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JPS63128205A - Reduced projection type alignment system - Google Patents

Reduced projection type alignment system

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Publication number
JPS63128205A
JPS63128205A JP61273996A JP27399686A JPS63128205A JP S63128205 A JPS63128205 A JP S63128205A JP 61273996 A JP61273996 A JP 61273996A JP 27399686 A JP27399686 A JP 27399686A JP S63128205 A JPS63128205 A JP S63128205A
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JP
Japan
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alignment
pattern
wafer
reduction projection
semi
Prior art date
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Application number
JP61273996A
Other languages
Japanese (ja)
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JPH0658208B2 (en
Inventor
Toshihiko Nakada
俊彦 中田
Yoshitada Oshida
良忠 押田
Masataka Shiba
正孝 芝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Priority to US06/944,524 priority patent/US4795261A/en
Publication of JPS63128205A publication Critical patent/JPS63128205A/en
Publication of JPH0658208B2 publication Critical patent/JPH0658208B2/en
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7073Alignment marks and their environment
    • G03F9/7076Mark details, e.g. phase grating mark, temporary mark

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

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レチクル上の回路パターンを縮小投影レンズ
を介してウェハ上に露光する際、両者をアライメントす
る縮小投影式アライメント方式に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a reduction projection alignment method for aligning a circuit pattern on a reticle when exposing the circuit pattern onto a wafer through a reduction projection lens.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

半導体集積回路の微細化が進行するのに伴い、縮小投影
露光装置で露光する際のレチクルとウェハとのアライメ
ント精度はますます高精度化が要求されている。そのた
め、1チツプ毎にアライメントが行えるようにしてウェ
ハ内のチップの配列誤差に対応できる縮小投影レンズを
介すTTL(スルーザレンズ: Through Th
e Lens)アライメント方式が、今後の高集積回路
の製造において主流となってきている。
As the miniaturization of semiconductor integrated circuits progresses, the alignment precision between a reticle and a wafer during exposure using a reduction projection exposure apparatus is required to be more precise. Therefore, through-the-lens (TTL) technology is used, which uses a reduction projection lens that can perform alignment for each chip and deal with errors in the arrangement of chips within a wafer.
The e-Lens alignment method is becoming mainstream in the production of highly integrated circuits in the future.

第16図は、TTLアライメント方式の一例を示したも
のである。レチクル1の回路パターンは縮小投影レンズ
2を介し、ウェハ3上に1ないし数チップずつ露光され
る。4はウェハステージ、16はチップである。まず、
レチクルアライメント光学系5,5′により、レチクル
初期設定用パターン15.15’の位置を検出してレチ
クル1を初期位置にセットする。次にウェハ上のアライ
メントパターン14.14’ を縮小投影レンズ2を介
してレチクル1上のアライメントパターン(窓パターン
)13.13’上に結像し、両パターンをウェハアライ
メント検出光学系で検出する。
FIG. 16 shows an example of the TTL alignment method. The circuit pattern on the reticle 1 is exposed onto the wafer 3 one to several chips at a time through a reduction projection lens 2 . 4 is a wafer stage, and 16 is a chip. first,
The reticle alignment optical system 5, 5' detects the position of the reticle initial setting pattern 15, 15' and sets the reticle 1 at the initial position. Next, the alignment pattern 14.14' on the wafer is imaged onto the alignment pattern (window pattern) 13.13' on the reticle 1 through the reduction projection lens 2, and both patterns are detected by the wafer alignment detection optical system. .

ウェハアライメント検出光学系は、ミラー6゜6′、リ
レーレンズ7.7’ 、拡大レンズ8,8′、可動スリ
ット9.9’ 、光電子増倍管10,10’及び露光光
と同じ波長のアライメント用照明光を発する光ファイバ
11.11’ より成る。もし、検出したウェハアライ
メントパターン14゜14′とレチクルアライメントパ
ターン13゜13′の位置が一致していない場合にはウ
ェハ3を搭載するウェハステージ4をX方向及びY方向
に移動して両パターン14.14’ 、13.13’の
位置を一致させる。このようにしてアライメン1〜が終
了すると、露光系12により、露光光が照射される。尚
、この種のアライメント方式として関連するものは、特
開昭55−41739号公報が挙げられる。
The wafer alignment detection optical system includes a mirror 6°6', a relay lens 7.7', magnifying lenses 8, 8', a movable slit 9.9', photomultiplier tubes 10, 10', and an alignment unit with the same wavelength as the exposure light. It consists of an optical fiber 11.11' that emits illumination light. If the detected positions of the wafer alignment pattern 14° 14' and the reticle alignment pattern 13° 13' do not match, move the wafer stage 4 on which the wafer 3 is mounted in the X and Y directions so that both patterns 14 .Match the positions of 14' and 13.13'. When alignment 1~ is completed in this way, the exposure system 12 irradiates exposure light. A related alignment method of this type is JP-A-55-41739.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上記TTLアライメント方式において、従来から指摘さ
れながら、依然として解決されない問題点が、ウェハ上
のホトレジストの塗布むらに起因したアライメント精度
の低下である。この問題は、半導体集積回路が微細化し
、要求されるアライメント精度が高くなるに伴い、近年
極めて深刻な問題となっている。
In the above TTL alignment method, a problem that has been pointed out in the past but still remains unsolved is a decrease in alignment accuracy due to uneven coating of photoresist on the wafer. This problem has become extremely serious in recent years as semiconductor integrated circuits have become smaller and the required alignment precision has become higher.

第17図に示すように、ホトレジストは、スピンコータ
(回転塗布機)でウェハ3を高速回転させ(R方向)、
その遠心力によりウェハ全面に1〜2μm(単層レジス
トの場合)の厚さに塗布される。従って、ホトレジスト
の流れる方向は矢印A、B、C,Dで示すようにウェハ
中心から放射状に広がる方向となる。第18図はチップ
17のr方向アライメントパターン19の拡大図である
As shown in FIG. 17, the photoresist is coated by rotating the wafer 3 at high speed (in the R direction) using a spin coater (rotary coating machine).
Due to the centrifugal force, the resist is applied to a thickness of 1 to 2 μm (in the case of a single layer resist) over the entire surface of the wafer. Therefore, the direction in which the photoresist flows is the direction in which it spreads radially from the center of the wafer as shown by arrows A, B, C, and D. FIG. 18 is an enlarged view of the r-direction alignment pattern 19 of the chip 17.

通常、アライメントパターンは第18図に示すように凹
もしくは凸の段差パターンで構成されており、その上に
塗布されたホトレジスト23の膜厚は段差の形状に応じ
てゆるやかな曲線を描く。尚、ここで21はS↓基板、
22はSJO□層である。さて、第17図に示すように
、チップ17の1方向アライメントパターン19はレジ
ストの流れ方向Bと平行であるが、チップ18のに方向
アライメントパターン20はレジストの流れ方向Cと直
角になっている。その結果、第19図(α)に示すよう
にアライメントパターン19近傍のパターン位置検出方
向のホトレジスト膜厚分布は左右対称となるが、一方向
図(b)に示すようにアライメントパターン20近傍の
ホトレジスト膜厚分布は、パターン段差部でホトレジス
1−の流れが乱れ、左右非対象となる。尚、同図(ct
)及び(b)において、B及びCはレジストの流れる方
向を示している。アライメントパターン19及び20は
パターン照明光24tL及び25oLによって照明され
るが、パターンからの反射光は近似的にホトレジスト表
面からの反射光24b、25bとSL基板21もしくは
S=O□層22層面2表面反射光24G、25Gとの干
渉光として得られる。従って第21図に示すように、ホ
トレジスト23の膜厚に応じてその干渉光強度は周期的
に変化する。その結果、アライメントパターン19から
の反射光強度分布は第20図(C)に示すように左右対
称となるが、アライメントパターン20からの反射光強
度分布は同図(b)に示すように左右非対称となる。従
って検出信号波形の対称性を利用し、波形の対称中心を
アライメントパターンの中心位置とする従来のアライメ
ン1一方式においては、同図(b)に示すように真のパ
ターン中心位置ム、に対し、)cdをパターン中心位置
とみなしてしまい、誤差e工が生じ、アライメント精度
の低下を招いていた。また、TTLアライメント方式に
おいては、塗布むらだけでなく、ホトレジストの塗布膜
厚によってパターン検出信号のコントラストが大きく変
化するという問題も従来から指摘されている。
Usually, the alignment pattern is composed of a concave or convex step pattern as shown in FIG. 18, and the thickness of the photoresist 23 applied thereon draws a gentle curve depending on the shape of the step. In addition, here 21 is S↓ board,
22 is the SJO□ layer. Now, as shown in FIG. 17, the unidirectional alignment pattern 19 of the chip 17 is parallel to the flow direction B of the resist, but the directional alignment pattern 20 of the chip 18 is perpendicular to the flow direction C of the resist. . As a result, the photoresist film thickness distribution in the pattern position detection direction near the alignment pattern 19 becomes symmetrical as shown in FIG. The film thickness distribution becomes asymmetrical because the flow of the photoresist 1- is disturbed at the step portion of the pattern. In addition, the same figure (ct
) and (b), B and C indicate the direction in which the resist flows. The alignment patterns 19 and 20 are illuminated by pattern illumination lights 24tL and 25oL, but the reflected light from the patterns is approximately the same as the reflected light 24b, 25b from the photoresist surface and the layer surface 2 surface of the SL substrate 21 or S=O□ layer 22. It is obtained as interference light with reflected lights 24G and 25G. Therefore, as shown in FIG. 21, the intensity of the interference light changes periodically depending on the thickness of the photoresist 23. As a result, the intensity distribution of the reflected light from the alignment pattern 19 is symmetrical as shown in FIG. 20(C), but the intensity distribution of the reflected light from the alignment pattern 20 is asymmetrical as shown in FIG. 20(b). becomes. Therefore, in the conventional alignment system 1, which utilizes the symmetry of the detection signal waveform and uses the center of symmetry of the waveform as the center position of the alignment pattern, as shown in FIG. , ) cd was regarded as the pattern center position, resulting in an error e and a decrease in alignment accuracy. Furthermore, in the TTL alignment method, it has been pointed out that not only coating unevenness but also the problem that the contrast of the pattern detection signal changes greatly depending on the coating thickness of the photoresist has been pointed out.

本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、ホトレ
ジストの塗布膜厚及び塗布むらに起因したアライメント
精度の低下を除去し、安定した高い精度でレチクルとウ
ェハとをアライメントできる縮小投影式アライメント方
式を提供することにある。
In view of the above-mentioned problems of the prior art, it is an object of the present invention to provide a reduction projection type alignment that eliminates the deterioration in alignment accuracy caused by the thickness and unevenness of photoresist coating, and enables stable and highly accurate alignment of a reticle and a wafer. The goal is to provide a method.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、上記目的を達成するため、まず、ウェハ上に
塗布されたホトレジストと空気界面での反射率、ホトレ
ジストとウェハアライメントパターンを構成する段差パ
ターン界面での反射率に着目した。すなわち、アライメ
ントパターンとしてSLの段差パターンを考えると、通
常ホトレジスト・空気界面での反射率は5゜5%(空気
の屈折率1、O,ホトレジストの屈折率1.61(波長
514nm))程度であるのに対し、ホトレジスト・ア
ライメントパターン(段差パターン)界面での反射率は
24%(S−の屈折率4.75(波長514nm) )
と高い値を示す。そこで、第1図に示す光学系を発明す
るに至った。図において、レーザ光源等の可干渉性光源
40からの照明光41はビームスプリッタ42により、
2方向に分離される。
In order to achieve the above object, the present invention first focused on the reflectance at the interface between the photoresist coated on the wafer and air, and the reflectance at the interface between the photoresist and the step pattern constituting the wafer alignment pattern. In other words, when considering the step pattern of SL as an alignment pattern, the reflectance at the photoresist/air interface is usually about 5.5% (air refractive index 1, O, photoresist refractive index 1.61 (wavelength 514 nm)). In contrast, the reflectance at the photoresist alignment pattern (step pattern) interface is 24% (S- refractive index 4.75 (wavelength 514 nm))
shows a high value. Therefore, we came up with the invention of the optical system shown in FIG. In the figure, illumination light 41 from a coherent light source 40 such as a laser light source is transmitted by a beam splitter 42.
Separated in two directions.

一方は、アライメント照明光43として縮小投影レンズ
2を介してウェハ上のアライメントパターン48を照明
する。アライメントパターン48は5=45の段差パタ
ーンで形成されており、その上にホトレジスト46が塗
布されている。他方は、半透明鏡51(第1図の光学系
では透過率O)に入射する。今、ビームスプリッタ42
から半透明鏡51までの光路長Qrを、同じくビームス
プリッタ42からホトレジスト46表面までの光路長と
ほぼ等しくし、その光路長差を可干渉性光源40の可干
渉距離内に設定すると、ホトレジスト46表面からの反
射光49、s、z45の段差パターンとホトレジスト4
6との界面47からの反射光50及び半透明鏡51から
の反射光52は、ビームスプリッタ42においてそれぞ
れ互いに干渉し。
One side illuminates the alignment pattern 48 on the wafer through the reduction projection lens 2 as alignment illumination light 43 . The alignment pattern 48 is formed of a 5=45 step pattern, and a photoresist 46 is applied thereon. The other beam enters a semi-transparent mirror 51 (transmittance O in the optical system shown in FIG. 1). Now, beam splitter 42
If the optical path length Qr from the to the semi-transparent mirror 51 is made almost equal to the optical path length from the beam splitter 42 to the surface of the photoresist 46, and the optical path length difference is set within the coherence distance of the coherent light source 40, the photoresist 46 Step pattern of reflected light 49, s, z 45 from the surface and photoresist 4
The reflected light 50 from the interface 47 with the mirror 6 and the reflected light 52 from the semi-transparent mirror 51 interfere with each other at the beam splitter 42.

干渉光53が得られる。詳細は次頁の「作用」で述べる
が、この干渉光53は第8図(え)及び(b)に示すよ
うに、ビームスプリッタ42における半透明鏡51から
の反射光52の波面と界面47からの反射光52の波面
の光軸方向の相対的な傾きに応じ縞パターン95c、9
5bとなる。
Interference light 53 is obtained. The details will be described in "Operation" on the next page, but as shown in FIGS. The striped patterns 95c and 9 are formed according to the relative inclination of the wavefront of the reflected light 52 in the optical axis direction.
It becomes 5b.

尚、矢印は両波面の傾き方向を示している。ここで、こ
の縞パターン95cL、95bは、上記各界面の反射率
を考慮すると、主として段差パターンとホトレジスト4
6との界面47からの反射光50と半透明鏡51からの
反射光との干渉の影響が最も強く、アライメントパター
ン48の段差部において、段差深さaだけ位相が変化す
ることに起因した大きな信号変化が得られる。従って、
相対的にホトレジスト46の膜厚d (z)に起因した
干渉の影響は小さくなる。そこで、本発明はこの縞パタ
ーン95cL、95bを拡大レンズ及び撮像装置を備え
たアライメント光学系(図示せず)により検出し、アラ
イメントパターン48の段差部に対応した縞パターンの
信号変化位置を抽出し、それからアライメントパターン
48の中心位置を求め、別途検出したレチクルアライメ
ントパターンの中心位置よりアライメント量を求め、相
対的にアライメントすることにより、上記目的を達成す
るものである。尚、第2図は、アライメントパターン4
8に入射する平行ビームからなる照明光43を示した拡
大図である。
Note that the arrows indicate the direction of inclination of both wavefronts. Here, the striped patterns 95cL and 95b are mainly formed by the step pattern and the photoresist 4, considering the reflectance of each interface.
The influence of interference between the reflected light 50 from the interface 47 with the alignment pattern 48 and the reflected light from the semi-transparent mirror 51 is the strongest, and a large amount of interference occurs due to the phase change by the step depth a at the stepped portion of the alignment pattern 48. A signal change is obtained. Therefore,
The influence of interference caused by the film thickness d (z) of the photoresist 46 is relatively small. Therefore, the present invention detects the striped patterns 95cL and 95b using an alignment optical system (not shown) equipped with a magnifying lens and an imaging device, and extracts the signal change position of the striped pattern corresponding to the stepped portion of the alignment pattern 48. Then, the center position of the alignment pattern 48 is found, and the amount of alignment is found from the center position of the separately detected reticle alignment pattern, and relative alignment is performed to achieve the above object. In addition, FIG. 2 shows alignment pattern 4.
8 is an enlarged view showing illumination light 43 consisting of a parallel beam incident on FIG.

また、本発明においては、半透明鏡は広義の鏡であり、
第1図の光学系のように透過率0の場合も含める。この
半透明鏡は、縮小投影レンズを含むウェハ上アライメン
トパターン照明光路外に設けることも、該照明光路内に
設けることも可能である。
In addition, in the present invention, a semitransparent mirror is a mirror in a broad sense,
A case where the transmittance is 0 as in the optical system shown in FIG. 1 is also included. This semi-transparent mirror can be provided outside the on-wafer alignment pattern illumination optical path that includes the reduction projection lens, or can be provided within the illumination optical path.

また、本発明においては、半透明鏡を設けた光路中に、
波面補正光学系を設けるものとする。
In addition, in the present invention, in the optical path provided with a semi-transparent mirror,
A wavefront correction optical system shall be provided.

また、本発明においては、アライメントパターン照明光
として用いる可干渉光は、時間的かつ空間的に可干渉性
を有するものとする。
Further, in the present invention, the coherent light used as the alignment pattern illumination light is temporally and spatially coherent.

〔作用〕[Effect]

第1図の光学系において、ホトレジスト46表面からの
反射光49の強度をI□、SJ:45の段差パターンと
ホトレジスト46との界面47からの反射光50の強度
を工2、半透明鏡51からの反射光52の強度をIrと
すると、3つの反射光による干渉光53の強度分布X(
χ)は近似的に(1)式でされる。
In the optical system shown in FIG. 1, the intensity of the reflected light 49 from the surface of the photoresist 46 is I□, the intensity of the reflected light 50 from the interface 47 between the step pattern of SJ: 45 and the photoresist 46 is 2, and the semi-transparent mirror 51 If the intensity of the reflected light 52 from the
χ) is approximately determined by equation (1).

但し、入:アライメント照明光の波長 7ZtL=空気の屈折率 nr=ホトレジストの屈折率 第1項は、干渉強度の直流成分を与え、第2項は反射光
49と反射光50との干渉強度の変調成分、第3項は反
射光49と反射光52との干渉強度の変調成分、第4項
は反射光50と反射光52との干渉強度の変調成分をそ
れぞれ与える。ここで、照明光41の強度を1、ビーム
スプリッタ42の反射率と透過率との比を1 : 1 
、71L= 1 、 nr=1.61(入=436nm
)、半透明鏡51の反射率を95%、ホトレジスト46
・空気界面の反射率を5.5%、段差パターン・ホトレ
ジスト46界面47の反射率を24%とすると、(1)
式の第1項は第3図の60で示す直線となり、第2項は
61、第3項は62、第4項は63で示す曲線となる。
However, input: wavelength of alignment illumination light 7ZtL = refractive index of air nr = refractive index of photoresist The first term gives the DC component of the interference intensity, and the second term gives the interference intensity of the reflected light 49 and the reflected light 50. The third term gives a modulation component of the interference intensity between the reflected light 49 and the reflected light 52, and the fourth term gives a modulation component of the interference intensity between the reflected light 50 and the reflected light 52. Here, the intensity of the illumination light 41 is 1, and the ratio of reflectance to transmittance of the beam splitter 42 is 1:1.
, 71L=1, nr=1.61 (input=436nm
), the reflectance of the semi-transparent mirror 51 is 95%, the photoresist 46
・If the reflectance of the air interface is 5.5% and the reflectance of the stepped pattern/photoresist 46 interface 47 is 24%, (1)
The first term of the equation becomes a straight line shown at 60 in FIG. 3, the second term becomes a curved line shown at 61, the third term at 62, and the fourth term at 63.

第3図より、干渉光53すなわち第8図(α)、(b)
に示す縞パターンの強度分布は、(1)式の第4項、す
なわち、段差パターン・ホトレジスト46界面47と半
透明光51からの反射光52との干渉の影響が最も強く
、アライメントパターン48の段差部で、段差深さCだ
け位相が変化することに起因した大きな信号変化が得ら
れる。これは、界面47での反射率がホトレジスト46
表面でのそれよりも高いためである。従って、相対的に
ホトレジスト46の膜厚d (χ)に起因した干渉((
1)式の第2項及び第3項)の影響は小さくなる。すな
わち、第4図(α)に示すように、アライメントパター
ン48の段差部でホトレジスト46の膜厚分布が左右非
対称となっている場合、従来のアライメント方式では、
第21図の干渉光強度曲線から明らかなように、アライ
メントパターン48からの反射光強度分布は第4図(b
)に示すように左右非対称となり、真のパターン中心位
置χ、に対し、χdをパターン中心位置とみなしてしま
い、検出誤差e−1が生じていた。
From FIG. 3, the interference light 53, that is, FIG. 8 (α), (b)
The intensity distribution of the striped pattern shown in FIG. At the stepped portion, a large signal change is obtained due to the phase change by the step depth C. This is because the reflectance at the interface 47 is higher than that of the photoresist 46.
This is because it is higher than that at the surface. Therefore, interference ((
1) The influence of the second and third terms in the equation becomes smaller. That is, as shown in FIG. 4(α), when the thickness distribution of the photoresist 46 is asymmetrical at the stepped portion of the alignment pattern 48, in the conventional alignment method,
As is clear from the interference light intensity curve in FIG. 21, the reflected light intensity distribution from the alignment pattern 48 is as shown in FIG.
), there is left-right asymmetry, and χd is regarded as the pattern center position compared to the true pattern center position χ, resulting in a detection error e-1.

一方、同図(c)は第8図(b)の縞パターンのA−A
’部の干渉光強度分布を示したものである。
On the other hand, FIG. 8(c) shows the striped pattern A-A of FIG. 8(b).
This figure shows the interference light intensity distribution in the area '.

すなわち、本発明によれば、ホトレジスト46の膜厚分
布にあまり影響されることなく、アライメントパターン
48の段差情報を忠実に反映した、高コントラストの干
渉光強度分布が得られる。その結果、理想的には真のパ
ターン中心位置X5を検出することができ、ホトレジス
トの膜厚及び塗布むらに起因したアライメント精度の低
下を除去することが可能となる。
That is, according to the present invention, it is possible to obtain a high-contrast interference light intensity distribution that faithfully reflects the step information of the alignment pattern 48 without being significantly influenced by the film thickness distribution of the photoresist 46. As a result, it is possible to ideally detect the true pattern center position X5, and it is possible to eliminate the deterioration in alignment accuracy caused by the photoresist film thickness and coating unevenness.

尚1本発明の作用は、第5図に示すように5i66、の
段差パターン上に5ue267、Su、N468の各透
明層が形成されている場合にも有効である。すなわち、
入射光74に対して、ホトレジスト69表面、各層界面
72,71.70からの反射光75.76.77.78
のうち、最も強度が高いのは下地の5j66と5402
67との界面70からの反射光78である。従って、得
られる干渉光強度分布すなわち縞パターンの強度分布は
、S↓66の段差部で大きく変化し、ホトレジスト69
の膜厚にあまり影響されず、前記と同じ効果が得られる
The effect of the present invention is also effective when transparent layers of 5ue267, Su, and N468 are formed on a step pattern of 5i66, as shown in FIG. That is,
With respect to the incident light 74, reflected light 75, 76, 77, 78 from the photoresist 69 surface and each layer interface 72, 71.70
Of these, the highest strength is the base 5j66 and 5402.
This is reflected light 78 from the interface 70 with 67. Therefore, the intensity distribution of the obtained interference light, that is, the intensity distribution of the striped pattern, changes greatly at the step S↓66, and the photoresist 69
The same effect as above can be obtained without being affected much by the film thickness.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の第1の実施例を第6図〜第12図により
説明する。
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 6 to 12.

第6図は、本発明の第1の実施例におけるアライメント
光学系を示す図である。このアライメント光学系は、ア
ライメント照明系、アライメントパターン検出光学系、
参照光路及びアライメントパターン検出信号処理系から
成る。まず可干渉光源として用いたArレーザ80(波
長514.5nm)から出射したビーム81は、ビーム
スプリッタ82、ツレ−レンズ83を経て、ビームスプ
リッタ84によりビーム86及び87に分離される。
FIG. 6 is a diagram showing an alignment optical system in the first embodiment of the present invention. This alignment optical system includes an alignment illumination system, an alignment pattern detection optical system,
It consists of a reference optical path and an alignment pattern detection signal processing system. First, a beam 81 emitted from an Ar laser 80 (wavelength 514.5 nm) used as a coherent light source passes through a beam splitter 82 and a ray lens 83, and is separated into beams 86 and 87 by a beam splitter 84.

ビーム87はミラー85b〜85f、波面補正光学系8
8及び反射鏡89(参照面)から成る参照光路に導かれ
、反射鏡89で反射されると同時に波面補正光学系によ
り、ビーム径の調整、縮小投影レンズの結像特性に対応
した波面の位相調整が施される。一方、ビーム86は、
ミラー85a、、レチクル上のミラー面1mで反射され
、縮小投影レンズ2の入射瞳2pの中心に入射し、ウェ
ハ上のアライメントパターン48を参照する。第7図は
その様子を示す拡大図であり、45発発生基板、46は
ホトレジスト、そして86が平行ビームで形成されたア
ライメント照明光である。今、ビームスプリッタ84か
ら反射鏡89までの光路長と、同じくビームスプリッタ
84からウェハ上のアライメントパターン48までの光
路長との光路長差を、反射鏡89を光軸方向に微動する
ことにより、Arレーザ80の可干渉距離内に設定する
。その結果1丁度、トワイマン・グリーンの干渉計と同
じ原理で、反射鏡89からの反射光と、アライメントパ
ターン48表面(ホトレジスト・アライメントパターン
界面47)からの反射光が干渉し、ビームスプリッタ8
4にて干渉光が得られる。この干渉光は第8図(,2)
及び(b)に示すように、ビームスプリッタ84におけ
る反射鏡89からの反射光の波面とアライメントパター
ン48表面からの波面の光軸方向の相対的な傾きに応じ
た縞パターン95α、95bとなる。この縞パターンの
間隔は両波面の相対的な傾きが大きい程小さくなる。逆
に両波面が完全に平行な場合は縞パターンがなくなり、
パターン内側と外側での光路差による干渉強度の明暗が
現れる。尚、矢印は両波面の傾き方向を、94はアライ
メント光学系の検出領域を示している。ここで、この縞
パターン954.95bには、アライメントパターン4
8の段差部において、段差深さ全位相が変化することに
起因した大きな信号変化が現れている。本発明の大きな
特長の1つは、アライメントパターン48の段差部に対
応したこの縞パターンの信号変化位置を抽出し、その位
置からアライメントパターン48の中心位置を求めるこ
とにある。ビームスプリッタ84にて得られた干渉光、
すなわち、第8図(a、)及び(b)に示す縞パターン
95α、95bをリレーレンズ83、ビームスプリッタ
82、ミラー85ノ及び拡大レンズ90を介して2次元
面体撮像素子91で撮像する。そして、光電変換された
縞パターン95cL、95bは、前処理回路92でノイ
ズ除去及びAD変換された後、計算機93に送られる。
The beam 87 is transmitted through mirrors 85b to 85f and the wavefront correction optical system 8.
8 and a reflecting mirror 89 (reference surface), and is reflected by the reflecting mirror 89. At the same time, a wavefront correction optical system adjusts the beam diameter and adjusts the phase of the wavefront corresponding to the imaging characteristics of the reduction projection lens. Adjustments will be made. On the other hand, the beam 86 is
The light is reflected by the mirror 85a, the mirror surface 1m on the reticle, enters the center of the entrance pupil 2p of the reduction projection lens 2, and refers to the alignment pattern 48 on the wafer. FIG. 7 is an enlarged view showing the situation, in which 45 is a generation substrate, 46 is a photoresist, and 86 is an alignment illumination light formed by a parallel beam. Now, the optical path length difference between the optical path length from the beam splitter 84 to the reflecting mirror 89 and the optical path length from the beam splitter 84 to the alignment pattern 48 on the wafer can be adjusted by slightly moving the reflecting mirror 89 in the optical axis direction. It is set within the coherence distance of the Ar laser 80. As a result 1, the reflected light from the reflecting mirror 89 and the reflected light from the alignment pattern 48 surface (photoresist alignment pattern interface 47) interfere, and the beam splitter 8
4, interference light is obtained. This interference light is shown in Figure 8 (,2)
As shown in (b), striped patterns 95α and 95b are formed according to the relative inclination of the wavefront of the reflected light from the reflecting mirror 89 in the beam splitter 84 and the wavefront from the surface of the alignment pattern 48 in the optical axis direction. The interval between the striped patterns becomes smaller as the relative inclination of both wavefronts increases. Conversely, if both wavefronts are completely parallel, there will be no striped pattern;
Light and dark interference intensity appears due to the optical path difference between the inside and outside of the pattern. Note that the arrows indicate the inclination direction of both wavefronts, and 94 indicates the detection area of the alignment optical system. Here, this striped pattern 954.95b includes alignment pattern 4.
At the step portion No. 8, a large signal change appears due to the change in the step depth total phase. One of the major features of the present invention is that the signal change position of this striped pattern corresponding to the stepped portion of the alignment pattern 48 is extracted, and the center position of the alignment pattern 48 is determined from that position. Interference light obtained by the beam splitter 84,
That is, the striped patterns 95α and 95b shown in FIGS. 8(a, 8b) are imaged by the two-dimensional surface solid imaging device 91 via the relay lens 83, beam splitter 82, mirror 85, and magnifying lens 90. The photoelectrically converted striped patterns 95cL and 95b are sent to a computer 93 after being subjected to noise removal and AD conversion in a preprocessing circuit 92.

本実施例では、計算機内での信号処理を簡略化し、アラ
イメント時間の短縮を図る目的で、あらかじめ縞パター
ンの方向を2次元面体撮像素子91の水平走査線と同じ
方向すなわち第8図(b)に示すと同じ方向になるよう
、反射鏡89を微調整しておく。尚、ウェハ上の1チツ
プを20mmX 20mmとすると、1チツプ内でのウ
ェハの平行度は約1μm程度であるから、一度反射鏡8
9を微調整しておけば、常にこれを監視する必要はない
。計算機内では第9図に示すフローチャートに従い、信
号処理が行われ、アライメントパターン48の中心位置
が求められる。まず、第10図(α)〜(d)に第8図
(b)のA−A’ 。
In this embodiment, in order to simplify the signal processing within the computer and shorten the alignment time, the direction of the striped pattern is set in advance in the same direction as the horizontal scanning line of the two-dimensional surface image sensor 91, that is, as shown in FIG. 8(b). Finely adjust the reflecting mirror 89 so that it points in the same direction as shown in . If one chip on a wafer is 20 mm x 20 mm, the parallelism of the wafer within one chip is about 1 μm, so once the reflecting mirror 8
If you fine-tune 9, you don't need to constantly monitor it. In the computer, signal processing is performed according to the flowchart shown in FIG. 9, and the center position of the alignment pattern 48 is determined. First, FIGS. 10(α) to (d) and AA' in FIG. 8(b).

B−B’ 、C−C’ 、D−D’部に対応する水平走
査信号964〜96dを示す。同図(必)〜(c)には
パターン段差部での位相変化による大きな信号変化が現
れているが、同図(d)すなわちD−D’は丁度綿と縞
の間の明部に相当し、信号変化は存在しない。これらの
2次元固体撮素子の総ての水平走査信号に対し、第9図
に示すフローチャートに従い、微分処理を施す。その結
果、第11図(α)〜(d)に示す信号97α〜97d
が得られる。これらの信号に対し絶対値処理を施すと第
12図(1〜(d)に示す信号98〜98dが得られる
。そこで、これらの信号に対し、適当なしきい値を設定
し、しきい値レベルに相当する画素ナンバーα□〜tL
4、b□〜b11.C1〜C4等を総ての水平走査信号
に対し求め、メモリに格納しておく。この場合、同図(
d)に示す信号のように、該当する画素ナンバーがない
水平走査信号については計算時間の短縮を図るため、以
降の処理は行わない。格納された画素ナンバーに対し、
次の処理を行い、各水平走査線ごとにアライメントパタ
ーンの中心位置(tc、be、Cc等を求める。
Horizontal scanning signals 964 to 96d corresponding to portions BB', CC', and DD' are shown. In the same figure (required) to (c), a large signal change appears due to the phase change at the step part of the pattern, but in the same figure (d), that is, D-D' corresponds to the bright area between the cotton and the stripes. However, there is no signal change. Differential processing is performed on all horizontal scanning signals of these two-dimensional solid-state sensors according to the flowchart shown in FIG. As a result, the signals 97α to 97d shown in FIG. 11(α) to (d)
is obtained. When absolute value processing is applied to these signals, signals 98 to 98d shown in Fig. 12 (1 to (d)) are obtained. Therefore, appropriate threshold values are set for these signals, and the threshold level Pixel number α□~tL corresponding to
4, b□~b11. C1 to C4, etc. are determined for all horizontal scanning signals and stored in memory. In this case, the same figure (
For horizontal scanning signals that do not have a corresponding pixel number, such as the signal shown in d), subsequent processing is not performed in order to reduce calculation time. For the stored pixel number,
The following process is performed to find the center position (tc, be, Cc, etc.) of the alignment pattern for each horizontal scanning line.

叱c=   4 Cc=     4 今、求まった各水平走査線ごとの中心位置をCル(−L
、・1〜m)で表すとすると、最終的にウェハアライメ
ントパターンの中心位置χrは(5)式で与えられる。
Cc = 4 Cc = 4 Now, calculate the center position of each horizontal scanning line by C (-L)
, ·1 to m), the final center position χr of the wafer alignment pattern is given by equation (5).

尚、ここでmは第12図(4)〜(c)に示すように絶
対値処理を施された水平走査信号において設定された適
当なしきい値レベルに対応する画素ナンバーが存在する
、換言すれば、パターン段差部に対応する信号変化が存
在する水平走査線の総数である。次に別途得られたレチ
クル上のアラメンドパターン(図示せず)の中心位置X
−rより(6)式に基づいてアライメント量△を求め、
ステージΔ=χr−xur             
   (6)4を(方向に微動させる。を方向のアライ
メントについても事情は全く同じである。アライメント
が終了すると、露光系(図示せず)より露光光が照射さ
れ、レチクル1の回路パターンがウェハ上のチップに焼
きつけられる。以上の動作を各チップごとに繰り返す。
Here, m is a pixel number corresponding to an appropriate threshold level set in the horizontal scanning signal subjected to absolute value processing, as shown in FIG. 12 (4) to (c), in other words. For example, it is the total number of horizontal scanning lines in which a signal change corresponding to a pattern step portion exists. Next, the center position X of the aramend pattern (not shown) on the reticle obtained separately
- Find the alignment amount △ based on equation (6) from r,
Stage Δ=χr−xur
(6) Move 4 slightly in the (direction). The situation is exactly the same for alignment in the direction. When the alignment is completed, exposure light is irradiated from the exposure system (not shown), and the circuit pattern on the reticle 1 is placed on the wafer. It is burned into the upper chip.The above operation is repeated for each chip.

以上のように1本実施例によれば、前項の「作用」でも
述べたように、ホトレジストの膜厚分布に影響されるこ
となく、対称性の良い高コントラストのアライメントパ
ターン検出信号が得られ、ホトレジストの塗布むらに起
因したアライメント精度の低下を除去することができる
。また、従来のアライメン1一方式の場合、塗布むらだ
けでなく、ホトレジストの塗布膜厚そのものによって、
アライメントパターン検出信号のコントラス1−が大き
く変化していたが、本実施例によれば、反射鏡89を光
軸方向に微動させることにより干渉強度を常に第3図に
示す曲線63の傾斜部分に設定し、第8図(a) 、 
(b)に示す縞パターンのコントラストを尚に高く保つ
ことが可能である。
As described above, according to this embodiment, as described in the previous section "Operation", a highly symmetrical and high contrast alignment pattern detection signal can be obtained without being affected by the photoresist film thickness distribution. Deterioration in alignment accuracy caused by uneven application of photoresist can be eliminated. In addition, in the case of the conventional one-way alignment system, not only coating unevenness but also the thickness of the photoresist coating itself causes
The contrast 1- of the alignment pattern detection signal was changing greatly, but according to this embodiment, by slightly moving the reflecting mirror 89 in the optical axis direction, the interference intensity is always kept at the slope part of the curve 63 shown in FIG. Setting, Fig. 8(a),
It is possible to maintain an even higher contrast of the striped pattern shown in (b).

また、本実施例によれば、各水平走査信号から得られる
パターンの中心位置χcj、によりチップの回転誤差を
測定することができる。すなわち、今後の高い集積回路
パターンの露光において不可欠とされているチップの回
転補正を容易に実現することが可能となる。
Further, according to this embodiment, the rotation error of the chip can be measured based on the center position χcj of the pattern obtained from each horizontal scanning signal. That is, it becomes possible to easily realize chip rotation correction, which will be indispensable in the future exposure of high-quality integrated circuit patterns.

本実施例では、各水平走査信号におけるパターン段差部
の信号変化位置を抽出するのに、信号の微分絶対値を用
いたが、他の実施例として水平走査信号96tI−〜9
6d (第10図)に直接しきい値を設定して、しきい
値レベルに相当する画素ナンバーを検出し、その値から
アライメントパターンの中心位置を求めることも可能で
ある。
In this embodiment, the differential absolute value of the signal was used to extract the signal change position of the pattern step portion in each horizontal scanning signal, but in another embodiment, the horizontal scanning signal 96tI- to 9
It is also possible to directly set a threshold value in 6d (FIG. 10), detect the pixel number corresponding to the threshold level, and determine the center position of the alignment pattern from that value.

また、他の実施例として、信号波形の対称性を利用して
、各水平走査信号に対してパターンの中心位置χclを
求めることも可能である。その際、最終的なウェハアラ
イメントパターンの中心位置ifは(5)式より求める
Furthermore, as another embodiment, it is also possible to obtain the pattern center position χcl for each horizontal scanning signal by utilizing the symmetry of the signal waveform. At this time, the final center position if of the wafer alignment pattern is determined from equation (5).

本発明の他の実施例を第13図〜第15図により説明す
る。
Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 13 to 15.

第13図は、本発明の第2の実施例におけるアライメン
ト光学系を示す図である。このアライメント光学系は、
第6図に示したアライメント光学系に対し、参照光路を
取り除き、縮小投影レンズ2の下端に半透明鏡(ダイク
ロイックミラー)100を付加し、アライメント照明光
路そのものを参照光路とした点が異なる。前述の実施例
と同様、まずArレーザ80(波長514.5om)か
ら出射したビーム81は、ビームスプリッタ 82゜リ
レーレンズ83を経て、ミラー85久、レチクル上のミ
ラー面1mで反射され、縮小投影レンズ2の入射瞳2p
の中心に入射し、半透明鏡(ダイクロイックミラー)1
00を透過した後、ウェハ上のアライメントパターン4
8を照明する。この半透明鏡(ダイクロイックミラー)
100は、その上面(縮小投影レンズ側)に反射防止膜
(波長514.5om)を、下面101に第15図に示
す反射率・透過率分光特性を有す薄膜をコーティングし
ておく。半透明鏡100を光軸方向に微動することによ
り、その下面101とアライメントパターン48表面ま
での光路長をArレーザ8oの可干渉距離内に設定する
と、フィゾーの干渉計と同じ原理で、半透明鏡100の
下面101からの反射光とアライメントパターン48表
面からの反射光が干渉し、半透明鏡100にて干渉光が
得られる。この干渉光は、前述の実施例と同様、第8図
(0−)及び(b)に示すように、半透明鏡100の下
面101からの反射光の波面とアライメントパターン4
8表面からの波面の光軸方向の相対的な傾きに応じ、縞
パターン9561,95bとなる。
FIG. 13 is a diagram showing an alignment optical system in a second embodiment of the present invention. This alignment optical system is
The difference from the alignment optical system shown in FIG. 6 is that the reference optical path is removed, a semi-transparent mirror (dichroic mirror) 100 is added to the lower end of the reduction projection lens 2, and the alignment illumination optical path itself is used as the reference optical path. As in the previous embodiment, a beam 81 emitted from an Ar laser 80 (wavelength: 514.5 ohm) passes through a beam splitter 82° relay lens 83, is reflected by a mirror 85, and is reflected by a mirror surface 1 m above the reticle, and is reduced and projected. Entrance pupil 2p of lens 2
incident on the center of the semi-transparent mirror (dichroic mirror) 1
After transmitting 00, alignment pattern 4 on the wafer
Light up 8. This semi-transparent mirror (dichroic mirror)
100 is coated with an antireflection film (wavelength: 514.5 om) on its upper surface (on the reduction projection lens side), and with a thin film having the reflectance/transmittance spectral characteristics shown in FIG. 15 on its lower surface 101. By slightly moving the semitransparent mirror 100 in the optical axis direction, the optical path length from its lower surface 101 to the surface of the alignment pattern 48 is set within the coherence distance of the Ar laser 8o. The reflected light from the lower surface 101 of the mirror 100 and the reflected light from the surface of the alignment pattern 48 interfere, and interference light is obtained at the semi-transparent mirror 100. As in the previous embodiment, this interference light is aligned with the wavefront of the reflected light from the lower surface 101 of the semi-transparent mirror 100 as shown in FIGS. 8(0-) and (b).
According to the relative inclination of the wavefront from the 8 surface in the optical axis direction, striped patterns 9561 and 95b are formed.

この縞パターンを縮小投影レンド2を介し、再び同一光
路を経た後、ビームスプリッタ82.ミラー85%及び
拡大レンズ90を介して2次元面体撮像素子91で撮像
する。以後の信号処理とアライメントパターンの中心位
置検出方法及びアライメントの手順は、前述の実施例と
全く同じであるので説明は省略する。第14図は、半透
明鏡100の微動機構を示したものである。半透明鏡1
00は縮小投影レンズ2に対し、板バネ等で支持するも
のとする(図示せず)。微動機構としては、半透明鏡1
00の上面に固定された3箇所のくさび形ベース102
α、103c、104ωに対し、くさび形可動スペーサ
102b、103b。
After passing through the reduction projection lens 2 and the same optical path again, this striped pattern is passed through the beam splitter 82. An image is captured by a two-dimensional surface image sensor 91 via a mirror 85% and a magnifying lens 90. The subsequent signal processing, method of detecting the center position of the alignment pattern, and alignment procedure are exactly the same as in the previous embodiment, so their explanation will be omitted. FIG. 14 shows the fine movement mechanism of the semi-transparent mirror 100. semi-transparent mirror 1
00 is assumed to be supported by a leaf spring or the like (not shown) with respect to the reduction projection lens 2. As a fine movement mechanism, semi-transparent mirror 1
Three wedge-shaped bases 102 fixed on the top surface of 00
Wedge-shaped movable spacers 102b, 103b for α, 103c, 104ω.

104、 bをそれぞれ3つのピエゾ素子102c。104 and b are three piezo elements 102c, respectively.

103c、104cで矢印方向に独立に微動することに
より実現している。尚、半透明鏡100の下面101の
薄膜は、第15図に示すように露光波長である436n
m(水銀ランプのg線)に対しては、極めて高い透過率
を示しており、露光時において特に問題ない。
This is realized by making slight movements independently in the directions of the arrows at 103c and 104c. The thin film on the lower surface 101 of the semi-transparent mirror 100 has an exposure wavelength of 436 nm as shown in FIG.
It shows an extremely high transmittance for m (g-line of a mercury lamp), and there are no particular problems during exposure.

本実施例によれば、前述の実施例と全く同様の効果が得
られるだけでなく、アライメント光路そのものを参照光
路としたことにより、参照光路中での外乱、あるいは縮
小投影レンズの結像特性の干渉縞パターンに及ぼす影響
が除去できる。また、参照光路を除去したことにより、
アライメント光学系が簡素化されるという効果がある。
According to this embodiment, not only can the same effects as those of the previous embodiments be obtained, but also the alignment optical path itself is used as the reference optical path, thereby preventing disturbances in the reference optical path or the imaging characteristics of the reduction projection lens. The influence on the interference fringe pattern can be removed. Also, by removing the reference optical path,
This has the effect of simplifying the alignment optical system.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以」二説明したように、本発明のアライメント方式によ
れば、TTLアライメントにおいて、従来から指摘され
ながら、依然として解決されず、又、半導体集積回路の
微細化に伴い、深刻な問題となりつつあるホトレジスト
の塗布膜厚及び塗布むらに起因したアライメント精度の
低下が除去でき、安定した高い精度でのアライメントが
可能となり。
As explained below, the alignment method of the present invention can solve the problem of photoresist alignment, which has been pointed out in the past but still remains unsolved, and which is becoming a serious problem with the miniaturization of semiconductor integrated circuits. This eliminates the decrease in alignment accuracy caused by coating film thickness and coating unevenness, making it possible to achieve stable and highly accurate alignment.

高い生産性と信頼性が得られるという効果を有す。This has the effect of providing high productivity and reliability.

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

第1図は本アライメント方式の原理を示す正面図、第2
図はアライメントパターンに入射するアライメント照射
光を示す斜視図、第3図は光路長差と干渉強度との関係
を示す図、第4図(=2)はホトレジストの塗布むらの
状態を示すアライメントパターン部の断面図、同図(b
)、(C)は従来方式と本アライメント方式での反射光
強度分布の違いを示す図、第5図は透明層を有するアラ
イメントパターン部の断面図、第6図は本発明の一実施
例におけるアライメント光学系を示す正面図、第7図は
フライメン1−パターンに入射するアライメント照射光
を示す斜視図、第8図(a)、(b)は干渉縞パターン
を示す平面図、第9図は干渉縞パターンからアライメン
トパターンの中心位置を求めるフローチャート、第10
図(ω)、(b)、(c)。 (d)は干渉縞パターンの長手方向の検出信号を示す図
、第11図((L)、(b)、(Q)、(d)は第10
図(cL)、(b)、(c)、(d)に示す検出信号の
微分処理後の信号を示す図、第12図(tLL (b)
。 (c)、(d)は第11図(d)、(b)、(c)、(
d)に示す信号の絶対値処理後の信号を示す図、第13
図は本発明の他の実施例におけるアライメント光学系を
示す正面図、第14図は半透明鏡の微動機構を示す斜視
図と拡大図、第15図は半透明鏡下面にコーティングさ
れた薄膜の反射率・透過率分光特性を示す図、第16図
は従来のTTLアライメント方式の1例を示す斜視図、
第17図はウェハ上に回転塗布されるホトレジストの流
れ方向を示す斜視図、第18図はウェハアライメントパ
ターンの拡大斜視図、第19図(Q)、 (b)はアラ
イメントパターンの方向によるホトレジスト膜厚分布の
違いを示す図、第20図(L)、 (b)は同様にアラ
イメントパターンからの反射光強度分布の違いを示す図
、第21図はホトレジスト膜厚と干渉強度との関係を示
す図である。 1・・・レチクル、2・・・縮小投影レンズ、3・・・
ウェハ、14.14’、19,20,48.73・・ウ
ェハアライメントパターン、51.89・・・反射鏡。 100・・半透明鏡、80・・・Arレーザ、91・・
・2次元面体撮像素子、93・・・計算機+ 95(L
 +95b・・・干渉縞パターン。 婉 聾−C)        Q       C)H□ 躬 (α)(b) to  図 (C)          (d) (α)(b) 栴 (α)(b) αC−χ      bc−χ If  図 (C)          (d) 12図 (C)(L:L) CC−χ       −χ 躬75図 シlL長 [nrr+ 〕 第 16  図 第t’r図 躬18図 第19図 (α)              (b)栴 20 
 図 (OL)             (b)χwχd
Figure 1 is a front view showing the principle of this alignment method, Figure 2 is a front view showing the principle of this alignment method.
The figure is a perspective view showing alignment irradiation light incident on the alignment pattern, Figure 3 is a diagram showing the relationship between optical path length difference and interference intensity, and Figure 4 (=2) is an alignment pattern showing the state of uneven coating of photoresist. Sectional view of the same figure (b
) and (C) are diagrams showing the difference in reflected light intensity distribution between the conventional method and the present alignment method, FIG. 5 is a cross-sectional view of an alignment pattern portion having a transparent layer, and FIG. 6 is a diagram showing the difference in reflected light intensity distribution between the conventional method and the present alignment method. FIG. 7 is a front view showing the alignment optical system, FIG. 7 is a perspective view showing the alignment irradiation light incident on the Flymen 1 pattern, FIGS. 8(a) and (b) are plan views showing the interference fringe pattern, and FIG. Flowchart for determining center position of alignment pattern from interference fringe pattern, 10th
Figures (ω), (b), (c). (d) is a diagram showing detection signals in the longitudinal direction of the interference fringe pattern, and FIG.
A diagram showing signals after differential processing of the detection signals shown in Figures (cL), (b), (c), and (d).
. (c), (d) are shown in Figure 11 (d), (b), (c), (
Figure 13 showing the signal after absolute value processing of the signal shown in d)
The figure is a front view showing an alignment optical system in another embodiment of the present invention, FIG. 14 is a perspective view and an enlarged view showing a fine movement mechanism of a semi-transparent mirror, and FIG. 15 is a thin film coated on the lower surface of a semi-transparent mirror. A diagram showing reflectance/transmittance spectral characteristics, FIG. 16 is a perspective view showing an example of a conventional TTL alignment method,
Fig. 17 is a perspective view showing the flow direction of the photoresist spin-coated onto the wafer, Fig. 18 is an enlarged perspective view of the wafer alignment pattern, and Figs. 19 (Q) and (b) show the photoresist film in the direction of the alignment pattern. Figures 20 (L) and (b) are diagrams showing differences in thickness distribution, and Figure 20 (L) and (b) are diagrams showing differences in intensity distribution of reflected light from alignment patterns. Figure 21 is a diagram showing the relationship between photoresist film thickness and interference intensity. It is a diagram. 1... Reticle, 2... Reduction projection lens, 3...
Wafer, 14.14', 19,20,48.73...Wafer alignment pattern, 51.89...Reflector. 100...Semi-transparent mirror, 80...Ar laser, 91...
・Two-dimensional surface image sensor, 93... Computer + 95 (L
+95b...Interference fringe pattern.婉Deaf-C) Q C)H d) Figure 12 (C) (L:L) CC-χ -χ Figure 75 SilL length [nrr+] Figure 16 Figure t'r Figure 18 Figure 19 (α) (b) Shiru 20
Figure (OL) (b) χwχd

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、レチクル上の回路パータンを縮小投影レンズを介し
てウェハ上に露光する際、可干渉性を有するアライメン
ト照明光により、ウェハ上のアライメントパターンを照
明し、ウェハ上のアライメントパターンからの反射光と
照明光とを光学的に干渉させ、該干渉によって得られる
2次元的に分布した干渉パターンと、アライメント照明
光によって照明されたレチクル上のアライメントパター
ンとを拡大レンズ及び撮像装置を備えたアライメント光
学系により検出し、両パターンの中心位置よりアライメ
ント量を求め、レチクルとウェハとを相対的にアライメ
ントするアライメント方式において、ウェハ上のアライ
メントパターン段差部に対応して該2次元的に分布した
干渉パターン内に出現する干渉パターンの形状変化位置
を検出し、該検出位置より該ウェハ上のアライメントパ
ターンの中心位置を求めることを特徴とする縮小投影式
アライメント方式。 2、干渉させる照明光を半透明鏡からの反射光とするこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の縮小投影式
アライメント方式。 3、半透明鏡は、縮小投影レンズを含むウェハ上アライ
メントパターン照明光路外に設けることを特徴とする特
許請求の範囲第2項記載の縮小投影式アライメント方式
。 4、半透明鏡は、縮小投影レンズを含むウェハ上アライ
メントパターン照明光路中に設けることを特徴とする特
許請求の範囲第2項記載の縮小投影式アライメント方式
。 5、半透明鏡を設けた光路中に波面補正光学系を設ける
ことを特徴とする特許請求の範囲第3項記載の縮小投影
式アライメント方式。 6、アライメント照明光は、時間的かつ空間的に可干渉
性を有することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
の縮小投影式アライメント方式。
[Claims] 1. When exposing a circuit pattern on a reticle onto a wafer through a reduction projection lens, the alignment pattern on the wafer is illuminated with coherent illumination light, and the alignment pattern on the wafer is The reflected light from the pattern and the illumination light are optically interfered with each other, and the two-dimensionally distributed interference pattern obtained by the interference and the alignment pattern on the reticle illuminated by the alignment illumination light are displayed using a magnifying lens and an imaging device. In an alignment method that relatively aligns the reticle and wafer by detecting the alignment using an alignment optical system equipped with a 1. A reduction projection type alignment method characterized by detecting a shape change position of an interference pattern that appears in an interference pattern distributed in the wafer, and determining the center position of the alignment pattern on the wafer from the detected position. 2. The reduction projection alignment method according to claim 1, wherein the illumination light to be interfered with is reflected light from a semi-transparent mirror. 3. The reduction projection alignment method according to claim 2, wherein the semi-transparent mirror is provided outside the optical path for illuminating the on-wafer alignment pattern including the reduction projection lens. 4. The reduction projection alignment method according to claim 2, wherein the semi-transparent mirror is provided in an optical path for illuminating an on-wafer alignment pattern that includes a reduction projection lens. 5. The reduction projection type alignment method according to claim 3, characterized in that a wavefront correction optical system is provided in the optical path provided with the semi-transparent mirror. 6. The reduction projection alignment method according to claim 1, wherein the alignment illumination light has temporal and spatial coherence.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5438413A (en) * 1993-03-03 1995-08-01 Kla Instruments Corporation Process for measuring overlay misregistration during semiconductor wafer fabrication

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