JP2554091B2 - Exposure equipment - Google Patents
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、マスクパタンを半導体ウェハ上のレジスト
に、精度よく位置合わせできる露光装置に関するもので
ある。The present invention relates to an exposure apparatus capable of accurately aligning a mask pattern with a resist on a semiconductor wafer.
従来の露光装置は、アイ・イー・イー・イー・トラン
ザクションズ・オン・エレクトロン・デバイセス(IEEE
TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES)VOL.ED−26,No.
4,April,1979,p723に記載されているように、第8図に
示した構成になっている。上記装置では、第1の光源か
らの光、すなわち露光光はコンデンサレンズ30を通過し
てマスク31に入射する。マスク31を透過した光は投影レ
ンズ32、33を通過してウェハ34に達し、マスク31の像を
ウェハ34上に結像させる。上記光源系は物体すなわちマ
スク31側においてもウェハ34側においても、いわゆるテ
レセントリック光学系になっており、ウェハ側およびマ
スク側の両方とも、結像のための光線における主光線は
ウェハ34、マスク31のそれぞれに垂直に入射している。
位置合わせのための光は、第2の光源としてレーザ光35
を用い、投影レンズ33、32中の小ミラー36によって反射
したレーザ光35はウェハマークとしての格子パタンに入
射する。上記格子パタンからの反射光のうち、±1次回
折光だけが投影レンズ中の空間フィルタ37で選ばれてマ
スク31上に結像する。上記マスク31にはマスクマークと
しての格子パタンが配置されており、ウェハマークから
のパタンとマスクマークのパタンとが合致させられ、ウ
ェハ34とマスク31との位置ずれが検地される。The conventional exposure apparatus is the IEE Transactions on Electron Devices (IEEE
TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES) VOL.ED-26, No.
As described in 4, April, 1979, p723, it has the structure shown in FIG. In the above apparatus, the light from the first light source, that is, the exposure light, passes through the condenser lens 30 and enters the mask 31. The light transmitted through the mask 31 passes through the projection lenses 32 and 33 and reaches the wafer 34, and an image of the mask 31 is formed on the wafer 34. The light source system is a so-called telecentric optical system on both the object, that is, the mask 31 side and the wafer 34 side, and the principal ray in the light beam for image formation is the wafer 34 and the mask 31 on both the wafer side and the mask side. Is vertically incident on each of.
The light for alignment is the laser light 35 as the second light source.
The laser light 35 reflected by the small mirrors 36 in the projection lenses 33 and 32 is incident on a lattice pattern as a wafer mark. Of the reflected light from the grating pattern, only the ± 1st order diffracted light is selected by the spatial filter 37 in the projection lens and forms an image on the mask 31. A lattice pattern as a mask mark is arranged on the mask 31, the pattern from the wafer mark and the pattern of the mask mark are matched, and the positional deviation between the wafer 34 and the mask 31 is detected.
また、第8図に38で示しているように、偏光子を用い
てウェハマークからの回折像を横にずらせた2重像とし
て、それぞれの像をファラデー素子で電気的に交互に取
出すことにより、位置合わせ精度を向上させる試みがな
されている。しかし、上記方法では、回折像を横ずらし
にする量が発生させる2重像のそれぞれを、精度よく等
しい値だけ左右にずらす必要があり、用いる光学部品が
高精度で作成され、かつ、経済的に位置ずれを生じない
構成としなければならない。Further, as shown by 38 in FIG. 8, by using a polarizer, a diffraction image from the wafer mark is laterally shifted to form a double image, and each image is electrically taken out alternately by the Faraday element. , Attempts have been made to improve the alignment accuracy. However, in the above method, it is necessary to accurately shift each of the double images generated by the amount of laterally shifting the diffraction image to the right and left, so that the optical parts to be used can be created with high precision and economically. The structure must be such that no misalignment occurs.
上記従来技術は、つぎに示す点で限界があり、欠点を
有している。すなわち、第1の光源としての露光光の波
長および第2の光源としての位置合わせ用レーザ光の波
長が、大きく離れているときには、投影レンズの色収差
補正が十分になされず、上記ウェハマークからの反射光
はマスク上で結像しなくなり、上記従来技術は使用でき
なくなる。また、第8図に示した光学系では、ウェハマ
ークの格子ピッチ方向は、ウェハの光軸との交点とウェ
ハマークを結ぶ線分方向に垂直になっているため、ウェ
ハマークからの±1次回折光がマスク上に結像するパタ
ンの位置は、投影レンズの色収差によりずれ、露光光に
よる結像位置と、位置合わせ用レーザ光による位置検出
位置がずれたものになる欠点がある。また、ウェハマー
クからの±1次回折光を取出すフィルタは投影レンズの
中にあり、マスクパタンをウェハに転写する露光光を一
部遮ることになり好ましくない。The above-mentioned conventional technique has limitations and has drawbacks in the following points. That is, when the wavelength of the exposure light serving as the first light source and the wavelength of the alignment laser light serving as the second light source are widely separated, the chromatic aberration of the projection lens is not sufficiently corrected, and The reflected light does not form an image on the mask, and the above-mentioned conventional technique cannot be used. Further, in the optical system shown in FIG. 8, since the lattice pitch direction of the wafer mark is perpendicular to the line segment direction connecting the intersection point with the optical axis of the wafer and the wafer mark, ± 1 next time from the wafer mark The position of the pattern on which the folding light forms an image on the mask is deviated due to the chromatic aberration of the projection lens, and there is a drawback that the image formation position by the exposure light and the position detection position by the alignment laser light are deviated. Further, the filter for extracting the ± first-order diffracted light from the wafer mark is in the projection lens, and it partially blocks the exposure light for transferring the mask pattern onto the wafer, which is not preferable.
上記問題点を解決するために、本発明では、第1の光
源からの光を露光光としてマスクに照射し、投影レンズ
で結像させてウェハ上の感光材料に感光させる露光装置
において、格子パタンをウェハマークとし、該ウェハマ
ークの格子ピッチ方向と垂直な方向が、投影レンズ中心
を通る光軸方向を向くように配置し、上記第1の光源と
異なる波長、あるいは第1の波長と異なる波長で、しか
も偏光状態がそれぞれ異なる波長で出射する第2の光源
からの光を、上記ウェハマークに照射し、上記ウェハマ
ークからの反射光のうち、±1次回折光がマスク上にお
いて横ずらし状態で一部重ね合わさるよにし、上記ウェ
ハマークからの反射光を上記第2の光学系で光検知器上
に結像させ、上記第2の光学系のフーリエ面に、上記反
射光の±1次回折光だけを取り出すフィルタを装着して
位置合わせを行い、あるいは上記±1次回折光のそれぞ
れが異なる波長をもつように透過するフィルタを装着
し、上記±1次回折光の干渉により生じる周波数ν1−
ν2に対する光検知信号の位相を、第2の光源の参照信
号と比較することにより、高い位置合わせ精度を実現す
ることができる。In order to solve the above problems, in the present invention, a grating pattern is provided in an exposure apparatus in which light from a first light source is applied as exposure light to a mask, a projection lens forms an image to expose a photosensitive material on a wafer. Is a wafer mark, and the wafer mark is arranged so that the direction perpendicular to the grating pitch direction of the wafer mark faces the optical axis direction passing through the center of the projection lens, and has a wavelength different from that of the first light source or a wavelength different from the first wavelength. In addition, the light from the second light source, which is emitted with wavelengths having different polarization states, is applied to the wafer mark, and ± 1st order diffracted light of the reflected light from the wafer mark is laterally shifted on the mask. The reflected light from the wafer mark is formed into an image on the photodetector by the second optical system, and the ± 1st-order diffracted light of the reflected light is formed on the Fourier plane of the second optical system. Is A filter for picking up the beam is mounted for alignment, or a filter that transmits the ± 1st-order diffracted lights so that they have different wavelengths is installed, and the frequency ν 1 − generated by the interference of the ± 1st-order diffracted lights is attached.
By comparing the phase of the photodetection signal with respect to ν 2 with the reference signal of the second light source, high alignment accuracy can be realized.
本発明の原理を第9図〜第13図を用いて説明する。第
9図に示すようにウェハ3上にはICパタン5およびウェ
ハ位置合わせ用の格子パタンからなるウェハマーク4が
形成されている。マスク1上のマスクパタンを露光光8
により投影レンズ2を用いて結像し、ウェハ3上に形成
されているICパタン5に正確に位置合わせし重ねて作成
する。本発明は上記のようにウェハ3とマスク1とを正
確に位置合わせするための装置を得るものである。ま
ず、ウェハマーク4を使って、ウェハ3の位置をマスク
1の位置に対応する場所で位置合わせする原理を説明す
る。第10図は露光光8に対する光学系のx−zあるいは
y−z断面を説明する図で、露光光8としては波長248.
4nmのKrFレーザ光を用い、投影レンズ2として焦点距離
80nm、屈折率1.50831の合成石英ガラスで、マスク1を
縮小投影する倍率として1/5のものを用いる。投影レン
ズ2のマスク側焦点位置に絞り6を置くテレセントリッ
ク配置にすると、投影レンズ2とウェハ3間の距離aは
96mm、投影レンズ2とマスク1間の距離bは480mmにな
る。第11図は位置合わせ用レーザ光に対する光学系の説
明図である。位置合わせ用レーザとして波長632.8nmのH
e−Neレーザを用いるとすると、投影レンズ2のレンズ
材料である合成石英の屈折率は1.4571となるため、投影
レンズ2の焦点距離も80mmから89mmと大きく変り、ウェ
ハ3の表面に対応するマスク1側の結像位置b′も480m
mから1214mmと大きくマスク1の位置からずれることに
なる。第11図(a)はウェハマーク4からの反射光をx
−z断面に斜影した図を示し、第11図(b)はy−z断
面に斜影した図を示している。観察するウェハマーク4
はx軸上にあり、格子ピッチに垂直な方向は、x軸すな
わち投影レンズ2の光軸とウェハ3との交点dの方向に
おおむね向いているとする。ウェハマーク4の格子は第
12図に示すように、ピッチpの凹凸格子とし、入射する
レーザ光と回折する光の角度をθとすると、psinθ=m
λなる関係がある。ここでmは回折の次数、λは光の波
長である。いま、上記ピッチpを8μm、λ=0.6328μ
mとすると、±1次回折光の回折角は±4.537°(0.079
ラジアン)になる。第11図(b)には±1次回折光が示
してある。±1次回折光は投影レンズ2からb′の位置
で交叉し、その場所で干渉パタンを形成する。ところ
で、マスク1の位置(投影レンズからbの距離にある位
置)では±1次回折光は第11図(b)に示すように離れ
てしまう。この離れた位置をeとすれば、 で与えられ、上記例ではeは9.17mmにもなる。マスク1
の位置で±1次回折光によるパタンを作るためには、第
13図(a),(b)で示すように、±1次回折光がマス
ク1の位置で、それぞれeだけ横ずらしした状態で一部
が重なるようにする。すなわち、第13図(b)でe<g
になるように設定する。gは±1次回折光ビームのマス
ク位置における直径である。上記±1次回折光が重なっ
た場所でウェハマーク4に対応する干渉縞が形成され
る。第13図(a)においてウェハマーク4の格子ピッチ
はy方向であり、上記ウェハマーク4はy−z平面の斜
影図では投影レンズ2の光軸中心にあるため、マスク1
の面付近の干渉縞はx−z平面に平行でy方向に並んだ
ものになるので、干渉縞の観察点が投影レンズ2と離れ
た位置からbだけ離れた位置に移っても干渉縞はずれ
ず、マスク1の表面でも精度よくウェハ3の位置が検出
できる。The principle of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 to 13. As shown in FIG. 9, an IC pattern 5 and a wafer mark 4 composed of a lattice pattern for aligning the wafer are formed on the wafer 3. The mask pattern on the mask 1 is exposed to the exposure light 8
Then, an image is formed using the projection lens 2, and the IC pattern 5 formed on the wafer 3 is accurately aligned and overlapped. The present invention provides an apparatus for accurately aligning the wafer 3 and the mask 1 as described above. First, the principle of aligning the position of the wafer 3 with the position of the mask 1 using the wafer mark 4 will be described. FIG. 10 is a view for explaining the xz or yz section of the optical system with respect to the exposure light 8. The exposure light 8 has a wavelength of 248.
A 4 nm KrF laser beam is used and the focal length is used as the projection lens 2.
A synthetic quartz glass having a refractive index of 1.50831 and a wavelength of 80 nm is used, which has a magnification of 1/5 for reducing and projecting the mask 1. When the telecentric arrangement is used in which the diaphragm 6 is placed at the focus position on the mask side of the projection lens 2, the distance a between the projection lens 2 and the wafer 3 becomes
96 mm, the distance b between the projection lens 2 and the mask 1 is 480 mm. FIG. 11 is an explanatory diagram of an optical system for the alignment laser light. As a positioning laser, H with a wavelength of 632.8 nm
If an e-Ne laser is used, the refractive index of synthetic quartz, which is the lens material of the projection lens 2, is 1.4571, so the focal length of the projection lens 2 also changes significantly from 80 mm to 89 mm, and the mask corresponding to the surface of the wafer 3 is used. Image position b'on the 1st side is also 480m
This is a large deviation from the position of the mask 1 from m to 1214 mm. FIG. 11 (a) shows the reflected light from the wafer mark 4 as x
FIG. 11 (b) shows a shaded view on the yz section. Wafer mark 4 to observe
Is on the x-axis, and the direction perpendicular to the grating pitch is generally oriented to the x-axis, that is, the direction of the intersection d of the optical axis of the projection lens 2 and the wafer 3. The wafer mark 4 grid is
As shown in Fig. 12, if the concavo-convex grating with the pitch p is used and the angle between the incident laser light and the diffracted light is θ, then psinθ = m
There is a relationship of λ. Here, m is the order of diffraction, and λ is the wavelength of light. Now, the pitch p is 8 μm, λ = 0.6328 μ
m, the diffraction angle of the ± 1st order diffracted light is ± 4.537 ° (0.079
Radians). FIG. 11 (b) shows ± first-order diffracted light. The ± first-order diffracted light intersects the projection lens 2 at a position b ′, and forms an interference pattern at that position. By the way, at the position of the mask 1 (position at a distance b from the projection lens), the ± first-order diffracted lights are separated as shown in FIG. 11 (b). If this distant position is e, And e is 9.17 mm in the above example. Mask 1
To make a pattern with ± 1st order diffracted light at
As shown in FIGS. 13 (a) and 13 (b), the ± first-order diffracted lights are so arranged that they partially overlap each other at the position of the mask 1 while being laterally offset by e. That is, e <g in FIG. 13 (b)
To be set. g is the diameter of the ± first-order diffracted light beams at the mask position. An interference fringe corresponding to the wafer mark 4 is formed at a place where the ± first-order diffracted lights are overlapped. In FIG. 13 (a), the lattice pitch of the wafer mark 4 is in the y direction, and the wafer mark 4 is located at the center of the optical axis of the projection lens 2 in the oblique view of the yz plane.
Since the interference fringes in the vicinity of the plane are parallel to the xz plane and arranged in the y direction, even if the observation point of the interference fringe moves from a position away from the projection lens 2 to a position away from the projection lens 2, the interference fringes are displaced. Instead, the position of the wafer 3 can be accurately detected even on the surface of the mask 1.
また、ウェハマーク4で回折した±1次光の周波数が
それぞれ異なり、ν1、ν2でありマスク1の表面で干
渉する場合を第14図を用いて説明する。これは基本的に
は光ヘテロダイン技術を応用したものである。±1次回
折光7−1、7−2はそれぞれ で表わされる。マスク1の面での干渉パタンは次式で計
算できる。Further, the case where the frequencies of the ± first-order light diffracted by the wafer mark 4 are different and are ν 1 and ν 2 and interfere with each other on the surface of the mask 1 will be described with reference to FIG. This is basically an application of the optical heterodyne technology. The ± first-order diffracted lights 7-1 and 7-2 are respectively Is represented by The interference pattern on the surface of the mask 1 can be calculated by the following equation.
ここで、cは光の速度、tは時間、λは光の波長、Δ
ν=ν1−ν2である。 Where c is the speed of light, t is time, λ is the wavelength of light, and Δ is
ν = ν 1 −ν 2 .
したがって、マスク1上の位置yは次のように測定さ
れる。ν1、ν2の周波数で出力されるレーザ光の光検
知信号より発生される基準信号23は、第15図に模式的に
示すようにcos(2πΔνt)であり、マスク1上の位
置yで発生する干渉パタンの信号24は、δ=2ysinα/
(λΔν)だけ基準信号より位相がずれている。上記位
相差δを正確に測定することによってマスク1の位置y
を求める。位相差δは第16図に示す位相比較器を求めら
れる。位相差δが信号周期1/Δνの1/1000の精度で求め
られるとすると、マスク1の位置yはλ/158という高精
度で求めることができる。Therefore, the position y on the mask 1 is measured as follows. The reference signal 23 generated from the light detection signal of the laser light output at the frequencies of ν 1 and ν 2 is cos (2πΔνt) as schematically shown in FIG. 15, and at the position y on the mask 1. The generated interference pattern signal 24 is δ = 2ysinα /
The phase is shifted from the reference signal by (λΔν). By accurately measuring the phase difference δ, the position y of the mask 1 is
Ask for. The phase difference δ can be obtained by the phase comparator shown in FIG. If the phase difference δ is obtained with an accuracy of 1/1000 of the signal period 1 / Δν, the position y of the mask 1 can be obtained with a high accuracy of λ / 158.
つぎに本発明の実施例を図面とともに説明する。第1
図は本発明による露光装置の第1実施例を示す構成図、
第2図(a)、(b)は上記実施例のマスクマークをそ
れぞれ示す図、第3図(a)、(b)は上記実施例のフ
ィルタをそれぞれ示す図、第4図(a)、(b)は上記
実施例のウェハマークにおける2つの例をそれぞれ示す
図、第5図(a)、(b)、(c)はそれぞれ実施例の
動作を説明する図、第6図は本発明の第2実施例を示す
構成図、第7図(a)〜(d)は上記実施例におけるフ
ィルタをそれぞれ示す説明図である。Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of an exposure apparatus according to the present invention,
2 (a) and 2 (b) are views showing the mask mark of the above embodiment, respectively, and FIGS. 3 (a) and 3 (b) are views showing the filter of the above embodiment, respectively, and FIG. 4 (a). (B) is a diagram showing two examples of the wafer mark of the above embodiment, FIGS. 5 (a), (b), and (c) are diagrams for explaining the operation of each embodiment, and FIG. 6 is the present invention. 2 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention, and FIGS. 7 (a) to 7 (d) are explanatory views showing a filter in the above embodiment.
本発明の第1実施例を示す第1図において、エキシマ
レーザからの露光光8がコンデンサレンズ21を通過し
て、マスク1上のパタンをウェハ3上に転写するが、上
記マスク1に対するウェハ3の位置合わせをつぎのよう
にして行う。位置合わせ用レーザとしてはHe−Neレーザ
10を用いる。He−Neレーザ10からの光は、半透鏡14で反
射してレンズ15−2、15−1を通過し、マスク1上のマ
スクマーク9の反射鏡部(第2図(a)、(b)の9−
3)により反射され、投影レンズ2を通過しウェハマー
ク4に入射する。上記ウェハマーク4で回折された光は
入射光路を逆にたどり、上記半透明鏡14を透過したの
ち、フィルタ12で±1次回折光だけが透過されて2次元
光検知器13に達する。上記レンズ系15−1、15−2およ
び15−3、15−4はマスクマーク9上の光パタンが、上
記2次元光検知器13上に結像するように設計されてい
る。光源11はマスク1の位置を検出するためのもので、
第2図に示すマスクマーク9の9−1あるいは9−2を
照明する。上記マスクマークの9−1あるいは9−2
は、レンズ15−1から15−4までの光学系で、上記2次
元光検知器13上に結像する。このとき、フィルタ12は不
用なので矢印22で示すように光学系の外に取出される。
第2図に示す(a)および(b)はマスクマーク9のそ
れぞれ異なる例を示し、9−3は上記したようにマスク
マーク9の反射鏡部で、9−1および9−2はマスク1
の位置合わせ用に使うマークである。9−2に示すマー
クの形状は9−1のマーク形状と同様であるが内部にグ
レーティングが作成してあり、マスク合わせ用光源11が
露光光8の通過空間外に十分離れていても、上記グレー
ティングからの反射光が光学系15−1〜15−4内に十分
入るようにすることが可能であり、露光時に露光光が光
源11等の妨害物でさえぎられることがなくなる。第3図
に示す(a)および(b)はフィルタ12における2つの
例を示すもので、(a)は±1次回折光が通過できる穴
12−1が設けられ、(b)は±1次回折光が通過する場
所12−2とその他の場所12−3とが異なる偏光子からで
きており、通過する偏光の方位は互いに90°をなすよう
になっている。この場合、ウェハ3から反射してくる回
折光は12−3で遮られるように、12−3の偏光方位と直
交する偏光方位をもつようにする。また、マスク合わせ
用光源11からの光は、フィルタ12によって結像が劣化さ
れないように、無偏光あるいは12−2、12−3の偏光方
位と45°をなす偏光をもたせたり、あるいは円偏光にし
たりすることのいずれかに設定する。このようにする
と、第1図に示したように、フィルタ12を光学系から出
し入れする必要がなくなる。In FIG. 1 showing the first embodiment of the present invention, the exposure light 8 from the excimer laser passes through the condenser lens 21 and transfers the pattern on the mask 1 onto the wafer 3. The alignment of is performed as follows. He-Ne laser as a positioning laser
Use 10. The light from the He-Ne laser 10 is reflected by the semi-transparent mirror 14, passes through the lenses 15-2 and 15-1, and is reflected by the reflecting mirror portion of the mask mark 9 on the mask 1 (see FIGS. ) 9-
It is reflected by 3), passes through the projection lens 2 and enters the wafer mark 4. The light diffracted by the wafer mark 4 traces the incident optical path in the opposite direction, and after passing through the semitransparent mirror 14, only the ± first-order diffracted light passes through the filter 12 and reaches the two-dimensional photodetector 13. The lens systems 15-1, 15-2 and 15-3, 15-4 are designed so that the optical pattern on the mask mark 9 is imaged on the two-dimensional photodetector 13. The light source 11 is for detecting the position of the mask 1,
Illuminate 9-1 or 9-2 of the mask mark 9 shown in FIG. The mask mark 9-1 or 9-2
Is an optical system including lenses 15-1 to 15-4 and forms an image on the two-dimensional photodetector 13. At this time, since the filter 12 is unnecessary, it is taken out of the optical system as indicated by the arrow 22.
2A and 2B show different examples of the mask mark 9, 9-3 is the reflecting mirror portion of the mask mark 9 as described above, and 9-1 and 9-2 are the mask 1
This is a mark used for aligning. The shape of the mark 9-2 is similar to the shape of the mark 9-1, but a grating is formed inside, and even if the mask alignment light source 11 is sufficiently distant from the space through which the exposure light 8 passes, It is possible to allow the reflected light from the grating to sufficiently enter the optical systems 15-1 to 15-4, and the exposure light is not interrupted by an obstacle such as the light source 11 during exposure. FIGS. 3A and 3B show two examples of the filter 12, and FIG. 3A shows a hole through which ± 1st order diffracted light can pass.
12-1 is provided, and (b) shows that the place 12-2 through which the ± 1st-order diffracted light passes and the other place 12-3 are made of different polarizers, and the directions of the passing polarizations are 90 ° to each other. It is like this. In this case, the diffracted light reflected from the wafer 3 has a polarization direction orthogonal to the polarization direction of 12-3 so that it is blocked by 12-3. Further, the light from the mask alignment light source 11 is non-polarized or has a polarization that forms 45 ° with the polarization directions of 12-2 and 12-3, or is circularly polarized so that the image formation is not deteriorated by the filter 12. Or set to either. This eliminates the need to take the filter 12 in and out of the optical system, as shown in FIG.
第4図の(a)および(b)はウェハマーク4の2例
をそれぞれ示した図である。第4図(a)のウェハマー
ク4からの光パタンを2次元光検知器13で検知し、その
光検知信号をシンクロスコープでモニタした例を第5図
(a)の曲線16に示し、マスクマーク9−1からの信号
を2次元光検知器13で検知した例を曲線17に示してい
る。なお、それぞれの光検知信号16、17を位置合わせす
ると、マスク1とウェハ3との位置を精密に合わせるこ
とが可能になる。第5図(b)は第4図(b)に示した
ウェハマーク4−1、4−2およびマスクマーク9−1
からの信号を検知した例を示す図である。ウェハマーク
4−1、4−2に基づく光検知信号はそれぞれ第5図
(b)に示す曲線18、19になり、上記光検知信号18、19
は相互に180°位相がずれている。上記光検知信号18、1
9を差動増幅すると、それぞれの信号のDC成分、雑音等
が少なくなるという利点がある。第5図(c)に示す曲
線20は(b)に示す信号18、19を差動増幅したものを示
し、その信号とマスクマーク9−1あるいは9−2から
の信号17とを比較することにより、正確な位置合わせを
行うことができる。FIGS. 4A and 4B are views showing two examples of the wafer mark 4. An example in which an optical pattern from the wafer mark 4 in FIG. 4 (a) is detected by a two-dimensional photodetector 13 and the photodetection signal is monitored by a synchroscope is shown in a curve 16 in FIG. A curve 17 shows an example in which the signal from the mark 9-1 is detected by the two-dimensional photodetector 13. By aligning the respective photodetection signals 16 and 17, the positions of the mask 1 and the wafer 3 can be precisely aligned. FIG. 5B shows the wafer marks 4-1 and 4-2 and the mask mark 9-1 shown in FIG. 4B.
It is a figure which shows the example which detected the signal from. The light detection signals based on the wafer marks 4-1 and 4-2 become curves 18 and 19 shown in FIG. 5 (b), respectively.
Are 180 ° out of phase with each other. Light detection signal 18, 1
Differential amplification of 9 has the advantage of reducing the DC component, noise, etc. of each signal. A curve 20 shown in FIG. 5 (c) represents a signal obtained by differentially amplifying the signals 18 and 19 shown in (b), and compares the signal with the signal 17 from the mask mark 9-1 or 9-2. By this, accurate alignment can be performed.
第6図は本発明の第2実施例を示す構成図で、マスク
1に対するウェハ3の位置合わせはつぎのようにして行
う。ウェハ位置合わせ用レーザ10としては、ゼーマン効
果を応用したいわゆるゼーマンレーザを用いる。すなわ
ち、He−Neレーザ管の軸方向に磁界を印加すると、ゼー
マン効果で分離した約1.8MHzの周波数だけ異なる。2つ
の発振周波数をもつ左右円偏光が出力される。上記レー
ザ光はλ/4板28およびλ/2板29を通過させることによ
り、それぞれ偏光面が直交し、周波数が異なる2種類の
直線偏光光になる。上記レーザ光を半透鏡14で反射さ
せ、レンズ15−1、15−2を通り、マスク1のマスクマ
ーク9の反射鏡部(第2図(a)、(b)の9−3参
照)で反射され、投影レンズ2を通過し第4図(a)の
4に示すウェハマークに入射する。ウェハマーク4で回
折された光は入射光路を逆にたどり、半透鏡14を透過し
フィルタ12で±1次回折光だけが透過され、スリット26
を介して光検知器13に達する。レンズ系15−1〜15−4
はマスクマーク9上の光パタンが光検知器13上に結像す
るように設計されている。第7図(a)に示すように±
1次回折光7−1、7−2は、それぞれの偏光成分が矢
印方向を向くようにλ/2板29で設定されており、それぞ
れ図に示すように周波数ν1、ν2を有している。第7
図(b)、(c)、(d)に示すフィルタ12は、(b)
に示す12−1、12−2が縞方向の偏光だけを通過させる
ためフィルタで、12−1は回折光7−1のν1成分の
光、12−2は回折光7−2のν2成分の光だけを通過さ
せる。(c)に示す12−3はそれぞれの周波数成分の光
が光検知器13上で干渉するように、±1次回折光の隔た
り方向と直交する方向の偏光成分だけを通過させるため
のものであり、(d)に示す12−4は0次光および高次
回折光を遮断するためのものであり、スリット12−5に
よって±1次回折光さけを通過させ光検知器13上に導
く。FIG. 6 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention, and the alignment of the wafer 3 with respect to the mask 1 is performed as follows. As the wafer alignment laser 10, a so-called Zeeman laser to which the Zeeman effect is applied is used. That is, when a magnetic field is applied in the axial direction of the He-Ne laser tube, the frequencies differ by about 1.8 MHz separated by the Zeeman effect. Left and right circularly polarized light having two oscillation frequencies are output. By passing the λ / 4 plate 28 and the λ / 2 plate 29, the laser light becomes two kinds of linearly polarized light having mutually orthogonal polarization planes and different frequencies. The laser light is reflected by the semitransparent mirror 14, passes through the lenses 15-1 and 15-2, and is reflected by the reflecting mirror portion of the mask mark 9 of the mask 1 (see 9-3 in FIGS. 2A and 2B). It is reflected, passes through the projection lens 2, and is incident on the wafer mark 4 shown in FIG. The light diffracted by the wafer mark 4 traces the incident light path in the opposite direction, passes through the semi-transparent mirror 14, and only the ± 1st-order diffracted light is transmitted by the filter 12, and the slit 26
To reach the photodetector 13 via. Lens system 15-1 to 15-4
Is designed so that the optical pattern on the mask mark 9 is imaged on the photodetector 13. ± as shown in Fig. 7 (a)
The 1st-order diffracted lights 7-1 and 7-2 are set by the λ / 2 plate 29 so that their respective polarization components are directed in the arrow directions, and have frequencies ν 1 and ν 2 as shown in the figure, respectively. There is. Seventh
The filter 12 shown in FIGS. (B), (c), and (d) is (b)
12-1 and 12-2 shown in FIG. 2 are filters for passing only the polarized light in the fringe direction, 12-1 is the light of the ν 1 component of the diffracted light 7-1 and 12-2 is the ν 2 of the diffracted light 7-2. Allow only the component light to pass. Reference numeral 12-3 shown in (c) is for passing only the polarization component in the direction orthogonal to the separation direction of the ± 1st order diffracted light so that the light of each frequency component interferes on the photodetector 13. , 12d for blocking the 0th order light and the high order diffracted light, and the ± 1st order diffracted light beams are passed by the slit 12-5 and guided to the photodetector 13.
第6図のスリット26は矢印27に示すように走査され、
それぞれの走査位置における光検知信号は光検知器13で
検知される。ウェハ位置合わせ用レーザ10から出射した
光の一部は半透鏡30で光検知器31に導かれ、この光検知
信号は第16図に23で示した基準信号として、位相比較器
25に入力されている。上記スリット26の各走査位置での
光検知信号も上記位相比較器25に入力されており、前記
したように、これら信号の位相差δを上記位相比較器25
により求めることができる。上記位相差δはウェハマー
ク4の位置と直接関係し、ウェハ位置が求められたこと
になる。The slit 26 in FIG. 6 is scanned as shown by the arrow 27,
The light detection signal at each scanning position is detected by the light detector 13. A part of the light emitted from the wafer alignment laser 10 is guided to the photodetector 31 by the semi-transparent mirror 30, and this photodetection signal is used as a reference signal shown by 23 in FIG.
It has been entered in 25. The light detection signal at each scanning position of the slit 26 is also input to the phase comparator 25, and as described above, the phase difference δ between these signals is calculated by the phase comparator 25.
Can be obtained by The phase difference δ is directly related to the position of the wafer mark 4, which means that the wafer position is obtained.
光源11はマスク位置を検出するためのもので、第2図
(a)、(b)に示すマスクマーク9の9−1あるいは
9−2を照明する。マスクマーク9は光学系15−1〜15
−4で光検知器13上に結像される。上記マスクマーク9
の検出時、フィルタ12は矢印22で示すように上記光学系
15−1〜15−4の外に取出される。The light source 11 is for detecting the mask position and illuminates the mask mark 9-1 or 9-2 shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b). The mask mark 9 is an optical system 15-1 to 15
An image is formed on the photodetector 13 at -4. The mask mark 9
At the time of detection of the
It is taken out of 15-1 to 15-4.
上記第2実施例は、ウェハ位置合わせ用光源10として
ゼーマンレーザを用いる例を示したが、音響光学効果に
より偏光状態および周波数が異なる2種の光を発生させ
る装置を用いてもよい。Although the second embodiment has shown the example in which the Zeeman laser is used as the wafer alignment light source 10, an apparatus for generating two types of light having different polarization states and frequencies due to the acousto-optic effect may be used.
上記各実施例においては、ウェハマーク4からの反射
光がマスク1で反射される光学系を示しているが、これ
に限らずマスク1を透過する光学系であってもよい。In each of the above embodiments, the optical system in which the reflected light from the wafer mark 4 is reflected by the mask 1 is shown, but the present invention is not limited to this, and an optical system that transmits the mask 1 may be used.
上記のように本発明による露光装置は、第1の光源か
らの光をマスクに照射し、投影レンズを含む第1の光学
系でウェハ上に結像させ、感光材料に感光させる露光装
置において、上記ウェハ上の格子パタンからなるウェハ
マークを、格子ピッチ方向に垂直な方向が、上記投影レ
ンズ中心を通る光軸とウェハとの交点を向くように配置
し、上記第1の光源と異なる波長、または上記第1の光
源と異なる波長で偏光状態が異なる2つの波長の光を出
射する、第2の光源からの光を上記ウェハマークに照射
し、ウェハマークからの反射光のうち、±1次回折光が
上記マスク上で横ずれ状態で一部重なるようにし、上記
ウェハマークからの反射光を第2の光学系で光検知器上
に結像させ、上記第2の光学系のフーリエ面には、上記
反射光の±1次回折光だけを取出すフィルタ、または上
記±1次回折光だけを取出すとともに、上記±1次回折
光がそれぞれ異なる波長をもつように透過するフィルタ
を装着したことにより、光検出信号に基づいて精密な位
置合わせを行うことができ、また、第2の光源に偏光状
態が異なる2つの波長の光を用い、上記±1次回折光の
干渉で生じた周波数に対する光検知信号の位相を、上記
第2の光源の参照信号と比較することによって位置合わ
せを行うことができるので、マスクとウェハの位置合わ
せを高精度に実現することが可能である。As described above, the exposure apparatus according to the present invention irradiates the mask with light from the first light source, forms an image on the wafer with the first optical system including the projection lens, and exposes the photosensitive material to light. A wafer mark made of a grating pattern on the wafer is arranged so that a direction perpendicular to the grating pitch direction faces an intersection of the optical axis passing through the center of the projection lens and the wafer, and a wavelength different from that of the first light source, Or, the light from the second light source that emits light of two wavelengths having different wavelengths and different wavelengths from that of the first light source is applied to the wafer mark, and ± 1 of the reflected light from the wafer mark Folded light partially overlaps on the mask in a laterally shifted state, reflected light from the wafer mark is imaged on a photodetector by a second optical system, and a Fourier plane of the second optical system is ± 1st order diffracted light of the reflected light Only the filter that takes out only the ± 1st-order diffracted light and the filter that transmits the ± 1st-order diffracted light so that the ± 1st-order diffracted lights have different wavelengths is mounted, thereby performing precise alignment based on the light detection signal. It is also possible to use light of two wavelengths having different polarization states as the second light source, and to determine the phase of the photodetection signal with respect to the frequency generated by the interference of the ± first-order diffracted light as the reference signal of the second light source. Since the alignment can be performed by comparing with, it is possible to realize the alignment of the mask and the wafer with high accuracy.
第1図は本発明による露光装置の第1実施例を示す構成
図、第2図(a)、(b)は上記実施例のマスクマーク
をそれぞれ示す図、第3図(a)、(b)は上記実施例
のフィルタをそれぞれ示す図、第4図(a)、(b)は
上記実施例のウェハマークにおける2つの例をそれぞれ
示す図、第5図(a)、(b)、(c)はそれぞれ上記
実施例の動作を説明する図、第6図は本発明の第2実施
例を示す構成図、第7図(a)は±1次回折光のそれぞ
れの偏光成分を示す図で、(b)、(c)、(d)はそ
れぞれフィルタを示す図、第8図は従来の露光装置の構
成を示す図、第9図は露光装置における位置合わせ原理
の説明図、第10図は露光光に対する光学系の説明図、第
11図(a)はウェハマークからの反射光をx−z断面に
斜影した図、(b)は上記反射光をy−z断面に斜影し
た図、第12図は格子を示す図、第13図(a)、(b)は
それぞれマスク位置に±1次回折光のパタンを作るため
の説明図、第14図は±1次回折光の干渉を説明する図、
第15図は位相比較の説明図、第16図は基準信号と干渉パ
タン信号の位相差を説明する図である。 1…マスク、2…投影レンズ 3…ウェハ、4…ウェハマーク 8…第1光源の光、10…第2の光源 12…フィルタ、13…光検知器FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of an exposure apparatus according to the present invention, FIGS. 2 (a) and 2 (b) are views showing mask marks of the above-mentioned embodiment, respectively, and FIGS. 3 (a) and 3 (b). ) Is a diagram showing the filter of the above embodiment, FIGS. 4 (a) and 4 (b) are diagrams showing two examples of the wafer mark of the above embodiment, FIGS. 5 (a), 5 (b) and 5 (b), respectively. c) is a diagram for explaining the operation of the above embodiment, FIG. 6 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention, and FIG. 7A is a diagram showing respective polarization components of ± first-order diffracted light. , (B), (c), and (d) each show a filter, FIG. 8 shows a configuration of a conventional exposure apparatus, FIG. 9 is an explanatory view of a positioning principle in the exposure apparatus, and FIG. Is an illustration of the optical system for exposure light,
FIG. 11 (a) is a diagram in which the reflected light from the wafer mark is shaded in the xz section, FIG. 11 (b) is a diagram in which the above reflected light is shaded in the yz section, FIG. Figures (a) and (b) are explanatory views for creating a pattern of ± first-order diffracted light at the mask position, and FIG. 14 is a diagram illustrating interference of ± first-order diffracted light,
FIG. 15 is an explanatory diagram of phase comparison, and FIG. 16 is a diagram illustrating a phase difference between the reference signal and the interference pattern signal. 1 ... Mask, 2 ... Projection lens 3 ... Wafer, 4 ... Wafer mark 8 ... Light of first light source, 10 ... Second light source 12 ... Filter, 13 ... Photodetector
Claims (6)
影レンズを含む第1の光学系でウェハ上に結像させ、感
光材料に感光させる露光装置において、上記ウェハ上の
格子パタンからなるウェハマークを、格子ピッチ方向に
垂直な方向が、上記投影レンズ中心を通る光軸とウェハ
との交点を向くように配置し、上記第1の光源と異なる
波長の第2の光源からの光を上記ウェハマークに照射
し、ウェハマークからの反射光のうち、±1次回折光が
上記マスク上で横ずれ状態で一部重なるようにし、上記
ウェハマークからの反射光を第2の光学系で光検知器上
に結像させ、上記第2の光学系のフーリエ面に、上記反
射光の±1次回折光だけを取出すフィルタを装着したこ
とを特徴とする露光装置。1. An exposure apparatus in which light from a first light source is applied to a mask, a first optical system including a projection lens forms an image on the wafer, and a photosensitive material is exposed to light. Is arranged so that the direction perpendicular to the grating pitch direction is directed to the intersection of the wafer and the optical axis passing through the center of the projection lens, and the second light source having a wavelength different from that of the first light source is used. The wafer mark is irradiated with light so that ± 1st-order diffracted light of the reflected light from the wafer mark partially overlaps on the mask in a laterally shifted state, and the reflected light from the wafer mark is reflected by the second optical system. An exposure apparatus in which a filter for picking up only ± 1st-order diffracted light of the reflected light is attached to the Fourier plane of the second optical system so as to form an image on a photodetector.
す手段を有し、マスクマークからの光を結像させるよう
にしたことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載し
た露光装置。2. The exposure according to claim 1, wherein the second optical system has a means for taking out the filter so that the light from the mask mark is imaged. apparatus.
反射光の偏光と直交する偏光方向の偏光子を、±1次回
折光の光路以外の場所に配置したことを特徴とする特許
請求の範囲第1項に記載した露光装置。3. The filter according to claim 1, wherein a polarizer having a polarization direction orthogonal to the polarization of the reflected light from the wafer mark is arranged in a place other than the optical path of the ± first-order diffracted light. The exposure apparatus according to item 1.
ンを互いにずらして配置し、上記光検知器で検知したそ
れぞれの格子パタンによる光検知信号の差を、得るため
の手段を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第1項
に記載した露光装置。4. The wafer mark is provided with two or more grating patterns displaced from each other, and means for obtaining a difference in photodetection signal by each grating pattern detected by the photodetector is provided. An exposure apparatus according to claim 1, wherein:
の波長で出射し、上記第2光学系のフーリエ面には、ウ
ェハマークからの反射光の±1次回折光だけを取出すと
ともに、上記±1次回折光がそれぞれ異なる波長をもつ
ように透過するフィルタを装着したことを特徴とする特
許請求の範囲第1項に記載した露光装置。5. The second light source emits light of two wavelengths having different polarization states, and extracts only the ± 1st order diffracted light of the reflected light from the wafer mark on the Fourier plane of the second optical system. The exposure apparatus according to claim 1, further comprising a filter that transmits the ± 1st-order diffracted lights so that they have different wavelengths.
渉により生じる周波数ν1−ν2からなる光検知信号の位
相を、参照信号の位相と比較する手段を備えたことを特
徴とする特許請求の範囲第5項に記載した露光装置。6. The second optical system comprises means for comparing the phase of a light detection signal having a frequency ν 1 -ν 2 generated by the interference of the ± 1st-order diffracted light with the phase of a reference signal. The exposure apparatus according to claim 5.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62187744A JP2554091B2 (en) | 1987-07-29 | 1987-07-29 | Exposure equipment |
| US07/224,654 US4857744A (en) | 1987-07-29 | 1988-07-27 | Optical projection printing apparatus wherein wafer mark has a grating pitch in the sagittal plane of the first optical system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62187744A JP2554091B2 (en) | 1987-07-29 | 1987-07-29 | Exposure equipment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6432624A JPS6432624A (en) | 1989-02-02 |
| JP2554091B2 true JP2554091B2 (en) | 1996-11-13 |
Family
ID=16211437
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP62187744A Expired - Lifetime JP2554091B2 (en) | 1987-07-29 | 1987-07-29 | Exposure equipment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2554091B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07120939A (en) * | 1993-10-28 | 1995-05-12 | Nec Corp | Wafer positioning device |
| JP3542864B2 (en) * | 1995-12-18 | 2004-07-14 | 浜松ホトニクス株式会社 | Method for manufacturing optical semiconductor device |
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1987
- 1987-07-29 JP JP62187744A patent/JP2554091B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPS6432624A (en) | 1989-02-02 |
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|---|---|---|---|
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