JPH0544817B2 - - Google Patents

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JPH0544817B2
JPH0544817B2 JP59188301A JP18830184A JPH0544817B2 JP H0544817 B2 JPH0544817 B2 JP H0544817B2 JP 59188301 A JP59188301 A JP 59188301A JP 18830184 A JP18830184 A JP 18830184A JP H0544817 B2 JPH0544817 B2 JP H0544817B2
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JP
Japan
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grating
light
reticle
substrate
lens system
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JP59188301A
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Japanese (ja)
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JPS6165251A (en
Inventor
Noboru Nomura
Makoto Kato
Ryukichi Matsumura
Midori Yamaguchi
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0544817B2 publication Critical patent/JPH0544817B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7049Technique, e.g. interferometric

Landscapes

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

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装置特に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
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to an exposure apparatus for devices having fine patterns, particularly semiconductor devices and the like having a submicron rule of 1 micron or less.

従来例の構成とその問題点 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
及んでいる。従来からのLSI製造時のフオトマス
クとLSIウエハの位置合わせは、ウエハに設けた
位置合せマークを用いて、ウエハを着装したステ
ージの回転と2軸平行移動し、フオトマスク上の
マークとウエハ上のマークを重ね合わせることに
よつて行なつていたが、その位置合わせ精度は±
0.3ミクロン程度であり、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
ない。また、S.オースチン(Applied physics
Letters Vol 311 No.7 P.428、1977)らが示し
た干渉法を用いた位置合わせ方法では、第1図で
示したように、入射レーザビーム1をフオトマス
ク2に入射させ、フオトマスク2上に形成した格
子3で回折し、この回折した光をもう一度、ウエ
ハ4上に形成した格子5によつて回折することに
より、回折光6,7,8……を得る。この回折光
は、フオトマスクでの回折次数とウエハでの回折
次数の二値表示で表わすと、回折光6は(0,
1)、回折光7は(1,1)回折光8は(−1,
2)……で表わすことがきる。この回折光をレン
ズにより一点に集め光強度を測定する。回折光は
入射レーザビーム1に対して左右対称な位置に光
強度を持ち、フオトマスク2とウエハ4との位置
合わせには、左右に観察された回折光の強度を一
致させることにより行なえる。この方法では位置
合わせ精度は、数100Åとされている。しかし、
この方法においては、フオトマスク2とウエハ4
との位置合わせは、フオトマスク2とウエハ4と
の間隔Dに大きく影響されるため、間隔Dの精度
を要求する。また、フオトマスク2とウエハ4を
接近させ、間隔Dの精度を保持した状態で位置合
わせする必要があり、装置が複雑となるため、実
用に問題があつた。
Conventional Structure and Problems Semiconductor devices have recently become more and more densely packed, and the dimensions of the fine patterns of each element are now 1 micron or less. Conventionally, alignment between a photomask and an LSI wafer during LSI manufacturing is achieved by rotating and parallelly moving a stage on which the wafer is mounted, using alignment marks provided on the wafer, to align the marks on the photomask with the marks on the wafer. This was done by superimposing the images, but the alignment accuracy was ±
It is about 0.3 microns, and when forming submicron elements, the alignment accuracy is poor and it is not practical. Also, S. Austin (Applied physics
In the alignment method using interferometry shown by Letters Vol 311 No. 7 P. 428, 1977), as shown in Fig. 1, an incident laser beam 1 is made incident on a photomask 2, The diffracted light is diffracted by the grating 3 formed on the wafer 4, and the diffracted light is again diffracted by the grating 5 formed on the wafer 4, thereby obtaining diffracted lights 6, 7, 8, and so on. When this diffracted light is expressed as a binary representation of the diffraction order at the photomask and the diffraction order at the wafer, the diffraction light 6 is (0,
1), the diffracted light 7 is (1,1), and the diffracted light 8 is (-1,
2) It can be expressed as... This diffracted light is collected at one point by a lens and the light intensity is measured. The diffracted light has a light intensity at a position symmetrical to the incident laser beam 1, and the photomask 2 and the wafer 4 can be aligned by matching the intensities of the diffracted light observed on the left and right sides. The alignment accuracy of this method is said to be several hundred angstroms. but,
In this method, a photomask 2 and a wafer 4 are
Since the alignment with the photomask 2 and the wafer 4 is greatly influenced by the distance D between the photomask 2 and the wafer 4, accuracy of the distance D is required. Further, it is necessary to bring the photomask 2 and the wafer 4 close to each other and align them while maintaining the accuracy of the distance D, which complicates the apparatus and poses a problem in practical use.

また、サブミクロン線巾を持つ素子の位置合わ
せには、素子からの二次電子放出による観察によ
る方法があるが、大気中での取り扱いができない
ため、LSIを製造する上でのスループツトが小さ
くなり実用上問題があつた。
In addition, there is a method for aligning elements with submicron line widths through observation using secondary electron emission from the elements, but this method cannot be handled in the atmosphere, which reduces the throughput in manufacturing LSIs. There was a practical problem.

発明の目的 本発明はこのような従来からの問題に鑑み、微
細パターンの位置合わせを大気中で、かつ、簡単
な構成で行なえるLSIのレチクルとウエハの正確
かつ容易な位置合わせ方法を提供することを目的
としている。
Purpose of the Invention In view of these conventional problems, the present invention provides a method for accurately and easily aligning an LSI reticle and a wafer, which allows fine pattern alignment to be performed in the atmosphere and with a simple configuration. The purpose is to

発明の構成 本発明は、高精度な位置合わせを投影露光装置
において実現するために、レチクル面上に形成さ
れた格子によつて波面分割された光束のうち、第
1レンズ系のスペクトル面で±1次光を空間フイ
ルターによつて通過させ、この±1次光を第2の
レンズ系に導びき、二光束によつて生成する干渉
縞を基板上に投影して、基板上に設けた第2の格
子と前記干渉縞との間の位置合わせを第2の格子
から回折される回折光の光出力変化を光検出器で
測定することにより行なう露光装置の構成を与え
るものである。
Structure of the Invention In order to realize highly accurate positioning in a projection exposure apparatus, the present invention provides for a first lens system having a spectral plane of ± The first-order light is passed through a spatial filter, the ±1st-order light is guided to a second lens system, and the interference fringes generated by the two light beams are projected onto the substrate. This provides a configuration of an exposure apparatus in which positioning between the second grating and the interference fringes is performed by measuring, with a photodetector, a change in the optical output of the diffracted light diffracted from the second grating.

実施例の説明 本発明による光学系の実施例を第2図に示し
た。光源11から出た光(この図ではより鮮明な
干渉性とより深い焦点深度を得るために、レーザ
光を想定した構成になつているが、全体の光学系
は白色干渉光学系であり、水銀灯などのスペクト
ル光源でもよい。)をビームエクスパンダ12に
より拡大し、この光を平行光又は収来光に変換す
るためのコリメータレンズ又はコンデンサレンズ
で構成された照明光学系13によつて第1のレン
ズ系15の入射瞳に対して入射する。
DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS An embodiment of the optical system according to the present invention is shown in FIG. Light emitted from the light source 11 (In order to obtain clearer coherence and deeper depth of focus, the configuration is assumed to be a laser beam, but the overall optical system is a white interference optical system, and a mercury lamp is used.) A spectral light source such as The light enters the entrance pupil of the lens system 15.

以下の説明では、本発明の原理を簡潔に述べる
ためにレチクルは平行光束によつて照明され、第
1及び第2のレンズ系は、フーリエ変換レンズと
するが、必らずしもフーリエ変換レンズでなくて
もよい。
In the following description, in order to briefly describe the principle of the present invention, it is assumed that the reticle is illuminated by a parallel light beam, and that the first and second lens systems are Fourier transform lenses, but they are not necessarily Fourier transform lenses. It doesn't have to be.

光源光学系13と第1のフーリエ変換レンズ1
5との間にレチクル14が配置され、レチクル1
4のパターンを2次光源として出た像を第1のフ
ーリエ変換レンズによつて一旦集光し、さらに第
2のフーリエ変換レンズ17を通してレチクル上
のパターンの像をウエハ18上に投影する。第1
のフーリエ変換レンズと第2のフーリエ変換レン
ズの焦点距離を等しくするとレチクル上のパター
ンが等倍に投影される。第1及び第2のフーリエ
変換レンズの焦点距離を変化させると縮小投影が
可能となる。第1のフーリエ変換レンズの後側焦
点面には、レチクル上のパターンの回折光(フー
リエスペクトル)が空間的に分布しており、本発
明の構成例においては、このフーリエ変換面に、
空間フイルター16を配置してスペクトル面でフ
イルタリングし、レチクル上に形成されたパター
ンをスペクトル面でフイルタリングすることによ
つてウエハ18面上に干渉縞を形成する。
Light source optical system 13 and first Fourier transform lens 1
A reticle 14 is arranged between the reticle 1 and the reticle 1.
The image produced using the pattern No. 4 as a secondary light source is once focused by the first Fourier transform lens, and then the image of the pattern on the reticle is projected onto the wafer 18 through the second Fourier transform lens 17. 1st
When the focal lengths of the Fourier transform lens and the second Fourier transform lens are made equal, the pattern on the reticle is projected at the same magnification. By changing the focal lengths of the first and second Fourier transform lenses, reduced projection becomes possible. On the rear focal plane of the first Fourier transform lens, the diffracted light (Fourier spectrum) of the pattern on the reticle is spatially distributed, and in the configuration example of the present invention, on this Fourier transform surface,
Interference fringes are formed on the surface of the wafer 18 by arranging a spatial filter 16 to filter the pattern formed on the reticle in the spectral plane.

第3図は本発明の露光装置に用いられるレチク
ルある。第3図aはレチクル14の平面図であ
り、第3図bはその断面図である。レチクル14
中には、回路パターン部42とその周辺部43か
ら成り、周辺部43のスクライブラインにあたる
部分に位置合わせ用格子パターン41,41′が
形成されている。レチクル14には入射光44が
入射し、第3図bに示すように、パターン41内
部では位相格子41によつて、0次、±1次、±2
次……のように複数の回折光が回折される。パタ
ーン41を取り巻くしや断部43はクロム酸や酸
化クロム等の膜で形成されており、入射光44
を、パターンの内部のみ通過させている。
FIG. 3 shows a reticle used in the exposure apparatus of the present invention. FIG. 3a is a plan view of the reticle 14, and FIG. 3b is a cross-sectional view thereof. Reticle 14
The inside consists of a circuit pattern section 42 and its peripheral section 43, and positioning grid patterns 41, 41' are formed in the peripheral section 43 at the portion corresponding to the scribe line. Incident light 44 is incident on the reticle 14, and as shown in FIG.
Multiple diffracted lights are diffracted as shown below. The sheath section 43 surrounding the pattern 41 is formed of a film of chromic acid, chromium oxide, etc., and the incident light 44
is passed only inside the pattern.

第3図の例においては、回折光を得るために位
相格子を用いているが、この格子は振幅格子でも
よく、入射光がななめから入射する場合にはエミ
エレツト格子でもよい。
In the example of FIG. 3, a phase grating is used to obtain the diffracted light, but this grating may be an amplitude grating, or may be an emilet grating when the incident light is incident diagonally.

第4図はさらに本発明の露光装置の原理説明図
である。光源11から出た波長λの光は、ビーム
エクスパンダ20によつて拡大され、さらにコリ
メータレンズ21で所定の広がりを持つ平行光に
される。第1フーリエ変換レンズの前側焦点f1
位置x1にレチクル上の位相格子を配置する。位相
格子のピツチP1と回折光の回折角θ1は P1sinθo=nλ(n=0、±1、±2………) の関係がある。このように複数の光束に回折され
た光はフーリエ変換レンズに入射し、さらに後側
焦点面に各々の回折光に相当するフーリエスペク
トル像を結ぶ。一次の回折光のフーリエスペクト
ルに対応す座標ξ61は ξ61=f1sinθ1 P1sinθ1=λ で示され、0次の回折光のフーリエスペクトル
ξ60 ξ60=f1sinθ0=0 とは完全に分離された状態でフーリエ変換面にフ
ーリエスペクトル像を結ぶ。第2図bに示したよ
うにこのフーリエ変換面上に空間フイルタ16を
配置し、第4図に示したように格子の0次および
±2次以上の回折光を遮断し、±1次回折光と開
口パターンのスペクトル(0次光成分を除く)を
通過させる。この回折光は第2フーリエ変換レン
ズを通過し、さらにウエハ5上に投影される。ウ
エハW上に投影された像は、レチクル上の開口部
の像を大略結ぶとともに、格子の±1次光成分同
志が干渉して新らたなピツチの干渉縞が形成され
る。ここで干渉縞のピツチP2は、 P2=λ/2sinθ2 で与えられる。このとき、第2フーリエ変換レン
ズの前側焦点面に前記第1フーリエ変換レンズの
フーリエ変換面を設定するので f1sinθ1=f2sinθ2=ξ61 の関係がある。
FIG. 4 is a diagram further explaining the principle of the exposure apparatus of the present invention. Light with a wavelength λ emitted from the light source 11 is expanded by a beam expander 20, and further converted into parallel light having a predetermined spread by a collimator lens 21. A phase grating on the reticle is placed at a position x 1 of the front focal point f 1 of the first Fourier transform lens. The pitch P 1 of the phase grating and the diffraction angle θ 1 of the diffracted light have the following relationship: P 1 sin θ o =nλ (n=0, ±1, ±2, etc.). The light diffracted into a plurality of light beams in this manner enters the Fourier transform lens, and further forms a Fourier spectrum image corresponding to each diffracted light beam on the rear focal plane. The coordinate ξ 61 corresponding to the Fourier spectrum of the first-order diffracted light is shown as ξ 61 = f 1 sin θ 1 P 1 sin θ 1 = λ, and the Fourier spectrum of the 0-th order diffracted light ξ 60 ξ 60 = f 1 sin θ 0 = 0 The Fourier spectrum image is focused on the Fourier transform plane while being completely separated from the As shown in FIG. 2b, a spatial filter 16 is arranged on this Fourier transform surface, and as shown in FIG. and the spectrum of the aperture pattern (excluding the zero-order light component). This diffracted light passes through the second Fourier transform lens and is further projected onto the wafer 5. The image projected onto the wafer W approximately focuses the image of the aperture on the reticle, and the ±1st-order light components of the grating interfere with each other to form new pitch interference fringes. Here, the pitch P 2 of the interference fringe is given by P 2 =λ/2sinθ 2 . At this time, since the Fourier transform surface of the first Fourier transform lens is set at the front focal plane of the second Fourier transform lens, there is a relationship of f 1 sin θ 1 =f 2 sin θ 261 .

第1及び第2フーリエ変換レンズを通した像の
間には P2=λ/2sinθ2=f2λ/2f1sinθ1=f2/f1P1/2…
…(1) の関係がある。よつて、ウエハ上に生成される干
渉縞のピツチP2は、f1=f2のときはレチクル上の
格子のピツチの半分となる。第5図に示したよう
にこの干渉縞のピツチP2にほぼ等しいピツチを
持つ格子Gからは、2光束111と112の光を
波面分割する格子Gによつて回折された光が得ら
れる。さらに2光束はウエハ上に投影され干渉縞
を生成し、ウエハW上の格子によつて回折される
光を各々干渉させることにより、干渉縞と格子と
の間の位置関係を示す光強度情報が得られる。
Between the images passed through the first and second Fourier transform lenses, P 2 = λ/2sinθ 2 = f 2 λ/2f 1 sinθ 1 = f 2 /f 1 P 1 /2...
…(1) is the relationship. Therefore, the pitch P 2 of the interference fringes generated on the wafer is half the pitch of the grating on the reticle when f 1 =f 2 . As shown in FIG. 5, from a grating G having a pitch approximately equal to the pitch P2 of this interference fringe, light is obtained which is diffracted by the grating G which splits the wavefronts of the two light beams 111 and 112. Further, the two beams are projected onto the wafer to generate interference fringes, and by interfering with each other the lights diffracted by the gratings on the wafer W, light intensity information indicating the positional relationship between the interference fringes and the gratings is obtained. can get.

光検知器D1およびD2上での観測される光強度
Iは I=uA 2+uB 2+uA *・uB+uA・uB * ただし、uA、uBは各々光束111,112の振
幅強度uA *、uB *は、共役複素振幅である。
The light intensity I observed on the photodetectors D 1 and D 2 is I=u A 2 + u B 2 + u A *・u B + u A・ u B * However, u A and u B are respectively the luminous flux 111, The amplitude intensities u A * , u B * of 112 are conjugate complex amplitudes.

uA 2=A2(sinNδA/2/sinδA/2)2、uB 2=B2(sinN
δB/2/sinδB/2)2 uA *・uB+uA・uB *=2・A・Bcos|(N−1)δA−δB
/2+Kx(sinθA−sinθB)|×sinNδA/2・sinNδB
/2/sinδA/2・sinδB/2 (ただし、A、Bは定数、N:格子の数、δA、
δBは隣接した2格子によつて回折された光の間
の光路差、xは光束111と光束112との干渉
縞と格子との間の相対的位置関係、θA、θBは光束
111及び112とウエハの垂直とのなす角)と
して示される。
u A 2 = A 2 (sin N δA/2/sin δA/2) 2 , u B 2 = B 2 (sin N
δB/2/sin δB/2) 2 u A *・u B +u A・u B * =2・A・Bcos|(N−1) δA−δB
/2+Kx(sinθ A −sinθ B )|×sin N δA/2・sin N δB
/2/sinδA/2・sinδB/2 (where, A and B are constants, N: number of lattices, δA,
δB is the optical path difference between the lights diffracted by two adjacent gratings, x is the relative positional relationship between the interference fringes of the light beams 111 and 112 and the gratings, and θ A and θ B are the light beams 111 and 112, respectively. 112 and the wafer vertical.

第6図に光強度Iの観測角度依存性を示した。
干渉縞のピツチを1μm、格子のピツチを2μmと
した場合の図である。光強度の鋭いピークが現わ
れるのは光強度Iで示されているように、干渉縞
のピツチに対して格子のピツチが整数倍のときに
限られている。そして、第6図において、観測角
度を0〜π/2と変化させると5つのピークがあ
らわれ、θ2のピークには、入射光111,112
の0次の回折光が重なる。θ4のピークは干渉縞と
格子のピツチが等しい合の1次の回折光のピーク
に相当する。θ1〜θ5の各々のピークに干渉縞とウ
エハ上の格子との間の位置情報が含まれている。
Figure 6 shows the observation angle dependence of the light intensity I.
This is a diagram when the pitch of the interference fringes is 1 μm and the pitch of the grating is 2 μm. A sharp peak in light intensity appears only when the pitch of the grating is an integral multiple of the pitch of the interference fringes, as shown by the light intensity I. In Fig. 6, five peaks appear when the observation angle is changed from 0 to π/2, and the peak at θ 2 includes the incident light 111, 112.
The 0th order diffracted lights of the two overlap. The peak at θ 4 corresponds to the peak of first-order diffracted light when the interference fringes and the grating pitch are equal. Each peak of θ 1 to θ 5 contains positional information between the interference fringe and the grating on the wafer.

第7図に、光検出器の位置を第6図のピークを
示す位置に固定し、光束111と光束112の作
る干渉縞とウエハ上の格子との間の相対位置xを
変化させたときの光強度Iの変化を示した。相対
位置xの変化は、格子のピツチl毎に光強度を周
期的に変化させ、光強度を観測することによつ
て、干渉縞と格子との間の相対位置を示すことが
できる。
FIG. 7 shows the results when the position of the photodetector is fixed at the position showing the peak in FIG. 6 and the relative position x between the interference fringes formed by the light beams 111 and 112 and the grating on the wafer is changed. The change in light intensity I is shown. By changing the relative position x, the light intensity is periodically changed for every pitch l of the grating, and by observing the light intensity, the relative position between the interference fringes and the grating can be indicated.

実際のLSIのパターンを形成するときの位置合
わせは、ウエハ上に形成された回路素子部分のパ
ターンと露光しようとする2光束の干渉縞との間
の位置合わせである。
The alignment when forming an actual LSI pattern is the alignment between the pattern of the circuit element portion formed on the wafer and the interference fringes of the two beams to be exposed.

第8図に従来からの位置合わせマークMと格子
Gとを組み合わせた場合の位置合わせパターンを
示した。図に示されているように、十字の位置合
わせマークMが格子Gのパターンの中に形成され
ている。この格子に十字の位置合わせマークの入
つたパターンに2光束を照射すると、第8図のパ
ターンからの回折光は四辺形の明パターンの中に
十字の暗パターンが組み合わさつたもので、位置
合わせが不十分あると第9図aのように十字の暗
パターンが組み合わさつたもので、位置合わせが
不十分であると第9図aのように十字の暗パター
ンが二実に見える状態となり、第9図bのように
十字のパターンを合わせるべく位置合せを行う。
すなわち、この十字のパターンに合わせて光検知
手段を設けると従来と同様のパターン位置合わせ
を行なうことができる。こうした従来と同様の位
置合わせ方法によつて0.3ミクロン程度の概略の
位置合わせができる。こうして位置合せが終る
と、第9図bに示したように、四辺形の明パター
ンの中にモアレ状縞が観測されるようになり、こ
の縞を用いて本発明の位置合わせ方法により短時
間に高精度の位置合わせを行なうことができる。
FIG. 8 shows an alignment pattern when a conventional alignment mark M and a grating G are combined. As shown in the figure, a cross-shaped alignment mark M is formed in the pattern of the grating G. When two beams of light are irradiated onto a pattern with a cross alignment mark on this grating, the diffracted light from the pattern in Figure 8 is a combination of a dark cross pattern in a bright quadrilateral pattern, and alignment is difficult. If the alignment is insufficient, the dark cross patterns will be combined as shown in Figure 9a, and if the alignment is insufficient, the dark cross patterns will look double as shown in Figure 9a. Positioning is performed to match the cross pattern as shown in b.
That is, by providing a light detection means in accordance with this cross pattern, pattern positioning can be performed in the same way as in the conventional method. Rough alignment of about 0.3 microns can be achieved by this alignment method similar to the conventional one. When the alignment is completed in this way, as shown in FIG. 9b, moire-like stripes can be observed in the quadrilateral bright pattern, and using these stripes, the alignment method of the present invention can be used for a short time. High-precision alignment can be performed.

第10図に、本発明による第2の実施例の位置
合わせの際の光路を模式的に示した。レチクル1
4上の格子41で回折された光は、第1レンズ1
5上に0次、±1次の光に分解されて、入射する。
X方向、Y方向の光は同じように分解される。0
次の光は、空間フイルター16によつて遮えぎら
れ、±1次のみの光が第2レンズ17を通過し、
半導体ウエハ18上の格子パターンの上に投影さ
れる。この±1次の2光束は、交叉している部分
で干渉縞を生成し、さらに、ウエハ上の格子によ
つて回折される。回折された光は、レンズに対し
て再び逆に進行してゆくものと、光検出器D3
方向に回折するものがある。光検出器D3により、
干渉縞とウエハ上の格子が位置合わせされる。ま
た、レンズに逆に入射した光は、レンズ系17、
フイルター16、レンズ系15中を通り、レチク
ル14上の格子に対して入射する。この際、第1
1図に示すようにこの2光束が再び干渉縞を生成
し、干渉縞120とウエハ18上の格子を位置合
わせしたときと同様の原理を用いて、干渉縞13
0と、レチクル上の格子41を高精度に位置合わ
せすることができる。格子41と干渉縞130と
の位置合わせは、光検出器D4の光強度を読み取
ることにより行なう。よつて、ウエハ上の格子と
レチクル上の格子が各々の格子表面に生成した干
渉縞によつて第1の実施例で示した場合よりも高
い精度に位置合わせできる。
FIG. 10 schematically shows the optical path during alignment in the second embodiment of the present invention. Reticle 1
The light diffracted by the grating 41 on the first lens 1
The light is separated into 0th order and ±1st order light and enters the light beam.
Light in the X and Y directions are decomposed in the same way. 0
The next light is blocked by the spatial filter 16, and only the ±1st-order light passes through the second lens 17,
It is projected onto a grid pattern on semiconductor wafer 18. These two ±1st-order light beams generate interference fringes at their intersection, and are further diffracted by a grating on the wafer. Some of the diffracted light travels in the opposite direction toward the lens, while others are diffracted toward the photodetector D3 . With photodetector D 3 ,
The interference fringes and the grating on the wafer are aligned. In addition, the light incident on the lens in the opposite direction is transmitted to the lens system 17,
The light passes through the filter 16 and the lens system 15 and is incident on the grating on the reticle 14. At this time, the first
As shown in FIG. 1, these two beams generate interference fringes again, and using the same principle as when aligning the interference fringes 120 and the grating on the wafer 18, the interference fringes 13
0 and the grating 41 on the reticle can be aligned with high precision. The grating 41 and the interference fringes 130 are aligned by reading the light intensity of the photodetector D4 . Therefore, the grating on the wafer and the grating on the reticle can be aligned with higher precision than in the first embodiment by the interference fringes generated on the surfaces of each grating.

発明の効果 本発明により、干渉縞を媒介としてレチクル上
のパターンをウエハ上に高い精度で位置合わせで
きる。
Effects of the Invention According to the present invention, a pattern on a reticle can be aligned on a wafer with high precision using interference fringes.

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

第1図は従来からの2重格子法による位置合わ
せの原理図、第2図は本発明による位置合わせの
基本的な構想図、第3図aは本発明によるレチク
ルの構成図、第3図bは位置合わせ用格子の断面
図、第4図は本発明による再回折光学系の原理説
明図、第5図は本発明によるウエハ近傍の詳細
図、第6図は本発明によるウエハ上の格子からの
回折光強度を示す図、第7図は本発明によるウエ
ハ上の格子からの回折光強度のステージ位置依存
性を示す図、第8図は本発明による位置合わせ用
格子のパターン図、第9図a,bは本発明による
位置合わせ用格子からの回折像のパターン図、第
10図は本発明によるレチクルとウエハの高精度
位置合わせの第2の実施例の説明図、第11図は
同第2の実施例の位置合わせ原理図である。 11……光源、13……光学系、14……レチ
クル、15……第1のレンズ系、16……空間フ
イルター、17……第2のレンズ、18……ウエ
ハ、41,41′……格子、111,112……
光束、120,130……干渉縞、D1,D2,D4
……光検知器。
Fig. 1 is a diagram of the principle of alignment using the conventional double grating method, Fig. 2 is a basic conceptual diagram of alignment according to the present invention, Fig. 3a is a block diagram of a reticle according to the present invention, Fig. 3 b is a cross-sectional view of the alignment grating, FIG. 4 is a diagram explaining the principle of the re-diffraction optical system according to the present invention, FIG. 5 is a detailed view of the vicinity of the wafer according to the present invention, and FIG. 6 is a grating on the wafer according to the present invention. 7 is a diagram showing the stage position dependence of the diffracted light intensity from the grating on the wafer according to the present invention. FIG. 8 is a pattern diagram of the alignment grating according to the present invention. 9a and 9b are pattern diagrams of diffraction images from the alignment grating according to the present invention, FIG. 10 is an explanatory diagram of a second embodiment of high precision alignment of a reticle and a wafer according to the present invention, and FIG. FIG. 7 is a diagram showing the positioning principle of the second embodiment. 11... Light source, 13... Optical system, 14... Reticle, 15... First lens system, 16... Spatial filter, 17... Second lens, 18... Wafer, 41, 41'... Lattice, 111, 112...
Luminous flux, 120, 130...Interference fringes, D 1 , D 2 , D 4
...Photodetector.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 光源、照明光学系、レチクル、第1のレンズ
系、空間フイルター、第2のレンズ系、基板およ
び基板を保持するステージ、光検出器からなる露
光装置のレチクル面上に、第1の格子が形成され
ており、前記光源から出た光束を照明光学系を通
して前記レチクル面上に入射させて、前記光束を
前記第1の格子により波面分割して、第1のレン
ズ系に導びくとともに、前記第1のレンズ系のス
ペクトル面付近に設けた所定の空間フイルターに
よつて前記第1の格子により回折した±1次光を
選択的に透過せしめて、該±1次光を前記第2の
レンズ系に導びき、前記第2のレンズ系を通過し
た光束を用いて生成した干渉縞を前記基板上に投
影し、前記基板上に設けた第2の格子と前記干渉
縞との間の位置合わせを、前記第2の格子から回
折される回折光の光出力変化を前記光検出器で測
定することによつて行なうことを特徴とする露光
装置。 2 レチクル上に設けた第1の格子と基板上に設
けた第2の格子のピツチが整数倍であることを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載の露光装置。 3 レチクル上に設けた第1の格子が直角な2方
向に延びる一定周期の格子であり、基板上に設け
た第2の格子も直角な2方向に延びる一定周期の
格子であり、前記レチクルから投影された2方向
に延びる干渉縞と前記基板上の格子を同時に位置
合わせすることを特徴とする特許請求の範囲第1
項記載の露光装置。 4 光源、照明光学系、レチクル、第1のレンズ
系、空間フイルター、第2のレンズ系、基板およ
び基板を保持するステージ、前記レクチル近傍に
配置した第1の光検出器、ウエハ近傍に配置した
第2の光検出器からなる露光装置のレチクル面上
に、第1の格子が形成されており、前記光源から
出た光束を照明光学系を通して前記レチクル面上
に入射させて、前記光束を前記第1の格子により
波面分割して、第1のレンズ系に導びくととも
に、前記第1のレンズ系のスペクトル面付近に設
けた所定の空間フイルターによつて、前記第1の
格子によつて回折した±1次光を選択的に透過せ
しめて、前記±1次光を前記第2のレンズ系に導
びき、前記第2のレンズ系を通過した光束を用い
て生成した第1の干渉縞を基板上に投影し、この
基板上に設けた第2の格子と前記第1の干渉縞と
の間の位置合わせを、前記第2の格子から回折さ
れる回折光の光出力変化を前記第2の光検出器で
測定することによつて行ない、さらに、前記第2
の格子から回折される光の適当な成分を、前記第
2のレンズ、空間フイルター、第1のレンズの順
に逆向きに通過させ、前記レチクルに設けた第1
の格子の表面近傍において第2の干渉縞を生成
し、前記第1の格子によつて回折される光出力変
化を前記第1の光検出器で測定することにより、
前記レチクルとウエハを高精度に位置合わせする
ことを特徴とする露光装置。
[Scope of Claims] 1. On the reticle surface of an exposure apparatus consisting of a light source, an illumination optical system, a reticle, a first lens system, a spatial filter, a second lens system, a substrate, a stage for holding the substrate, and a photodetector. , a first grating is formed, the light flux emitted from the light source is made incident on the reticle surface through the illumination optical system, the wavefront of the light flux is split by the first grating, and a first lens system is formed. At the same time, the ±1st-order light diffracted by the first grating is selectively transmitted through a predetermined spatial filter provided near the spectral plane of the first lens system. is guided to the second lens system, interference fringes generated using the light flux passing through the second lens system are projected onto the substrate, and a second grating provided on the substrate and the interference fringes are projected onto the substrate. An exposure apparatus characterized in that alignment between the second grating and the second grating is performed by measuring a change in optical output of diffracted light diffracted from the second grating using the photodetector. 2. The exposure apparatus according to claim 1, wherein the pitch of the first grating provided on the reticle and the second grating provided on the substrate is an integral multiple. 3. The first grating provided on the reticle is a grating with a constant period extending in two orthogonal directions, and the second grating provided on the substrate is also a grating with a constant period extending in two orthogonal directions. Claim 1, characterized in that the projected interference fringes extending in two directions and the grating on the substrate are aligned simultaneously.
Exposure apparatus described in Section 1. 4. A light source, an illumination optical system, a reticle, a first lens system, a spatial filter, a second lens system, a substrate and a stage for holding the substrate, a first photodetector placed near the reticle, and a first photodetector placed near the wafer. A first grating is formed on the reticle surface of an exposure device including a second photodetector, and the light beam emitted from the light source is made incident on the reticle surface through the illumination optical system. The wavefront is split by a first grating and guided to a first lens system, and is diffracted by the first grating by a predetermined spatial filter provided near the spectral plane of the first lens system. selectively transmitting the ±1st-order light, guiding the ±1st-order light to the second lens system, and generating first interference fringes using the light flux that has passed through the second lens system. The second grating is projected onto a substrate, and the alignment between the second grating provided on the substrate and the first interference fringe is determined by the optical output change of the diffracted light diffracted from the second grating. This is carried out by measuring with a photodetector of
A suitable component of the light diffracted from the grating of the reticle is passed through the second lens, the spatial filter, and the first lens in reverse order, and
generating a second interference fringe near the surface of the grating, and measuring a change in the light output diffracted by the first grating with the first photodetector;
An exposure apparatus characterized in that the reticle and the wafer are aligned with high precision.
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