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JPS638402B2 - - Google Patents
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JPS638402B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS638402B2
JPS638402B2 JP52119699A JP11969977A JPS638402B2 JP S638402 B2 JPS638402 B2 JP S638402B2 JP 52119699 A JP52119699 A JP 52119699A JP 11969977 A JP11969977 A JP 11969977A JP S638402 B2 JPS638402 B2 JP S638402B2
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JP
Japan
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light
mask
wafer
optical system
objective lens
Prior art date
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Application number
JP52119699A
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Japanese (ja)
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JPS5453562A (en
Inventor
Akyoshi Suzuki
Ichiro Kano
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Priority to DE19782843282 priority patent/DE2843282A1/en
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Publication of JPS5453562A publication Critical patent/JPS5453562A/en
Publication of JPS638402B2 publication Critical patent/JPS638402B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7065Production of alignment light, e.g. light source, control of coherence, polarization, pulse length, wavelength

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光電検出装置、特に光学的な前後関係
に配置された2物体からの光を光電検出する光電
検出装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a photoelectric detection device, and more particularly to a photoelectric detection device that photoelectrically detects light from two objects placed in an optical back-and-forth relationship.

本発明は種々の分野に適用が可能であるが、特
に最近発達してきたIC焼付機のオートアライメ
ント装置等に適用すると良い。以下、オートアラ
インメント装置を具体例にとつて説明していく。
Although the present invention can be applied to various fields, it is particularly suitable for application to recently developed auto-alignment devices for IC printing machines. The auto-alignment device will be described below as a specific example.

トランジスタや集積回路などの半導体素子を製
造する作業工程は、微細なパターンの焼き付けや
リード線のボンデイング作業を含み、焼き付け用
基板であるウエハーやペレツトを所定の位置に正
確に合わせてやる必要がある。この基板等の微細
構造はミクロンオーダーの精度に達している所か
ら、位置合せの精度もミクロンないしサブミクロ
ンのオーダーとする必要がある。しかしながら、
この種の作業は熟練した作業者にとつてもかなり
煩雑であり、熟練までに長い経験を必要とする。
更に、この程度の厳しい精度になると顕微鏡をの
ぞきながらの作業が必至であり、1分間数枚の割
で流れてくるウエハーの処理を考えると、作業者
の疲労及び疲労に伴つた精度のバラツキなども大
きな問題となる。
The process of manufacturing semiconductor devices such as transistors and integrated circuits involves printing fine patterns and bonding lead wires, and it is necessary to precisely align wafers and pellets, which are the substrates for printing, in predetermined positions. . Since the fine structure of this substrate and the like has reached a precision on the order of microns, the precision of alignment must also be on the order of microns or submicrons. however,
This type of work is quite complicated even for experienced workers, and requires a long period of experience to become proficient.
Furthermore, with this level of precision, it is inevitable to work while looking through a microscope, and considering that wafers are being processed at a rate of several wafers per minute, there is a risk of worker fatigue and variations in accuracy due to fatigue. is also a big problem.

マスクとウエハーの位置合せは、従来では、こ
のように作業者が顕微鏡を覗きながら手動で調整
していたわけであるが、最近、前記の熟練及び疲
労といつた問題を解決するため、この種の作業を
自動的に行う試みが為されている。所謂オートア
ライナーと呼ばれる装置がこれである。
Traditionally, the alignment of the mask and wafer was manually adjusted by the operator while looking through a microscope, but recently this type of alignment has been developed to solve the problems of skill and fatigue mentioned above. Attempts have been made to do the work automatically. This is a device called an auto aligner.

オートアライナー、即ちオートアライメント装
置は、例えば、既に回路を構成する実素子パター
ンの一部が形成された基板上に、更に別のパター
ンを重ねて焼きつけて回路をつくつていく場合、
焼き付けられる基板上に予め設けられているアラ
イメントマークと、重ねるパターンのつけられた
マスク上に形成されているアライメントマークと
を所定の関係に導くことにより基板とマスクの位
置合せを行う。アライメントマークと実素子を構
成するパターンとは予め定められた関係にあるの
で、アライメントマーク同志を所定の関係に導け
ば、基板上の実素子パターンとマスク上の実素子
パターンはきちんと重ね合せされたことになる。
アライメントマークの位置関係は光電的に検出さ
れ、もしこれが所定の関係よりずれている場合に
は光電出力の値に応じて駆動機構を作動させて調
整を行なう。
An auto aligner, that is, an auto alignment device, is used, for example, when creating a circuit by overlaying and printing another pattern on a substrate on which a part of the actual element pattern constituting the circuit has already been formed.
The substrate and the mask are aligned by guiding an alignment mark previously provided on the substrate to be printed and an alignment mark formed on the mask having an overlapping pattern into a predetermined relationship. The alignment marks and the patterns constituting the actual device have a predetermined relationship, so if the alignment marks are brought into a predetermined relationship, the actual device pattern on the substrate and the actual device pattern on the mask will be properly overlapped. It turns out.
The positional relationship of the alignment marks is detected photoelectrically, and if this deviates from a predetermined relationship, the drive mechanism is operated in accordance with the value of the photoelectric output to perform adjustment.

第1図はこの様なオートアライナーに用いられ
る従来の光電検出装置の光学系の一例である。図
中、1はレーザ光源、2は集光レンズ、3は回転
多面鏡、4はリレーレンズ、5は22以下の目視観
察用の光学系に光を導く為のビームスプリツタ
ー、6はフイールドレンズ、7は14以降の光電検
出系に光を導く為のビームスプリツター、8はリ
レーレンズ、9は19から21より成る目視観察用照
明光学系からの光を導く為のビームスプリツタ
ー、10は対物レンズ11の瞳、12はマスク、
13はウエハーである。尚、第1図はマスク像を
ウエハーに転写する際の方式として、密着焼寸法
もしくはブロキシミテイ法を想定しているが、レ
ンズやミラーによる投影結像法の場合にはマスク
12とウエハー13の間に結像光学系が配置され
る。投影結像法の場合には結像がテレセントリツ
クとすれば、第1図のウエハー13をウエハーの
像と考えれば良い。
FIG. 1 shows an example of the optical system of a conventional photoelectric detection device used in such an autoaligner. In the figure, 1 is a laser light source, 2 is a condensing lens, 3 is a rotating polygon mirror, 4 is a relay lens, 5 is a beam splitter for guiding light to an optical system for visual observation of 22 or less, and 6 is a field lens. , 7 is a beam splitter for guiding light to the photoelectric detection system after 14, 8 is a relay lens, 9 is a beam splitter for guiding light from the visual observation illumination optical system consisting of 19 to 21, and 10 is a beam splitter for guiding light from the visual observation illumination optical system consisting of 19 to 21. The pupil of the objective lens 11, 12 a mask,
13 is a wafer. In addition, although FIG. 1 assumes the contact printing method or the broximity method as the method for transferring the mask image to the wafer, in the case of the projection imaging method using lenses or mirrors, the mask image is transferred to the wafer. An imaging optical system is arranged at. In the case of the projection imaging method, if the imaging is telecentric, the wafer 13 in FIG. 1 can be considered as an image of the wafer.

第1図の光学系で走査されるレーザービームの
結像関係は次の様になつている。図中、34がレ
ーザービームの走査箇所であるが、34から逆に
回転多面鏡3の方に追つて行くと、レーザービー
ムは対物レンズ11及びリレーレンズ8を介して
一たんフイールドレンズ6の近傍32に結像し、
再びリレーレンズ4を介して回転多面鏡3で反射
後、30の位置に結像している。即ち、30,3
2,34は互いに共役の関係となつているのであ
る。従つて、30の位置でのレーザービームのス
ポツト径をφ、30から34までの結像倍率をβ
とすると、34で走査されるレーザービームのス
ポツト径はβφで示されることになる。
The imaging relationship of the laser beam scanned by the optical system shown in FIG. 1 is as follows. In the figure, reference numeral 34 is the scanning point of the laser beam, and when the laser beam is traced backward from 34 toward the rotating polygon mirror 3, the laser beam passes through the objective lens 11 and the relay lens 8, and once reaches the vicinity of the field lens 6. Imaged at 32,
After being reflected again by the rotating polygon mirror 3 via the relay lens 4, an image is formed at the position 30. That is, 30,3
2 and 34 are in a conjugate relationship with each other. Therefore, the spot diameter of the laser beam at position 30 is φ, and the imaging magnification from 30 to 34 is β.
Then, the spot diameter of the laser beam scanned by 34 is represented by βφ.

以上に説明した様な実際の物体面上での走査ビ
ームの共役関係と共に、第1図の光学系では瞳の
結像関係も重要である。対物レンズ11の瞳は図
中10で示されているが、瞳10の中心点である
光軸上の点33と回転多面鏡3の反射点31とは
互いに共役になつている。即ち、第1図の光学系
はレーザービームの対物レンズ11への入射とい
う観点から見れば、丁度、瞳10の位置に回転多
面鏡3を置いた場合と等価になつていると言え
る。
In addition to the conjugate relationship of the scanning beam on the actual object plane as explained above, the image formation relationship of the pupil is also important in the optical system of FIG. The pupil of the objective lens 11 is indicated by 10 in the figure, and a point 33 on the optical axis, which is the center point of the pupil 10, and a reflection point 31 of the rotating polygon mirror 3 are conjugate with each other. That is, the optical system shown in FIG. 1 can be said to be equivalent to the case where the rotating polygon mirror 3 is placed exactly at the position of the pupil 10, from the viewpoint of the incidence of the laser beam on the objective lens 11.

第1図の光学系を理解する為には対物レンズ1
1の動きについて理解しておかなければならな
い。第2図に第1図の光学系で用いる対物レンズ
11の作用を示す原理図を示す。即ち、第1図の
光学系では対物レンズ11がテレセントリツクな
配置となつているのである。テレセントリツクな
対物レンズとは、その焦点位置が対物レンズを通
る光束の大きさを決定する場所である瞳の位置と
合致しているものを言う。瞳の中心を通る光線は
光束の中心となる光線となるので主光線と呼ばれ
る。この場合、瞳の中心とは即ち対物レンズの焦
点のことなので、主光線は対物レンズを通過後は
対物レンズの光軸と平行になり、物体面に垂直に
入射する。垂直に入射した光線は物体の鏡面反射
を行う部分に当つた場合には反射してもと来た道
を辿り、対物レンズを通過後再びもとの瞳の中心
位置に戻る。
To understand the optical system in Figure 1, objective lens 1
You must understand movement number 1. FIG. 2 shows a principle diagram showing the operation of the objective lens 11 used in the optical system of FIG. 1. That is, in the optical system shown in FIG. 1, the objective lens 11 is arranged in a telecentric manner. A telecentric objective lens is one whose focal point coincides with the position of the pupil, which determines the size of the light flux passing through the objective lens. The ray that passes through the center of the pupil is called the chief ray because it becomes the center of the luminous flux. In this case, the center of the pupil is the focal point of the objective lens, so after passing through the objective lens, the chief ray becomes parallel to the optical axis of the objective lens and enters the object plane perpendicularly. When a vertically incident ray hits a part of an object that undergoes specular reflection, it is reflected and follows the original path, and after passing through the objective lens returns to the original center of the pupil.

一方、光が当る部分にパターンがあつたとする
と、光はパターンを構成している境界線の部分で
散乱を受ける。境界線の部分を総称してエツジと
呼ぶことにすれば、エツジで散乱された光は鏡面
反射の場合と異つて、もと来た光路を辿らない。
従つて、散乱光は対物レンズで再び捉えられて瞳
を通過する時最早瞳中心を通らないのである。こ
のことは対物レンズを通つた反射光を瞳上で観察
した時、鏡面反射成分と散乱成分が瞳の中で空間
的に分離されているということを示している。第
2図はこの分離の様子を示したものである。瞳に
入射し、対物レンズを通つて再び瞳上に戻る鏡面
反射成分の光束を図では斜線をひいて示し、対物
レンズで捉えることのできる散乱光を点を打つて
示した。鏡面反射の部分に有効な光束の径は散乱
光を有効に捉えるため、瞳の径に対して十分小さ
くとられるのが普通であり、通常は径の比が0.1
〜0.7付近の範囲内に収まつていることが望まし
い。
On the other hand, if there is a pattern in the area where the light hits, the light will be scattered at the boundary lines that make up the pattern. If we collectively refer to the boundary line as an edge, the light scattered at the edge does not follow the original optical path, unlike in the case of specular reflection.
Therefore, when the scattered light is captured again by the objective lens and passes through the pupil, it no longer passes through the center of the pupil. This shows that when the reflected light passing through the objective lens is observed on the pupil, the specular reflection component and the scattering component are spatially separated within the pupil. FIG. 2 shows this separation. In the figure, the specularly reflected light flux that enters the pupil, passes through the objective lens, and returns to the pupil is indicated by diagonal lines, and the scattered light that can be captured by the objective lens is indicated by dots. In order to effectively capture scattered light, the effective diameter of the light beam in the specular reflection area is normally set to be sufficiently small relative to the pupil diameter, and the ratio of the diameters is usually 0.1.
It is desirable that it be within the range of ~0.7.

再び第1図に戻り、ビームスプリツター7から
別れてフオトデイテクター18に到る光電検出光
学系について考える。図中、14は対物レンズ1
1の瞳10を結像させるレンズ、15は光電検出
用の光を通過させ他の波長、例えば目視光学系で
用いられる波長域の光を実質的に遮断するフイル
ターである。16は散乱光を通し、鏡面反射光を
ブロツクするための空間フイルター(遮光板)
で、レンズ14により瞳10の像ができている位
置に配置されている。空間フイルター16を通過
した散乱光はコンデンサーレンズ17によりフオ
トデイテクター18に集められる。従つて、瞳1
0、空間フイルター16、フオトデイテクター1
8は互いに共役な関係となつている。空間フイル
ター16は透明なガラス基板に金属或いは墨など
の物質を用いて遮光部をパターニングすることに
よつて容易に作成することができる。
Returning to FIG. 1 again, consider the photoelectric detection optical system that separates from the beam splitter 7 and reaches the photodetector 18. In the figure, 14 is the objective lens 1
A lens 15 that forms an image of the pupil 10 of the lens 1 is a filter that allows light for photoelectric detection to pass through and substantially blocks light of other wavelengths, for example, in a wavelength range used in a viewing optical system. 16 is a spatial filter (shading plate) for passing scattered light and blocking specularly reflected light.
The lens 14 is placed at a position where an image of the pupil 10 is formed. The scattered light that has passed through the spatial filter 16 is collected by a condenser lens 17 onto a photodetector 18. Therefore, pupil 1
0, spatial filter 16, photo detector 1
8 are in a conjugate relationship with each other. The spatial filter 16 can be easily created by patterning a light shielding part on a transparent glass substrate using a substance such as metal or ink.

従つて、散乱光を検出するこの光電検出系は走
査ビームがパターンのエツジ部にさしかかつた時
にのみ出力があらわれることになる。パターンを
マスク12及びウエハー13上にそれぞれ設けら
れたアライメントマークとすれば、出力信号から
マスク12とウエハー13の相対的な位置ずれを
検知することができる。検知されたずれ量に従つ
て不図示の駆動系によつて両者の相対関係を補正
し、オートアライメントがなされる。
Therefore, this photoelectric detection system for detecting scattered light will produce an output only when the scanning beam approaches the edge of the pattern. If the patterns are alignment marks provided on the mask 12 and the wafer 13, the relative positional deviation between the mask 12 and the wafer 13 can be detected from the output signal. According to the detected amount of deviation, a drive system (not shown) corrects the relative relationship between the two, and auto-alignment is performed.

第1図でこの他に設けられているのは19〜2
1の目視用照明系と22〜24の観察系である。
照明系で、コンデンサーレンズ20は光源19の
対物レンズ11の瞳10上に形成させ、所謂ケー
ラー照明を行なわせる役目をしている。21はア
ライメントを行う対象であるウエハー13上に塗
布されたフオトレジストの非感光域の波長を透過
させるフイルターである。フイルター21は光電
検出系に余分な光が行かない様に光電検出の波長
域の光の透過率も小さく押える必要のある場合が
あるが、フイルター15との兼ね合いで適宜選択
すれば良い。
In addition to this in Figure 1, 19 to 2 are provided.
1 is a visual illumination system, and 22 to 24 are observation systems.
In the illumination system, a condenser lens 20 is formed on the pupil 10 of the objective lens 11 of the light source 19, and serves to perform so-called Koehler illumination. Reference numeral 21 denotes a filter that transmits wavelengths in the non-photosensitive region of the photoresist coated on the wafer 13 to be aligned. The filter 21 may need to have a low transmittance for light in the photoelectric detection wavelength range so as not to transmit excess light to the photoelectric detection system, but it may be selected appropriately in consideration of the filter 15.

観察系で、22は像を正転させるエレクター、
23は光電検出用のレーザービームの強度を減衰
させるフイルター、24は接眼レンズである。
In the observation system, 22 is an erector that rotates the image forward;
23 is a filter that attenuates the intensity of a laser beam for photoelectric detection, and 24 is an eyepiece lens.

第3図に第1図の光学系を立体的に構築した一
例を示す。マスク12とウエハー13の位置合せ
は二次元的な自由度をすべて押える必要があるた
め通常マスク12及びウエハー13上の複数個の
場所を観測して行なわれる。第3図の例は2ケ所
を観測検知している配置列であり、走査用のレー
ザービームを2つの光路に分割する役目は屋根型
ミラー25が果している。屋根型ミラー25の屋
根の稜線は光軸と交わる様にセツトされており、
更にその稜線もしくはその稜線の近傍は対物レン
ズ11とリレーレンズ8によつて形成されるマス
ク13の一次結像面となつている。即ち、屋根型
ミラー25の屋根の稜線は接眼レンズ24で観察
する時、視野の分割線の働きをする。第3図中の
番号は第1図の番号と対応しているが、番号のふ
つていない部品は光路を折り曲げるのに用いられ
るミラー又はプリズムをあらわしている。又、対
物レンズ11の瞳10は第1図では説明の便宜上
絞りを書いて示したが、瞳10の有効径は対物レ
ンズ11の有効径などから必然的に定まるので、
特に機械的な絞りを置く必要はない。従つて、第
3図では瞳10の位置に特別な部品を置くことは
省略してある。
FIG. 3 shows an example of a three-dimensional construction of the optical system shown in FIG. The alignment of the mask 12 and the wafer 13 is usually performed by observing a plurality of locations on the mask 12 and the wafer 13 because it is necessary to suppress all two-dimensional degrees of freedom. The example in FIG. 3 is an arrangement array in which two locations are observed and detected, and the roof mirror 25 plays the role of dividing the scanning laser beam into two optical paths. The ridgeline of the roof of the roof mirror 25 is set to intersect with the optical axis.
Furthermore, the ridgeline or the vicinity of the ridgeline serves as a primary imaging plane of the mask 13 formed by the objective lens 11 and the relay lens 8. That is, the ridgeline of the roof of the roof-shaped mirror 25 functions as a dividing line of the visual field when observing through the eyepiece lens 24. The numbers in FIG. 3 correspond to those in FIG. 1, with unnumbered parts representing mirrors or prisms used to bend the optical path. Further, although the pupil 10 of the objective lens 11 is shown as an aperture for convenience of explanation in FIG. 1, the effective diameter of the pupil 10 is necessarily determined from the effective diameter of the objective lens 11, etc.
There is no particular need to place a mechanical aperture. Therefore, in FIG. 3, placing special parts at the position of the pupil 10 is omitted.

第1図に示した系はそのままレンズ或いはミラ
ーを用いた投影結像光学系によるICパターン焼
き付け法に応用できる。特に、その投影結像光学
系がマスク側に対しても、ウエハー側に対しても
テレセントリツクである場合には、第1図に示し
た系をそのまま適用することが可能である。この
場合には第1図中のウエハー13をウエハーその
ものではなく、投影結像光学系によつて作られた
ウエハー13の像と考えると系の作用を容易に理
解することができる。
The system shown in FIG. 1 can be applied as is to an IC pattern printing method using a projection imaging optical system using lenses or mirrors. In particular, if the projection imaging optical system is telecentric both to the mask side and to the wafer side, the system shown in FIG. 1 can be applied as is. In this case, the operation of the system can be easily understood by considering the wafer 13 in FIG. 1 as an image of the wafer 13 created by the projection imaging optical system, rather than the wafer itself.

投影結像光学系を用いたICパターン焼付法に
於ける問題は、投影結像光学系がテレセントリツ
クな条件を外れている場合に顕存化して来る。第
4図にウエハー13側がテレセントリツクで、マ
スク12側がテレセントリツクで無い投影結像光
学系の光路を示した。図中、40はレンズ又はミ
ラーによる投影結像光学系である。マスク12側
の結像光束の主光線はテレセントリツクでは無い
ため光軸に対して傾いており、ウエハー13側は
テレセントリツクなため主光線が光軸に平行で、
従つてウエハー13に対して垂直に入射してい
る。ここで対物レンズ11を用いてマスク12上
の点41を観察する場合を考える。走査ビームが
第1図の場合の様にマスク12に対して垂直に入
射するものとした時の投影結像光学系40内の光
路を示しているのが、第4図中の点線である。図
より明らかな様にマスク12で直線鏡面反射され
た光は対物レンズ11に垂直に戻るが、ウエハー
13上の共役点42で鏡面反応して戻つてきた光
は対物レンズ11に対して最早垂直には戻らな
い。この場合には、瞳面10上で、鏡面反射光
と、散乱光の分布は第2図の様に単純では無く、
マスク12からの光(鏡面反射光と散乱光)の分
布とウエハー13からの光(鏡面反射光と散乱
光)の分布は第4図bの様に互いにずれて重なり
合うという様相を呈する。従つて、第1図に示し
た系をそのまま適用するためには空間フイルター
16の遮光部の形状を工夫することが必要とな
る。しかし、特定の形状の遮光部で第4図bのよ
うな鏡面反射光を散乱光の通過効率を損うことな
く完全に遮断するのは容易ではなく、このため第
1図の系をそのまま利用したのでは、物体面(マ
スク12もしくはウエハー13)で鏡面反射され
た光の一部がフオトデイテクター18へノイズと
して入射される恐れがある。一般に、鏡面反射さ
れた光は散乱光に比して強度が強いので、一部が
入射するだけでも誤検出の原因となる。
Problems in the IC pattern printing method using a projection imaging optical system become apparent when the projection imaging optical system is outside the telecentric condition. FIG. 4 shows an optical path of a projection imaging optical system in which the wafer 13 side is telecentric and the mask 12 side is not telecentric. In the figure, 40 is a projection imaging optical system using lenses or mirrors. The principal ray of the imaging light beam on the mask 12 side is not telecentric and is therefore inclined to the optical axis; on the wafer 13 side, the principal ray is parallel to the optical axis because it is telecentric.
Therefore, the light is incident perpendicularly to the wafer 13. Here, consider a case where a point 41 on the mask 12 is observed using the objective lens 11. The dotted line in FIG. 4 shows the optical path within the projection imaging optical system 40 when the scanning beam is incident perpendicularly to the mask 12 as in FIG. 1. As is clear from the figure, the light that has been specularly reflected in a straight line by the mask 12 returns to the objective lens 11 perpendicularly, but the light that has specularly reacted at the conjugate point 42 on the wafer 13 and returns is no longer perpendicular to the objective lens 11. I won't go back. In this case, the distribution of specularly reflected light and scattered light on the pupil plane 10 is not as simple as shown in FIG.
The distribution of light (specularly reflected light and scattered light) from the mask 12 and the distribution of light (specularly reflected light and scattered light) from the wafer 13 are shifted from each other and overlap with each other, as shown in FIG. 4b. Therefore, in order to apply the system shown in FIG. 1 as is, it is necessary to devise the shape of the light shielding part of the spatial filter 16. However, it is not easy to completely block the specularly reflected light as shown in Figure 4b with a light shielding part of a specific shape without impairing the passing efficiency of scattered light, so the system in Figure 1 can be used as is. If so, there is a possibility that a part of the light specularly reflected on the object surface (mask 12 or wafer 13) may enter the photodetector 18 as noise. Generally, the intensity of specularly reflected light is stronger than that of scattered light, so even if only a portion of it is incident, it will cause false detection.

一方、本件出願人は、特開昭49−28363号で、
マスクで直接反射され観察時にフレア成分となる
マスクの裏面反射と、ウエハーから反射されてく
る所望の光を分離することを目的として、マスク
の像をウエハーに投影する投影結像光学系中に偏
光手段(1/4波長板)を配することにより、マス
クを通過した後にウエハーで反射され、再びマス
クに戻つて来る光の偏光方向と、マスク入射時の
光の偏光方向を直交させることを提案している。
このようにマスク、ウエハーのそれぞれからの光
の分離に偏光が利用可能であることは、目視観察
系と光路を共用する光電検出系にとつとも都合が
良い。何故なら光電検出系の光源として偏光型の
レーザーを使用すれば光学系での光の損失を最小
限に押えることが可能だからである。
On the other hand, the present applicant, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 49-28363,
In order to separate the desired light reflected from the wafer from the backside reflection of the mask, which is directly reflected by the mask and becomes a flare component during observation, polarized light is installed in the projection imaging optical system that projects the mask image onto the wafer. We propose that by arranging a means (1/4 wavelength plate), the polarization direction of the light that passes through the mask, is reflected by the wafer, and returns to the mask is orthogonal to the polarization direction of the light that enters the mask. are doing.
The fact that polarized light can be used to separate light from each of the mask and wafer is particularly advantageous for a photoelectric detection system that shares an optical path with a visual observation system. This is because if a polarized laser is used as the light source of the photoelectric detection system, it is possible to minimize the loss of light in the optical system.

本発明は上述したような従来の光電検出系の欠
点に鑑みなされたもので、その目的は、例えばマ
スクとウエハーのように光学的な前後関係に配置
された2物体のそれぞれからの光を偏光を用いて
分離した後、それぞれ別の空間フイルターで散乱
光と反射光に分離することにより、2物体のそれ
ぞれからの反射光がずれて存在するような場合に
も、2物体のそれぞれからの散乱光を効率良く正
確に検出することのできる光電検出装置を提供す
ることにある。
The present invention was devised in view of the drawbacks of conventional photoelectric detection systems as described above, and its purpose is to polarize light from two objects placed in an optical back-and-forth relationship, such as a mask and a wafer. By separating the scattered light and reflected light using separate spatial filters, even if the reflected light from each of the two objects is shifted, the scattered light from each of the two objects can be separated. An object of the present invention is to provide a photoelectric detection device that can efficiently and accurately detect light.

以下、本発明を図に示した実施例に基づいて詳
細に説明するが、以下の実施例で前述した構成と
同じものについては第1〜4図の符号と同じもの
を付し、説明を省略する。
Hereinafter, the present invention will be explained in detail based on embodiments shown in the drawings. In the following embodiments, the same components as those described above are denoted by the same reference numerals as in FIGS. 1 to 4, and the explanation will be omitted. do.

第5図は本発明の一実施例を示すものである。
第5図の系は第1図の系をそのまま第4図の系に
のせた形式をとつているが、光電検出系内に偏光
ビームスプリツター51を配して検出チヤンネル
(空間フイルター16、コンデンサーレンズ17、
フオトデイテクター18)を複数個に分割してい
る点、及び結像光学系40内に1/4波長板50が
配されている点が異つている。尚、結像光学系4
0は1/4波長板50を挿入した状態で光電検出用
のレーザービームの波長に対して収差補正されて
いることは勿論である。
FIG. 5 shows an embodiment of the present invention.
The system shown in FIG. 5 is a system in which the system shown in FIG. lens 17,
The difference is that the photodetector 18) is divided into a plurality of parts, and that a quarter wavelength plate 50 is disposed within the imaging optical system 40. Furthermore, the imaging optical system 4
Of course, the aberrations of the laser beam 0 are corrected with respect to the wavelength of the laser beam for photoelectric detection with the 1/4 wavelength plate 50 inserted.

第5図の系の作用について説明する。光電検出
を効率良く行うためレーザー光源1からのレーザ
ービームは直線偏光であるとし、直線偏光の状態
を保つたまま対物レンズ11を介してマスク12
上とウエハー13上を同時に走査する。マスク1
2から直接戻つて来る光と、ウエハー13まで行
つて戻つてくる光の偏光方向が1/4波長板50の
働きで直交するのは前述の通りである。マスク1
2とウエハー13の位置合せを行うためには、マ
スク12及びウエハー13両者の位置信号を光電
検出しなければならない。マスク12から直接戻
つてきた光はマスクパターンについての信号しか
持つていないが、ウエハー13まで到達した光は
ウエハー信号とマスク信号の両方を持つている。
従つて、ウエハー13からの光を捉えればマスク
12、ウエハー13両者の位置を検出することも
可能ではあるが、一般にウエハー13の反射率は
その表面に設けられる感光層に影響されて低いの
で、マスク信号はマスク12から直接戻つてくる
光を検出する方が検出精度の面から好ましい。第
4図で説明した様に結像光学系40がマスク側、
ウエハー側の双方に対してテレセントリツクでな
い場合には、マスク12からの光とウエハー13
を介した光との角度が異つてくるが、本実施例で
は、両者は直線偏光成分(P成分とS成分)の違
いにより偏光ビームスプリツター51によつて分
離されるので、偏光ビームスプリツター51を通
過した後の各空間フイルター16の位置(瞳10
の結像面)で観察される光の分布は、それぞれ第
2図bの様に鏡面反射光と散乱光が分離されてお
り、第4図bの様に重なつてずれあつた状態を回
避することができる。散乱光の取り出し効率を上
げるためには、鏡面反射光と散乱光の境界をはつ
きりさせ空間フイルター16の遮断部の面積を小
さくすることが望ましいので、第4図bの様な状
態で遮光するのはロスが大きい。偏光ビームスプ
リツター51は偏光的に分離された状態で重なつ
ているマスク光とウエハー光を再び分けることに
よつて重なりを取り除く作用をする。重なりの解
除に伴う散乱光取り出し効率の改善は顕著なもの
である。本実施例では、以上の様な目的から分離
されたマスク光とウエハー光の各々に対して、鏡
面反射光を遮断し、散乱光を透過させるため空間
フイルター16を入れてフイルタリングし、マス
ク12とウエハー13からの散乱光を各フオトデ
イテクター18で検知している。マスク信号は両
方のフオトデイテクター18から同時に、ウエハ
ー信号はウエハー13からの反射光が到達する側
のフオトデイテクター18に出力される。52は
2つのフオトデイテクター18からの出力を加算
するための加算器である。
The operation of the system shown in FIG. 5 will be explained. In order to efficiently perform photoelectric detection, the laser beam from the laser light source 1 is assumed to be linearly polarized light, and is passed through the objective lens 11 to the mask 12 while maintaining the linearly polarized state.
and the wafer 13 at the same time. mask 1
As described above, the polarization directions of the light that directly returns from the wafer 13 and the light that travels to the wafer 13 and returns are orthogonal to each other due to the action of the quarter-wave plate 50. mask 1
In order to align the mask 12 and the wafer 13, the position signals of both the mask 12 and the wafer 13 must be photoelectrically detected. The light that directly returns from the mask 12 has only a signal related to the mask pattern, but the light that has reached the wafer 13 has both a wafer signal and a mask signal.
Therefore, although it is possible to detect the positions of both the mask 12 and the wafer 13 by capturing the light from the wafer 13, the reflectance of the wafer 13 is generally low due to the influence of the photosensitive layer provided on its surface. For the mask signal, it is preferable to detect the light directly returning from the mask 12 in terms of detection accuracy. As explained in FIG. 4, the imaging optical system 40 is on the mask side,
If the beam is not telecentric to both sides of the wafer, the light from the mask 12 and the wafer 13
However, in this embodiment, the two are separated by the polarizing beam splitter 51 due to the difference in linearly polarized components (P component and S component). The position of each spatial filter 16 after passing through 51 (pupil 10
The distribution of light observed on the imaging plane (image formation plane) is such that the specularly reflected light and scattered light are separated as shown in Figure 2b, avoiding the overlapping and misaligned state as shown in Figure 4b. can do. In order to increase the efficiency of extracting the scattered light, it is desirable to make the boundary between the specularly reflected light and the scattered light smaller and to reduce the area of the blocking part of the spatial filter 16. It's a big loss to do so. The polarizing beam splitter 51 functions to remove the overlap by reseparating the overlapping mask light and wafer light in a polarized separated state. The improvement in the scattered light extraction efficiency due to the cancellation of the overlap is remarkable. In this embodiment, a spatial filter 16 is inserted to filter the mask light and wafer light, which are separated for the above purposes, in order to block the specularly reflected light and transmit the scattered light. The scattered light from the wafer 13 is detected by each photodetector 18. The mask signal is simultaneously outputted from both photodetectors 18, and the wafer signal is outputted to the photodetector 18 on the side where the reflected light from the wafer 13 reaches. 52 is an adder for adding the outputs from the two photodetectors 18.

上述した如く、本発明によれば、光学的な前後
関係に配置された2物体のそれぞれで散乱された
光を検出する装置において、各物体で鏡面反射さ
れた非散乱光がずれて存在するような場合にも、
各物体からの散乱光を効率良く正確に検出するこ
とができる。従つて、マスクとウエハーのアライ
メントのために本発明を用いれば、その合わせ精
度を向上させることができる。
As described above, according to the present invention, in a device that detects light scattered by two objects placed in an optical back-and-forth relationship, the non-scattered light that is specularly reflected by each object is shifted. Even if
Scattered light from each object can be detected efficiently and accurately. Therefore, if the present invention is used to align a mask and a wafer, the accuracy of the alignment can be improved.

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

第1図は従来の光電検出装置の光学配置の一例
を示す図、第2図は第1図の対物レンズの作用を
説明する図、第3図は第1図の光学系の立体配置
の一例を示す図、第4図は投影結像光学系にテレ
セントリツク性からのずれがある時の光路を示す
図、第5図は本発明の光電検出装置の一実施例の
光学配置を示す図である。 1……レーザー光源、2……集光レンズ、3…
…回転多面鏡、4,8……リレーレンズ、6……
フイールドレンズ、5,7,9……ビームスプリ
ツター、11……対物レンズ、12……マスク、
13……ウエハー、14,17……集光レンズ、
16……空間フイルター(遮光板)、18……フ
オトデイテクター、19……光源、22……エレ
クター、24……接眼レンズ、25……屋根型ミ
ラー、40……投影結像光学系、50……1/4波
長板、51……偏光ビームスプリツター。
Figure 1 is a diagram showing an example of the optical arrangement of a conventional photoelectric detection device, Figure 2 is a diagram explaining the action of the objective lens in Figure 1, and Figure 3 is an example of the three-dimensional arrangement of the optical system in Figure 1. FIG. 4 is a diagram showing the optical path when there is a deviation from telecentricity in the projection imaging optical system, and FIG. 5 is a diagram showing the optical arrangement of an embodiment of the photoelectric detection device of the present invention. be. 1... Laser light source, 2... Condensing lens, 3...
...Rotating polygon mirror, 4, 8...Relay lens, 6...
Field lens, 5, 7, 9...beam splitter, 11...objective lens, 12...mask,
13...Wafer, 14,17...Condenser lens,
16... Spatial filter (shading plate), 18... Photo detector, 19... Light source, 22... Erector, 24... Eyepiece, 25... Roof mirror, 40... Projection imaging optical system, 50 ...1/4 wavelength plate, 51...Polarizing beam splitter.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 光学的な前後関係に配置された第1並び第2
物体を第1物体側から照明した際、第1物体で反
射もしくは散乱された光の直線偏光成分と第2物
体で反射もしくは散乱された光の直線偏光成分を
第1物体側で異ならせるための光学系と、第1物
体側から導びかれた第1並び第2物体光を直線偏
光成分の違いにより分離するためのビームスプリ
ツタと、分離された第1並び第2物体光を別々に
フイルタリングするための複数の空間フイルタを
有することにより、第1物体光内の散乱光と第2
物体光内の散乱光を光電検出するようなしたこと
を特徴とする光電検出装置。
1 first row second arranged in optical anteroposterior relationship
When an object is illuminated from the first object side, the linearly polarized component of the light reflected or scattered by the first object is different from the linearly polarized component of the light reflected or scattered by the second object on the first object side. an optical system, a beam splitter for separating the first and second object beams guided from the first object side based on differences in linear polarization components, and a separate filter for the separated first and second object beams. By having a plurality of spatial filters for filtering, the scattered light within the first object beam and the second
A photoelectric detection device characterized by photoelectrically detecting scattered light within object light.
JP11969977A 1977-10-05 1977-10-05 Photoelectric detector Granted JPS5453562A (en)

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