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JPH0670955B2 - Observation device - Google Patents
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JPH0670955B2 - Observation device - Google Patents

Observation device

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JPH0670955B2
JPH0670955B2 JP63263691A JP26369188A JPH0670955B2 JP H0670955 B2 JPH0670955 B2 JP H0670955B2 JP 63263691 A JP63263691 A JP 63263691A JP 26369188 A JP26369188 A JP 26369188A JP H0670955 B2 JPH0670955 B2 JP H0670955B2
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    • 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
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  • 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】 〔技術分野〕 本発明は2つの物体を観察する観察装置に関し、特に半
導体露光装置におけるマスクとウエハとの位置合わせの
ために、このマスクとウエハ上のアライメントマークを
観察する時に有用な観察装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an observing apparatus for observing two objects, and in particular, for aligning a mask and a wafer in a semiconductor exposure apparatus, observing an alignment mark on the mask and the wafer. The present invention relates to an observation device that is useful when doing.

〔従来技術〕[Prior art]

従来、半導体露光装置の観察装置としては、VSP4,406,5
46で開示してあるような装置が良く知られている。
Conventionally, VSP4, 406, 5
Devices such as those disclosed in 46 are well known.

マスクを介してウエハの観察を行う場合には、マスクの
硝子面からの反射光の影響が問題になる。マスクの硝子
面に反射防止処理が行われていない時には硝子面の1つ
の面から約4%の光が反射されるため、表裏合わせて約
8%程度の光がマスクにより反射し、フレア光としてウ
エハからの反射光と混ざることになる。
When observing a wafer through a mask, the influence of reflected light from the glass surface of the mask poses a problem. When the anti-reflection treatment is not applied to the glass surface of the mask, about 4% of the light is reflected from one surface of the glass, so about 8% of the light is reflected by the mask as flare light. It will be mixed with the reflected light from the wafer.

上述のUSP4,406,546では、この様な問題を解決し、ウエ
ハからの反射光でマスクとウエハを観察する時にマスク
からの反射光を除去するように構成した装置が示されて
いる。
In the above-mentioned USP 4,406,546, an apparatus which solves such a problem and removes the reflected light from the mask when observing the mask and the wafer with the reflected light from the wafer is shown.

第6図は、この装置の模式図を示しており、第6図の装
置では偏光を利用して観察時にマスクからの反射光をカ
ツトしている。従って、マスクのパターンはウエハから
の反射光で照明される事になる。不図示の光源からの光
L1は偏光ビームスプリツター5を通過しP偏光した光と
なってマスク1を照明する。この際、光L1は、その偏光
方向が偏光ビームスプリツターの偏光方位と合致してい
る光でも又、無偏光の光でも良い。このマスク1からの
反射光L2は再度偏光ビームスプリツター15に入射するの
で、偏光ビームスプリツターに対して透過するP偏光の
ままであり、従って偏光ビームスプリツター15を通過
し、もと来た方向に戻ってしまう。また、投影光学系22
の中にはλ/4板23が配置されており、λ/4板23を通過し
た光L3は円偏光となりウエハ2を照明する。ウエハ2で
反射した光L4は再度λ/4板23を通過し入射時と偏光方向
が90°直交した直線偏光光(S偏光)となり、マスク1
を介して偏光ビームスプリツター15に入射する。従って
この結果ウエハに到達した光は今度はビームスプリツタ
ー15を反射し、肉眼53又は撮像素子等によりマスク1と
ウエハ2アライメントマーク間の相対位置関係を検出す
る観察光L5として受光される。従って、マスク1のマー
クはウエハからの反射光によって照明される事になるの
である。偏光を利用しない装置の場合は、第6図で1/4
波長板23が無く、偏光ビームスプリツター5が単なる偏
光特性の無いビームスプリツターとなったことに相当す
る。
FIG. 6 shows a schematic diagram of this device. In the device of FIG. 6, the reflected light from the mask is cut during observation by using polarized light. Therefore, the pattern of the mask is illuminated by the reflected light from the wafer. Light from a light source not shown
L1 passes through the polarized beam splitter 5 and becomes P-polarized light, which illuminates the mask 1. At this time, the light L1 may be light whose polarization direction matches the polarization azimuth of the polarization beam splitter, or may be unpolarized light. Since the reflected light L2 from the mask 1 is incident on the polarized beam splitter 15 again, it remains as P-polarized light that is transmitted to the polarized beam splitter, and therefore passes through the polarized beam splitter 15 and comes back. I will return to the direction. In addition, the projection optical system 22
A λ / 4 plate 23 is disposed inside the light source, and the light L3 that has passed through the λ / 4 plate 23 becomes circularly polarized light and illuminates the wafer 2. The light L4 reflected by the wafer 2 again passes through the λ / 4 plate 23 and becomes linearly polarized light (S-polarized light) whose polarization direction is 90 ° orthogonal to that at the time of incidence.
It is incident on the polarized beam splitter 15 via. Therefore, as a result, the light reaching the wafer is reflected by the beam splitter 15 and is received as the observation light L5 for detecting the relative positional relationship between the mask 1 and the wafer 2 alignment mark by the naked eye 53 or the image sensor. Therefore, the mark on the mask 1 is illuminated by the reflected light from the wafer. In the case of a device that does not use polarized light, 1/4 in Fig. 6
This corresponds to the fact that the polarization beam splitter 5 does not have the wave plate 23 and is simply a beam splitter having no polarization characteristic.

この場合の問題点は3つ存在している。There are three problems in this case.

第1の問題点は光量の問題である。偏光ビームスプリツ
ターを用いない場合は透過率と反射率が共に50%である
時が光利用効率が最高であり、この時の観察光の光利用
効率は25%である。一方、偏光ビームスプリツターを用
いれば偏光ビームスプリツターを透過後の効率はλ/4板
の設定がベストであれば100%である。偏光ビームスプ
リツターを最初に透過する時の効率は入射光が無偏光で
あれば50%、偏光タイプのレーザーを用いた場合にはき
ちんとレーザ光の偏光方向と偏光ビームスプリツターの
偏光方位を合致させれば、100%である。即ち、偏光を
利用しないと光利用効率が1/2〜1/4以下になってしま
う。これは光電検出にとって不利な方向である。
The first problem is the amount of light. When the polarized beam splitter is not used, the light utilization efficiency is highest when the transmittance and the reflectance are both 50%, and the light utilization efficiency of the observation light at this time is 25%. On the other hand, if a polarized beam splitter is used, the efficiency after passing through the polarized beam splitter is 100% if the setting of the λ / 4 plate is the best. The efficiency of the first transmission through the polarized beam splitter is 50% if the incident light is unpolarized, and when using a polarization type laser, the polarization direction of the laser beam and the polarization direction of the polarized beam splitter are properly matched. If you do, it is 100%. That is, if the polarized light is not used, the light use efficiency becomes 1/2 to 1/4 or less. This is a disadvantage for photoelectric detection.

第2の問題は前述のマスクの硝子面からの反射光がウエ
ハからの反射光に対してフレア光としてのってしまう問
題である。
The second problem is that the light reflected from the glass surface of the mask is flared with respect to the light reflected from the wafer.

第3の問題はウエハ像のコントラストとマスク像のコン
トラストに係る信号処理上の問題である。即ち、ウエハ
2の反射率が低い場合にはレチクル1のクロムの反射光
が強く検出されてウエハが検出しにくい状態となってし
まう。第7図に偏光を利用した時としない時でのマスク
像とウエハ像に対応する信号出力を示す。第7図(A)
に示す様にマスクのクロム部7(アライメントマーク)
の間にウエハのアライメントマーク9があったとして、
これらをCCDカメラで撮像した時の走査線10に沿う信号
出力が第7図(B),(C)に示されている。第7図
(B)が第6図で説明した偏光を利用した場合で、マス
クのクロム部7に対応する信号出力7′が、ウエハのマ
ークのない部分に対応する信号出力107′より低くな
る。これはマスクからの反射光を直接受光せずに、ウエ
ハからの反射光によりマスクを照明しているためであ
る。一方、第7図(C)は偏光を利用しない場合で、マ
スクのクロム部7からの強い反射光をそのまま受光する
ためクロム部7に対応する信号出力7″は高いものとな
る。一方、ウエハのマーク9に対応する信号の方はウエ
ハの反射率が低く、又、マスクの硝子面からの反射光に
よりコントラストが低くなっている。従って、偏光を利
用しないと、両者の信号出力差があまりに大きくなって
しまう。又、入射光の光量を調光して撮像素子からの信
号が最適出力となる様にすることを考えると、偏光を利
用した場合には、第7図(B)のウエハに対応する信号
出力107′で調光すればよいが、偏光を使用しない場合
の第3図−Cの出力ではレチクルのクロム部の出力7″
で調光することになりウエハのアライメントマークを検
出することにとっては適さない。
The third problem is a signal processing problem relating to the contrast of the wafer image and the contrast of the mask image. That is, when the reflectance of the wafer 2 is low, the reflected light of the chrome of the reticle 1 is strongly detected, which makes it difficult to detect the wafer. FIG. 7 shows the signal output corresponding to the mask image and the wafer image with and without the use of polarized light. Fig. 7 (A)
The chrome part 7 (alignment mark) of the mask as shown in
If there is a wafer alignment mark 9 between
Signal outputs along the scanning line 10 when these are imaged by the CCD camera are shown in FIGS. 7 (B) and 7 (C). When the polarized light described in FIG. 6 is utilized in FIG. 7B, the signal output 7'corresponding to the chrome portion 7 of the mask becomes lower than the signal output 107 'corresponding to the unmarked portion of the wafer. . This is because the mask illuminates with the reflected light from the wafer without directly receiving the reflected light from the mask. On the other hand, FIG. 7 (C) shows a case where the polarized light is not used, and since the strong reflected light from the chrome portion 7 of the mask is received as it is, the signal output 7 ″ corresponding to the chrome portion 7 becomes high. The signal corresponding to the mark 9 has a lower reflectance of the wafer and a lower contrast due to the reflected light from the glass surface of the mask, and therefore the difference in the signal output between the two is too large if polarization is not used. Considering that the light quantity of the incident light is adjusted so that the signal from the image pickup device has an optimum output, when the polarized light is used, the wafer shown in FIG. The signal output 107 'corresponding to the light output may be dimmed, but in the output of FIG. 3C when the polarization is not used, the output of the chrome portion of the reticle is 7 "
It is not suitable for detecting the alignment mark on the wafer because the light will be dimmed.

このように偏光を利用してマスクやウエハを観察するこ
とは、利用しない時に比べて大きな利点があったが、マ
スクをウエハからの反射光で照明しているため、ウエハ
に対応する出力107′が低い場合にはマスクを検出でき
ないという問題が生じる。
Observing the mask or the wafer using the polarized light in this way has a great advantage as compared with the case where it is not used, but since the mask is illuminated by the reflected light from the wafer, the output 107 'corresponding to the wafer is obtained. If is low, the mask cannot be detected.

第8図はウエハ面113上にフオトレジスト114が塗布され
た時の様子を示している。位置合せ用のウエハアライメ
ントマーク116の近傍では、マークの段差の影響を受け
てレジスト117の厚さが変化する。一般にウエハの反射
率はレジスト117の厚さによって変化し、レジスト厚TPR
が入射光のλ/4に等しい厚さの場合、レジスト表面での
反射光118とウエハ表面からの反射光119とが干渉しウエ
ハからの反射光の強度が低くなってしまう。入射光の波
長をλ、レジスト117の屈折率をNとすれば、 TPR=(m±1/4)λ/N(但しmは整数)を満たす時、反
射光の強度が低くなる。最悪の場合は、レジストからの
反射光118の強度とウエハ面からの反射光119の強度とが
等しい時であり、反射光の出力はなくなってしまう。た
またまこの様な条件をマスクのパターンに相当する箇所
のウエハの部分が満足すると、マスクに対応する信号は
検出できない事になる。一方、ウエハのアライメントマ
ーク116の上のレジスト117は、マークの段差近傍で厚さ
が変わるために干渉条件が変化する。従って反射光も変
化しマークエツジからの散乱も相俟ってマスクは検出で
きないにも拘らずウエハだけは検出できる。この様にウ
エハは検出できてもマスクは検出できない場合があると
いう問題が生じるのである。殊に、ウエハはプロセスの
影響を大きく受け、検出精度上も問題が大きいが、マス
クは硝子基板上にクロムパターンというほぼ理想的なパ
ターニングのなされた検出対象であり、このマスクが検
出できないという事は重大な欠点と言える。
FIG. 8 shows a state where the photoresist 114 is applied on the wafer surface 113. In the vicinity of the wafer alignment mark 116 for alignment, the thickness of the resist 117 changes under the influence of the step of the mark. Generally, the reflectance of the wafer changes depending on the thickness of the resist 117, and the resist thickness T PR
If the thickness is equal to λ / 4 of the incident light, the reflected light 118 on the resist surface interferes with the reflected light 119 from the wafer surface, and the intensity of the reflected light from the wafer becomes low. When the wavelength of the incident light is λ and the refractive index of the resist 117 is N, the intensity of the reflected light becomes low when T PR = (m ± 1/4) λ / N (where m is an integer). In the worst case, the intensity of the reflected light 118 from the resist is equal to the intensity of the reflected light 119 from the wafer surface, and the output of the reflected light is lost. If it happens that the wafer portion corresponding to the mask pattern satisfies such a condition, the signal corresponding to the mask cannot be detected. On the other hand, the resist 117 on the alignment mark 116 on the wafer changes in interference condition because the thickness changes near the step of the mark. Therefore, the reflected light also changes, and the scattering from the mark edge is coupled, so that the mask cannot be detected, but only the wafer can be detected. As described above, there is a problem that the mask may not be detected even if the wafer can be detected. In particular, the wafer is greatly affected by the process and there is a big problem in detection accuracy, but the mask is a detection target on which the chrome pattern is almost ideally patterned on the glass substrate, and this mask cannot be detected. Is a serious drawback.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

本発明の目的は、上記従来の問題点に鑑み、常時2つの
物体を観察することができる観察装置を提供することに
ある。
In view of the above conventional problems, an object of the present invention is to provide an observation device that can always observe two objects.

上記目的を達成するために、本発明に係る露光装置は、
光源と該光源と第1物体の間に設けた偏光分割手段と、
前記第1物体のパターンが投影される第2物体と前記第
1物体の間に設けた第1位相変換素子とを有し、前記光
源からの光を前記偏光分割手段を介して前記第1及び第
2物体に向け、前記第2物体からの反射光を前記第1位
相変換素子と前記偏光分割手段を介して選択的に取り出
し、該反射光により前記第1及び第2物体を観察する装
置であって、前記偏光分割手段と前記第1物体の間の光
路中に第2位相変換素子を設けたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the exposure apparatus according to the present invention,
A light source and a polarization splitting means provided between the light source and the first object;
A first phase conversion element provided between the second object onto which the pattern of the first object is projected and the first object; and An apparatus for selectively extracting reflected light from the second object toward a second object via the first phase conversion element and the polarization splitting means, and observing the first and second objects by the reflected light. Therefore, a second phase conversion element is provided in the optical path between the polarization splitting means and the first object.

本発明の更なる特徴と具体的な形態は後述する実施例に
詳しく示されている。
Further features and specific forms of the present invention will be described in detail in the embodiments described later.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本観察装置の基本原理を示す説明図であり、第
6図で説明した従来の装置との差は、偏光ビームスプリ
ツター5(偏光分割手段)とマスク1(第1物体)との
間に更にλ/4板54(第2位相変換素子)を設けた点にあ
る。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the basic principle of the present observation apparatus. The difference from the conventional apparatus described in FIG. 6 is that the polarization beam splitter 5 (polarization splitting means), the mask 1 (first object) The point is that a λ / 4 plate 54 (second phase conversion element) is further provided between them.

第2図と同様に光の状態を追っていくと、光源57からの
P偏光した入射光L1は偏光ビームスプリツター5を通過
後も直線偏光光(P偏光)としてλ/4板54に入射する。
このλ/4板54のセツトアングル(入射光の偏光方向とλ
/4板54の結晶軸とのなす角)を0°とすれば、54は何の
作用もせず従来の場合と変わらない。一方、セツトアン
グルを0°からずらすとマスク1で反射した光L2′は偏
光ビームスプリツター5を透過する光(L5″)だけでな
く反射する光成分(L5′)を持つ様になる。一般にλ/4
板54のセツトアングルをθとすると、λ/4板54を2回通
過した光は、入射した方向に対して2θだけ偏光方向の
異った直線偏光となる。従ってθ=0°の時はλ/4板54
は何の作用もしないが、θがある値を持つと、偏光ビー
ムスプリツター5で反射する光成分の偏光成分も持つ様
になる。セツトアングルを45°にすると透過光L5″は無
くなり、すべての光が反射光L5′となる。この様子を第
2図を用いて説明する。
When the light state is followed in the same manner as in FIG. 2, the P-polarized incident light L1 from the light source 57 is incident on the λ / 4 plate 54 as linearly polarized light (P-polarized light) even after passing through the polarization beam splitter 5. .
The set angle of the λ / 4 plate 54 (the polarization direction of the incident light and λ
If the angle formed by the crystal axis of the / 4 plate 54) is 0 °, 54 does not have any effect and is the same as the conventional case. On the other hand, when the set angle is shifted from 0 °, the light L2 'reflected by the mask 1 has not only the light (L5 ") transmitted through the polarized beam splitter 5 but also the reflected light component (L5'). λ / 4
Assuming that the set angle of the plate 54 is θ, the light that has passed through the λ / 4 plate 54 twice becomes linearly polarized light whose polarization direction differs by 2θ with respect to the incident direction. Therefore, when θ = 0 °, λ / 4 plate 54
Has no effect, but when θ has a certain value, it also has a polarization component of the light component reflected by the polarization beam splitter 5. When the set angle is 45 °, the transmitted light L5 ″ disappears and all the light becomes reflected light L5 ′. This situation will be described with reference to FIG.

第2図に入射光L1の偏光方向とλ/4板の結晶軸OAと反射
光L5′との関係を示す。第5図(A)はセツトアングル
θがθ=45°の例で、そのλ/4板54を2回通過するとセ
ツトアングルθの2倍即ち2θ=90°偏光方向が変わ
る。即ち入射光L1から偏光面が90°回転した状態(S偏
光)で、偏光ビームスプリツター5に入射する事になる
のである。
FIG. 2 shows the relationship between the polarization direction of the incident light L1, the crystal axis OA of the λ / 4 plate and the reflected light L5 '. FIG. 5 (A) shows an example in which the set angle θ is θ = 45 °, and when it passes through the λ / 4 plate 54 twice, the set angle θ is doubled, that is, 2θ = 90 °, the polarization direction changes. That is, the light beam is incident on the polarization beam splitter 5 in a state in which the plane of polarization is rotated by 90 ° from the incident light L1 (S polarization).

偏光ビームスプリツター5は入射光L1の偏光方向(P偏
光)の光を透過させる性質を持っているが、今後は逆に
マスク1から直接反射して来る光(S偏光)に対しては
反射する作用を持つ。その為、マスク1からの反射光は
全て受光される事になるのである。一方、この時マスク
1を通過する光は円偏光であり、投影光学系22内のλ/4
板23を通過する。ここで、このλ/4板23は入射光L1に対
してセツトアングルθがθ=45°となっている。この
為、第2図(A)の場合、2つのλ/4板23,54が共に同
じ方向に結晶軸OAを向けていて、ウエハ2(第2物体)
を照明する時には入射光L1と同じか(P偏光)又は90°
偏光面が回転した偏光光(S偏光)となる。ウエハ2で
反射した反射光は再度2つのλ/4板23,54を通ることに
より結局入射光L1と同じ偏光方向をもつ光となる。この
結果、ウエハ2迄到達した光はその偏光方向からして偏
光ビームスプリツター5を全て透過する光L6″となり偏
光ビームスプリツター5で反射する光(L6′)はゼロに
なる。従って受光素子53はマスク1からの反射光L5′の
み受光してウエハからの反射光L6′は受光しない。一
方、第2図(B)に示すようにセツトアングルθをθ=
22.5°とした時には、マスク1からの反射光L2′は2θ
=45°偏光方向を変える。マスク1からの反射光の中で
偏光ビームスプリツター5で反射する光L5′の強度は、
図中の反射光L2′を示すベクトルをx軸への投影した分
の光L5′であり、透過する光L5″の強度は同様にy軸へ
投影した分の光となる。λ/4板54のセツトアングルをθ
とすると、マスク1からの反射光はその偏光面を2θ回
転させられ、偏光ビームスプリツター5を透過する光L
5″は入射光L1の光量を1とすれば「cos22θ」の光量と
なる。同じく偏光ビームスプリツター5を反射する光L
5′の光量は「sin22θ」となる。
The polarized beam splitter 5 has a property of transmitting the light in the polarization direction (P-polarized light) of the incident light L1, but in the future, on the contrary, it reflects the light reflected directly from the mask 1 (S-polarized light). Have the effect of Therefore, all the reflected light from the mask 1 is received. On the other hand, at this time, the light passing through the mask 1 is circularly polarized light and has a wavelength of λ / 4 in the projection optical system 22.
Pass plate 23. Here, the set angle θ of the λ / 4 plate 23 with respect to the incident light L1 is θ = 45 °. Therefore, in the case of FIG. 2 (A), the two λ / 4 plates 23 and 54 both have the crystal axis OA oriented in the same direction, and the wafer 2 (second object)
Is the same as the incident light L1 (P-polarized) or 90 ° when illuminating
It becomes polarized light (S-polarized light) whose polarization plane is rotated. The reflected light reflected by the wafer 2 passes through the two λ / 4 plates 23 and 54 again, and finally becomes light having the same polarization direction as the incident light L1. As a result, the light reaching the wafer 2 becomes a light L6 ″ which is transmitted through the polarized beam splitter 5 in terms of its polarization direction, and the light (L6 ′) reflected by the polarized beam splitter 5 becomes zero. Reference numeral 53 receives only the reflected light L5 'from the mask 1 and does not receive the reflected light L6' from the wafer.On the other hand, as shown in FIG.
When the angle is 22.5 °, the reflected light L2 ′ from the mask 1 is 2θ.
= 45 ° Change the polarization direction. Of the reflected light from the mask 1, the intensity of the light L5 ′ reflected by the polarized beam splitter 5 is
The vector indicating the reflected light L2 'in the figure is the light L5' projected on the x axis, and the intensity of the transmitted light L5 "is the light projected on the y axis in the same manner. The set angle of 54 is θ
Then, the reflected light from the mask 1 has its polarization plane rotated by 2θ and is transmitted through the polarized beam splitter 5 as light L.
5 ″ is the light amount of “cos 2 2 θ” when the light amount of the incident light L1 is 1. Similarly, the light L reflected by the polarized beam splitter 5
The light quantity of 5'is "sin 2 2θ".

従って、λ/4板54を光軸を回転軸として回転させながら
マスク1からの反射光の光成分L5′の強度を最適に調整
することができる。
Therefore, the intensity of the light component L5 'of the reflected light from the mask 1 can be optimally adjusted while rotating the λ / 4 plate 54 about the optical axis.

マスク1の反射率は安定しているが、ウエハ2の反射率
は、IC製作時のプロセス毎にさまざまであり、安定して
いない。その為、マスク1とウエハ2から安定した光量
を得る為には、ウエハ2が低反射率の時には、強い光、
ウエハ2が高反射率の時には弱い光を照射するといった
調光が必要となる。
The reflectivity of the mask 1 is stable, but the reflectivity of the wafer 2 is not stable because it varies depending on the process at the time of IC manufacturing. Therefore, in order to obtain a stable light quantity from the mask 1 and the wafer 2, when the wafer 2 has a low reflectance, strong light,
When the wafer 2 has a high reflectance, dimming such that weak light is emitted is required.

前述の第7図(C)の信号例の様に、偏光を使用しない
例では、マスク信号に悪影響を及ぼすことなくウエハ2
に対してうまく調光することは不可能であるが、本発明
の様に位相変換素子であるλ/4板54を設け、このセツト
アングルθを変えて調光すれば、入射光強度に依存させ
ずに一定の強さの光をマスクから得ることができ、ウエ
ハ信号のレベルをあげるといった本来の意味での調光が
可能となる。
In the case where the polarized light is not used like the signal example of FIG. 7 (C) described above, the wafer 2 is not affected adversely to the mask signal.
However, it is impossible to dimm well, but if a λ / 4 plate 54 that is a phase conversion element is provided as in the present invention and dimming is performed by changing the set angle θ, it depends on the incident light intensity. It is possible to obtain light of a certain intensity from the mask without doing so, and it is possible to perform dimming in the original sense of increasing the level of the wafer signal.

第3図に第1図の装置でマスクとウエハのマークを撮像
した時の信号例を示す。
FIG. 3 shows an example of signals when the marks of the mask and the wafer are picked up by the apparatus of FIG.

第3図(A)は第7図(A)と同じくマスクとウエハの
アライメントマーク7,9の像の状態を示している。第3
図(B)はウエハ2が反射率が高い時で、マスクマーク
7に対応する出力7′のコントラストが十分な場合であ
る。第3図(C)がウエハ2の反射率が低い最も酷しい
場合の例でウエハマークの信号のエツジは検出できるも
ののウエハ2の反射率が低い為マスクマーク信号のコン
トラストが低い。この時、第1図のλ/4板54を所定量回
転させると、第3図(d)に示す様にマスクマーク信号
がコントラストよく検出できる。さらにλ/4板54を回転
させると第3図(E)に示す様にマスクマーク信号は更
に大きくなる。この時ウエハマーク信号は相対的に低く
なるが、その分はウエハに対する入射光の強度を上げる
ことにより第3図(F)の様な信号を得ることができ
る。
Similar to FIG. 7A, FIG. 3A shows a state of images of the alignment marks 7 and 9 on the mask and the wafer. Third
FIG. 3B shows the case where the wafer 2 has a high reflectance and the output 7'corresponding to the mask mark 7 has a sufficient contrast. FIG. 3C shows an example of the worst case where the reflectance of the wafer 2 is low. Although the edge of the signal of the wafer mark can be detected, the contrast of the mask mark signal is low because the reflectance of the wafer 2 is low. At this time, when the λ / 4 plate 54 in FIG. 1 is rotated by a predetermined amount, the mask mark signal can be detected with good contrast as shown in FIG. 3 (d). When the λ / 4 plate 54 is further rotated, the mask mark signal is further increased as shown in FIG. At this time, the wafer mark signal becomes relatively low, but the signal as shown in FIG. 3 (F) can be obtained by increasing the intensity of the incident light on the wafer.

以上の様にウエハマーク信号の状態とマスクマーク信号
の状態をモニター1、適宜λ/4板54の状態(結晶軸の方
向)をコントロールする事により、レチクルマーク信号
とウエハマーク信号の双方を好適に処理できる様なレベ
ルの信号にしてやる事が可能となるのが本発明の大きな
特徴である。
As described above, both the reticle mark signal and the wafer mark signal are suitable by controlling the state of the wafer mark signal and the mask mark signal by the monitor 1 and the state of the λ / 4 plate 54 (the direction of the crystal axis) as appropriate. It is a major feature of the present invention that a signal having a level that can be processed into a signal can be processed.

ここでλ/4板の状態といったのはλ/4板54の回転或いは
抜き差し等の事を総合して表現したものであり、種々の
変形を本発明において許容するものである。
Here, the state of the λ / 4 plate is a comprehensive expression of the rotation or removal of the λ / 4 plate 54, and various modifications are allowed in the present invention.

例えば、ウエハ2に吸収型のレジストが塗布されていて
ウエハ2の反射率が低い場合には、マスクマーク信号は
慢性的に検知困難に陥る事がある。ウエハマーク信号は
この時第8図にみられる様なアライメントマーク付近の
ちょっとした膜厚の変化が検知できるがマスクは光エネ
ルギーの吸収と干渉の組合せで検知に困難さがつきまと
う事が多いのである。この様な場合は、偏光ビームスプ
リツターとマスク1の間の光路でのλ/4板54の使用が特
に有効であり、プロセスさえ安定していればλ/4板54を
固定した条件で光路中に挿入するだけで充分な効果を得
る事ができる。勿論、ステツパー等の縮小投影光路装置
の場合など、マーク検知信号に基づいて各シヨツト毎に
λ/4板54の角度をコントロールする様にしても良い。
For example, when the absorption resist is applied to the wafer 2 and the reflectance of the wafer 2 is low, the mask mark signal may be chronically difficult to detect. At this time, the wafer mark signal can detect a slight change in the film thickness near the alignment mark as shown in FIG. 8, but the mask is often difficult to detect due to the combination of absorption of light energy and interference. In such a case, it is particularly effective to use the λ / 4 plate 54 in the optical path between the polarization beam splitter and the mask 1, and if the process is stable, the λ / 4 plate 54 is fixed under the optical path. A sufficient effect can be obtained just by inserting it inside. Of course, in the case of a reduced projection optical path device such as a stepper, the angle of the λ / 4 plate 54 may be controlled for each shot based on the mark detection signal.

この様なウエハ及びレチクルの信号のコントロールの
為、第1図の装置では信号判定機能向けのCPU55、λ/4
板54の駆動系56を備えており、光源57に光量コントロー
ラがついている。
In order to control the signals of the wafer and reticle in this way, the device shown in FIG.
A drive system 56 for the plate 54 is provided, and the light source 57 is provided with a light quantity controller.

図示するように、CPU55と駆動系56、撮像素子53、光源5
7は信号線により電気的に接続されており、撮像素子53
からの画像信号のレベルやコントラストに応じてCPU55
が駆動系56及び光源57の光量コントローラを制御し、駆
動系56により偏光板54の回転角を調整し、光量コントロ
ーラにより光源57からの光の強度を調整する。
As shown in the figure, the CPU 55, the drive system 56, the image sensor 53, and the light source 5
7 is electrically connected by a signal line, and the image sensor 53
Depending on the level and contrast of the image signal from the CPU55
Controls the light amount controller of the drive system 56 and the light source 57, the rotation angle of the polarizing plate 54 is adjusted by the drive system 56, and the intensity of the light from the light source 57 is adjusted by the light amount controller.

特にステツパーの場合、あらかじめ別のプリアライメン
ト系でウエハ2の位置は所定の位置に対して±数μmの
精度で送りこまれてくる。従って撮像素子53に対する領
域を制限して信号処理をしてやれば第3図で示した様な
出力コントロールを行う事が可能となる。
Particularly in the case of a stepper, the position of the wafer 2 is sent in advance to the predetermined position with an accuracy of ± several μm by another pre-alignment system. Therefore, if the signal processing is performed by limiting the area for the image pickup device 53, the output control as shown in FIG. 3 can be performed.

この様に本発明では偏光の性質を利用しているため、投
影光学系22中のλ/4板23の代りに、反射光学系の場合に
は位相特性を持つ反射膜(位相変換素子)を用いた場合
にもこの考え方は適用できる。又、プロキシミイタイプ
の半導体露光装置等の様々な露光装置に適用できる。
As described above, since the present invention uses the property of polarization, in the case of a reflection optical system, a reflection film (phase conversion element) having a phase characteristic is used instead of the λ / 4 plate 23 in the projection optical system 22. This idea can be applied when used. Further, it can be applied to various exposure apparatuses such as a proxy type semiconductor exposure apparatus.

〔他の実施例〕[Other Examples]

第4図に第1図の装置をレーザー走査光学系と共用して
いる例を示す。レーザー11から射出した偏光レーザー光
はポリゴンミラー13により偏光させられ、f−θレンズ
14を介して等速走査させられて、偏光ビームスプリツタ
ー15、フイールドレンズ16、ビームスプリツター17、リ
レーレンズ18、対物レンズ21によりレチクル上集光した
ビームとなり走査される。この時ビームスプリツター17
は偏光ビームスプリツターではなく、レーザー光を80〜
90%透過させるハーフミラープリズムである。
FIG. 4 shows an example in which the apparatus shown in FIG. 1 is shared with a laser scanning optical system. The polarized laser light emitted from the laser 11 is polarized by the polygon mirror 13, and the f-θ lens is used.
The beam is scanned at a constant speed via 14, and the beam is focused on the reticle by the polarized beam splitter 15, the field lens 16, the beam splitter 17, the relay lens 18, and the objective lens 21 to be scanned. Beam Splitter 17 at this time
Is a polarized beam splitter, not a laser light
It is a half mirror prism that transmits 90%.

レチクル1を透過したレーザー光は投影レンズ22内のλ
/4板23を通りウエハ2で反射した再度λ/4板23を通りそ
の偏光方向を90°変える。これによりウエハ2からの反
射光は偏光ビームスプリツター15で反射し、投影レンズ
22瞳面と共役な位置に配置した暗視野観察用の空間周波
数フイルター32により暗視野信号として受光素子34で受
光される。
The laser light transmitted through the reticle 1 is λ in the projection lens 22.
After passing through the / 4 plate 23 and reflected by the wafer 2, it again passes through the λ / 4 plate 23 and changes its polarization direction by 90 °. As a result, the reflected light from the wafer 2 is reflected by the polarized beam splitter 15 and the projection lens
22 A dark field signal is received by a light receiving element 34 by a spatial frequency filter 32 for dark field observation arranged at a position conjugate with the pupil plane.

レチクル1で直接反射したレーザー光はプリズム17で反
射する光と透過する光があり、反射した光は偏光ビーム
スプリツター15′を透過し、投影レンズ22の瞳面と共役
な位置に配置した空間周波数フイルター32′により暗視
野信号として受光素子34′で受光される。
The laser light directly reflected by the reticle 1 includes light reflected by the prism 17 and light transmitted therethrough. The reflected light is transmitted through the polarized beam splitter 15 ′ and is a space arranged at a position conjugate with the pupil plane of the projection lens 22. The frequency filter 32 'receives the light as a dark field signal by the light receiving element 34'.

次にレチクル1及びウエハ2のアライメントマークの像
を撮像素子53で撮像する場合について述べる。照明光と
して、前述のレーザビーム走査時とは異なり、スポツト
径が大きな光をレチクル1及びウエハ2に照射する為
に、ポリゴンミラー13の手前に拡散板63を入れる。もち
ろん、前述のレーザビーム走査時にはその光路を妨げな
い様に退避させている。この拡散板65を、アライメント
マーク像の撮像時に回転させることにより、ポリゴンミ
ラー13によるレチクル1上での走査方向に垂直方向に生
じるスペクトルパターンの影響を除去する。λ/4板54を
偏光ビームスプリツター15とレチクル1の間に挿入しな
い時は、前述の第6図の様に、ウエハ2からの反射光の
みが偏光ビームスプリツター15で反射し、偏光ビームス
プリツター15で反射した光はビームスプリツター17に入
り、それから撮像素子53の方に反射される。
Next, the case where the image of the alignment mark on the reticle 1 and the wafer 2 is picked up by the image pickup device 53 will be described. Unlike the above-described laser beam scanning, a diffusion plate 63 is placed in front of the polygon mirror 13 in order to irradiate the reticle 1 and the wafer 2 with light having a large spot diameter as illumination light. Of course, during the above-mentioned laser beam scanning, the optical path is retracted so as not to obstruct the optical path. By rotating the diffuser plate 65 when the alignment mark image is picked up, the influence of the spectrum pattern generated in the direction perpendicular to the scanning direction on the reticle 1 by the polygon mirror 13 is eliminated. When the λ / 4 plate 54 is not inserted between the polarized beam splitter 15 and the reticle 1, only the reflected light from the wafer 2 is reflected by the polarized beam splitter 15 as shown in FIG. The light reflected by the splitter 15 enters the beam splitter 17 and is then reflected towards the image sensor 53.

撮像素子53を用いる時には回転拡散板63が入っている
為、暗視野検知のレーザビーム走査法は使えないので、
ビームスプリツター17を切り換えミラーにしておいた方
が光利用効率は良い。ビームスプリツター17で反射した
光はエレクター52を介して撮像素子53にマスクとウエハ
のアライメントマークの像を形成する。ここでは、従来
の光学系に加えて更にλ/4板54が設置され、ウエハ2の
反射率に応じて最適なセツトアングルとなる様にλ/4板
54を回転させて止める。この時、レーザ11による照明光
量を変化させる必要がある時は、レーザー11から射出後
のレーザ光の光路中に設けた調光系55で光量変化させ
る。又、照明光量の調整法は他にも様々あり、光源とし
て半導体レーザーを使用するのならレーザーの動作電流
を変えてもいいし、何種類かのNOフイルターを用意して
おき、これらを光路中で入れ換えてもいいし、光路中に
設けた偏光板を回転させてもいいし、AO素子、EO素子等
により光強度の変調をすることもできる。
Since the rotating diffusion plate 63 is included when the image sensor 53 is used, the laser beam scanning method for dark field detection cannot be used.
The light utilization efficiency is better when the beam splitter 17 is switched to a mirror. The light reflected by the beam splitter 17 forms an image of the alignment mark between the mask and the wafer on the image sensor 53 via the erector 52. Here, in addition to the conventional optical system, a λ / 4 plate 54 is further installed, and the λ / 4 plate is set so as to obtain an optimum set angle according to the reflectance of the wafer 2.
Turn 54 to stop. At this time, when it is necessary to change the illumination light amount by the laser 11, the light amount is changed by the light control system 55 provided in the optical path of the laser light emitted from the laser 11. Also, there are various other methods of adjusting the amount of illumination light. If a semiconductor laser is used as a light source, the operating current of the laser may be changed, and several kinds of NO filters should be prepared and these should be used in the optical path. It is also possible to replace with each other, to rotate a polarizing plate provided in the optical path, and to modulate the light intensity by an AO element, an EO element, or the like.

第4図で示す様に、本観察装置は偏光を使用して2物体
を観察する様々な光学系に実施することができる。
As shown in FIG. 4, the present observation apparatus can be implemented in various optical systems that observe two objects using polarized light.

第5図は本発明の更なる実施例であり、レーザーではな
く通常の光源を用いた場合の構成例を示す。又、この図
は光学系を斜め上方より視た鳥瞰図であり、レチクル1
より上の部分のみ図示してある。この例ではレチクル1
の左右2つのアライメントマークを見る様に構成されて
おり、視野合成プリズム40で2つの各マークに対応する
視野が合成される。Mで示したのはミラーであるが、ミ
ラーMは光学系を折り畳む為のものであり、この他にも
種々の変形が考えられる。光源はフアインバー42であ
り、41が照明系のコンデンサレンズである。又、フアイ
バー42の他方の端面には不図示の光源より光が導かれて
いる。偏光ビームスプリツター5の作用は第1図と第4
図同様であり、λ/4板54は撮像素子53の出力に基づいて
その回転角θを制御される。
FIG. 5 is a further embodiment of the present invention and shows an example of the configuration when a normal light source is used instead of a laser. In addition, this figure is a bird's-eye view of the optical system as seen from diagonally above.
Only the upper part is shown. Reticle 1 in this example
The left and right alignment marks are viewed, and the visual field combining prism 40 combines the visual fields corresponding to the two marks. A mirror M is shown, but the mirror M is for folding the optical system, and various other modifications are possible. The light source is a fine bar 42, and 41 is a condenser lens for the illumination system. Light is guided from a light source (not shown) to the other end surface of the fiber 42. The action of the polarized beam splitter 5 is shown in FIGS.
Similar to the figure, the rotation angle θ of the λ / 4 plate 54 is controlled based on the output of the image sensor 53.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上、本発明では従来の光学系にλ/4板などの位相変換
素子を加え、そのセツトアングルθを制御する事によ
り、マスクやレチクルとウエハなどの、第1と第2物体
に対応する信号を双方ともS/N比良く検出する事を可能
とした。
As described above, in the present invention, by adding a phase conversion element such as a λ / 4 plate to the conventional optical system and controlling the set angle θ, signals corresponding to the first and second objects such as a mask, a reticle, and a wafer can be obtained. It was possible to detect both with a good S / N ratio.

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

第1図は本発明の基本原理を示す説明図。 第2図(A),(B)はλ/4板の結晶軸方位を入射光の
偏光方向との関係を示す説明図。 第3図(A)〜(F)は第1図に示す観察装置における
撮像素子からの出力信号の変化を示す説明図。 第4図は本発明の観察装置を搭載したアライメントマー
ク検出光学系の一例を示す概略構成図。 第5図は本発明の観察装置を搭載したアライメントマー
ク検出光学系の他の例を示す鳥瞰図。 第6図は従来の観察装置を示す模式図。 第7図(A)〜(C)は第6図に示す装置と偏光を利用
しない装置における撮像素子からの出力信号の変化を示
す説明図。 第8図はウエハ上に塗布したフオトレジストによる干渉
の影響を示す説明図。 1……マスク 2……ウエハ 5……偏光ビームスプリツター 22……投影光学系 23……λ/4板(第1位相変換素子) 53……撮像素子 54……λ/4板(第2位相変換素子) 55……CPU 56……λ/4板駆動系 57……光源
FIG. 1 is an explanatory view showing the basic principle of the present invention. FIGS. 2A and 2B are explanatory views showing the relationship between the crystal axis direction of the λ / 4 plate and the polarization direction of incident light. FIGS. 3A to 3F are explanatory views showing changes in output signals from the image pickup device in the observation device shown in FIG. FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing an example of an alignment mark detection optical system equipped with the observation apparatus of the present invention. FIG. 5 is a bird's-eye view showing another example of the alignment mark detection optical system equipped with the observation device of the present invention. FIG. 6 is a schematic view showing a conventional observation device. 7 (A) to 7 (C) are explanatory diagrams showing changes in the output signal from the image sensor in the device shown in FIG. 6 and the device not utilizing polarization. FIG. 8 is an explanatory view showing the influence of interference by the photoresist applied on the wafer. 1 ...... Mask 2 ...... Wafer 5 ...... Polarized beam splitter 22 ...... Projection optical system 23 ...... λ / 4 plate (first phase conversion element) 53 …… Image sensor 54 …… λ / 4 plate (second Phase conversion element) 55 …… CPU 56 …… λ / 4 plate drive system 57 …… Light source

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光源と、該光源と第1物体の間に設けた偏
光分割手段と、前記第1物体のパターンが投影される第
2物体と前記第1物体の間に設けた第1位相変換素子と
を有し、前記光源からの光を前記偏光分割手段を介して
前記第1及び第2物体に向け、前記第2物体からの反射
光を前記第1位相変換素子と前記偏光分割手段を介して
選択的に取り出し、該反射光により前記第1及び第2物
体を観察する装置であって、前記偏光分割手段と前記第
1物体の間の光路中に第2位相変換素子を設けたことを
特徴とする観察装置。
1. A light source, a polarization splitting means provided between the light source and a first object, and a first phase provided between a second object and a first object onto which a pattern of the first object is projected. A conversion element, directing light from the light source to the first and second objects via the polarization splitting means, and reflecting light from the second object to the first phase conversion element and the polarization splitting means. A device for selectively observing the first and second objects with the reflected light, wherein a second phase conversion element is provided in an optical path between the polarization splitting means and the first object. An observation device characterized by the above.
【請求項2】前記第2位相変換素子が光軸の回わりに回
転可能であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載の観察装置。
2. The observation apparatus according to claim 1, wherein the second phase conversion element is rotatable around the optical axis.
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