまう。従って、レジストを感光させる光を用いる場合
にはアライメントマークの所望部分のみを照明する視野
絞りを照明系に設置すれば、この問題は解決される。
The slit 41 provided within the illumination system also has other benefits. Since the feature of the present invention is that surface reflection of the resist is removed, the wavelength is not limited to non-exposure light, and the same applies to exposure light. However, if the exposure light is applied without the slit 41, the actual element mark near the alignment mark will be exposed. Therefore, when using light that exposes the resist, this problem can be solved by installing a field stop in the illumination system that illuminates only the desired portion of the alignment mark.

また、第12図では視野制限スリット41を用いたが、
単なる照明方向の切り換えを用いる方式でも例えば第3
図に用いるような走査系を用いる場合は4本のファイバ
を人口で走査に同期してAO素子等でON、OFFする
ことによっても視野絞りと似たS/N比の向上を図るこ
とができる。
In addition, although the field of view limiting slit 41 was used in FIG. 12,
Even with a method that simply switches the lighting direction, for example, the third
When using a scanning system like the one shown in the figure, it is also possible to improve the S/N ratio similar to a field stop by manually turning the four fibers on and off using an AO element, etc. in synchronization with the scanning. .

以上、投影レンズ3とウェハ4の間の種々の変形例につ
いて述べてきたが、どの場合にも照射角は(1)式を満
足しており、レジストの非反射が除去できているという
点で、ウェハ信号が正しく捉えられ、アライメント精度
は著しく向上する。
Various modifications between the projection lens 3 and the wafer 4 have been described above, but in all cases, the irradiation angle satisfies formula (1), and the non-reflection of the resist can be eliminated. , the wafer signal is captured correctly and alignment accuracy is significantly improved.

これに対して検知系であるが、検知系はウェハが粗面で
あったり、特に高い段差で無い限りは補正光学系の挿入
などがある場合があるにせよ、通常の顕微鏡系に最終的
につなげば充分である。しかし、粗面の場合には粗面に
よりあらゆる方向に散乱した光からエツジ信号のみを取
り出したり、また、高段差では多重反射による光の回り
込みを無視することができない。
On the other hand, the detection system, unless the wafer has a rough surface or a particularly high step, may require the insertion of a correction optical system, etc. It is enough to connect them. However, in the case of a rough surface, it is impossible to extract only the edge signal from the light scattered in all directions by the rough surface, and in the case of a high level difference, it is impossible to ignore the wraparound of light due to multiple reflections.

例えば、第15図は検知系対物レンズの瞳位置での光量
分布を示しているが、同図(A)は粗面で瞳全体に一様
に拡がっている。一方、同図(B)は第4図のようなド
ツトパターンに第4図(A)のように光を当てた場合の
アライメントマークからの回折光分布である。高次の回
折光が、この場合だと3個瞳内に入っている。従って、
対物レンズに第15図(C)に示したような空間周波数
フィルタを入れると、S/N比が改善し、所望のパター
ンの信号を抽出できる。このフィルタは使用するマーク
によって種々の形状が考えられる。一方このようにアラ
イメントマークに対応してフィルタを作成することは多
重反射による影響を小さくすることもできる。
For example, FIG. 15 shows the light amount distribution at the pupil position of the detection system objective lens, and FIG. 15A shows a rough surface that spreads uniformly over the entire pupil. On the other hand, FIG. 4(B) shows the diffracted light distribution from the alignment mark when the dot pattern shown in FIG. 4 is irradiated with light as shown in FIG. 4(A). In this case, three high-order diffracted lights enter the pupil. Therefore,
When a spatial frequency filter as shown in FIG. 15(C) is inserted into the objective lens, the S/N ratio is improved and a signal of a desired pattern can be extracted. This filter can have various shapes depending on the mark used. On the other hand, creating a filter corresponding to the alignment mark in this way can also reduce the influence of multiple reflections.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明に係る観察装置によれば、
照明系と検知系により種々のウェハに対して説明してき
たような対策を臨機応変にとることにより、ウェハの情
報のみをレジストとの干渉の影響を除いたままで観察す
ることが可能となった。本手法はオートアライメントの
みならず、オートフォーカス等レジストの塗布されたウ
ェハの情報を精度良く取り出すために非常に有効な手段
である。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the observation device according to the present invention,
By flexibly taking the measures described above for various wafers using the illumination system and detection system, it has become possible to observe only the wafer information without the influence of interference with the resist. This method is a very effective means not only for auto-alignment but also for accurately extracting information on a wafer coated with resist, such as auto-focusing.

【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観察装置の概略構成
図、 第2図は、ウェハへの照明光とそのレジスト表面での反
射成分等を示す図、 第3図は、レチクルと投影レンズとの間にアライメント
スコープ光学系を配置した例を示す図、第4図は、ドツ
ト状のマークを用いた場合の照明光の照射方向を示す図
、 第5図は、第4図の照明により実際に像面で観察される
像を示す図、 第6図は、2つの異なる波長のレーザ光を入射させた例
を示す図、 第7図は、ウェハへの照明光とマークにおける散乱、回
折光を示す図、 第8図は、照明光を振動させてウェハ上のアライメント
マークに照射する例を示す図、第9図は、ファイバーを
用いて照明する例を示す図、 第1O図は、アライメントマークの一例を示す図、 第11図は、第1θ図のアライメントマークに対する照
明光の方向等を示す図、 第12図は、照射域制限スリットを持つ照明系の例を示
す図、 第13図は、スリットを光軸に対してあおりの条件を満
足するように傾けた例を示す図、第14図は、第11図
に示す方向に直交する方向から照明する場合に好適なマ
ークを示す図、第15図は、検知系対物レンズの瞳位置
における光量分布等を示す図、 第16図は、波長vsフォーカス変化を示すグラフであ
る。 1ニレチクル、 4:ウェハ、 6:アライメントマーク、 7:アライメントスコープ光学系、 8:光電変換手段、 9:補正光学系、 10、lO′:レーザ光源、 12:結像レンズ、 23.32:ガルバノミラ−, 35:ファイバー出口、 41:照射域制限スリット。 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1図 第3図 U−−−−−−−−−−□■ (A) (日) 第9図
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an observation device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing illumination light to a wafer and its reflected components on the resist surface, etc., and FIG. 3 is a diagram showing a reticle and the like. A diagram showing an example in which an alignment scope optical system is arranged between the projection lens, FIG. 4 is a diagram showing the irradiation direction of illumination light when dot-shaped marks are used, and FIG. Figure 6 shows an example of an image actually observed on the image plane due to illumination. Figure 6 shows an example where laser beams of two different wavelengths are incident. Figure 7 shows the illumination light on the wafer and the scattering at the mark. , a diagram showing diffracted light, FIG. 8 is a diagram showing an example of vibrating illumination light and illuminating the alignment mark on the wafer, FIG. 9 is a diagram showing an example of illuminating using a fiber, and FIG. 11 is a diagram showing an example of an alignment mark, FIG. 11 is a diagram showing the direction of illumination light with respect to the alignment mark in FIG. Fig. 13 is a diagram showing an example in which the slit is tilted with respect to the optical axis so as to satisfy the tilting conditions, and Fig. 14 is a mark suitable for illuminating from a direction perpendicular to the direction shown in Fig. 11. FIG. 15 is a diagram showing the light amount distribution at the pupil position of the detection system objective lens, etc. FIG. 16 is a graph showing wavelength vs. focus change. 1 reticle, 4: wafer, 6: alignment mark, 7: alignment scope optical system, 8: photoelectric conversion means, 9: correction optical system, 10, lO': laser light source, 12: imaging lens, 23.32: galvano mirror -, 35: Fiber exit, 41: Irradiation area limiting slit. Patent Applicant Canon Co., Ltd. Agent Patent Attorney Tatsuo Ito Agent Patent Attorney Tetsuya Ito Figure 1 Figure 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、第1の物体上に描かれたパターンを第2の物体上に
投影光学系を介して投影転写する装置における該第2の
物体の観察装置であって、 上記投影光学系と上記第2の物体の間より、投影光学系
を介さずに第2の物体を照明する照明光学系と、 上記投影光学系に結合して配置され、上記照明光学系か
らの照明光により上記第2の物体を観察する観察光学系
と を備えることを特徴とする観察装置。 2、前記観察光学系が前記第2の物体上で持つ光束のN
AをsinA、前記照明光学系が前記投影光学系の光軸
となす角度をBとしたとき B≧A+10° が成立するように前記照明光学系を配置した特許請求の
範囲第1項記載の観察装置。 3、前記照明光が、前記第2の物体の最上面にある物質
のブリュースター角で入射する特許請求の範囲第1また
は2項記載の観察装置。 4、前記照明光が、前記第2の物体上に予め印されたマ
ークの検出すべきエッジの方向に対して直交する方向か
ら入射する特許請求の範囲第1、2または3項記載の観
察装置。 5、前記照明光の入射角が時間と共に変動する特許請求
の範囲第1、2、3または4項記載の観察装置。 6、前記照明系が、その内部に絞りを備えており、該絞
りによって予め前記第2の物体上に印されているマーク
に当る光の方向と領域を制限している特許請求の範囲第
1、2、3、4または5項記載の観察装置。 7、前記絞りが、前記照明光学系の光軸に対して傾いて
いる特許請求の範囲第6項記載の観察装置。 8、前記観察光学系には前記第2の物体上に予め印され
たマークに対応した空間周波数フィルタが配置されてい
る特許請求の範囲第1、2、3、4、5、6または7項
記載の観察装置。 9、前記照明光学系の照明光の光源がレーザである特許
請求の範囲第1、2、3、4、5、6、7または8項記
載の観察装置。 10、前記照明光が、P偏光で前記第2の物体に入射す
る特許請求の範囲第9項記載の観察装置。 11、前記照明光のレーザ光が互いに波長の異なる複数
個のレーザより構成されており、かつ、その波長の数に
応じた数の観察光学系を持っている特許請求の範囲第9
または10項記載の観察装置。 12、前記レーザが前記第2の物体上に予め印されたマ
ークに入射したとき、その回折光が前記投影光学系の光
軸とほぼ平行となるような角度に設定されている特許請
求の範囲第9、10または11項記載の観察装置。
[Scope of Claims] 1. An observation device for a second object in an apparatus for projecting and transferring a pattern drawn on a first object onto a second object via a projection optical system, comprising: an illumination optical system that illuminates the second object from between the optical system and the second object without going through the projection optical system; and an illumination optical system that is arranged coupled to the projection optical system and that emits illumination light from the illumination optical system. and an observation optical system for observing the second object. 2. N of the luminous flux that the observation optical system has on the second object
Observation according to claim 1, wherein the illumination optical system is arranged so that when A is sinA and the angle that the illumination optical system makes with the optical axis of the projection optical system is B, B≧A+10° is satisfied. Device. 3. The observation device according to claim 1 or 2, wherein the illumination light is incident at a Brewster's angle of a substance on the uppermost surface of the second object. 4. The observation device according to claim 1, 2 or 3, wherein the illumination light is incident from a direction perpendicular to a direction of an edge to be detected of a mark marked in advance on the second object. . 5. The observation device according to claim 1, 2, 3, or 4, wherein the incident angle of the illumination light changes with time. 6. Claim 1, wherein the illumination system is provided with a diaphragm therein, and the diaphragm limits the direction and area of the light hitting the mark previously marked on the second object. , 2, 3, 4 or 5. 7. The observation device according to claim 6, wherein the diaphragm is inclined with respect to the optical axis of the illumination optical system. 8. Claims 1, 2, 3, 4, 5, 6, or 7, wherein a spatial frequency filter corresponding to a mark marked in advance on the second object is arranged in the observation optical system. The observation device described. 9. The observation device according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, or 8, wherein the light source of the illumination light of the illumination optical system is a laser. 10. The observation device according to claim 9, wherein the illumination light is P-polarized and enters the second object. 11. Claim 9, wherein the laser beam of the illumination light is composed of a plurality of lasers having mutually different wavelengths, and has a number of observation optical systems corresponding to the number of wavelengths.
Or the observation device according to item 10. 12. The scope of the present invention is set at an angle such that when the laser beam is incident on a mark marked in advance on the second object, the diffracted light is substantially parallel to the optical axis of the projection optical system. Observation device according to item 9, 10 or 11.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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