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JP4541481B2 - Position detection apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method - Google Patents

Position detection apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method Download PDF

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、体上のアライメントマークの位置を検出す位置検出装置に関する
【0002】
【従来の技術】
最近の半導体素子の製造技術の進展は目覚ましく、また、それに伴う微細加工技術の進展も著しい。特に光加工技術はサブミクロンの解像力を有する縮小投影露光装置、通称ステッパが主流であり、更なる解像力向上に向けて光学系の開口数(NA)の拡大や、露光波長の短波長化が図られている。
露光波長の短波長化に伴って、露光光源もg線、i線の高圧水銀ランプからKrF更にArFのエキシマレーザに変移してきている。
【0003】
一方、投影パターンの解像力の向上に伴って、投影露光装置に於けるウエハとマスク(レチクル)を相対的位置合わせするアライメントについても高精度化が必要とされている。投影露光装置は高解像度の露光装置であると同時に高精度な位置検出装置としての機能も要求されている。
【0004】
更に近年では、半導体製造工程として、CMP(Chemical Mechanical Polishing)と呼ばれる、ウエハ表面の平坦化技術の導入が推進されて来ている。CMPを推進する背景としては、露光光の短波長化に伴い、露光像面の焦点深度の減少化がある。更に、半導体チップ自体の高集積化が進むに連れて、縦構造が従来に比べ厚くなる為、露光領域全てに対してフォーカスを合わせる事が困難となる。従って、段差を平坦化する事で、焦点深度内にウエハ上の全てのチップ全域に対して焦点を合わせる事が出来ると言うメリットがある。
【0005】
こうした背景の下で、ウエハのアライメント方式としては、オフアクシスアライメント検出系(Off−Axis AA以下「OA」と呼ぶ。)がある。これは、投影露光光学系とは、異なる位置に配置され、投影露光光学系を介さずに、ウエハ上のアライメントマークの位置を検出し、その検出結果に基づいてウエハの位置合わせを行う。
【0006】
一方、従来のアライメント方式として、TTL−AA(Through the Lens Auto Alignment)と呼ばれる投影光光学系を介して、非露光光のアライメント波長を用いてウエハ上のアライメントマークを検出する方法がある。
【0007】
TTL−AAのメリットとしては、投影露光光学系の光軸とTTL−AAの光軸(所謂、ベースライン)が非常に短く配置出来る為、アライメント計測時と露光時のウエハステージの駆動量が少ない。従って、ウエハステージ回りの環境変化による投影露光光学系の光軸とTTL−AAの光軸の距離の変動で発生する測定誤差を抑える事が出来る。つまり、ベースラインの変動が少ないと言うメリットがある。
【0008】
ところが、露光光がKrFレーザやArFレーザと言った短波長光に移行すると、使用硝材が限定される為、投影露光光学系のアライメント波長に対する色収差の補正が困難になる。従って、投影露光光学系の色収差の影響を受けないOA検出系が重要になって来ている。
【0009】
また、OA検出系の場合、投影露光光学系を介さない為、任意の波長に対して、或いは、広い波長域の光源を使用出来ると言うメリットもある。広帯域の波長光を使用するメリットとしては、ウエハ上に塗布された感光材(レジスト)に対して、薄膜干渉の影響を除去できるといった事が上げられる。従って、広帯域の波長光に対して収差補正可能なOA検出系は重要なアライメント検出系と言える。
【0010】
従来のOA検出系を備えた投影露光光学系について、図3に示す概略図を用いて解説する。
露光光源を含む露光照明光学系1(光源としては水銀ランプ、KrFエキシマレーザ、やArFエキシマレーザ等)から出射した光ILは、パターンを形成しているマスク(レチクル)2を照明する。この時レチクル2は、レチクル2上方(或いは下方)に配置されたアライメント検出系11によって投影露光光学系3の光軸AXとレチクルパターンの中心が一致するように、レチクルホルダ12,12’に予め位置決めされている。
【0011】
レチクルパターンを通った光によって、投影露光光学系3によりその像をウエハステージ8上に保持されたウエハ6に所定の倍率で転写する。尚、レチクル上方から照射光を照射し、投影露光光学系を介して、固定位置でレチクルパターンをウエハ6上に順次露光するのがステッパと呼ばれ、レチクル及びウエハが相対的に駆動(レチクルの駆動量はウエハ駆動量の投影倍率を乗じた分)する露光装置をスキャナ(走査型露光装置)と呼ぶ。
【0012】
一方、ウエハ6にはセカンドウエハと呼ばれる既にパターンが形成されている種類のものが有り、このウエハに次のパターンを形成する場合には、予めウエハの位置を検出しておかなければならない。その位置検出方法に上記のTTL−AA方式やOA検出方式がある。
【0013】
ここでは、OA検出系を備えたアライメント方式に関して、図3に基づいて解説する。OA検出系4は図3に示すように投影露光光学系3とは、別個に構成されており、ウエハステージ8を、横方向距離を計測出来る干渉計9に基づいてウエハ駆動系10で駆動し、OA検出系4の観察領域にウエハ6を位置決めする。干渉計9によって位置決めされたウエハ6に対して、ウエハ6上に形成されたアライメントマークをOA検出系4で位置検出し、ウエハ6上に形成されたチップ(素子)の配列情報を得ることが出来る。
【0014】
次に、このチップ(素子)の配列情報に基づいて、ウエハ6を投影露光光学系3の露光領域(レチクルの転写領域)にウエハステージ8を駆動して、順次露光を行っていく。
【0015】
ここで、通常投影露光光学系3の露光領域には、投影露光光学系3のフォーカス方向を計測するフォーカス検出系5が構成されている。このフォーカス検出系5の構成は、照明光源501から出射した光を照明レンズ502を介してスリットパターン503を照明する。スリットパターン503を透過した光で照明光学系504、ミラー505によってウエハ6上にスリットパターンを結像する。
【0016】
ウエハ6上に投影されたスリットパターンはウエハ表面上で反射し、照明系と反対側に構成されたミラー506、検出光学系507に入射する。検出光学系507はウエハ6上に形成されたスリット像を光電変換素子508上に再結像させる。ウエハ6が上下する事で、光電変換素子508上のスリット像が移動し、その移動量からウエハ6のフォーカス方向の距離を測定出来る。通常は、このスリットを複数(ウエハ6上の多点)用意しておき、それぞれのフォーカス位置を検出する事(ウエハ6上の多点計測)で、投影露光光学系3のレチクル像の像面に対するウエハの傾きを計測する事も出来る。ウエハ駆動系10によるウエハステージ8の駆動は制御ユニット14によって制御される。
【0017】
一方、更にOA検出系4について、図4の概略図を参照しながら解説する。図4中に於いて、照明光源401(ファイバ等)から導光された光は、照明光学系402により、偏光ビームスプリッタ403に導かれる。偏光ビームスプリッタ403によって反射された紙面垂直なS偏光光は、リレーレンズ404、λ/4板409を通過した後、円偏光に変換され、対物レンズ405を通ってウエハ6上に形成されたアライメントマークAMをケーラ照明する。
【0018】
アライメントマークAMから発生した反射光、回折光、散乱光は、再度対物レンズ405、λ/4板409を戻り、今度は紙面に平行なP偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ403を通過し、結像光学系407によって、アライメントマークAMの像を光電変換素子408(例えばCCDカメラ)上に形成する。光電変換されたアライメントマーク像の位置に基づいて、ウエハ6の位置を検出する。
【0019】
この時、ウエハ6上のアライメントマークAMを精度良く検出する為には、アライメントマークAMの像が明確に検出されなければならない。つまり、OA検出系4のピントがアライメントマークAMに合っていなければならない。
【0020】
ところが、以上の様なOA検出系には周辺の空間の制限により通常、投影露光光学系3には構成されているフォーカス検出系5を構成出来ない。
その為、OA検出系4に別個のフォーカス検出系が無い場合、一旦、投影露光光学系3の下に構成されているフォーカス検出系5でフォーカス値を測定し、その後OA検出系の計測領域に駆動してから、位置検出マークの観察を行わなくてはならない。
【0021】
この様にすると、例えばウエハステージの横方向駆動による他成分としてフォーカス方向に駆動エラーが発生してしまったり、ウエハが傾いてしまうと、OA検出系4にとってウエハ全体にフォーカスを合わせる事が困難になってしまう。そこで、ウエハ6上の複数のチップに対して、位置検出する度に、例えば画像のコントラストを計測するような、フォーカス方向に位置を振りながら複数の計測を行う(以下「駆動AF計測」)フォーカス計測を行わなくてはならず、スループットの減少が発生する。
【0022】
そこで、OA検出系自体に、フォーカス検出系5に相当するフォーカス検出系を構成させる事が考えられている。
従来のOA検出系4に構成されているフォーカス検出系(以下「AF系」という。)を図5の概略図に基づいて解説する。尚、位置検出系として機能する部分(上述済み部分)に関しては、同じ符号を記し、説明は省略し、異なる部分のみについて解説する。
【0023】
AF用の光源413から出射した光は、照明レンズ414により、パターンが形成されたスリット416(1本、又は複数本)を照明する。尚、スリットを複数本構成する効果としては、スリットの位置検出(後述)する際の測定精度を向上(平均化効果)させる為である。スリットを抜けた光は、更に照明レンズ415及びミラー418により、第2リレーレンズ412に導光される。ミラー418は後述する対物レンズ405の観察物体のフーリエ変換面(以下「瞳面」という。)とほぼ共役位置に配置されている。第2リレーレンズ412を通った光は中間結像面IPでスリット像を結像し、その後、第1リレーレンズ411、ミラー410、対物レンズ405によって、観察物体上(ウエハ6上)にスリット像を結像している。尚、予め位置検出系の光源波長とAF系の光源波長を異ならしており、ミラー410は、ダイクロミックミラーで構成する事で、AF系の光は反射し、位置検出系の光は透過させることができる。
【0024】
また、図5に示すように照明系の光束FILは、対物レンズの瞳面上で光軸から偏心した位置を通る様に構成されている。その為、ウエハ6上ではスリットの光束FILが傾いた角度から入射し、ウエハ6上(観察物体上)で反射した光は、対物レンズ405の瞳面上の照明光FILが通過した位置に対して、光軸に対称な位置を通過してミラー410、第1リレーレンズ411に向かう。第1リレーレンズ411によって、ウエハ6上に形成されたスリット像をIP面上に再度結像し、第2リレーレンズ412を通過した後、対物レンズの瞳面と共役な開口絞り421を通過して結像レンズ420によって光電変換素子419上に、再度スリット像を結像する。この様な光学配置によってAF系を構成し、ウエハ6(観察物体)が上下駆動に対して、光電変換素子419上のスリット像が移動し、その移動量からウエハ6(観察物体)のフォーカス方向の位置を検出する事が出来る。
【0025】
従来この様なAF系には、光電変換素子419等の変動成分を除去する為に、基準となる光も構成されている。本図に於いては、第2リレーレンズ412と結像レンズ420の間に、ハーフミラー425が構成されており、このハーフミラー425によって、基準光を光電変換素子419上に導光している。
【0026】
光源413とは別な光源429から出射した光は、AF基準光照明レンズ428によって、基準光スリット427上を均一に照明する。
【0027】
基準光スリット427を通過した光は、AF基準光照明光学系426、ハーフミラー425、結像レンズ420によって、基準光スリット像を光電変換素子419上に結像させている。
【0028】
基準光と検出光との関係について、もう少し解説すると、基準光と検出光は別な光源を用いるようになっており、基準光を点灯した場合、検出光は消灯した状態にする。すると、光電変換素子419上では、基準光のみ検出され、基準となる位置を決定する。次に、測定すべきウエハ6が測定領域にある状態で、基準光側を消灯し、検出光側を点灯する。検出光は上記の様な光路を通り、光電変換素子419上に検出光スリット像を結像させる。先に検出された基準光の位置と検出光の相対位置を検出する事で、ウエハ6のフォーカス方向の位置を検出する事が出来る。この様にすることで、仮に、光電変換素子419の位置が経時的(基準光測定から検出光測定までは十分に安定している。)に変化した場合でも、基準光と検出光の相対位置を検出している為、そうした変動成分を除去することが出来ていた。
【0029】
以上の様なAF系を位置検出系に構成する事で、ウエハ6のあるチップで位置検出系のベストピント位置をこのAF系で測定しておけば、次のチップに移動した際には、このAF系から計測されるフォーカス値を使って常にベストピント位置に駆動する事が出来る。
そうすることで、各チップで駆動AF計測を行わなくて良い為、スループットの向上も図る事が出来ていた。
【0030】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の様なAF系には測定誤差を発生する要因が含まれている。それは、検出光スリット416自体が測定方向(光電変換素子上のスリットの移動方向)に動いてしまった場合、フォーカスが変化していないのにも関わらず、フォーカスがずれて測定されてしまう。
【0031】
この現象は、検出光スリット416だけではなく基準光スリット427自体が変動してしまった場合、または、中間に構成されているAF基準光照明光学系426、結像レンズ420、第2リレーレンズ412の偏心や中間に構成されているミラー418、425の傾き偏心が発生しても同様な計測誤差を発生してしまう。
また、従来の様な基準光を生成する別の光学系を構成する事は、以上の様な逆に誤差要因を発生する原因になってしまう。
【0032】
一般に、この様なAF系は、対物レンズ自体のもっているNAよりもウエハ6(観察物体)上の照明光の入射角が小さくしか構成できない。その為、フォーカス変動に対する光電変換素子上のスリットの移動敏感度が小さい。つまり、光電変換素子上のスリット像の微小量移動からフォーカス変動を測定しなければならず、この事がスリット自体等々の変動による測定誤差への影響度が大きくなってしまう事を意味している。
【0033】
本発明は上記の問題に鑑み、アライメントマークにピントを合わせる精度の点で有利な位置検出装置を提供することを目的とする。
【0034】
【課題を解決するための手
上記目的を達成するために、本発明は、物体上のアライメントマークの位置を検出する位置検出装置にいて、
第1開口部および第2開口部が形成された開口部を有し、第1開口部を通過した光を前記物体面上に斜め方向から照射且つ該第1開口部を該物体上結像する照明光学系と、
光電変換素子を有し、該物体面上からの反射光束を受光して該物体上の該第1開口部を該光電変換素子上に再結像する検出手段とを備え、
該照明光学系は、該第2開口部を通過した光該物体導光することなく該検出手段に導光する反射部材を有し
該再結像に係る該第1開口部と該反射部材を介して形成された該第2開口部該光電変換素子上での相対位置の情報を該検出手段により得得られた該情報に基づいて前記アライメントマークにピントを合わせる、ことを特徴とする位置検出装置である
【0038】
【実施例】
(第1の実施例)
まず、第1の実施例に係る位置検出装置または像検出装置のAF系に関する測定原理について、図2を用いて詳細に解説する。尚、図2に示す構成要素に関しては、AF系に関する構成要素のみを抽出して解説する。
【0039】
まず、AF用光源413から出射した光は、複数のスリットを有するスリット部材416を均一に照明する。スリット部材416の開口部であるスリット417を通過した光は、AF照明光学系415を通った後、ミラー418によって、対物レンズ405側に導光される。尚、対物レンズ405とAF照明光学系415によって、ウエハ6面上とスリット部材416とは、共役な関係(結像関係)になる。AF照明光FILは、対物レンズ405の瞳面に対し、偏心した位置を通して、ウエハ6上に導光される為、ウエハ6上に傾いた方向(角度θ)から入射し、スリット像をウエハ6上に結像している。また、ウエハ初期状態としては、実線で示した(フォーカス位置)焦点位置にあるとする。
【0040】
ウエハ6で反射した光(スリット像)は、入射角度θと同じ角度で反射し、対物レンズ405を透過して、検出系開口絞り421を通過する。開口絞り421を通過した光は、AF系リレーレンズ420を通過した後、焦点位置を検出する検出手段を構成する光電変換素子419上にスリット像を結像させる。
【0041】
ここで、開口絞り421の大きさに付いて解説すると、この開口絞り421の大きさとスリット部材416の幅は以下の条件を満足する関係になる様に、決めるとよい。
【0042】
本実施例に於いては、開口絞り421の大きさとスリット部材416の大きさ(スリット幅)を最適にすることで、光電変化素子419を検出光FMLの主光線に対して、垂直になるように配置する事が出来る。光電変換素子419を垂直に配置する事で、光電変換素子419の光の入射角度に依存した感度ムラの影響を除去出来る。その為には、ウエハ6上に結像されるスリット部材416のスリットの大きさ(スリット幅)に対して、開口絞り421の大きさで決まるウエハ6上のNA(図中:α)(つまり解像力)を計測したいフォーカス範囲に対して、スリット像のコントラスト変化の影響が発生しない様に絞れば良い。(スリット部材416の焦点深度をフォーカス計測範囲よりも大きくする。)そうすることで、ウエハ6の面と光電変化素子419の面を検出光FMLの主光線に対して、所謂シャインプルーフの関係にする必要が無く、つまり、検出光FMLの主光線に対して垂直に配置する事が出来る。
【0043】
ところで、ウエハ6の面が検出光FMLの主光線方向に△Zだけずれた位置にあるとする。すると、ウエハ6上に投影されたスリット像は、2△Z×tanθ分だけずれた位置になる。尚、上記の様に開口絞り421の大きさを決めている為、ΔZフォーカスが変動しても、ウエハ6上に投影されるスリット像のコントラストは殆ど変化しない。
【0044】
先と同様に、対物レンズ405の瞳面に配置された開口絞り421を通過した(破線で示した光)FML’は、AF系リレーレンズ420を通過し、ウエハ6上のスリット像を先とはdだけずれた位置で光電変換素子419上に結像させる。ここで、対物レンズ405及び、AF系リレーレンズ420で決まるウエハ6から光電変換素子419上までの結像倍率をβとすると、デフォーカス量△Zと入射角度θには、以下の関係が成り立つ。
【0045】
d=2×β×△Z×tanθ
これを、△Zについて書き改めると、
△Z=d/(2βtanθ)
となり、設計値的に決まるβ、θ及び、光電変換素子419から得られるdより、デフォーカス△Zが求められる。
以上が、本実施例におけるAF系の基本原理であり、更にAFスリットをマルチタイプ(複数本)にしたのが、図12に示すAF系である。
【0046】
図12では図2に示すのと同じ構成要素に関しては、同符号を付してあり、それらの構成要素について解説は省略する。
図12に於いては、AFスリット部材416が複数本のスリット(本図では3本)で構成されている。AFスリット部材416のそれぞれのスリットISa、ISb、IScを通過した光は、図2に示すのと同様に、AF照明光学系415を通過した後、対物レンズ405を通して、3本のスリット像として、ウエハ6面上にその像を投影させる。
【0047】
その後、ウエハ6面上で反射した光は、対物レンズ405を再度通過し、対物レンズ405の瞳面(或いは、瞳面近傍)に配置された開口絞り421を通過し、AFリレーレンズ420によって、光電変換素子419上に、スリット像を結像させる。
【0048】
スリットISa、ISb、ISc、はそれぞれ、光電変換素子419上にMSa、MSb、MScとして結像されている。
【0049】
尚、この検出系開口絞り421の大きさは先に述べた条件を満足する大きさである。
【0050】
次に、ウエハ6が△Zだけずれた位置に配置されたとすると、図2に示す装置について解説したと同様に、光束は破線の様に通過し、光電変換素子419上でdだけ全体がずれた位置(MSa’、MSb’、MSc’)にスリット像を結像させる。
【0051】
3本のスリットはそれぞれ、dだけずれた位置で検出される。ここで、3本の平均的な位置を求めることで、平均化効果により、精度が向上する。
【0052】
一般的に、この様に検出マークを複数本にする事によって、精度が向上し、本AF系に於いても、マルチマーク(複数本)する事で、検出精度の向上が見込まれる。
【0053】
以上の様に、スリットをマルチマーク化し、マークの平均的な位置変化dを求める事で、ウエハ6の焦点位置をより高精度に検出することが出来る。
【0054】
次に本発明の第1の実施例に付いて図1に基づいて詳細に解説する。
尚、アライメント検出系としては、前述の図5に示したのと同じ為、解説は省略する。
AF照明光源413から出射した光は、照明レンズ414により、スリット部材416上を均一に照明する。スリット部材416は、複数本(2本以上)のスリットが構成されており(本図に於いては、3本)、今、第1開口部である検出光スリット部450を通過した光に付いて、解説する。
【0055】
スリット部450を通過した光FIL(実線)は、AF照明光学系415、ミラー418、第2リレーレンズ412によって、スリット像を中間結像面IP上に結像している。中間結像面IP上には、部分的に反射する部分反射部材422が構成されている。検出光スリット部450を通過した光は、この部分反射部材422の透過部を透過し、第1リレーレンズ411側にそのまま導光される。第1リレーレンズ411を透過した後、ダイクロミックミラー410(前述)で反射し、対物レンズ瞳面406で偏心した位置を通過する。対物レンズ405を通過した光は、瞳面上で偏心している為、ウエハ6面上に斜め方向から照射されて検出光FILとなり、スリット部450像をウエハ6上に結像させる。ウエハ6からの反射光FMLは、対物レンズ405の瞳面406で入射光とは光軸の反対側を通過し、再度、ダイクロミックミラー410、第1リレーレンズ411、部分反射部材422を透過し、開口絞り421を通過する。尚、この部分反射部材422は、ウエハ6のフォーカス検出位置範囲内で、検出光を遮蔽しない程度の大きさにする必要がある。
【0056】
開口絞り421は、前述の様に、対物レンズ405の瞳面406と共役或いはほぼ共役な位置に配置され、且つ対物レンズ405の光軸中心からは偏心した位置に配置されているのは、前述と同様である。また、開口絞り421の大きさは、先に解説した様に、ウエハ6のフォーカス検出範囲内でスリット像のコントラスト変化が許容出来るまで、絞った大きさとしている。開口絞り421を通過した光FMLは、結像レンズ420によって、ウエハ6上に結像した検出光スリット450像を光電変換素子419上に結像している。従って、ウエハ6のフォーカス方向の位置変化を光電変換素子419上でのスリット位置として検出する事が出来るのは、原理で解説した通りである。
【0057】
一方、基準光に関して解説する。スリット部材416上の第2開口部としての基準光スリット部417を通過した光は、検出光FILと同様に、AF照明光学系415、ミラー418、第2リレーレンズ412を通って、その像は中間結像面IP上に結像される。但し、この基準光スリット部417の結像位置には、部分反射部材422の反射面が構成されており、基準光スリット部417の光は、第1リレーレンズ側を通過する事無く、直接、第2リレーレンズ412、開口絞り421側に導光される。その後は、結像レンズ420によって検出光と同様に光電変換素子419上にその像を結像させている。但し、検出光とは異なった位置に結像されている。基本的なこの位置関係は、スリット部材416から光電変換素子419までの結像倍率(AF照明光学系415と結像レンズ420で決まる)と基準光スリット部417から検出光スリット部450までの距離とで決まる。
【0058】
基準光スリット部417と検出光スリット部450を同じスリット部材416に構成し、基準光と検出光の光電変換素子419上での相対位置を同時に検出する事で、ウエハ6の焦点位置を検出する事が出来る。
【0059】
以上の構成を取ることで、従来の様な基準光照明系と言う別光学系を構成する必要が無く、検出系としてシンプルな構成が可能となり、且つ誤差要因が発生する構成要素を削減出来る。また、スリット部材416自体の変動、ミラー418、AF照明光学系415、第2リレーレンズ412、結像光学系420、光電変換素子419等の多数の構成要素の変動に対して、補正可能となり、ウエハ6面上のより高精度な焦点位置の検出が可能となる。
【0060】
ここで、基準光と検出光の関係に付いて、図6を用いて詳細に解説する。
まず、図6(a)には、スリット部材416上のスリット部を示している。RSa、RSbは共に、基準光が通るスリット部を示しており、部分反射部材422によって、対物レンズ405側を介さず直接、光電変換素子419側に導光される。
【0061】
一方、スリット(MSa、MSb、MSc:本図では3本)部を通った検出光は、前述の様にウエハ6側まで到達し、光電変換素子419上にその像が結像される。この様に、基準光に対して、検出光を挟み込む様に配置する事には、メリットがある。それは、上記の様な検出系には、大小なりとも倍率の誤差や、ディストーションと言った光学的な誤差要因がある。基準光と検出光を挟み込まない配置にすると、上記の光学的な誤差要因を大きく受け、オフセットが発生してしまう。
【0062】
従って、基準光に対し検出光を挟み込むことで、倍率やディストーションが振り分けられ、このような光学的な誤差要因の影響は受けなくなると言うメリットがある。
【0063】
ここで、図6(b)には、ウエハ6が基本焦点位置(ベストフォーカス位置)にある場合の、基準光と検出光の光電変換素子419から得られる信号波形が模式的に示されている。この様に、ベストフォーカス位置では、基準光の信号に対して、検出光が中心になるように配置されている。ところが、図6(c)に示すように、ウエハ6がフォーカス方向に駆動した場合、検出光信号のみが横方向に移動する。この移動量e(RSaとRsbの中心位置とMSa〜MScまでの中心位置ズレ)を検出する事で、ウエハ6の焦点位置を検出する事が出来る。検出光に関しては、3本のスリット像位置から平均的な位置を算出し、この情報により焦点位置を検出する事で、マルチマーク効果(平均化効果)が得られる。
【0064】
一方、例えば、ウエハ6の焦点位置が変わらずに、光電変換素子419が計測方向に動いてしまった場合を考える。この場合(図6(d)、基準光を構成していなければ、検出光の位置は変化してしまう。しかし、本実施例に於いては基準光自体も同量だけ変化し、結果として基準光と検出光との相対位置は変化せず従って、AF計測だまされは発生しない事となる。
【0065】
AF計測には、ウエハ6(測定物体)の反射率によって、光量調整を行う必要がある。
例えば、Siのウエハ基板とレジストを塗布したウエハ基板では、AF検出光の光電変換素子419まで戻って来る光量は異なっている。勿論、半導体製造過程の様々な工程を考慮するとより反射率変化は大きいと云える。
【0066】
本実施例では、同一のスリットに基準光と検出光の両方を構成し、且つ同じ光源で照明している。その為、例えば、ウエハ6がAF光源波長に対して反射率が低い場合、検出精度を上げるよう最適光量とする為、光源の光量を上げる必要がある。但し、検出光の光量に合わせて、光源の光量を上げるため、同時に照明されている基準光の光量は非常に大きな物となってしまう。
【0067】
そうなると、基準光から光がフレア等の漏れ光を発生し、検出光の妨げとなってしまう可能性がある。これに対しては、基準光の光量を予め小さくなる様にしておけば良い。
【0068】
つまり、基準光を測定する場合、AF光源の光量を最大にして初めて信号強度が得られる様に基準光スリットの面積を検出光スリットの面積よりも小さくしておく。
【0069】
或いは、部分反射部材422の基準光反射面の反射率を予め小さくしておくと良い。如何なる手法でも、要するに基準光の光量を検出光の光量に比べ、小さくする事が出来れば良い。
【0070】
以上で説明した構成の場合の計測手順に関して、図7を用いて解説する。
図7(a)は、基準光スリットの面積を検出光スリットに比べ小さくしているスリットを示している。計測信号強度は、このスリットの面積に比例して、増減するように構成されている(例えば、非計測方向に積算する)。この様に予め基準光スリット信号強度と検出光スリット信号強度とを比べて基準光の信号強度の方が小さくなるようにしておき、ウエハ6の無い状態で、AF計測する。その時、図7(b)に示すように、ウエハ6面には反射物体が無い為、基準光の信号しか発生しておらず、基準光の位置だけを検出しその位置を記憶しておく。次に、ウエハ6面上に比較的反射率の高い(AF光源を暗くする)場合の基準光と検出光信号の模式図を図7(c)に示す。この様に、反射率が比較的高いウエハ6の場合、基準光は検出光信号の外側に、信号強度の低い状態で検出される。従って、検出光への漏れ光の様な現象は発生しない。次に、ウエハ6の反射率が最も悪い(AF光源が最も明るい)場合の信号を図7(d)に示す。このように、AF光源を最大にして初めて、基準光の信号が最適になるようにしている為、この場合に付いても、基準光の漏れ光の影響は発生しない。
【0071】
以上の様に、検出光スリット部450と同じ部材に基準光スリット部417を設け、中間結像面上に配置した部分反射部材422によって、基準光はウエハ6を介さずに直接、光電変換素子419ヘ導光し、検出光との相対位置を検出し、ウエハ6の焦点位置検出をする為、基準光専用の光学系が不要となり、且つ多数の変動要因の除去が出来、高精度なAF計測が可能となる。また装置の拡大化を防ぐ事が出来る。
【0072】
尚、本実施例に示した様な、スリットの配置及びレンズ、ミラーに付いては、これらに限定される物ではない。つまり、基準光スリットと検出光スリットを同一部材上に構成し、基準光だけを検出系内に構成された反射部材によって、光電変換素子419側に導光する物で有れば、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更は可能である。
【0073】
但し、本実施例では、スリット部材416、部分反射部材422、光電変換素子419が全て共役関係になるように配置している為、部分反射部材422の傾き偏心(当然ミラーの為、平行偏心は効かない)が発生しても、基準光の位置は変化しないと言うメリットもある。
【0074】
(第2の実施例)
図8には、第1の実施例で示したスリット照明部を表している。上述のように、基準光と検出光を同じ光源で照明し検出する場合、第1の実施例の様に基準光と、検出光との測定タイミングを異ならせ、シリアルに基準光と検出光を測定しなければならない。つまり、基本的に様々のウエハ6(反射率)に対して、基準光と検出光を同時に測定出来ず、その間の変動成分が発生する可能性がある。
【0075】
そこで、第2の実施例では、AFスリット部の照明系に関して、基準光と検出光を同時に計測出来る構成に付いて解説する。
【0076】
図9は、光源413にバンドルファイバを使った照明系を示している。
このバンドルファイバは、出射口では1本になっており、入射側は2本になっている事を特徴とする。入射側のファイバ1本には、基準光側の光源431aとその光をファイバに導光する照明光学系430aが構成されており、ファイバ413a側に基準光となる光を導光している。
【0077】
一方、検出系側は、同様に検出系側の光源431bとその光をファイバに導光する照明光学系430bによってファイバ413bに導光している。光源431aと431bはそれぞれ独立に光量調整可能な構成になっている。
【0078】
ファイバ413aと413bは413で1本のファイバとして束ねられ且つ、断面を見ると、内側にはファイバ413bを充填し、その周辺部に413aを配置するようなファイバになっている。ファイバ413の出射端面は、照明レンズ432と414により、スリット部材416上に結像する様になっている。且つその端面の像とスリットの関係は、図に示すように、ファイバ413a部に基準光スリット部417が入り、ファイバ413bに検出光スリット部450が入るように構成されている。この様に、照明系を構成する事で、基準光と検出光を独立に調光できる。従って、ウエハ6の反射率に依存せずに、基準光の光量を最適に出来、ウエハ6に合わせて検出光の光量だけを調光する事ができる。その為、いかなる反射率を持ったウエハ6に対しても、基準光と検出光を同時に計測出来、より焦点位置検出の高精度化を図る事が出来る。
【0079】
尚、本発明は本実施例に示したファイバの形態に限定される物ではない。つまり、入射光側が2つあり、出射光側が1本になっているファイバを使用し、ファイバ出射端面とスリットが結像関係に構成されている物で有れば、ファイバの断面形状、光学配置は本実施例に限定されない。
【0080】
(第3の実施例)
第2の実施例と同様に、第3の実施例に係るAF照明系に関して、図10を用いて解説する。
【0081】
本図に於いて上述の図9に示したスリット部材416から照明レンズ432までは同じ構成となっている。異なる点は、スリット部材416と共役な面にファイバの代わりに、部分反射ミラー433を配置している点にある。部分反射ミラー433の反射領域とスリット部材416上の検出光スリット部が一致するように配置されている。光源435aから出射した光は、照明光学系434aによって、部分反射ミラー433を照明する。部分反射ミラー433によって反射した光は、照明レンズ432、414によって検出光スリット部を照明している。一方、光源435aとは別光源435bから出射した光は照明レンズ434bを介して、照明レンズ432、414を通して、基準光スリット上を照明してる。つまり、部分反射ミラー433によって、光源435aの光を検出光スリット部に導光し、部分反射ミラー433で遮光されない光源435bの光を基準光スリット部を照明する様に構成している。
【0082】
以上の様に、構成する事で、基準光と検出光を別個に調光することが出来、第2の実施例と同様に、基準光と検出光を同時に出射して測定する事が出来る。
【0083】
(第4の実施例)
上記の例に示す構成では、照明レンズ432が構成されなくてはならなかったが、このレンズを構成せずに、同様な効果が得られる第4の実施例に付いて、図11を用いて解説する。
【0084】
検出光スリット部を照明する光源436aはある広がりを持った光を出射する。同様に、光源436bも広がりを持った光を出射する。それぞれの光源436a,436bと照明レンズ414との間には、部分反射ミラー433が構成されている。光源436a、436bとスリットはフーリエ変換の関係になっており、光源436bの出射した光を角度に依存させて遮光するように構成している。この様に構成を簡略化する事が出来、且つ基準光と検出光が独立に調光出来る為、基準光と検出光を同時に出射して計測出来る。従って、より高精度なウエハ6の焦点位置検出が可能となる。
【0085】
【デバイス生産方法の実施例】
次に上記説明した検出装置を備えた露光装置または露光方法を利用したデバイスの生産方法の実施例を説明する。
図13は微小デバイス(ICやLSI等の半導体チップ、液晶パネル、CCD、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等)の製造のフローを示す。ステップ1(回路設計)ではデバイスのパターン設計を行う。ステップ2(マスクまたはレチクル製作)では設計したパターンを形成したマスク(レチクル)を製作する。一方、ステップ3(ウエハ製造)ではシリコンやガラス等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ4(ウエハプロセス)は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ5(組み立て)は後工程と呼ばれ、ステップ4によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程(ダイシング、ボンディング)、パッケージング工程(チップ封入)等の工程を含む。ステップ6(検査)ではステップ5で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷(ステップ7)される。
【0086】
図14は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ11(酸化)ではウエハの表面を酸化させる。ステップ12(CVD)ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ13(電極形成)ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ14(イオン打込み)ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ15(レジスト処理)ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ16(露光)では上記説明した位置または像検出装置を有する露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ17(現像)では露光したウエハを現像する。ステップ18(エッチング)では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ19(レジスト剥離)ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【0087】
本実施例ではこの繰り返しの各プロセスにおいて、上記述べたようにアライメント電子ビームの加速電圧を最適に設定することで、プロセスに影響を受けず正確な位置合わせを可能としている。
本実施例の生産方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度のデバイスを低コストに製造することができる。
【0088】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、アライメントマークにピントを合わせる精度の点で有利な位置検出装置を提供することができる
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施例に係る位置または像検出装置を示す概略図である。
【図2】 本発明の第1の実施例に係るフォーカス検出(AF)系の原理図である。
【図3】 位置検出系を備えた投影露光光学系の概略図である。
【図4】 位置検出系の概略図である。
【図5】 従来の位置検出装置の一例を示す詳細図である。
【図6】 基準光と検出光信号の模式図である。
【図7】 基準光と検出光光量の関係を示した模式図である。
【図8】 本発明の第1の実施例に係るAF照明系を示す概略図である。
【図9】 本発明の第2の実施例に係るAF照明系を示す概略図である。
【図10】 本発明の第3の実施例に係るAF照明系を示す概略図である。
【図11】 本発明の第4の実施例に係るAF照明系を示す概略図である。
【図12】 マルチマーク化したAF系の原理図である。
【図13】 微小デバイスの製造の流れを示す図である。
【図14】 図13におけるウエハプロセスの詳細な流れを示す図である。
【符号の説明】
1:露光照明光学系、2:レチクル(マスク)、3:投影露光光学系、4:位置検出系、5:フォーカス検出系、6:ウエハ、8:ウエハステージ、10:ウエハ駆動系、13:アライメント基準マーク、14:制御ユニット、405:対物レンズ、413:AF光源、415:AF照明光学系、416:AFスリット部材、417:スリット(第2開口部)、419:光電変換素子、420:AF系リレーレンズ、421:開口絞り、422:部分反射部材、450:スリット(第1開口部)。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present inventionobjectOn the bodyalignmentmarkPosition ofDetectRuPosition detection device.
[0002]
[Prior art]
Recent progress in the manufacturing technology of semiconductor devices is remarkable, and the progress of microfabrication technology accompanying it is also remarkable. In particular, optical processing technology is mainly reduced projection exposure equipment with submicron resolution, commonly known as steppers. To further improve resolution, the numerical aperture (NA) of the optical system is increased and the exposure wavelength is shortened. It has been.
Along with the shortening of the exposure wavelength, the exposure light source has also been changed from a g-line or i-line high-pressure mercury lamp to an KrF or ArF excimer laser.
[0003]
On the other hand, with the improvement of the resolution of the projection pattern, high precision is also required for the alignment for relative alignment of the wafer and the mask (reticle) in the projection exposure apparatus. A projection exposure apparatus is not only a high-resolution exposure apparatus but also a function as a highly accurate position detection apparatus.
[0004]
Furthermore, in recent years, the introduction of a wafer surface planarization technique called CMP (Chemical Mechanical Polishing) has been promoted as a semiconductor manufacturing process. As a background for promoting CMP, there is a reduction in the depth of focus of the exposure image plane as the wavelength of exposure light becomes shorter. Further, as the integration of the semiconductor chip itself increases, the vertical structure becomes thicker than before, and it becomes difficult to focus on the entire exposure region. Therefore, by flattening the step, there is an advantage that the entire area of all chips on the wafer can be focused within the depth of focus.
[0005]
Under such a background, an off-axis alignment detection system (hereinafter referred to as “Off-Axis AA”) is used as a wafer alignment method. This is arranged at a position different from the projection exposure optical system, detects the position of the alignment mark on the wafer without using the projection exposure optical system, and aligns the wafer based on the detection result.
[0006]
On the other hand, as a conventional alignment method, there is a method of detecting an alignment mark on a wafer using an alignment wavelength of non-exposure light via a projection light optical system called TTL-AA (Through the Lens Auto Alignment).
[0007]
The advantage of TTL-AA is that the optical axis of the projection exposure optical system and the optical axis of TTL-AA (so-called “baseline”) can be arranged very short, so that the amount of wafer stage drive during alignment measurement and exposure is small. . Accordingly, it is possible to suppress a measurement error caused by a change in the distance between the optical axis of the projection exposure optical system and the optical axis of TTL-AA due to the environmental change around the wafer stage. In other words, there is an advantage that the fluctuation of the baseline is small.
[0008]
However, when the exposure light shifts to short wavelength light such as KrF laser or ArF laser, the glass material used is limited, so that it becomes difficult to correct chromatic aberration with respect to the alignment wavelength of the projection exposure optical system. Therefore, an OA detection system that is not affected by the chromatic aberration of the projection exposure optical system has become important.
[0009]
Further, in the case of the OA detection system, there is an advantage that a light source having an arbitrary wavelength or a wide wavelength range can be used because no projection exposure optical system is used. As an advantage of using broadband wavelength light, it is possible to remove the influence of thin film interference on the photosensitive material (resist) coated on the wafer. Therefore, it can be said that an OA detection system capable of correcting aberrations with respect to broadband wavelength light is an important alignment detection system.
[0010]
A projection exposure optical system having a conventional OA detection system will be described with reference to a schematic diagram shown in FIG.
Light IL emitted from an exposure illumination optical system 1 including an exposure light source (a light source such as a mercury lamp, a KrF excimer laser, or an ArF excimer laser) illuminates a mask (reticle) 2 forming a pattern. At this time, the reticle 2 is placed in advance on the reticle holders 12 and 12 'so that the optical axis AX of the projection exposure optical system 3 and the center of the reticle pattern coincide with each other by the alignment detection system 11 disposed above (or below) the reticle 2. It is positioned.
[0011]
With the light passing through the reticle pattern, the projection exposure optical system 3 transfers the image onto the wafer 6 held on the wafer stage 8 at a predetermined magnification. Note that irradiating irradiation light from above the reticle and sequentially exposing the reticle pattern onto the wafer 6 at a fixed position via the projection exposure optical system is called a stepper, and the reticle and wafer are relatively driven (reticle of the reticle). An exposure apparatus that drives a drive amount multiplied by the projection magnification of the wafer drive amount is called a scanner (scanning exposure apparatus).
[0012]
On the other hand, the wafer 6 includes a type called a second wafer on which a pattern has already been formed. When the next pattern is formed on this wafer, the position of the wafer must be detected in advance. The position detection method includes the above-described TTL-AA method and OA detection method.
[0013]
Here, an alignment method including an OA detection system will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, the OA detection system 4 is configured separately from the projection exposure optical system 3, and the wafer stage 8 is driven by a wafer drive system 10 based on an interferometer 9 capable of measuring a lateral distance. The wafer 6 is positioned in the observation area of the OA detection system 4. With respect to the wafer 6 positioned by the interferometer 9, the position of the alignment mark formed on the wafer 6 is detected by the OA detection system 4, and the arrangement information of the chips (elements) formed on the wafer 6 can be obtained. I can do it.
[0014]
Next, based on the arrangement information of the chips (elements), the wafer 6 is sequentially exposed by driving the wafer stage 8 to the exposure area (reticle transfer area) of the projection exposure optical system 3.
[0015]
Here, a focus detection system 5 for measuring the focus direction of the projection exposure optical system 3 is configured in the exposure area of the normal projection exposure optical system 3. In the configuration of the focus detection system 5, the light emitted from the illumination light source 501 illuminates the slit pattern 503 through the illumination lens 502. The slit pattern 503 is imaged on the wafer 6 by the illumination optical system 504 and the mirror 505 with the light transmitted through the slit pattern 503.
[0016]
The slit pattern projected on the wafer 6 is reflected on the wafer surface and enters a mirror 506 and a detection optical system 507 which are configured on the opposite side of the illumination system. The detection optical system 507 re-images the slit image formed on the wafer 6 on the photoelectric conversion element 508. As the wafer 6 moves up and down, the slit image on the photoelectric conversion element 508 moves, and the distance in the focus direction of the wafer 6 can be measured from the amount of movement. Usually, a plurality of slits (multiple points on the wafer 6) are prepared, and the respective focus positions are detected (multipoint measurement on the wafer 6), whereby the image plane of the reticle image of the projection exposure optical system 3 is obtained. It is also possible to measure the tilt of the wafer with respect to. The driving of the wafer stage 8 by the wafer driving system 10 is controlled by the control unit 14.
[0017]
On the other hand, the OA detection system 4 will be described with reference to the schematic diagram of FIG. In FIG. 4, the light guided from the illumination light source 401 (fiber or the like) is guided to the polarization beam splitter 403 by the illumination optical system 402. The S-polarized light perpendicular to the paper surface reflected by the polarizing beam splitter 403 passes through the relay lens 404 and the λ / 4 plate 409, is converted into circularly polarized light, and is formed on the wafer 6 through the objective lens 405. Marker AM is illuminated by Koehler.
[0018]
Reflected light, diffracted light, and scattered light generated from the alignment mark AM return to the objective lens 405 and the λ / 4 plate 409 again, and are converted into P-polarized light parallel to the paper surface, and pass through the polarization beam splitter 403 to be coupled. An image of the alignment mark AM is formed on the photoelectric conversion element 408 (for example, a CCD camera) by the image optical system 407. Based on the position of the alignment mark image subjected to photoelectric conversion, the position of the wafer 6 is detected.
[0019]
At this time, in order to accurately detect the alignment mark AM on the wafer 6, the image of the alignment mark AM must be clearly detected. That is, the focus of the OA detection system 4 must be aligned with the alignment mark AM.
[0020]
However, in the OA detection system as described above, the focus detection system 5 that is normally configured in the projection exposure optical system 3 cannot be configured due to the limitation of the surrounding space.
Therefore, when there is no separate focus detection system in the OA detection system 4, the focus value is once measured by the focus detection system 5 configured under the projection exposure optical system 3, and then the measurement area of the OA detection system is set. After driving, the position detection mark must be observed.
[0021]
In this way, for example, if a drive error occurs in the focus direction as another component due to the lateral drive of the wafer stage, or if the wafer is tilted, it is difficult for the OA detection system 4 to focus on the entire wafer. turn into. Therefore, each time a position is detected for a plurality of chips on the wafer 6, for example, a plurality of measurements are performed while moving the position in the focus direction, such as measuring the contrast of an image (hereinafter referred to as “driving AF measurement”). Measurement must be performed, resulting in a decrease in throughput.
[0022]
Therefore, it is considered that the OA detection system itself is configured with a focus detection system corresponding to the focus detection system 5.
A focus detection system (hereinafter referred to as “AF system”) configured in the conventional OA detection system 4 will be described based on the schematic diagram of FIG. In addition, about the part (part already mentioned above) which functions as a position detection system, the same code | symbol is described, description is abbreviate | omitted, and only a different part is demonstrated.
[0023]
The light emitted from the AF light source 413 illuminates the slit 416 (one or a plurality) on which the pattern is formed by the illumination lens 414. The effect of forming a plurality of slits is to improve the measurement accuracy (averaging effect) when detecting the position of the slit (described later). The light passing through the slit is further guided to the second relay lens 412 by the illumination lens 415 and the mirror 418. The mirror 418 is arranged substantially at a conjugate position with a Fourier transform plane (hereinafter referred to as “pupil plane”) of an observation object of an objective lens 405 described later. The light passing through the second relay lens 412 forms a slit image on the intermediate image plane IP, and then the slit image is formed on the observation object (on the wafer 6) by the first relay lens 411, the mirror 410, and the objective lens 405. Is imaged. The light source wavelength of the position detection system is different from the light source wavelength of the AF system. The mirror 410 is formed of a dichroic mirror so that the AF system light is reflected and the position detection system light is transmitted. be able to.
[0024]
Further, as shown in FIG. 5, the light flux FIL of the illumination system is configured to pass through a position decentered from the optical axis on the pupil plane of the objective lens. For this reason, the light flux FIL of the slit is incident on the wafer 6 from an inclined angle and the light reflected on the wafer 6 (on the observation object) is relative to the position where the illumination light FIL on the pupil plane of the objective lens 405 has passed. Then, the light passes through a position symmetrical to the optical axis and travels toward the mirror 410 and the first relay lens 411. The slit image formed on the wafer 6 is formed again on the IP surface by the first relay lens 411, passes through the second relay lens 412, and then passes through the aperture stop 421 conjugated with the pupil plane of the objective lens. Then, a slit image is formed again on the photoelectric conversion element 419 by the imaging lens 420. An AF system is configured by such an optical arrangement, and the slit image on the photoelectric conversion element 419 moves with respect to the vertical driving of the wafer 6 (observation object). Can be detected.
[0025]
Conventionally, in such an AF system, a reference light is also configured in order to remove fluctuation components such as the photoelectric conversion element 419. In this figure, a half mirror 425 is formed between the second relay lens 412 and the imaging lens 420, and the reference light is guided onto the photoelectric conversion element 419 by the half mirror 425. .
[0026]
Light emitted from a light source 429 different from the light source 413 illuminates the reference light slit 427 uniformly by the AF reference light illumination lens 428.
[0027]
The light passing through the reference light slit 427 forms a reference light slit image on the photoelectric conversion element 419 by the AF reference light illumination optical system 426, the half mirror 425, and the imaging lens 420.
[0028]
The relationship between the reference light and the detection light will be explained a little more. The reference light and the detection light are different from each other. When the reference light is turned on, the detection light is turned off. Then, only the reference light is detected on the photoelectric conversion element 419, and a reference position is determined. Next, with the wafer 6 to be measured in the measurement region, the reference light side is turned off and the detection light side is turned on. The detection light passes through the optical path as described above, and forms a detection light slit image on the photoelectric conversion element 419. By detecting the position of the reference light detected previously and the relative position of the detection light, the position of the wafer 6 in the focus direction can be detected. By doing so, even if the position of the photoelectric conversion element 419 changes with time (from the reference light measurement to the detection light measurement is sufficiently stable), the relative position of the reference light and the detection light. Because this was detected, such fluctuation components could be removed.
[0029]
By configuring the AF system as described above as a position detection system, if the best focus position of the position detection system is measured with this chip with a chip on the wafer 6, when moving to the next chip, The focus value measured from the AF system can be used to always drive to the best focus position.
By doing so, it is not necessary to perform driving AF measurement on each chip, and thus throughput can be improved.
[0030]
[Problems to be solved by the invention]
However, the AF system as described above includes a factor that causes a measurement error. That is, when the detection light slit 416 itself moves in the measurement direction (the movement direction of the slit on the photoelectric conversion element), the measurement is performed with the focus shifted, although the focus has not changed.
[0031]
This phenomenon occurs when not only the detection light slit 416 but also the reference light slit 427 itself is changed, or the AF reference light illumination optical system 426, the imaging lens 420, and the second relay lens 412 that are configured in the middle. The same measurement error occurs even when the eccentricity of the mirrors 418 and 425 and the inclination eccentricity of the mirrors 418 and 425 formed in the middle occur.
Constructing another optical system for generating the reference light as in the prior art will cause an error factor in the reverse manner as described above.
[0032]
In general, such an AF system can be configured such that the incident angle of illumination light on the wafer 6 (observation object) is smaller than the NA of the objective lens itself. Therefore, the movement sensitivity of the slit on the photoelectric conversion element with respect to focus fluctuation is small. In other words, it is necessary to measure the focus fluctuation from the minute movement of the slit image on the photoelectric conversion element, which means that the influence on the measurement error due to the fluctuation of the slit itself and the like becomes large. .
[0033]
  The present invention has been made in view of the above problems., Advantageous in terms of accuracy of focusing on the alignment markProviding a position detection devicethingWith the goal.
[0034]
[Hands to solve problems]Steps]
  In order to achieve the above object, the present invention provides a position detection device for detecting the position of an alignment mark on an object.OhAnd
  An opening in which the first opening and the second opening are formed.MouthMaterialHaveTheIrradiate light that has passed through the first opening onto the object surface from an oblique direction.ShiAnd the first opening on the objectInAn illumination optical system for imaging,
  Having a photoelectric conversion element,Receiving the reflected light beam from the object surfaceOn the objectThe first openingofimageRe-imaged on the photoelectric conversion elementDetecting means for
  The illumination optical system includes theLight that has passed through the second openingTheThe objectInLight guideWithoutGuide to the detection meansHas a reflective member,
  Related to the re-imagingThe first openingofimageAnd formed through the reflecting memberThe second openingofimageWhenofOf the relative position on the photoelectric conversion elementinformationObtained by the detection means,Based on the information obtainedFocus on the alignment mark,thingCharacterized byIt is a position detection device.
[0038]
【Example】
(First embodiment)
First, the measurement principle regarding the AF system of the position detection apparatus or image detection apparatus according to the first embodiment will be described in detail with reference to FIG. Note that the components shown in FIG. 2 will be described by extracting only the components related to the AF system.
[0039]
First, the light emitted from the AF light source 413 uniformly illuminates the slit member 416 having a plurality of slits. The light that has passed through the slit 417 that is the opening of the slit member 416 passes through the AF illumination optical system 415 and is then guided to the objective lens 405 side by the mirror 418. The objective lens 405 and the AF illumination optical system 415 form a conjugate relationship (image formation relationship) between the wafer 6 surface and the slit member 416. Since the AF illumination light FIL is guided onto the wafer 6 through a position decentered with respect to the pupil plane of the objective lens 405, the AF illumination light FIL is incident on the wafer 6 from an inclined direction (angle θ), and a slit image is formed on the wafer 6. Imaged above. Further, it is assumed that the wafer is in the initial focus state (focus position) indicated by the solid line.
[0040]
The light (slit image) reflected by the wafer 6 is reflected at the same angle as the incident angle θ, passes through the objective lens 405, and passes through the detection system aperture stop 421. The light that has passed through the aperture stop 421 passes through the AF relay lens 420 and then forms a slit image on the photoelectric conversion element 419 that constitutes the detection means for detecting the focal position.
[0041]
Here, the size of the aperture stop 421 will be described. The size of the aperture stop 421 and the width of the slit member 416 may be determined so as to satisfy the following conditions.
[0042]
In this embodiment, the size of the aperture stop 421 and the size of the slit member 416 (slit width) are optimized so that the photoelectric change element 419 is perpendicular to the principal ray of the detection light FML. Can be placed. By arranging the photoelectric conversion element 419 vertically, it is possible to remove the influence of sensitivity unevenness depending on the incident angle of light of the photoelectric conversion element 419. For that purpose, the NA (in the figure: α) on the wafer 6 determined by the size of the aperture stop 421 with respect to the size of the slit (slit width) of the slit member 416 imaged on the wafer 6 (that is, α) It is sufficient to limit the focus range where the resolution is to be measured so that the influence of the contrast change of the slit image does not occur. (The depth of focus of the slit member 416 is made larger than the focus measurement range.) By doing so, the surface of the wafer 6 and the surface of the photoelectric change element 419 are in a so-called Scheinproof relationship with respect to the principal ray of the detection light FML. In other words, it can be arranged perpendicular to the principal ray of the detection light FML.
[0043]
By the way, it is assumed that the surface of the wafer 6 is shifted by ΔZ in the principal ray direction of the detection light FML. Then, the slit image projected on the wafer 6 is shifted by 2ΔZ × tan θ. Since the size of the aperture stop 421 is determined as described above, the contrast of the slit image projected on the wafer 6 hardly changes even if the ΔZ focus changes.
[0044]
Similarly to the above, FML ′ that has passed through the aperture stop 421 disposed on the pupil plane of the objective lens 405 (light indicated by a broken line) passes through the AF relay lens 420, and the slit image on the wafer 6 is the first. Is imaged on the photoelectric conversion element 419 at a position shifted by d. Here, when the imaging magnification from the wafer 6 to the photoelectric conversion element 419 determined by the objective lens 405 and the AF relay lens 420 is β, the following relationship is established between the defocus amount ΔZ and the incident angle θ. .
[0045]
d = 2 × β × ΔZ × tan θ
If we rewrite this for △ Z,
ΔZ = d / (2β tan θ)
Thus, defocus ΔZ is obtained from β and θ determined by design values and d obtained from the photoelectric conversion element 419.
The above is the basic principle of the AF system in this embodiment, and the AF system shown in FIG. 12 is a multi-type (multiple) AF slit.
[0046]
In FIG. 12, the same components as those shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and explanations of those components are omitted.
In FIG. 12, the AF slit member 416 includes a plurality of slits (three in this figure). The light that has passed through the slits ISa, ISb, and ISc of the AF slit member 416 passes through the AF illumination optical system 415 and then passes through the objective lens 405 as shown in FIG. The image is projected on the surface of the wafer 6.
[0047]
Thereafter, the light reflected on the surface of the wafer 6 passes through the objective lens 405 again, passes through the aperture stop 421 disposed on the pupil plane (or in the vicinity of the pupil plane) of the objective lens 405, and is reflected by the AF relay lens 420. A slit image is formed on the photoelectric conversion element 419.
[0048]
The slits ISa, ISb, and ISc are imaged on the photoelectric conversion element 419 as MSa, MSb, and MSc, respectively.
[0049]
Note that the size of the detection system aperture stop 421 satisfies the above-described conditions.
[0050]
Next, assuming that the wafer 6 is disposed at a position shifted by ΔZ, the light beam passes as shown by a broken line, and the whole is shifted by d on the photoelectric conversion element 419, as described for the apparatus shown in FIG. A slit image is formed at the positions (MSa ′, MSb ′, MSc ′).
[0051]
Each of the three slits is detected at a position shifted by d. Here, by obtaining three average positions, the accuracy is improved by the averaging effect.
[0052]
Generally, the accuracy is improved by using a plurality of detection marks in this way, and the detection accuracy is expected to be improved by multi-marking (plurality) in the AF system.
[0053]
As described above, the focal position of the wafer 6 can be detected with higher accuracy by making the slit multi-marked and obtaining the average position change d of the mark.
[0054]
Next, the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
The alignment detection system is the same as that shown in FIG.
The light emitted from the AF illumination light source 413 uniformly illuminates the slit member 416 by the illumination lens 414. The slit member 416 has a plurality of (two or more) slits (three in the figure), and is attached to the light that has passed through the detection light slit 450 that is the first opening. I will explain.
[0055]
The light FIL (solid line) that has passed through the slit 450 forms a slit image on the intermediate image plane IP by the AF illumination optical system 415, the mirror 418, and the second relay lens 412. A partial reflection member 422 that partially reflects is formed on the intermediate image plane IP. The light that has passed through the detection light slit 450 passes through the transmission part of the partial reflection member 422 and is directly guided to the first relay lens 411 side. After passing through the first relay lens 411, it is reflected by the dichroic mirror 410 (described above), and passes through the position decentered by the objective lens pupil plane 406. Since the light that has passed through the objective lens 405 is decentered on the pupil plane, it is irradiated on the wafer 6 surface from an oblique direction to become detection light FIL, and an image of the slit portion 450 is formed on the wafer 6. The reflected light FML from the wafer 6 passes through the opposite side of the optical axis from the incident light at the pupil plane 406 of the objective lens 405, and again passes through the dichroic mirror 410, the first relay lens 411, and the partial reflection member 422. , Passing through the aperture stop 421. The partial reflection member 422 needs to have a size that does not block the detection light within the range of the focus detection position of the wafer 6.
[0056]
As described above, the aperture stop 421 is disposed at a position conjugate or substantially conjugate with the pupil plane 406 of the objective lens 405, and is disposed at a position eccentric from the optical axis center of the objective lens 405. It is the same. Further, as described above, the size of the aperture stop 421 is set to a size that allows the change in the contrast of the slit image to be allowed within the focus detection range of the wafer 6. The light FML that has passed through the aperture stop 421 forms an image of the detection light slit 450 imaged on the wafer 6 on the photoelectric conversion element 419 by the imaging lens 420. Therefore, the change in position of the wafer 6 in the focus direction can be detected as the slit position on the photoelectric conversion element 419 as described in the principle.
[0057]
On the other hand, the reference light will be explained. The light that has passed through the reference light slit 417 as the second opening on the slit member 416 passes through the AF illumination optical system 415, the mirror 418, and the second relay lens 412 in the same manner as the detection light FIL. The image is formed on the intermediate image plane IP. However, the reflection surface of the partial reflection member 422 is formed at the image formation position of the reference light slit portion 417, and the light of the reference light slit portion 417 directly passes without passing through the first relay lens side. The light is guided to the second relay lens 412 and the aperture stop 421 side. Thereafter, the image is formed on the photoelectric conversion element 419 by the imaging lens 420 in the same manner as the detection light. However, the image is formed at a position different from the detection light. The basic positional relationship is that the imaging magnification from the slit member 416 to the photoelectric conversion element 419 (determined by the AF illumination optical system 415 and the imaging lens 420) and the distance from the reference light slit 417 to the detection light slit 450. It is determined by.
[0058]
The reference light slit portion 417 and the detection light slit portion 450 are configured in the same slit member 416, and the relative position of the reference light and the detection light on the photoelectric conversion element 419 is detected at the same time, thereby detecting the focal position of the wafer 6. I can do it.
[0059]
By adopting the above configuration, it is not necessary to configure a separate optical system called a reference light illumination system as in the prior art, a simple configuration as a detection system is possible, and components that cause an error can be reduced. In addition, it is possible to correct for variations in the slit member 416 itself, variations in many components such as the mirror 418, the AF illumination optical system 415, the second relay lens 412, the imaging optical system 420, the photoelectric conversion element 419, and the like. It becomes possible to detect the focal position with higher accuracy on the surface of the wafer 6.
[0060]
Here, the relationship between the reference light and the detection light will be described in detail with reference to FIG.
First, FIG. 6A shows a slit portion on the slit member 416. RSa and RSb both indicate slits through which the reference light passes, and are guided directly to the photoelectric conversion element 419 side by the partial reflection member 422 without passing through the objective lens 405 side.
[0061]
On the other hand, the detection light that has passed through the slits (MSa, MSb, MSc: three in this figure) reaches the wafer 6 side as described above, and an image is formed on the photoelectric conversion element 419. Thus, there is an advantage in arranging the detection light so as to sandwich the reference light. This is because the detection system as described above has a magnification error and an optical error factor such as distortion. If the arrangement is such that the reference light and the detection light are not sandwiched, the above-mentioned optical error factor is greatly received and an offset occurs.
[0062]
Therefore, by sandwiching the detection light with respect to the reference light, there is an advantage that magnification and distortion are distributed, and the influence of such an optical error factor is eliminated.
[0063]
Here, FIG. 6B schematically shows signal waveforms obtained from the photoelectric conversion element 419 of the reference light and the detection light when the wafer 6 is at the basic focus position (best focus position). . Thus, at the best focus position, the detection light is arranged at the center with respect to the reference light signal. However, as shown in FIG. 6C, when the wafer 6 is driven in the focus direction, only the detection light signal moves in the lateral direction. The focal position of the wafer 6 can be detected by detecting this movement amount e (the center position of RSa and Rsb and the center position shift from MSa to MSc). As for the detection light, an average position is calculated from the positions of the three slit images, and the focal position is detected based on this information, whereby a multimark effect (average effect) can be obtained.
[0064]
On the other hand, for example, consider the case where the photoelectric conversion element 419 has moved in the measurement direction without changing the focal position of the wafer 6. In this case (FIG. 6D), if the reference light is not constituted, the position of the detection light changes. However, in this embodiment, the reference light itself changes by the same amount, and as a result, the reference light is changed. The relative position of the light and the detection light does not change, and therefore AF measurement is not fooled.
[0065]
In the AF measurement, it is necessary to adjust the light amount according to the reflectance of the wafer 6 (measurement object).
For example, the amount of light returning to the photoelectric conversion element 419 of AF detection light differs between a Si wafer substrate and a wafer substrate coated with a resist. Of course, it can be said that the reflectance change is larger when various processes in the semiconductor manufacturing process are taken into consideration.
[0066]
In the present embodiment, both the reference light and the detection light are configured in the same slit and illuminated by the same light source. Therefore, for example, when the reflectance of the wafer 6 is low with respect to the AF light source wavelength, it is necessary to increase the light amount of the light source in order to obtain the optimum light amount so as to increase the detection accuracy. However, since the light amount of the light source is increased in accordance with the light amount of the detection light, the light amount of the reference light that is simultaneously illuminated becomes very large.
[0067]
In this case, the light from the reference light may cause leakage light such as flare, which may hinder the detection light. For this, the light quantity of the reference light may be reduced in advance.
[0068]
That is, when measuring the reference light, the area of the reference light slit is made smaller than the area of the detection light slit so that the signal intensity can be obtained only when the light quantity of the AF light source is maximized.
[0069]
Alternatively, the reflectance of the reference light reflecting surface of the partial reflection member 422 may be reduced in advance. In any method, it suffices that the light amount of the reference light can be made smaller than the light amount of the detection light.
[0070]
The measurement procedure in the case of the configuration described above will be described with reference to FIG.
FIG. 7A shows a slit in which the area of the reference light slit is smaller than that of the detection light slit. The measurement signal intensity is configured to increase or decrease in proportion to the area of the slit (for example, integration in the non-measurement direction). In this way, the reference light slit signal intensity and the detection light slit signal intensity are compared in advance so that the signal intensity of the reference light is reduced, and AF measurement is performed without the wafer 6. At that time, as shown in FIG. 7B, since there is no reflecting object on the surface of the wafer 6, only the signal of the reference light is generated, and only the position of the reference light is detected and stored. Next, FIG. 7C shows a schematic diagram of the reference light and the detection light signal when the reflectance is relatively high on the surface of the wafer 6 (the AF light source is darkened). As described above, in the case of the wafer 6 having a relatively high reflectance, the reference light is detected outside the detection light signal with a low signal intensity. Therefore, a phenomenon such as leakage light to the detection light does not occur. Next, a signal when the reflectance of the wafer 6 is the worst (the AF light source is the brightest) is shown in FIG. Thus, since the signal of the reference light is optimized only when the AF light source is maximized, the influence of the leaked light of the reference light does not occur even in this case.
[0071]
As described above, the reference light slit part 417 is provided on the same member as the detection light slit part 450, and the reference light is directly passed through the photoelectric conversion element without passing through the wafer 6 by the partial reflection member 422 disposed on the intermediate image plane. Since the light is guided to 419, the relative position to the detection light is detected, and the focal position of the wafer 6 is detected, an optical system dedicated to the reference light is not required, and a large number of fluctuation factors can be eliminated, and high-precision AF Measurement is possible. In addition, expansion of the apparatus can be prevented.
[0072]
Incidentally, the arrangement of the slits and the lens and mirror as shown in the present embodiment are not limited to these. That is, if the reference light slit and the detection light slit are configured on the same member and only the reference light is guided to the photoelectric conversion element 419 side by the reflection member configured in the detection system, Various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
[0073]
However, in this embodiment, since the slit member 416, the partial reflection member 422, and the photoelectric conversion element 419 are all arranged in a conjugate relationship, the inclination eccentricity of the partial reflection member 422 (of course, because of the mirror, the parallel eccentricity is There is also an advantage that the position of the reference light does not change even if it does not work.
[0074]
(Second embodiment)
FIG. 8 shows the slit illumination unit shown in the first embodiment. As described above, when the reference light and the detection light are illuminated and detected by the same light source, the measurement timings of the reference light and the detection light are made different as in the first embodiment, and the reference light and the detection light are serially generated. Must be measured. That is, basically, the reference light and the detection light cannot be measured at the same time with respect to various wafers 6 (reflectance), and there may be a fluctuation component between them.
[0075]
Therefore, in the second embodiment, a description will be given of a configuration in which the reference light and the detection light can be simultaneously measured with respect to the illumination system of the AF slit portion.
[0076]
FIG. 9 shows an illumination system using a bundle fiber for the light source 413.
This bundle fiber is characterized in that there is one at the exit and two on the incident side. One incident-side fiber includes a light source 431a on the reference light side and an illumination optical system 430a that guides the light to the fiber, and guides light serving as reference light to the fiber 413a side.
[0077]
On the other hand, the detection system side is similarly guided to the fiber 413b by the light source 431b on the detection system side and the illumination optical system 430b that guides the light to the fiber. The light sources 431a and 431b are configured such that the light amount can be adjusted independently.
[0078]
The fibers 413a and 413b are bundled as a single fiber at 413. When the cross section is viewed, the fiber 413b is filled inside, and the fiber 413a is disposed at the periphery thereof. The exit end face of the fiber 413 forms an image on the slit member 416 by the illumination lenses 432 and 414. As shown in the drawing, the relationship between the image of the end face and the slit is such that the reference light slit portion 417 enters the fiber 413a portion and the detection light slit portion 450 enters the fiber 413b. In this way, by configuring the illumination system, the reference light and the detection light can be dimmed independently. Therefore, the light amount of the reference light can be optimized without depending on the reflectance of the wafer 6, and only the light amount of the detection light can be adjusted according to the wafer 6. Therefore, it is possible to measure the reference light and the detection light at the same time for the wafer 6 having any reflectivity, and to improve the accuracy of the focal position detection.
[0079]
The present invention is not limited to the form of the fiber shown in the present embodiment. In other words, if a fiber with two incident light sides and one outgoing light side is used and the fiber exit end face and the slit are configured in an imaging relationship, the cross-sectional shape of the fiber and the optical arrangement Is not limited to this embodiment.
[0080]
(Third embodiment)
Similar to the second embodiment, the AF illumination system according to the third embodiment will be described with reference to FIG.
[0081]
In this figure, the slit member 416 to the illumination lens 432 shown in FIG. The difference is that a partial reflection mirror 433 is arranged on the surface conjugate with the slit member 416 instead of the fiber. The reflection region of the partial reflection mirror 433 and the detection light slit portion on the slit member 416 are arranged to coincide with each other. The light emitted from the light source 435a illuminates the partial reflection mirror 433 by the illumination optical system 434a. The light reflected by the partial reflection mirror 433 illuminates the detection light slit by the illumination lenses 432 and 414. On the other hand, light emitted from a light source 435b different from the light source 435a illuminates the reference light slit through the illumination lenses 432 and 414 via the illumination lens 434b. That is, the light of the light source 435a is guided to the detection light slit portion by the partial reflection mirror 433, and the light of the light source 435b not shielded by the partial reflection mirror 433 is illuminated on the reference light slit portion.
[0082]
By configuring as described above, the reference light and the detection light can be dimmed separately, and the reference light and the detection light can be emitted and measured simultaneously as in the second embodiment.
[0083]
(Fourth embodiment)
In the configuration shown in the above example, the illumination lens 432 has to be configured. However, FIG. 11 is used in connection with a fourth embodiment in which the same effect can be obtained without configuring this lens. Explain.
[0084]
The light source 436a that illuminates the detection light slit portion emits light having a certain spread. Similarly, the light source 436b emits light having a spread. A partial reflection mirror 433 is formed between each of the light sources 436 a and 436 b and the illumination lens 414. The light sources 436a and 436b and the slit have a Fourier transform relationship, and the light emitted from the light source 436b is shielded depending on the angle. In this way, the configuration can be simplified, and the reference light and the detection light can be dimmed independently, so that the reference light and the detection light can be emitted and measured simultaneously. Accordingly, it is possible to detect the focal position of the wafer 6 with higher accuracy.
[0085]
[Example of device production method]
Next, an embodiment of a device production method using the exposure apparatus or the exposure method provided with the detection apparatus described above will be described.
FIG. 13 shows a flow of manufacturing a microdevice (a semiconductor chip such as an IC or LSI, a liquid crystal panel, a CCD, a thin film magnetic head, a micromachine, etc.). In step 1 (circuit design), a device pattern is designed. In step 2 (mask or reticle fabrication), a mask (reticle) on which the designed pattern is formed is fabricated. On the other hand, in step 3 (wafer manufacture), a wafer is manufactured using a material such as silicon or glass. Step 4 (wafer process) is called a pre-process, and an actual circuit is formed on the wafer by lithography using the prepared mask and wafer. The next step 5 (assembly) is referred to as a post-process, and is a process for forming a semiconductor chip using the wafer produced in step 4, such as an assembly process (dicing, bonding), a packaging process (chip encapsulation), and the like. including. In step 6 (inspection), the semiconductor device manufactured in step 5 undergoes inspections such as an operation confirmation test and a durability test. Through these steps, the semiconductor device is completed and shipped (step 7).
[0086]
FIG. 14 shows a detailed flow of the wafer process. In step 11 (oxidation), the wafer surface is oxidized. In step 12 (CVD), an insulating film is formed on the wafer surface. In step 13 (electrode formation), an electrode is formed on the wafer by vapor deposition. In step 14 (ion implantation), ions are implanted into the wafer. In step 15 (resist process), a photosensitive agent is applied to the wafer. In step 16 (exposure), the circuit pattern of the mask is printed onto the wafer by exposure using the exposure apparatus having the position or image detection apparatus described above. In step 17 (development), the exposed wafer is developed. In step 18 (etching), portions other than the developed resist image are removed. In step 19 (resist stripping), unnecessary resist after etching is removed. By repeatedly performing these steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer.
[0087]
In the present embodiment, in each of the repeated processes, the alignment electron beam acceleration voltage is optimally set as described above, thereby enabling accurate alignment without being affected by the process.
By using the production method of this embodiment, a highly integrated device that has been difficult to manufacture can be manufactured at low cost.
[0088]
【The invention's effect】
  As described above, according to the present invention,It is possible to provide a position detection device that is advantageous in terms of accuracy of focusing on the alignment mark..
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a position or image detection apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a principle diagram of a focus detection (AF) system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view of a projection exposure optical system provided with a position detection system.
FIG. 4 is a schematic diagram of a position detection system.
FIG. 5 is a detailed view showing an example of a conventional position detection device.
FIG. 6 is a schematic diagram of a reference light and a detection light signal.
FIG. 7 is a schematic diagram showing a relationship between reference light and detection light quantity.
FIG. 8 is a schematic diagram showing an AF illumination system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic view showing an AF illumination system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic view showing an AF illumination system according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a schematic diagram showing an AF illumination system according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a principle diagram of a multi-mark AF system.
FIG. 13 is a diagram showing a flow of manufacturing a microdevice.
FIG. 14 is a diagram showing a detailed flow of the wafer process in FIG. 13;
[Explanation of symbols]
1: exposure illumination optical system, 2: reticle (mask), 3: projection exposure optical system, 4: position detection system, 5: focus detection system, 6: wafer, 8: wafer stage, 10: wafer drive system, 13: Alignment reference mark, 14: control unit, 405: objective lens, 413: AF light source, 415: AF illumination optical system, 416: AF slit member, 417: slit (second opening), 419: photoelectric conversion element, 420: AF relay lens, 421: aperture stop, 422: partial reflection member, 450: slit (first opening).

Claims (9)

物体上のアライメントマークの位置を検出する位置検出装置にいて、
第1開口部および第2開口部が形成された開口部を有し、第1開口部を通過した光を前記物体面上に斜め方向から照射且つ該第1開口部を該物体上結像する照明光学系と、
光電変換素子を有し、該物体面上からの反射光束を受光して該物体上の該第1開口部を該光電変換素子上に再結像する検出手段とを備え、
該照明光学系は、該第2開口部を通過した光該物体導光することなく該検出手段に導光する反射部材を有し
該再結像に係る該第1開口部と該反射部材を介して形成された該第2開口部該光電変換素子上での相対位置の情報を該検出手段により得得られた該情報に基づいて前記アライメントマークにピントを合わせる、ことを特徴とする位置検出装置。
And have you in the position detecting device for detecting the position of the alignment mark on the object,
Has an open mouth member first opening and the second opening is formed, said object a and first opening by irradiating light that has passed through the first opening from an oblique direction on the object plane An illumination optical system that forms an image on the top;
A photoelectric conversion element, and detecting means for re-imaging on the photoelectric conversion element the image of said first opening on a reflection light beam by the light receiving said object from the該物body surface,
The illumination optical system includes a reflecting member for guiding the detecting means without guiding the light passing through the second opening to said object,
Obtained by the detection means information relative position on the photoelectric conversion elements of the image of the second opening formed through an image and the reflection member of the first opening of the該再imaging, A position detecting device , wherein the alignment mark is focused based on the obtained information .
前記第1開口部と前記第2開口部とを照明するための光源を有する、ことを特徴とする請求項1に記載の位置検出装置。The position detection device according to claim 1 , further comprising a light source for illuminating the first opening and the second opening. 前記光電変換素子により得られる前記第1開口部に対応する第1信号強度に比べ、前記光電変換素子により得られる前記第2開口部に対応する第2信号強度小さくなるように構成されている、ことを特徴とする請求項1に記載の位置検出装置。Compared to the intensity of the first signal corresponding to the image of the first opening portion obtained by the photoelectric conversion element, the intensity of the second signal is smaller corresponding to the image of the second opening portion obtained by the photoelectric conversion element The position detection device according to claim 1, wherein the position detection device is configured as described above. 前記開口部材は、前記第1開口部を挟む2つの前記第2開口部が形成されている、ことを特徴とする請求項1に記載の位置検出装置。 Said opening member, the position detecting device according to claim 1 in which two of said second openings sandwiching the first opening is formed, it is characterized. 前記検出手段の検出範囲から前記物体を退避させて、前記第2開口部の像の位置を前記検出手段により得る、ことを特徴とする請求項1に記載の位置検出装置。 Wherein the detection range of the detection means is retracted to said object, said position of the image of the second opening portion obtained by the detecting means, the position detecting device according to claim 1, characterized in that. 前記光源は、前記第1開口部を照明する光源と前記第2開口部を照明する光源とを含む、ことを特徴とする請求項に記載の位置検出装置。 The light source position detecting device according to claim 2, wherein the first light source for illuminating an opening and a light source for illuminating the second opening, it is characterized. 前記反射部材は、前記第2開口部共役な位置に配置されている、ことを特徴とする請求項1に記載の位置検出装置。The reflecting member, the position detecting device according to claim 1, wherein the second is disposed in the opening a conjugate position, it is characterized. 請求項1〜7のいずれかに記載の位置検出装置を備え、該位置検出装置によりアライメントマークの位置を検出された物体を露光する、ことを特徴とする露光装置。An exposure apparatus comprising the position detection device according to claim 1 , wherein an object whose alignment mark position is detected by the position detection device is exposed . 請求項8に記載の露光装置を用いて物体を露光するステップと、前記ステップで露光された該物体を現像するステップとを有する、ことを特徴とするデバイス製造方法。A device manufacturing method comprising: exposing an object using the exposure apparatus according to claim 8 ; and developing the object exposed in the step .
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