JPH0448203A - Exposure device - Google Patents
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- JPH0448203A JPH0448203A JP2157954A JP15795490A JPH0448203A JP H0448203 A JPH0448203 A JP H0448203A JP 2157954 A JP2157954 A JP 2157954A JP 15795490 A JP15795490 A JP 15795490A JP H0448203 A JPH0448203 A JP H0448203A
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Landscapes
- 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
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、 微細パターンを持つ1ミクロンもしくはそ
れ以下のサブミクロンのルールを持つ半導体装置等の露
光装置に関するものであも従来の技術
半導体装置は最近ますます高密度化され 各々の素子の
微細パターンの寸法は1ミクロン以下に及んでいも 従
来からのLSI製造時のフォトマスクとLSIウェハの
位置合わせCヨ ウェハに設けた位置合わせマークを
用いて、ウェハを着装したステージの回転と2軸平行移
動により、フォトマスク上のマークとウェハ上のマーク
を重ね合わせることによって行っていた力丈 その位置
合わせ精度は±0.3ミクロン程度あり、サブミクロン
の素子を形成する場合には、 合わせ精度が悪く実用に
ならなしT。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to an exposure apparatus for semiconductor devices and the like having a fine pattern of 1 micron or less submicron rule. Even though the density of each device is becoming higher and higher, and the dimensions of the fine patterns of each element are less than 1 micron, the conventional method of aligning the photomask and LSI wafer during LSI manufacturing is done using alignment marks provided on the wafer. This was done by overlapping the marks on the photomask and the marks on the wafer by rotating and parallelly moving the stage on which the wafer was mounted. When forming elements, the alignment accuracy is poor and it is not practical.
そこで、 レチクルとウェハとの位置合わせの精度を向
上させるために 例えlf:、 USP4,771,
180号に開示されているように 2光束干渉法を用い
る方法が提案されている。この方法では 第16図に示
すように 回路パターンが形成されたレチクル120と
ウェハ110との位置合わせへ そのレチクル120に
設けられた位置合わせ格子121が使用される。Therefore, in order to improve the accuracy of alignment between the reticle and the wafer, for example, lf:, USP 4,771,
As disclosed in No. 180, a method using two-beam interferometry has been proposed. In this method, as shown in FIG. 16, an alignment grating 121 provided on the reticle 120 is used to align the wafer 110 with a reticle 120 on which a circuit pattern is formed.
この位置合わせ格子121に 位置合わせ用の光源から
照射された光線122が照射される。位置合わせ格子1
21に照射された光線122 i友 この位置合わせ
格子121にて回折され その回折光112Pが位置合
わせ用光学系130および縮小投影レンズ140を通し
て、ウェハステージ150上に載置されたウェハ110
上に投影される。1は回路パターン露光の光で、 レン
ズ140を通してレチクルの回路パターンをウェハ上に
投影する。位置合わせ用光学系130は第17図(a)
に示すよう&−一対のフーリエ変換レンズ131および
132、空間フィルター133. 3つのミラー134
.135゜136を有している。位置合わせ用光学系1
301L レチクル120上の位置合わせ格子121
に入射して回折された光を、一対のフーリエ変換レンズ
131および132.空間フィルター133により、±
1次光123.124のみを選択して、フーリエ変換レ
ンズ131および132の後焦点位置で交差させて干渉
縞を生成し、縮小投影レンズ140によりウェハ110
上に投影されもウェハ110上にも位置合わせ用の格子
111が設けられており、この格子111により回折さ
れて干渉した光200 +1 縮小投影レンズ140
および位置合わせ用光学系130を通して光検出器16
0(第17図(a)参照)により検出されも そして、
光検出器160にて検出される干渉光に基づいて、ウェ
ハ110上の格子111と2光束干渉縞125との位置
づれを検出し その検出結果に基づいて、ウェハ110
がレチクル120に対して移動されることにより、ウェ
ハ110とレチクル120が位置合わせされも そして
、このような位置合わせ後に レチクル120上の回路
パターンが露光用の光りにてウェハ110上に露光され
も このようへ 2光束干渉法を用いる方法では レチ
クル120上の格子121とウェハ110上の格子11
1と力<、 2光束干渉縞125を媒介として、位置合
わせされるために レチクル120とウェハ110とが
高精度で位置合わせされも
発明が解決しようとする課題
しかしながぺ このような方法では、 レチクル120
と縮小投影レンズ140との間に、 位置合わせ用光
学系130を設けなければならな(t この位置合わせ
用光学系130ハ 一対のフーリエ変換レンズ131
および13ム2つのミラー134.136等の多数の光
学部材が必要であり、構成が複雑であム このたム色収
差補正 レチクル120上の格子121により形成され
る干渉縞125の結像位置の調整、等のための光学調整
が困難であム また 位置合わせ用光学系130におけ
るそれぞれの光学部材の位置力丈 経時的に変動すると
いう問題もあも さらく 位置合わせ用光学部材130
がレチクル120に対して固定されているために レチ
クル120上の回路パターン129をウェハ110に露
光するときく この位置合わせ用光学部材130により
露光範囲が狭められるという問題があム 前述したよう
に この方法によれc′Lレチクル120とウェハ11
0とが高精度で位置合わせできるという利点を有してい
る。しかし 実際の半導体プロセスでは、 多数の異な
る種類のレチクルにより回路パターンが重ねて露光され
るために各レチクル毎に位置合わせ用の格子121の形
成位置を異ならせる必要かある。 レチクル120にお
ける格子121の形成位置は 第18図に示すようへ
回路パターンの露光領域128の外側であって、位置合
わせのための光線が照射される領域127a、 127
bに限定されも このたぬ ウェハ110上に形成され
る回路パターンが制限されるという問題もある。さらに
レチクル120とウェハ110との位置合わせは ウェ
ハステージ150を移動させて、その移動に伴うウェハ
110上の位置合わせ用の格子111から回折した干渉
光の光出力の変化に基づいて行われていも このた数
ウェハステージ150の振動に起因して干渉光の検出信
号のS/N比が低下するおそれがあムまた スループッ
トも低いという問題もあも このような方式に替えて光
ヘテロダイン干渉を利用した縮小投影露光法におけるレ
チクルとウェハとの位置合わせをする方法力<、第36
回春季応用物理学会予稿集(1989)、 la−に−
8,P、 560に報告されていもこの方法で(裏 第
19図に示すように He−Ne2周波レーザ230か
ら発振されるレーザ光は レチクル220上の位置合わ
せ格子221へ照射される光と、ウェハステージ250
上に載置されたウェハ210上の位置合わせ格子211
へ照射される光と(、、シャッター260により切り換
えられる。シャッター260により切り換えられる光の
一方は、 レチクル220上の位置合わせ格子221へ
照射され 他方の光は、 レチクル221に設けられた
スリット222を通過した後に 縮小投影レンズ240
を通過して、ウェハ210上の位置合わせ格子211へ
照射される。各位置合わせ格子211および221に照
射され回折した±1次光ζよ 色補正レンズ271、レ
ンズ272.偏光ビームスプリッタ27友 レンズ27
東 偏光板275.スリット276を順次通過して、光
電変換素子277に入射すム そして、この光電変換素
子277にて検出されるそれぞれの干渉光の位相差に基
づいて、レチクル220と、ウェハ210との位置合わ
せが行われも この方法では レチクル220上の位置
合わせ格子221へ照射される光と、ウェハ210上の
位置合わせ格子211に照射される光力丈 シャッター
260にて切り換えられるためくスルーブツトが低下す
るという問題があa またこの方法では 位置合わせに
不必要な偏光面を有する光が位置合わせ光に混入して、
位置合わせ精度が低下することが報告されていも
したがって本発明(表 同一干渉縞を用いて同時にレチ
クルとウェハ上の位置合わせを行う事により、高精度か
つ高スループツトの位置合わせを実現する事を目的とす
ム さらに 位置合わせ光学系をレチクル上に設ける事
により従来の第17図の例に見られた位置合わせ光学系
の変位に基づく重ね合わせずれが発生しなくなり、レチ
クルとウニへの高精度な位置合わせを実現する事を目的
とすも
課題を解決するための手段
本発明は わずかに周波数が異なっており相互に干渉し
得る位置合わせ用の2光束を、ウェハ上の所定位置に設
けられた位置合わせ格子に この位置合わせ格子上で干
渉縞が形成されるようにレチクルに設けられた窓および
縮小投影レンズを通して照射すると同時に レチクル上
の所定位置に設けられた位置合わせ格子に位置合わせ格
子上で前記干渉縞が形成されるように照射する位置合わ
せ光学系と、レチクル上の位置合わせ格子により回折さ
れて干渉した±1次光のヘテロゲインビート信号を検出
する第1光検出器と、ウェハ上の位置合わせ格子により
回折されて干渉した±1次光のヘテロダインビート信号
を検出する第2光検出器と、前記第1光検出器および第
2光検出器により検出されたそれぞれのヘテロダインビ
ート信号の位相差を検出する位相計と、この位相計によ
り検出された各ヘテロゲインビート信号の位相差を検出
し この位相差に基づきレチクルに対するウェハの相対
位置を計測し しかるのちにレチクル又はウェハの位置
を変位させて位置合わせする事を特徴とする位置合わせ
光学装置を提供すム作用
本発明によれ(′L 同一の干渉縞を用いてレチクル上
の位置合わせ格子と半導体ウェハ上の位置合わせ格子を
同時に行なう事が可能となる。それ放間 レチクルとウ
ェハとの格子を別々に位置合わせする従来例に比較して
重ね合わせ精度、スループットが高u% 又 本発明
によれば 従来例のようlt レチクルと縮小投影レ
ンズ間に位置合わせ光学系を要しない。それ故へ 位置
合わせ光学系の経時変化に伴う、重ね合わせ位置の変動
がなく安定である。又 従来例のような複雑な位置合わ
せ光学系の調整がなく、縮小投影露光装置の生産性が良
いという利点かあも
実施例
本発明の位置合わせ装置(友 第1図に示すよう凶 縮
小投影露光法における半導体ウェハ10とレチクル20
とを位置合わせするために使用され4半導体ウェハ10
(t ウェハステージ30上に載置され 表面にフォ
トレジストが塗布されていも レチクル20の中央部に
は、 第2図に示すように 所定の回路パターンが形成
される回路パターン領域22が四角形状に設けられてい
も レチクル20とウェハ10との間には 第1図に示
すように 縮小投影レンズ40が設けられており、 レ
チクル20上の回路パターン領域224& この縮小
投影レンズ40により、ウェハ10上に縮小されて投影
されも 本実施例では レチクル20とウェハ10力<
、 TTR(Throughthe 1ens)−o
n axis 方式で位置合わせされる。This alignment grating 121 is irradiated with a light beam 122 emitted from a light source for alignment. Alignment grid 1
A light beam 122 irradiated onto the wafer 110 placed on the wafer stage 150 is diffracted by the alignment grating 121, and the diffracted light 112P passes through the alignment optical system 130 and the reduction projection lens 140 to the wafer 110 placed on the wafer stage 150.
projected on top. Reference numeral 1 is light for circuit pattern exposure, which projects the circuit pattern of the reticle onto the wafer through a lens 140. The positioning optical system 130 is shown in FIG. 17(a).
As shown in &- a pair of Fourier transform lenses 131 and 132, a spatial filter 133 . three mirrors 134
.. It has an angle of 135°136. Positioning optical system 1
301L Alignment grid 121 on reticle 120
A pair of Fourier transform lenses 131 and 132 . By the spatial filter 133, ±
Only the primary beams 123 and 124 are selected and intersected at the back focal position of the Fourier transform lenses 131 and 132 to generate interference fringes, and then the wafer 110 is projected by the reduction projection lens 140.
A grating 111 for alignment is provided both on the wafer 110 and on the wafer 110, and the light 200 +1 that is diffracted and interfered with by this grating 111 is the reduced projection lens 140.
and the photodetector 16 through the alignment optical system 130.
0 (see Figure 17(a)), and
Based on the interference light detected by the photodetector 160, the positional deviation between the grating 111 and the two-beam interference fringes 125 on the wafer 110 is detected, and based on the detection result, the wafer 110 is
The wafer 110 and the reticle 120 are aligned by being moved relative to the reticle 120, and after such alignment, the circuit pattern on the reticle 120 is exposed onto the wafer 110 with exposure light. In this way, in the method using two-beam interferometry, the grating 121 on the reticle 120 and the grating 11 on the wafer 110
1 and force <, 2 Since the reticle 120 and the wafer 110 are aligned with high precision using the beam interference fringes 125, the problem to be solved by the invention is however, with such a method. , reticle 120
An alignment optical system 130 must be provided between the lens and the reduction projection lens 140.
This requires a large number of optical members such as two mirrors 134 and 136, and the configuration is complicated. , etc. Also, there is a problem that the positional force of each optical member in the alignment optical system 130 changes over time.
is fixed to the reticle 120, so when exposing the circuit pattern 129 on the reticle 120 to the wafer 110, there is a problem in that the exposure range is narrowed by the positioning optical member 130.As described above, this method c'L reticle 120 and wafer 11
0 can be aligned with high precision. However, in an actual semiconductor process, since circuit patterns are exposed in an overlapping manner using many different types of reticles, it is necessary to form the alignment grating 121 at a different position for each reticle. The formation position of the grating 121 on the reticle 120 is as shown in FIG.
Areas 127a, 127 that are outside the exposure area 128 of the circuit pattern and are irradiated with light beams for alignment.
However, there is also the problem that the circuit pattern formed on the wafer 110 is limited. Furthermore, the alignment between the reticle 120 and the wafer 110 may be performed by moving the wafer stage 150 based on changes in the optical output of the interference light diffracted from the alignment grating 111 on the wafer 110 as the wafer stage 150 moves. This number
There is a risk that the S/N ratio of the interference light detection signal will decrease due to the vibration of the wafer stage 150, and there is also the problem of low throughput.Instead of this method, reduction projection using optical heterodyne interference may be used. Method for aligning reticle and wafer in exposure method<, 36th
Rejuvenated Proceedings of the Japanese Society of Applied Physics (1989), la-ni-
8, P., 560 (as shown in FIG. 19), the laser light emitted from the He-Ne2 frequency laser 230 is the light that is irradiated onto the alignment grating 221 on the reticle 220. wafer stage 250
Alignment grid 211 on wafer 210 placed on top
One of the lights switched by the shutter 260 is irradiated onto the alignment grating 221 on the reticle 220, and the other light is switched through the slit 222 provided on the reticle 221. After passing through the reduction projection lens 240
and is irradiated onto the alignment grid 211 on the wafer 210. The ±1st-order light ζ irradiated and diffracted by each alignment grating 211 and 221 is used as a color correction lens 271, a lens 272. Polarizing beam splitter 27 friend lens 27
East polarizing plate 275. The beams sequentially pass through the slits 276 and enter the photoelectric conversion element 277. Based on the phase difference between the respective interference lights detected by the photoelectric conversion element 277, the reticle 220 and the wafer 210 are aligned. However, with this method, there is a problem that the throughput is reduced because the light irradiated to the alignment grating 221 on the reticle 220 and the light intensity irradiated to the alignment grating 211 on the wafer 210 are switched by the shutter 260. Also, with this method, light with a polarization plane unnecessary for alignment is mixed into the alignment light,
Although it has been reported that the alignment accuracy decreases, the purpose of the present invention (Table 1) is to achieve alignment with high precision and high throughput by simultaneously aligning the reticle and wafer using the same interference fringes. In addition, by providing the alignment optical system on the reticle, the misalignment caused by the displacement of the alignment optical system, which was seen in the conventional example shown in Figure 17, no longer occurs, and the reticle and the sea urchin can be aligned with high precision. The purpose of the present invention is to realize alignment, but the present invention is a means for solving the problem.Two light beams for alignment, which have slightly different frequencies and can interfere with each other, are provided at predetermined positions on the wafer. Irradiation is performed on the alignment grating through a window provided in the reticle and a reduction projection lens so that interference fringes are formed on the alignment grating. an alignment optical system that emits light so as to form the interference fringes; a first photodetector that detects a hetero gain beat signal of the ±1st-order light diffracted and interfered by the alignment grating on the reticle; a second photodetector for detecting a heterodyne beat signal of the ±1st-order light diffracted and interfered by the alignment grating; A phase meter that detects the phase difference detects the phase difference between each hetero gain beat signal detected by this phase meter, measures the relative position of the wafer with respect to the reticle based on this phase difference, and then measures the position of the reticle or wafer. According to the present invention, there is provided an alignment optical device characterized in that alignment is performed by displacement. The overlay accuracy and throughput are higher u% compared to the conventional example in which the grids of the reticle and the wafer are aligned separately.Also, according to the present invention, unlike the conventional example, the reticle and the wafer can be aligned separately. There is no need for a positioning optical system between the reduction projection lenses.Therefore, the overlapping position does not change due to changes in the positioning optical system over time and is stable.Also, it is possible to avoid the need for a complicated positioning optical system like the conventional example. The advantages of no adjustment and the high productivity of the reduction projection exposure apparatus are also described below.Examples of the Alignment Apparatus of the Invention As shown in FIG.
is used to align the 4 semiconductor wafers with 10
(t) Even though the reticle 20 is placed on the wafer stage 30 and the surface is coated with photoresist, the center of the reticle 20 has a rectangular circuit pattern area 22 where a predetermined circuit pattern is formed, as shown in FIG. However, a reduction projection lens 40 is provided between the reticle 20 and the wafer 10 as shown in FIG. Even if it is reduced and projected, in this example, the force between the reticle 20 and the wafer 10 is
, TTR(Throughthe 1ens)-o
Alignment is performed using the n axis method.
ウェハステージ30ζ、lt X−Y−Z方向への移
動回線 あおり補正 およびθ方向の回転の回動が可能
であム レチクル20には、 第2図に示すように3つ
の窓群25.25.25力交 それぞれ設けられていム
各窓群25(お 四角形状になった回路パターン領域
22の3つの直線上の外周縁の外側に位置していム各窓
群25(ヨ それぞれ3つの窓25aを有しており、
各窓群25におけるそれぞれの窓25aは回路パターン
領域22の各外周縁に沿って並んでいる。各窓群25は
、 レチクル20がウェハ10のLSIチップ領域に露
光された場合へ そのLSIチップ領域内に各窓群25
の投影像が形成されるように設けられていも レチクル
20にζよ 位置合わせ格子群21力丈 各窓群25の
外側に各窓群25の窓25aとベアになるようへ 3つ
の位置合わせ格子21aがそれぞれ設けられていム 各
位置合わせ格子群21ハ レチクル20とウェハ10
とのX方MY方向 およびθ方向それぞれの位置ずれを
検出するために使用される。レチクル20の周縁部の下
面は遮光帯23により覆われていも この遮光帯23ハ
各窓群25の窓25aを覆わずに 各位置合わせ格
子群21の位置合わせ格子21aだけを覆っていも ウ
ェハ10上にも3つの位置合わせ格子群11(第1図参
照)が設けられていも各位置合わせ格子群11ζよ 3
つの位置合わせ格子11aをそれぞれ有していも 各位
置合わせ格子群11におけるそれぞれの位置合わせ格子
11ai友 レチクル20に設けられた各窓群25の
所定の窓25aが縮小投影レンズ40を通してウェハ1
0上に投影された場合に その窓25aの投影部分内に
位置するように設けられている。レチクル20のペアに
なった各位置合わせ格子群21および各窓群、25には
第1図に示すように 図示しない位置合わせ光学系か
ら2つの光束51および52が照射されも 各光束51
および52の周波数は わずかに異なっており、両光束
51および52は相互に干渉し得る。各光束51および
52は、 位置合わせ格子11a上にて交差し 千茜縞
53を形成すも そして、各光束51および52ζ友
レチクル20の位置合わせ格子21aにて回折され 干
渉した±1次光がレチクル20の上方に設けられた光検
出器61に照射されも この光検出器61(ヨ レチ
クル20の位置合わせ格子21aにて回折されて干渉し
た±1次光の光ヘテロダインビート信号強度を投出すも
また 窓群25の8窓25aに照射された各光束51
および52(ヨ 8窓25aを通過した後に 縮小投
影レンズ40を通過すも そして、各光束51および5
2は 縮小投影レンズ40によりウェハ10上に縮小投
影され ウェハ10上の位置合わせ格子11a上に干渉
縞54を形成すも 各光束はウェハ10の位置合わせ格
子11aにて回折され 干渉した±1次光が縮小投影レ
ンズ40およびレチクル20の窓25aを通って、レチ
クル20の上方に設けられた光検出器62に照射されも
この光検出器62(ヨ ウェハ10上の位置合わせ
格子11aにて回折された±1次光の光ヘテロゲインビ
ート信号強度を検出すも 各光検出器61および62の
出力&よ 位相計63に与えられており、この位相計6
3ハ 各光検出器61および62にて検出されるそれ
ぞれの光ヘテロダインビート信号の位相差が0となるよ
うに ウェハステージ30の駆動回路64を制御すム
本発明の位置合わせ装置における原理を、第3図(a)
および(b)に基づいて説明すも2光束51および52
をそれぞれLl+、02、それぞれの振動数をfl、f
aとする。ウェハlO上への2光束51および52の入
射角度をそれぞれθとすると、 2光束51および52
により形成される干渉縞のピッチP U次式で与えられ
る。The wafer stage 30ζ, lt is capable of moving in the X-Y-Z directions, tilt correction, and rotation in the θ direction. Each window group 25 (Y) is located outside the outer periphery of the three straight lines of the rectangular circuit pattern area 22. has,
The windows 25a in each window group 25 are arranged along each outer periphery of the circuit pattern area 22. When the reticle 20 is exposed to the LSI chip area of the wafer 10, each window group 25 is formed within the LSI chip area.
Even if the reticle 20 is provided so that a projected image of 21a, each alignment grating group 21, reticle 20, and wafer 10.
It is used to detect positional deviations in the X, MY, and θ directions. Even if the lower surface of the peripheral edge of the reticle 20 is covered by a light-shielding band 23, this light-shielding band 23 may cover only the alignment gratings 21a of each alignment grating group 21 without covering the windows 25a of each window group 25. Even if three alignment grating groups 11 (see Fig. 1) are provided above, each alignment grating group 11ζ 3
Even if each of the alignment gratings 11a in each alignment grating group 11 has two alignment gratings 11a, a predetermined window 25a of each window group 25 provided on the reticle 20 passes through the reduction projection lens 40 to the wafer 1.
When projected onto the window 25a, the window 25a is located within the projected portion of the window 25a. As shown in FIG. 1, each alignment grating group 21 and each window group 25 forming a pair of reticle 20 are irradiated with two light beams 51 and 52 from an alignment optical system (not shown).
and 52 are slightly different, and both light beams 51 and 52 may interfere with each other. Each of the light beams 51 and 52 intersects on the alignment grating 11a to form a thousand madder stripes 53.
The ±1st-order light diffracted by the alignment grating 21a of the reticle 20 and interfering with each other is irradiated onto the photodetector 61 provided above the reticle 20. The optical heterodyne beat signal intensity of the diffracted and interfered ±1st-order light is emitted, and each light beam 51 irradiated to the 8 windows 25a of the window group 25
and 52 (y) After passing through the 8 window 25a, the light beams 51 and 5 pass through the reduction projection lens 40.
2 is reduced and projected onto the wafer 10 by the reduction projection lens 40 to form interference fringes 54 on the alignment grating 11a on the wafer 10. Each light beam is diffracted by the alignment grating 11a of the wafer 10 and interferes with the ±1st order. When light passes through the reduction projection lens 40 and the window 25a of the reticle 20 and is irradiated onto the photodetector 62 provided above the reticle 20, the light is diffracted by the alignment grating 11a on the wafer 10. The output of each photodetector 61 and 62 is fed to the phase meter 63.
3c. Control the drive circuit 64 of the wafer stage 30 so that the phase difference between the optical heterodyne beat signals detected by each photodetector 61 and 62 becomes 0.
The principle of the alignment device of the present invention is shown in FIG. 3(a).
As explained based on and (b), two luminous fluxes 51 and 52
are respectively Ll+ and 02, and the respective frequencies are fl and f
Let it be a. If the incident angles of the two light beams 51 and 52 onto the wafer IO are respectively θ, then the two light beams 51 and 52
The pitch of the interference fringes formed by P is given by the following equation.
λ
(ただし λは干渉光の波長)
半導体ウェハ10上に(ム この干渉縞のピッチと等し
いピッチ力\ 整数倍のピッチで位置合わせ格子11a
が形成されていると、ウェハ10の位置合わせ格子によ
り回折される±1次光U+(−1)、およびU2(1)
ハ それぞれ次式で表されも
lJ+ (−1)−A(f+ )exp[1(2yr
f+ t−δ))IJ2(+1)−A(fa)exp(
i(2yr fat+δ))但し δはウェハ上の位置
合わせ格子が△Xll移動した場合の回折光の位相差で
あり、次式で表される。λ (where λ is the wavelength of the interference light) is placed on the semiconductor wafer 10 (mu) with a pitch force equal to the pitch of this interference fringe \ Alignment grating 11a with a pitch that is an integral multiple
is formed, the ±1st-order light U+(-1) and U2(1) diffracted by the alignment grating of the wafer 10
C They are respectively expressed by the following formulas: lJ+ (-1)-A(f+)exp[1(2yr
f+ t-δ)) IJ2(+1)-A(fa)exp(
i(2yr fat+δ)) where δ is the phase difference of the diffracted light when the alignment grating on the wafer moves by ΔXll, and is expressed by the following equation.
△XイSinθ
δ= ×2πλ
±1次光の干渉光の強度は、 次式で表されも九=lU
+ (−1>+U2(1) Q−A−2(f+ )+
13t+ ” (:fa)+2Aw (fa)Bm (
fa)cos(2rr (f+−fa)t−2δ )
Jm’(f+ )+B−”(fa)
+2Aw (b )By (fa )cos2 yr
((f+ −b )t−2(△x 1./P)]この式
から明かなようへ 光検出器61および62により検出
されるヘテロダインビート信号の強度に(飄 2光束干
渉縞とウェハ上の格子間の相対変位量△Xllが含まれ
も 同様に レチクル20上の位置合わせ格子21aに
入射して回折した干渉光の強度IRζよ 次式で表され
る。△
+ (-1>+U2(1) Q-A-2(f+)+
13t+” (:fa)+2Aw (fa)Bm (
fa) cos(2rr (f+-fa)t-2δ)
Jm'(f+)+B-"(fa)+2Aw(b)By(fa)cos2yr
((f+ -b)t-2(△x 1./P)] From this equation, it is clear that the intensity of the heterodyne beat signal detected by the photodetectors 61 and 62 is Similarly, the intensity IRζ of the interference light incident on the alignment grating 21a on the reticle 20 and diffracted is expressed by the following equation.
1++=A*’(f+ )+BR2(fa)+2Aa(
fa)B++(b )cos27r ((f+−fa)
t−2(△x */P))従って、位相計によりウェハ
10からの干渉光とレチクルからの干渉光の位相差を測
定して、その位相差をOにするように位置合わせすれは
干渉縞を媒介として、 レチクル20とウェハlOと
の位置合わせが行えも 本発明では 2光束が交差して
いる領域で2光束干渉縞が生成されていも それ脱 焦
点深度が深いので位置合わせ光として、縮小投影レンズ
の露光波長と異なる位置合わせ波長を用いる事が容易で
あム 第4図にウェハ10をレチクル20に対して移動
させた場合に位相計63により計測される位相変化を示
す。位相計63により計測される位相変化CL 干渉
縞のピッチで周期的に変化すも ウェハ10が載置され
るウェハステージ304友 第5図に示すように X
方向粗動ステージ31と、該X方向粗動ステージ31上
に載置されたY方向粗動ステージ32とを有すム 該Y
方向粗動ステージ32上に(戴 ピエゾ素子により構成
されたX−Y−θ方向ステージ33.2−α−β方向駆
動ステージ3屯 およびθ方向粗動ステージ35が順次
載置されていも そして、θ方向粗動ステージ35上に
ウェハ10が載置され4Y方向粗動ステージ32上には
、 該Y方向粗動ステージ32の位置を検出するための
レーザ干渉測長器36が設けられていもこのようなウェ
ハステージ30ハ 前述したように駆動回路64の出
力により駆動され 該駆動回路64は 位相計63の検
出結果に基づいて制御されも駆動回路63によるウェハ
ステージ30の動作を第6図に示すフローチャートに基
づいて説明する。ウェハ10(ヨ まt θ方向粗動
ステージ35上に載置されて(ウェハロード)、ウェハ
ステージ30全体力(露光光源によりレチクル2の回路
パターンが露光される位置へと移動される(粗アライメ
ント)。この粗アライメントζ戴 例えは、 ウェハl
Oに設けられた粗アライメントマークがグローバル顕微
鏡により観察される位置までウェハステージ304友を
移動させることにより実施されも 次いで、ウェハ10
上の位置合わせ格子11a上に 位置合わせ用の光が照
射されるように X方向粗動ステージ31、Y方向粗動
ステージ32.およびθ方向粗動ステージ35がそれぞ
れ駆動される(X、Y、およびθ方向グローバルアライ
メント)。このグローバルアライメントハ 通常のウ
ェハプロセスで行われているグローバルアライメントと
同様に0.5μm程度の精度で行われる。このとき、Y
方向粗動ステージ32上に設けられたレーザ干渉測長器
36の検出結果に基づいて、Y方向粗動ステージ32が
移動される。X方向粗動ステージL 同様にレーザ干渉
測長器(図示せず)に基づいて移動されも その後に、
レチクル20上の各位置合わせ格子群21の位置合
わせ格子21戊 およびウェハ10の各格子群11に
おける位置合わせ格子11飄2光束51および52が照
射されて、前述したように レチクル20の位置合わせ
格子21aによる干渉光とウェハ10の位置合わせ格子
11aによる干渉光との位相差力丈 位相計63により
検出されも そして、その位相差がOになるよう4.、
X−Y−θ方向微動ステージが駆動されもこれにより、
レチクル20とウェハ10とが位置合わせされも この
ようにして、 レチクル20とウェハ10とが位置合わ
せされると、 レチクル20に露光用の光が直接照射さ
れ レチクル20上の回路パターンがウェハ10上に露
光され4 本実施例におけるレチクル20とウェハ10
との位置合わせの誤差要因を分析して、それぞれの誤差
要因によるレチクル20とウェハ10との位置合わせ精
度(誤差)について調べたとこ/)、第7図に示す結果
が得られた誤差要因として、 2光束干渉センサーによ
ゑ 位置合わせ格子の計測再現誤差 位置合わせ格子の
製造誤差 X方向微動ステージおよびY方向微動ステー
ジ33の位置制御誤差 θ方向微動ステージ35の位置
制御誤ゑ レチクル自体の製造誤差か考えられる。本実
施例でii TTR−・n・・I・方式により、ウェ
ハlO上にレチクル20の回路パターンが露光されるた
め(ミ ステージ30を露光位置へ移動させる際に生じ
る誤差(アライメントシーケンス誤差)がなく、ま?Q
X方11)Y方倣 およびθ方向の3軸合わせを行
っているためく θ方向粗動ステージの移動誤差に起因
する位置ずれ誤差 および、レチクルを固定する際の位
置ずれ(レチクルローティジョン)に起因する誤差も生
じな(−全体としての総合誤差は 50ntn/3σで
あった第8図(a)、 (b)は重ね合わせ精度のヒス
トグラブを示していム 5iCh段差を有する位置合わ
せ格子に対する従来法の重ね合わせ精度は0.15μm
であるが本発明の位置合わせ方法では55nm/3σで
あムさらに表面荒れを有するA1位置合わせ格子に対し
ても55nm/3びの重ね合わせ精度が達成され九 第
9図は本発明方法による使用される干渉縞生成位置の安
定性を示すグラフであム 本発明の方法では、 環境変
化に対する干渉縞生成位置の変動量濠18時間経過した
状態で、10nm以内であり、従って、環境変化に対し
てL 高精度で位置合わせが行われも このように 本
発明方法でlL 55nm/3σという高精度の位置
合わせが実現でき、しかL 環境変化に対しても安定し
た位置合わせができるため艮 高スループツトが可能に
なり、64メガビットDRAM等の高集積半導体装置合
わせにきわめて有効であム このようなTTR−0゜a
xis露光方式ではなく、TTL(Through t
he 1ens)−ott @ml−露光方式によりレ
チクルの回路パターンをウェハに露光する場合には 第
10図に示すレチクル20′が使用されも このレチク
ル20′の中央部には 回路パターンが形成される四角
形状の回路パターン領域26が形成されていも この回
路パターン領域26の外周縁の外側の位置には、 1つ
の窓27がそれぞれ設けられていも そして、8窓27
の外側へ 1つの位置合わせ格子28がそれぞれ設けら
れていも ウェア110ハ 前述したよう凶 回路パ
ターンが投影されるLSIチップ領域内へ それぞれ3
つの位置合わせ格子11aを有する位置合わせ格子群1
1が設けられていも レチクル20′の外周縁部の下面
&よ 遮光帯29により覆われていも 該遮光帯29ハ
各位置合わせ格子28を覆っているカミ 窓27を
覆っていなt−このようなレチクル20′が使用される
TTL−0ffaxl・の露光方式では 第11図に示
すウェハステージ90が使用されも このウェハ90ス
テージ(友X方向粗動ステージ91上に、 Y方向粗動
ステージ92およびピエゾ素子により構成されたX−Y
−θ方向微動ステージ93が順番に載せられていも そ
して、該X−Y−θ方向微動ステージ93上&ζ 2−
α−β方向微動ステージ94.およびθ方向粗動ステー
ジ95が順番に載せられていも そして、θ方向粗動ス
テージ95上にウェハ1oか載置される。X−Y−θ方
向微動ステージ93上に(戴 該X−Y−θ方向微動ス
テージ93の位置を検出するためのレーザ干渉測長器9
6が設けられてる。レチクル20°とウェハ10との位
置合わせは、 次のように行われもまず、 ウェハステ
ージ90全体力丈 ウェハ10にレチクル20′の回路
パターンが投影され得る位置にほぼ配置された状態で、
レーザ干渉測長器46に基づいて、所定の距離だけ移
動され ウェハ1oにおける例えばX方向のずれ検出用
の位置合わせ格子11a力(レチクル20”のX方向検
出用の窓26がウェハ10上に縮小投影レンズにより投
影される位置に合わされる。この場合の位置ずれ誤差?
!、0.5μm程度であも このような状態で、位置合
わせ光が投射され前述したように 2光束干渉縞を媒介
としてヘテロダインビート信号の位相差が測定されて、
レチクル20″とウェハ10とのX方向の位置ずれ量
が検出されも 同様にして、ウェハステージ90全体力
(回路パターンの露光位置から所定量だけ移動されて、
ウェハ10におけるY方向のずれ検出用およびθ方向の
ずれ検出用の各位置合わせ格子11a力(レチクル20
′のY方向のずれ検出用の窓26およびθ方向のずれ検
出用の窓26それぞれに対応した位置へとそれぞれ移動
されて、 レチクル20゛とウェハ10とのY方向の位
置ずれ量およびθ方向の位置ずれ量がそれぞれ検出され
も このようにして、 レチクル20”とウェハ10の
X方向 Y方向 およびθ方向それぞれの位置ずれ量が
検出されると、ウェハステージ90全体力丈 レーザ干
渉測長器96に基づいて移動され 当初の露光位置に配
置されも そして、この位置にて、レチクル20′に対
するウェハステージ90の位置が粗調整された後く す
でに測定されたX方向、Y方向およびθ方向の位置ずれ
量を補正するように X−Y−θ方向微動ステージ93
が駆動され ウェハ10がレチクル20°に対して位置
合わせされム ウェハ10がレチクル20°に対して位
置合わせされると、 レチクル20”の回路パターンが
ウェハ10上に露光され孔 な耘 本実施例で&よ 位
置合わせ後露光位置までステージが移動する力丈レチク
ルステージが移動しても同様の事が実施出来も この場
合のレチクル20’とウェハ101との位置合わせの誤
差要因を分析した結果を第12図に示す。この場合にζ
友 前述のTTR−0,1−1−露光方式とは異なり、
ウェハステージ90全体力丈 レチクル20”とウェハ
10とのX方rKY方は およびθ方向の位置ずれ量を
それぞれ検出するためへ ウェハステージ90全体がそ
れぞれの方向へ移動されも 従って、ウェハステージ4
0の移動により誤差(アライメントシーケンス誤差)力
<、 30nm/3σが生じも他の誤差要因Get、
TTR−、+1自×1・露光方式の場合と同様であ
る力(X方向粗動テーブルおよびY方向粗動テーブルの
移動誤差の量が若干増加すム その結果 全体としての
総合誤差は、 62nm/3σとなり、前記TTR−
11@−+−露光方式の場合よりも位置合わせ精度がわ
ずかに低下するカミ ウェハ上の位置合わせ格子の形成
位置が限定されることがなく、任意の位置に形成し得も
そのた敢 回路パターンをウェハ上に露光するための
露光光源により露光領域力文 位置合わせのための光に
より狭められないようにできも 本発明の別の実施例を
示す。本実施例では 第13図に示すようく 位置合わ
せ用光学系80(友 所定波長のレーザ光を発振する
レーザ光源81を有すム レーザ光源81から発振され
るレーザ光ζよ ビームスプリッタ−82により2つの
光に分割され それぞれのレーザ光は、 第1音響光学
素子83戊 第2音響光学素子83bに それぞれ与え
られも そして、各音響光学素子83aおよび83bに
より周波数変調されたそれぞれのレーザ光(戴ハーフミ
ラ−84およびレンズ群85を順次通過した後へ ミラ
ー86にてレチクル20所定の位置合わせ格子および窓
に照射されも レチクル20上の位置合わせ格子にて回
折された干渉光 およびウェハlOの位置合わせ格子に
より回折された干渉光ζよミラー86にて反射されて、
レンズ群85を通った後にハーフミラ−84にて各光
検出器61および62に与えられも 各光検出器61お
よび62の出力は位相計63に与えられていも そして
、各干渉光のヘテロダインビート信号力(位相計63に
て検出されも本実施例で1友 レーザ光源から発振され
て、ビームスプリッタ−82にて分割されるレーザ光の
偏光方向が一定であるた取 各レーザ光に異なった偏光
面の混入がなく、ヘテロダインビート信号の位相特性に
悪影響を及ぼすおそれがなし〜 従って、レチクル20
とウェハ10とが高精度に位置合わせされも 本実施例
の位置合わせ光学系80EL 例えばM14図に示す
ようにして、調整されも 位置合わせ光学系80の調整
にあたって、 レチクル20に照射される一対の位置合
わせ光 あるいはこれらの位置合わせ光と同様の経路で
レチクル20に照射される一対の平行光を、ハーフミラ
−81K レンズ群8飄ミラー86によりレチクル2
0上に照射し レチクル20にて反射された光を、 ミ
ラー8佼 レンズ群85により、ハーフミラ−84に照
射すも そして、その光を、該ハーフミラ−84により
、 ミラー87aに照射して、該ミラー87aにて反射
させ、再ヱ ハーフミラ−84,レンズ群85およびミ
ラー86により、 レチクル20に照射すも このとき
の光のスポット位置力(各音響光学素子83aおよび8
3bから照射されて、ハーフミラ−84,レンズ群85
.およびミラー86によって直接レチクル20上に照射
される光のスポット位置に一致するように レンズ群8
5およびミラー86が調整されも このようにして、
ミラー86およびレンズ群85が調整されると、同様に
一対の平行光を、ハーフミラ−84,レンズ群85お
よびミラー86を通してレチクル20に照射される。
レチクル20にて反射された反射光は 同様の経路でハ
ーフミラ−84に導かれ 該ハーフミラ−84にて分割
された光と、ハーフミラ−84に入射される光との干渉
により生じる干渉縞を、CCDイメージセンサ87bに
て捉えも そして、その干渉縞をモニターテレビ87c
に映し出して、干渉縞が鮮明になるように レンズ群8
5およびミラー86が調整されも 第15図に位置合わ
せ光学系80の他の調整方法について説明すも この調
整方法では レチクル20にて反射された光力(ハーフ
ミラ−84により分割されて、結像レンズ87eを通過
させられるようになっていも 該結像レンズ87eを通
過した光(友 回折格子87fにより回折されて、 C
CDイメージセンサ87gに照射されム 結像レンズ8
7eζ友 位置合わせ光学系80に使用される結像レン
ズ85と同様の光学的能力を有したものが使用され ま
た 回折格子87 f i!。1++=A*'(f+)+BR2(fa)+2Aa(
fa)B++(b)cos27r((f+-fa)
t-2(△x */P)) Therefore, the phase difference between the interference light from the wafer 10 and the interference light from the reticle is measured using a phase meter, and alignment is performed so that the phase difference becomes O. Although it is possible to align the reticle 20 and the wafer 10 using the fringes as a medium, in the present invention, even if two-beam interference fringes are generated in the area where the two light beams intersect, they are defocused and used as alignment light because the depth of focus is deep. It is easy to use a positioning wavelength different from the exposure wavelength of the reduction projection lens. FIG. 4 shows a phase change measured by the phase meter 63 when the wafer 10 is moved relative to the reticle 20. The phase change CL measured by the phase meter 63 The phase change CL that changes periodically with the pitch of the interference fringes The wafer stage 304 on which the wafer 10 is placed X As shown in FIG.
A module having a coarse movement stage 31 in the direction and a coarse movement stage 32 in the Y direction placed on the coarse movement stage 31 in the X direction.
Even if an X-Y-θ direction stage 33.2, an α-β direction drive stage 3, and a θ-direction coarse movement stage 35 are placed in sequence on the direction coarse movement stage 32, and The wafer 10 is placed on the θ-direction coarse movement stage 35, and a laser interferometer 36 is provided on the 4Y-direction coarse movement stage 32 to detect the position of the Y-direction coarse movement stage 32. As described above, the wafer stage 30 is driven by the output of the drive circuit 64, and the drive circuit 64 is controlled based on the detection result of the phase meter 63. The operation of the wafer stage 30 by the drive circuit 63 is shown in FIG. The explanation will be based on a flowchart.The wafer 10 is placed on the coarse movement stage 35 in the θ direction (wafer load), and the entire wafer stage 30 is moved to the position where the circuit pattern of the reticle 2 is exposed by the exposure light source. (coarse alignment).This coarse alignment ζdai For example, the wafer l
This is carried out by moving the wafer stage 304 to a position where the rough alignment mark provided at the wafer 10 is observed by a global microscope.
The X-direction coarse movement stage 31, the Y-direction coarse movement stage 32. and the θ-direction coarse movement stage 35 are driven (X, Y, and θ-direction global alignment). This global alignment is performed with an accuracy of about 0.5 μm, similar to global alignment performed in normal wafer processes. At this time, Y
The Y-direction coarse movement stage 32 is moved based on the detection result of the laser interferometric length measuring device 36 provided on the direction coarse movement stage 32. The X-direction coarse movement stage L is similarly moved based on a laser interferometer (not shown).
The alignment gratings 21 of each alignment grating group 21 on the reticle 20 and the alignment gratings 11 in each grating group 11 of the wafer 10 are irradiated with two light beams 51 and 52 to form the alignment gratings of the reticle 20 as described above. 4. The phase difference between the interference light produced by the interference light beam 21a and the interference light produced by the alignment grating 11a of the wafer 10 is detected by the phase meter 63. ,
Although the fine movement stage in the X-Y-θ direction is driven,
When the reticle 20 and the wafer 10 are aligned in this way, the exposure light is directly irradiated onto the reticle 20 and the circuit pattern on the reticle 20 is transferred onto the wafer 10. 4 The reticle 20 and wafer 10 in this example
We analyzed the error factors in the alignment between the reticle 20 and the wafer 10 and investigated the alignment accuracy (error) between the reticle 20 and the wafer 10 due to each error factor. , by the two-beam interference sensor Measurement reproduction error of the alignment grating Manufacturing error of the alignment grating Position control error of the X-direction fine movement stage and Y-direction fine movement stage 33 Position control error of the θ-direction fine movement stage 35 Manufacturing error of the reticle itself I can think of it. In this embodiment, the circuit pattern of the reticle 20 is exposed on the wafer lO by the TTR-・n・・I・ method (mis). No, ma?Q
X-direction 11) Positional deviation error caused by movement error of the θ-direction coarse movement stage and positional deviation when fixing the reticle (reticle rotation). (-The overall total error was 50 ntn/3σ. Figures 8(a) and 8(b) show histograms of overlay accuracy.) Conventional method for alignment grid with 5iCh steps The overlay accuracy is 0.15μm
However, with the alignment method of the present invention, an overlay accuracy of 55 nm/3σ is achieved even for A1 alignment gratings with surface roughness. In the method of the present invention, the variation in the interference fringe generation position due to environmental changes is within 10 nm after 18 hours. Even though alignment is performed with high accuracy, the method of the present invention can achieve alignment with a high accuracy of 55 nm/3σ, and can achieve stable alignment even in the face of environmental changes, resulting in a high throughput. This makes TTR-0゜a possible, making it extremely effective for integrating highly integrated semiconductor devices such as 64-megabit DRAM.
xis exposure method, but TTL (Through t
When exposing a circuit pattern on a reticle to a wafer using the exposure method, a reticle 20' shown in FIG. 10 is used.A circuit pattern is formed in the center of this reticle 20'. Even if a rectangular circuit pattern area 26 is formed, one window 27 is provided at a position outside the outer periphery of this circuit pattern area 26, and eight windows 27 are provided.
Even if one alignment grid 28 is provided to the outside of the ware 110, as described above, each of the ware 110 is 3 to the outside of the LSI chip area where the circuit pattern is projected.
Alignment grating group 1 having two alignment gratings 11a
1 is provided, the lower surface of the outer peripheral edge of the reticle 20' is covered by the light-shielding band 29. In the TTL-0ffaxl exposure method in which a reticle 20' is used, a wafer stage 90 shown in FIG. 11 is used. X-Y composed of piezo elements
Even if the -θ direction fine movement stages 93 are mounted in order, the X-Y-θ direction fine movement stages 93 and
α-β direction fine movement stage 94. Even if the θ-direction coarse movement stage 95 and the θ-direction coarse movement stage 95 are placed in order, the wafer 1o is placed on the θ-direction coarse movement stage 95. On the X-Y-θ direction fine movement stage 93, there is a laser interferometer 9 for detecting the position of the X-Y-θ direction fine movement stage 93.
6 is provided. The alignment of the reticle 20° and the wafer 10 is performed as follows. First, the entire height of the wafer stage 90 is positioned approximately at a position where the circuit pattern of the reticle 20' can be projected onto the wafer 10.
The positioning grating 11a is moved by a predetermined distance based on the laser interferometer 46, and the positioning grating 11a is used for detecting a deviation in the X direction on the wafer 1o (the window 26 of the reticle 20'' for detecting the X direction is reduced on the wafer 10). It is aligned with the position projected by the projection lens. What is the positional deviation error in this case?
! , even if it is about 0.5 μm. In this state, the alignment light is projected, and as mentioned above, the phase difference of the heterodyne beat signal is measured using the two-beam interference fringes as a medium.
The amount of positional deviation between the reticle 20'' and the wafer 10 in the
Each positioning grating 11a force (reticle 20
' is moved to the position corresponding to the window 26 for detecting a deviation in the Y direction and the window 26 for detecting a deviation in the θ direction. In this way, when the positional deviation amounts of the reticle 20" and the wafer 10 are detected in the X direction, Y direction, and θ direction, the entire force of the wafer stage 90 is determined. The wafer stage 90 is moved based on 96 and placed at the initial exposure position. At this position, the position of the wafer stage 90 relative to the reticle 20' is roughly adjusted. Fine movement stage 93 in X-Y-θ direction to correct positional deviation amount
is driven and the wafer 10 is aligned with the reticle 20 degrees. When the wafer 10 is aligned with the reticle 20 degrees, the circuit pattern of the reticle 20'' is exposed onto the wafer 10 and the holes are opened. After alignment, the stage moves to the exposure position.The same thing can be done even if the reticle stage moves.Here are the results of analyzing the error factors in alignment between reticle 20' and wafer 101 in this case. It is shown in Figure 12. In this case ζ
Friend: Unlike the TTR-0, 1-1 exposure method mentioned above,
The overall force length of the wafer stage 90 is to detect the amount of positional deviation between the reticle 20'' and the wafer 10 in the X direction, rKY direction, and θ direction.
0 movement causes an error (alignment sequence error) force <, 30nm/3σ, but other error factors Get,
TTR-, +1 auto x 1 ・Same force as in the case of exposure method (the amount of movement error of the coarse movement table in the X direction and the coarse movement table in the Y direction increases slightly).As a result, the total error as a whole is 62 nm/ 3σ, and the TTR-
11 The alignment accuracy is slightly lower than in the case of the @-+- exposure method.The formation position of the alignment grid on the wafer is not limited and can be formed at any position. Another embodiment of the present invention is shown in which the exposure area can be prevented from being narrowed by the light for positioning by an exposure light source for exposing a wafer. In this embodiment, as shown in FIG. The laser beams are divided into two beams, and each laser beam is given to the first acousto-optic element 83a and the second acousto-optic element 83b. After successively passing through the half mirror 84 and lens group 85, the interference light is irradiated onto a predetermined alignment grating and window of the reticle 20 by the mirror 86, and is diffracted by the alignment grating on the reticle 20, and alignment of the wafer lO The interference light ζ diffracted by the grating is reflected by the mirror 86,
After passing through the lens group 85, the output of each photodetector 61 and 62 is applied to each photodetector 61 and 62 at a half mirror 84, and the output of each photodetector 61 and 62 is provided to a phase meter 63. In this embodiment, it is assumed that the polarization direction of the laser light emitted from the laser light source and split by the beam splitter 82 is constant. There is no surface contamination and there is no risk of adversely affecting the phase characteristics of the heterodyne beat signal. Therefore, the reticle 20
Even if the alignment optical system 80EL of this embodiment and the wafer 10 are aligned with high precision, the alignment optical system 80EL of this embodiment may be adjusted as shown in Fig. M14. Aligning light or a pair of parallel beams that are irradiated onto the reticle 20 through the same path as these alignment lights are transmitted to the reticle 20 by the half mirror 81K and lens group 8 mirror 86.
The light reflected by the reticle 20 is irradiated onto the half mirror 84 by the mirror 8 and the lens group 85.Then, the half mirror 84 irradiates the light onto the mirror 87a, The light is reflected by the mirror 87a and then irradiated onto the reticle 20 by the half mirror 84, lens group 85 and mirror 86.The spot positional force of the light at this time (each acousto-optic element 83a and 8
3b, half mirror 84, lens group 85
.. and the lens group 8 so as to match the spot position of the light directly irradiated onto the reticle 20 by the mirror 86.
5 and mirror 86 are adjusted in this way.
When the mirror 86 and lens group 85 are adjusted, a pair of parallel lights are similarly irradiated onto the reticle 20 through the half mirror 84, the lens group 85, and the mirror 86.
The reflected light reflected by the reticle 20 is guided to the half mirror 84 through the same path, and interference fringes caused by interference between the light split by the half mirror 84 and the light incident on the half mirror 84 are detected by the CCD. The image sensor 87b captures the interference fringes on the monitor TV 87c.
lens group 8 to make the interference fringes clear.
5 and mirror 86 are adjusted. In this adjustment method, the optical power reflected by the reticle 20 (divided by the half mirror 84 and then image-formed) is explained. Even if it is made to pass through the lens 87e, the light that has passed through the imaging lens 87e (after being diffracted by the diffraction grating 87f, C
CD image sensor 87g is irradiated Imaging lens 8
A lens having the same optical ability as the imaging lens 85 used in the alignment optical system 80 is used, and a diffraction grating 87 f i! .
第14図に示す位置合わせ光学系70に使用される基準
格子76と同様のものが使用されも また 結像レンズ
87a、干渉縞格子87f、およびCCDイメージセン
サ87gのそれぞれの位置は 3次元測長器により決定
されも レチクル20から反射されて、ハーフミラ−8
4にて分割された2光束J& 結像レンズ87eを通
して回折格子87fに照射され 該回折格子87fによ
り2光束干渉縞が形成されも そして、この干渉縞と回
折格子87fとの間でモアレ縞が生じも このモアレ縞
i;t、CCDイメージセンサ87gにて捉えられて、
モニターテレビ87hに映し出されこのモアレ縞が1本
になるようへ ミラー86および結像レンズ85が調整
されも このよう凶 本実施例では 位置合わせ用光学
系80の調整が容易に行えるためへ レチクル20とウ
ェハ10とがきわめて高精度で位置合わせされる。A reference grating 76 similar to that used in the alignment optical system 70 shown in FIG. 14 may be used. Also, the respective positions of the imaging lens 87a, interference fringe grating 87f, and CCD image sensor 87g are determined by three-dimensional length measurement. It is reflected from the reticle 20 and determined by the half mirror 8.
The two beams J divided at 4 are irradiated onto the diffraction grating 87f through the imaging lens 87e, and the two beams interference fringes are formed by the diffraction grating 87f.Moiré fringes are generated between these interference fringes and the diffraction grating 87f. This moiré fringe is also captured by the CCD image sensor 87g,
Even though the mirror 86 and the imaging lens 85 are adjusted so that the moiré fringes displayed on the monitor TV 87h become one, this is not the case.In this embodiment, the alignment optical system 80 can be easily adjusted. and wafer 10 are aligned with extremely high precision.
発明の効果
本発明の位置合わせ光学装置は 縮小投影露光装置にお
いて、レチクルとウェハとを高精度で位置合わせするこ
とができも レチクル上に設けられた位置合わせ格子は
ウェハ上に縮小投影され近接露光装置におけるマスク
上に設けられる位置合わせ格子のピッチに対して通常5
倍のピッチとされるためへ 位置合わせ格子を高精度で
設けることかで献 さらに高精度の位置合わせが可能に
なa レチクル上の位置合わせ格子のピッチが太きくで
きるため&へ 位置合わせ格子に光を照射する位置合わ
せ光学系は高性能である必要がなく、安価な位置合わせ
光学系が使用できも しか耘レチクルにおける位置合わ
せ格子およびウェハにおける位置合わせ格子に同時に2
光束が照射されるため!ミ 高スループツトで位置合わ
せが行われもEffects of the Invention The alignment optical device of the present invention can align a reticle and a wafer with high precision in a reduction projection exposure apparatus.The alignment grating provided on the reticle is reduced and projected onto the wafer for close-up exposure. Usually 5 for the pitch of the alignment grid provided on the mask in the device.
The pitch of the alignment grid on the reticle can be increased by increasing the pitch of the alignment grid. The alignment optical system that irradiates light does not need to be of high performance, and an inexpensive alignment optical system can be used.
Because the luminous flux is irradiated! Even if alignment is performed with high throughput,
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の露光装置におけるレチクルとウェハと
の位置合わせ光学装置の一例を示す構成図 第2図はレ
チクルの一例を示す平面医 第3図(a)は本発明の位
置合わせ光学装置の原理を説明するための概略医 第3
図(b)はウェハの位置合わせ格子による干渉光および
レチクルの位置合わせ格子による干渉光のヘテロダイン
ビート信号を示すグラフ、第4図はレチクルとウェハと
の相対変動に対する位相変化を示すグラフ、第5図はウ
ェハステージの構成図 第6図は位置合わせ光学装置の
動作を説明するフローチャート、第7図はTTR−07
゜っI@露光装置における位置合わせ光学装置の誤差要
因と誤差の関係を示すに 第8図(a)、(b)は5i
Oa段差およびA1表面荒れ格子に対する重ね合わせ精
度を示す医 第9図は干渉縞の経時的変動量を示すグラ
フ、第10図はレチクルの他の例を示す平面云 第11
図はウェハステージの他の例を示す構成図 第12図は
TTR−on owls露光方式における位置合わせ光
学装置の誤差要因と誤差を示す医 第13図は位置合わ
せ光学系の他の例を示す構成医第14図はその位置合わ
せ光学系の調整方法の説明図 第15図(a)、 (b
)はその位置合わせ光学系の他の調整方法の説明図 第
16図は従来の位置合わせ光学装置の一例を示す構成図
第17図(a)はその要部の拡大医 第17図(b)
はその原理の説明図 第18図はその位置合わせ光学装
置に使用されるレチクルの平面皿 第19図は従来の位
置合わせ光学装置のさらに他の例を示す構成図であム
10・・・・半導体ウエノ\ 20・・・・レチクノL
< 25a・・・・ス30・・・・ウェハステージ、
11・・・・格子W 40・・・・縮小投影レン、7
51.52・・・・光、! 61.62・・・・光
検出器 63・・・・位相比 64・・・・駆動回臨代
理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか1名第
図
時
第
図
菖
図
第
図
T1
相
(度)
■
道
弗
覆
暮
区
第9図
12図
第1
図
口、−’、−62
第16図
第
7図
(a)
\、−2/
第187
\ 12’lα
第19図
27/[BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS] FIG. 1 is a block diagram showing an example of an optical device for positioning a reticle and a wafer in an exposure apparatus of the present invention. FIG. 2 is a planar view showing an example of a reticle. Schematic diagram for explaining the principle of the alignment optical device of the present invention Part 3
Figure (b) is a graph showing the heterodyne beat signal of the interference light due to the alignment grating of the wafer and the interference light due to the alignment grating of the reticle, Figure 4 is a graph showing the phase change with respect to relative fluctuation between the reticle and the wafer, and Figure 5 The figure shows the configuration of the wafer stage. Figure 6 is a flowchart explaining the operation of the alignment optical device. Figure 7 is the TTR-07.
゜゜I@Figure 8 (a) and (b) show the relationship between error factors and errors of the alignment optical device in the exposure device.
Figure 9 is a graph showing the overlay accuracy with respect to the Oa step and A1 surface roughness grating. Figure 10 is a graph showing the amount of variation in interference fringes over time.
Figure 12 is a configuration diagram showing another example of a wafer stage. Figure 12 is a diagram showing error factors and errors of the alignment optical system in the TTR-on-owls exposure method. Figure 13 is a configuration diagram showing another example of the alignment optical system. Fig. 14 is an explanatory diagram of the adjustment method of the positioning optical system. Fig. 15 (a), (b)
) is an explanatory diagram of another adjustment method for the positioning optical system. Figure 16 is a configuration diagram showing an example of a conventional positioning optical system. Figure 17(a) is an enlarged view of the main part. Figure 17(b)
18 is an explanatory diagram of its principle. FIG. 18 is a flat plate of a reticle used in the alignment optical device. FIG. 19 is a configuration diagram showing still another example of the conventional alignment optical device. Semiconductor ueno \ 20...Rechikuno L
<25a...S30...Wafer stage,
11... Grating W 40... Reduction projection lens, 7
51.52... light! 61.62...Photodetector 63...Phase ratio 64...Name of driving agent Shigetaka Awano Haka1 Phase (degree) ) ■ Doufu Kagure Ward Figure 9 Figure 12 Figure 1 Figure entrance, -', -62 Figure 16 Figure 7 (a) \, -2/ 187 \ 12'lα Figure 19 27/
Claims (7)
縮小投影する際に、前記レチクルとウェハとを位置合わ
せするための光学装置であって、わずかに周波数が異な
っており相互に干渉し得る位置合わせ用の2光束を、前
記ウェハ上の所定位置に設けられた位置合わせ格子に、
前記位置合わせ格子上で干渉縞が形成されるように、前
記レチクルに設けられた窓および縮小投影レンズを通し
て照射すると同時に、前記レチクル上の所定位置に設け
られた位置合わせ格子にこの位置合わせ格子上で前記干
渉縞が形成されるように照射する位置合わせ光学系と、
前記レチクル上の位置合わせ格子により回折されて干渉
した±1次光のヘテロダインビート信号を検出する第1
光検出器と、前記ウェハ上の位置合わせ格子により回折
されて干渉した±1次光のヘテロダインビート信号を検
出する第2光検出器と、前記第1光検出器および第2光
検出器により検出されたそれぞれのヘテロダインビート
信号の位相差を検出する位相計と、前記位相計により検
出された各ヘテロダインビート信号の位相差を検出しこ
の位相差に基づきレチクルに対するウェハの相対位置を
計測し、前記レチクルまたはウェハの位置を変位させて
位置合せを行うことを特徴とする露光装置。(1) An optical device for aligning the reticle and wafer when reducing and projecting the circuit pattern provided on the reticle onto the wafer, and is used to position the reticle and the wafer at positions where the frequencies are slightly different and may interfere with each other. Two beams of light for alignment are applied to an alignment grating provided at a predetermined position on the wafer,
Irradiation is performed through a window provided on the reticle and a reduction projection lens so that interference fringes are formed on the alignment grating, and at the same time, an alignment grating provided at a predetermined position on the reticle is irradiated onto the alignment grating. a positioning optical system that emits light so that the interference fringes are formed;
A first detecting heterodyne beat signal of ±1st-order light diffracted and interfered by the alignment grating on the reticle;
a photodetector, a second photodetector that detects a heterodyne beat signal of the ±1st order light diffracted and interfered by the alignment grating on the wafer, and detected by the first photodetector and the second photodetector. a phase meter that detects a phase difference between each of the heterodyne beat signals detected by the phase meter, and a phase meter that detects a phase difference between each of the heterodyne beat signals detected by the phase meter, and measures the relative position of the wafer with respect to the reticle based on this phase difference; An exposure apparatus that performs alignment by displacing a reticle or a wafer.
X方向、Y方向、θ方向それぞれの位置ずれ量を検出の
ための3つの位置合わせ格子をそれぞれ有する請求項1
記載の露光装置。(2) The reticle and the wafer each have three alignment gratings for detecting the amount of positional deviation between the reticle and the wafer in the X direction, Y direction, and θ direction.
The exposure apparatus described.
ーンが露出される位置にて、前記レチクルとの位置ずれ
量が検出されて位置合わせされる請求項1記載の露光装
置。(3) The exposure apparatus according to claim 1, wherein the wafer is aligned by detecting the amount of misalignment with the reticle at a position on the wafer where a circuit pattern on the reticle is exposed.
ーンが露光される位置から、前記レチクルに対してX方
向、Y方向、θ方向それぞれへ所定量移動された状態で
、各方向のずれ量が検出され、その後にウェハが露光位
置に移動された状態で各方向のずれ量に対して移動され
ることにより位置合わせされる請求項2記載の露光装置
。(4) The wafer is moved by a predetermined amount in each of the X direction, Y direction, and θ direction with respect to the reticle from the position where the circuit pattern on the reticle is exposed on the wafer, and the amount of deviation in each direction is 3. The exposure apparatus according to claim 2, wherein the wafer is aligned by being detected and then being moved to the exposure position and then moved by the amount of deviation in each direction.
源と、この光源から照射される所定波長の光を2分割す
るビームスプリッターと、このビームスプリッターにて
分割された各光をそれぞれ周波数変調する一対の音響光
学素子と、各音響光学素子にて周波数変調された光を1
組のレンズ系に入射せしめ、この2分割された光束をレ
チクルの回折格子および窓に照射し2光束干渉縞を生成
する手段とを具備する請求項1記載の露光装置。(5) The alignment optical system consists of a light source that emits light of a predetermined wavelength, a beam splitter that splits the light of the predetermined wavelength emitted from this light source into two, and a frequency of each of the lights split by the beam splitter. A pair of acousto-optic elements that modulate the frequency modulated light by each acousto-optic element.
2. The exposure apparatus according to claim 1, further comprising means for making the light beam incident on a set of lens systems and irradiating the diffraction grating and window of the reticle with the two-split light beam to generate two-beam interference fringes.
プリッター、音響光学素子、集光レンズ、ミラー位置合
わせ格子、光検出器、位相計により構成されたヘテロダ
インホログラフィ位置合わせ光学系を有し、前記集光レ
ンズと音響光学素子間にハーフミラー、全反射ミラー、
撮像素子を設け、前記位置合わせ光源と同一波長の平行
光を前記集光レンズを通してレチクル面上に入射し、前
記レチクル面からの反射光を前記ハーフミラーを介して
前記全反射ミラーにより反射しハーフミラーにより分割
された入射光と前記反射光とを干渉せしめて干渉縞を前
記撮像素子に観察しながら前記ミラー、集光レンズ、位
置合わせ用の2光束の位置調整を行なう事を特徴とする
特許請求の範囲第1項記載の露光装置。(6) The alignment optical system has a heterodyne holography alignment optical system composed of an alignment light source, a beam splitter, an acousto-optic element, a condenser lens, a mirror alignment grating, a photodetector, and a phase meter, and A half mirror, total reflection mirror,
An imaging device is provided, parallel light having the same wavelength as the alignment light source is incident on the reticle surface through the condensing lens, and reflected light from the reticle surface is reflected by the total reflection mirror via the half mirror. A patent characterized in that the positions of the mirror, the condensing lens, and the two light beams for positioning are adjusted while making the incident light divided by the mirror interfere with the reflected light and observing interference fringes on the image pickup device. An exposure apparatus according to claim 1.
プリッター、音響光学素子、集光レンズ、ミラー、位置
合わせ格子、光検出器、位相計により構成されたヘテロ
ダインホログラフィ位置合わせ光学系を有し、前記集光
レンズ間と音響光学素子にハーフミラー、集光レンズ、
回折格子を設け、前記位置合わせ用光源より出射し前記
ビームスプリッターにより分割された2光束をレチクル
面に入射せしめ、前記レチクルより反射した光を前記結
像レンズ、前記ハーフミラー及び前記結像レンズを介し
て前記基準格子上に照射し2光束干渉縞を生成せしめ前
記2光束干渉縞と基準格子との間で生ずるモアレ縞を観
察しながら前記ミラー、集光レンズ、位置合わせ用の2
光束位置を調整する事を特徴とする特許請求の範囲第1
項記載の露光装置。(7) The alignment optical system has a heterodyne holography alignment optical system composed of an alignment light source, a beam splitter, an acousto-optic element, a condenser lens, a mirror, an alignment grating, a photodetector, and a phase meter, a half mirror between the condenser lenses and the acousto-optic element, a condenser lens,
A diffraction grating is provided, two light beams emitted from the alignment light source and split by the beam splitter are made incident on the reticle surface, and the light reflected from the reticle is transmitted to the imaging lens, the half mirror, and the imaging lens. irradiate onto the reference grating through the reference grating to generate two-beam interference fringes, and while observing moiré fringes generated between the two-beam interference fringes and the reference grating,
Claim 1 characterized by adjusting the light beam position
Exposure apparatus described in Section 2.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2157954A JPH07119575B2 (en) | 1990-06-15 | 1990-06-15 | Exposure equipment |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2157954A JPH07119575B2 (en) | 1990-06-15 | 1990-06-15 | Exposure equipment |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0448203A true JPH0448203A (en) | 1992-02-18 |
JPH07119575B2 JPH07119575B2 (en) | 1995-12-20 |
Family
ID=15661092
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2157954A Expired - Lifetime JPH07119575B2 (en) | 1990-06-15 | 1990-06-15 | Exposure equipment |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07119575B2 (en) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN112824974A (en) * | 2019-11-20 | 2021-05-21 | 墨子光电有限公司 | Micro-imaging device and processing method thereof |
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-
1990
- 1990-06-15 JP JP2157954A patent/JPH07119575B2/en not_active Expired - Lifetime
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JPH07119575B2 (en) | 1995-12-20 |
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