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JPH02133913A - Alignment apparatus - Google Patents

Alignment apparatus

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Publication number
JPH02133913A
JPH02133913A JP63288254A JP28825488A JPH02133913A JP H02133913 A JPH02133913 A JP H02133913A JP 63288254 A JP63288254 A JP 63288254A JP 28825488 A JP28825488 A JP 28825488A JP H02133913 A JPH02133913 A JP H02133913A
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JP
Japan
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mark
light
reticle
wafer
optical system
Prior art date
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Application number
JP63288254A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2808619B2 (en
Inventor
Takechika Nishi
健爾 西
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.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Publication of JPH02133913A publication Critical patent/JPH02133913A/en
Priority to US08/537,982 priority patent/US5734478A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2808619B2 publication Critical patent/JP2808619B2/en
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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

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  • 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)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

PURPOSE:To execute a high-accuracy alignment operation by a method wherein a first mark formed on a mask and a second mark formed on a substrate are irradiated individually from two directions and the following are provided: a mark detection optical system to detect a first piece of optical information where a zero-order diffracted beam and a high-order diffracted beam reflected by the first mark have been made to interfere and to detect a second piece of optical information generated from the second mark; a photoelectric detection means of them. CONSTITUTION:A diffracted beam 105 from a mark WM on a wafer 4 is reflected by means of a beam splitter 20 and reaches a photoelectric detector 53 by means of a polarized-light beam splitter PBS; a photoelectric signal S1 is output. On the other hand, optical information (-LBR0, LBR+1) 104A from a mark RM and optical information (+LBR0, LBR-1) 104B reach photoelectric detectors 58A, 58B by means of the polarized-light beam splitter PBS; alternating-current signals S2, S3 at frequencies of interference beat signals are output individually. Then, a phase difference with reference to a reference signal is measured. The phase difference with reference to the reference signal is measured also regarding the signal S1; a displacement between a reticle 1 and the wafer 4 is determined.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野〕 本発明は、半導体素子等の製造に使用される投影露光装
置の位置合わせ装置に関するものであり、特に原画パタ
ーンを有するマスクと、この原画パターンが転写される
半導体ウェハ等の基板とを相対的に位置合わせする装置
に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to an alignment device for a projection exposure apparatus used for manufacturing semiconductor devices, etc., and particularly relates to a mask having an original pattern, and a mask having an original pattern. The present invention relates to a device for relatively aligning a substrate such as a semiconductor wafer onto which an image is to be transferred.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

この種の投影露光装置(ステッパー)では、レチクル(
マスク)に形成された回路パターンを、115、あるい
は1/10に縮小投影する投影レンズを介して、ウェハ
上の所定位置に回路パターン像を露光している。この際
、レチクルは水銀放電灯等からの単色光によって照明さ
れ、投影レンズでの色収差の発生を押えている。このた
め投影レンズは、露光用の単色照明光の波長近傍(例え
ばi線、g線等)で最良のデイスト−ジョン特性となる
ように、各種収差が補正されている。
This type of projection exposure equipment (stepper) uses a reticle (
A circuit pattern image is exposed onto a predetermined position on the wafer through a projection lens that reduces and projects the circuit pattern formed on the mask (115 or 1/10). At this time, the reticle is illuminated with monochromatic light from a mercury discharge lamp or the like to suppress the occurrence of chromatic aberration in the projection lens. For this reason, the projection lens has various aberrations corrected so as to have the best distortion characteristics near the wavelength of monochromatic illumination light for exposure (for example, i-line, g-line, etc.).

また、半導体素子製造時には、ウェハ表面に多数層の回
路パターンを作り込むので、数回〜士数回のマスクワー
クが必要となる。このマスクワークの主な作業は、新た
に重ね合わせ露光すべきレチクルと、すてにウェハ上に
形成された回路パターン領域とを精密に位置合わせする
作業、すなわちアライメントである。現在、実用化され
ている投影露光装置の多くは、レチクルとウェハとを光
学的に自動アライメントする装置を組み込んでおり、半
導体素子製造に多大な成果をあげている。
Furthermore, when manufacturing semiconductor devices, multiple layers of circuit patterns are created on the wafer surface, which requires mask work several to several times. The main work of this mask work is the work of precisely aligning the reticle to be newly overlaid and exposed with the circuit pattern area already formed on the wafer, that is, alignment. Many of the projection exposure apparatuses currently in practical use incorporate a device for optically automatically aligning a reticle and a wafer, and have achieved great results in semiconductor device manufacturing.

ところで、この自動アライメント装置には様々の方式が
あるが、そのうち最も精度が高いと期待されている方式
の1つに、スルーザレチクル(TTR)方式と呼ばれて
いるものがある。これは、レチクルの回路パターン領域
周辺のアライメントマークと、ウェハ上の1つのショッ
ト領域周辺に形成されたアライメントマークとを、レチ
クルの上方に配置したアライメント光学系(アライメン
ト対物レンズ等)によって同時に検出し、両マークのず
れを直接計測し、レチクル又はウェハを、そのずれ量が
零になるように微動させる方式である。
By the way, there are various methods for this automatic alignment device, and one of the methods expected to have the highest accuracy is called the through-the-reticle (TTR) method. This method simultaneously detects alignment marks around the circuit pattern area of the reticle and alignment marks formed around one shot area on the wafer using an alignment optical system (alignment objective lens, etc.) placed above the reticle. This method directly measures the deviation between both marks and moves the reticle or wafer slightly so that the amount of deviation becomes zero.

この場合、両マークを照明するアライメント用照明光(
走査型レーザスポット光、又は均一照明光)は、投影レ
ンズの色収差を考慮して、露光用照明光と同一波長、も
しくは近傍の波長に定められていた。従って、アライメ
ントのために、アライメント用照明光がウェハ上のマー
クを照射すると、その部分のレジスト層は感光してしま
い、現像後に各種プロセスを通すと、ウェハ上の当該マ
ークが破壊されてしまい、次の層の重ね合わせ露光のと
きのアライメントに使えないといった問題が生じた。
In this case, the alignment illumination light (
The scanning laser spot light (or uniform illumination light) has been set to have the same wavelength as the exposure illumination light or a wavelength close to it, taking into consideration the chromatic aberration of the projection lens. Therefore, when alignment illumination light illuminates a mark on a wafer for alignment, the resist layer in that area is exposed to light, and when it is subjected to various processes after development, the mark on the wafer is destroyed. A problem arose in that it could not be used for alignment during overlapping exposure of the next layer.

そこで、その1つの解決法として、第1O図に示すよう
に、TTR方式のアライメントをレジスト層に対して非
感光な波長域の照明光で行ない、投影レンズPLによる
色収差は、レチクルRと投影レンズPLとの間のアライ
メント光路中のみに設けられた補正光学系O6、あるい
はアライメント時のみ、レチクルRと投影レンズPLと
の間に挿入される補正レンズ系0.!等によって補正し
、露光光以外の波長域においてもレチクルRとウェハW
との共役を維持する方式が提案されている。
Therefore, as one solution to this problem, as shown in Figure 1O, TTR alignment is performed using illumination light in a wavelength range that is insensitive to the resist layer, and the chromatic aberration caused by the projection lens PL is reduced between the reticle R and the projection lens. A correction optical system O6 provided only in the alignment optical path between the reticle R and the projection lens PL, or a correction lens system 0. ! etc., the reticle R and wafer W can be corrected even in wavelength ranges other than exposure light.
A method has been proposed that maintains the conjugate with.

尚、第10図中、RMはレチクルRのアライメントマー
ク(又は単なる透明窓) 、WMはウェハWのアライメ
ントマーク、ALgはアライメント用照明光を送るとと
もに、マークRM、WMからの光情報を検出するための
アライメント光学系である。
In FIG. 10, RM is the alignment mark of the reticle R (or just a transparent window), WM is the alignment mark of the wafer W, and ALg sends alignment illumination light and detects optical information from the marks RM and WM. This is an alignment optical system for

このように、レチクルRと投影レンズPLの間に何らか
の色収差補正系を設ける方式は、原理的にはすぐれてい
るが、アライメント時と露光時とで投影像の重ね合わせ
位置が微妙にシフトするといった重大な欠点があること
が知られている。それは色収差補正系の機械的な安定性
、装置製造時の設定誤差、温度ドリフト等が主な原因で
ある。
In this way, the method of providing some kind of chromatic aberration correction system between the reticle R and the projection lens PL is excellent in principle, but the overlapping position of the projected images shifts slightly between alignment and exposure. It is known to have serious drawbacks. This is mainly due to mechanical stability of the chromatic aberration correction system, setting errors during device manufacturing, temperature drift, etc.

そこで、レチクルRと投影レンズPLとの間には何ら補
正系を設けずに、色収差誤差に対応する方法が、例えば
特開昭63−153820号公報に開示されている。こ
の特開昭63−153820号公報では、レチクルの上
方に2焦点素子を含むアライメント光学系を配置し、レ
チクル上にスポット光として結像するビームと、ウェハ
上にスポット光として結像するビームとを、アライメン
ト用レーザ光源からアライメント対物レンズに至るまで
同軸で導びき、対物レンズを射出したビームの結像面を
2焦点化している。このため、ウェハ上に結像すべきス
ポット光のビームはレチクル上では色収差のために大き
くデフォーカスしている。
Therefore, a method for dealing with chromatic aberration errors without providing any correction system between the reticle R and the projection lens PL is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 153820/1983. In this Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-153820, an alignment optical system including a bifocal element is arranged above the reticle, and a beam is imaged as a spot light on the reticle and a beam is imaged as a spot light on the wafer. is guided coaxially from the alignment laser light source to the alignment objective lens, and the imaging plane of the beam emitted from the objective lens is made into two focal points. Therefore, the beam of spot light to be imaged on the wafer is largely defocused on the reticle due to chromatic aberration.

そして2つのビームの同軸性を利用して、スキャナーに
より2つのビーム(スポット光)を走査し、レチクルの
マークからの光情報とウェハのマークからの光情報を、
同時に光電検出している。
Then, using the coaxiality of the two beams, the two beams (spot lights) are scanned by a scanner, and the optical information from the mark on the reticle and the optical information from the mark on the wafer are
Photoelectric detection is performed at the same time.

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

上記従来の技術では、いずれにしろレーザ光のスポット
光でウェハ上のマークを走査する方式なので、スポット
走査方式のアライメント系がもつ各種問題は、相変わら
ず未解決のままである。
In any case, in the above-mentioned conventional techniques, since the mark on the wafer is scanned by a spot light of a laser beam, various problems associated with a spot scanning type alignment system remain unsolved.

スポット走査方式では、ウェハ上のマークエツジからの
散乱光や回折光を光電検出するので、スポット光照射領
域(例えば2〜4μm幅)内にマークエツジが存在する
ときだけ光電信号のピーク波形が得られる。すなわち基
本的には、単発のピーク波形からマーク位置を求めるこ
とになり、そのピーク波形に歪みが生しると、それが直
接アライメント精度を左右するといった問題が生してい
た。
In the spot scanning method, scattered light or diffracted light from a mark edge on a wafer is photoelectrically detected, so a peak waveform of a photoelectric signal is obtained only when a mark edge exists within a spot light irradiation area (for example, 2 to 4 μm width). That is, basically, the mark position is determined from a single peak waveform, and if the peak waveform is distorted, this directly affects alignment accuracy.

そごで本発明では、このようなスポット走査方式による
マーク検出を行なわずに、別波長のアライメント照明光
のもとでより高精度なアライメンI・を行なうことがで
きる投影露光装置用の位置合わせ装置を得ることを目的
とする。
Therefore, the present invention provides a positioning method for a projection exposure apparatus that can perform more accurate alignment I under alignment illumination light of a different wavelength without performing mark detection using such a spot scanning method. The purpose is to obtain equipment.

さらに本発明は、より分解能の高いアライメントを可能
とするために、回折格子マーク等を用いた干渉アライメ
ント法を採用し、露光動作中でもマーク検出が可能な装
置を得ることを目的とする。
Furthermore, it is an object of the present invention to provide an apparatus that employs an interference alignment method using a diffraction grating mark or the like in order to enable alignment with higher resolution, and can detect marks even during exposure operation.

さらに本発明は、マスクに設けたアライメントマークと
感光2S板上に設けたアライメントマークとの各々から
の光情報が混同じないようにした装置を得ることを目的
とする。
A further object of the present invention is to provide a device that prevents the optical information from the alignment marks provided on the mask and the alignment marks provided on the photosensitive 2S plate from being mixed up.

〔問題点を解決する為の手段〕[Means for solving problems]

本発明では、マスクと感光基板とが位置合わせされたと
き、マスク上に形成したアライメントマークの領域と感
光基板上に形成したアライメントマークの領域とが、露
光用照明光の波長のもとで互いに重ならないように配置
するとともに、マスクの感光基板の夫々のマークを格子
パターン等として、マスクの格子マークの投影光学系に
よる像(格子像)の格子定数(ピッチ、間隔等)と、感
光基板上の格子マークの格子定数とを異ならせるように
構成した。そして、マスクのマークへ2方向から同一偏
光成分の照明光を同時に照射するようにし、マスクのマ
ークからの0次回折光と、これと同一方向に進む高次(
1次)回折光(又は散乱光)との干渉光を光電検出する
ようにした。
In the present invention, when the mask and the photosensitive substrate are aligned, the area of the alignment mark formed on the mask and the area of the alignment mark formed on the photosensitive substrate are mutually aligned under the wavelength of the exposure illumination light. At the same time, each mark on the photosensitive substrate of the mask is arranged as a lattice pattern, etc., and the lattice constant (pitch, interval, etc.) of the image (lattice image) of the lattice mark of the mask by the projection optical system and the pattern on the photosensitive substrate are arranged so that they do not overlap. The lattice constants of the lattice marks are different from each other. Then, illumination light with the same polarization component is simultaneously irradiated to the mark on the mask from two directions, and the 0th-order diffracted light from the mark on the mask and the higher-order (
The interference light with the first-order) diffracted light (or scattered light) is photoelectrically detected.

(作 用〕 本発明に於いてはし・チクルマークからの信号とウェハ
マークからの信号が混同することがなく、さらにレチク
ル信号はレチクル回折マークによって反射された回折光
のみを使える構造であり、ノイズ成分の少ない高精度ア
ライメントが実現できる。
(Function) In the present invention, the signal from the chopper/ticle mark and the signal from the wafer mark are not confused, and the reticle signal is structured so that only the diffracted light reflected by the reticle diffraction mark can be used. High precision alignment with few components can be achieved.

〔実施例] 次に、本発明の実施例による位置合わせ装置について説
明するが、その前に本発明の基礎となる技術について第
1図を参照して説明する。
[Example] Next, a positioning device according to an example of the present invention will be described, but before that, the technology underlying the present invention will be described with reference to FIG. 1.

所定の回路パターンとアライメント用の回折格子マーク
とを有するレチクル1は2次元移動可能なレチクルステ
ージ2に保持される。レチクルl上の各パターンは両側
テレセントリックな投影レンズ3によって露光光のもと
でウェハ4上に結像される。ただしこの投影レンズ3は
露光用の照明光波長(g線、i線等)に関して良好に色
収差補正されており、その露光用の波長に関してレチク
ルlとウェハ4とが互いに共役になるように配置される
。またウェハ4上にもレチクルlに形成された格子マー
クと同様の回折格子マークが形成されている。さて、ウ
ェハ4はステップアンドリピート方式で2次元移動する
ステージ5上に吸着され、ウェハ4上の1つのショット
領域に対するレチクルlの転写露光が終了すると、次の
ショット位置までステッピングされる。レチクルステー
ジ2の一部には、レチクル1の水平面内でのX方向、X
方向及び回転(θ)方向の位置を検出するためのレーザ
光波干渉式測長器(以下、干渉計とする)43からのレ
ーザビームを反射する移動鏡6が固定されている。この
干渉計43はX方向、X方向、θ方向の位置を独立に検
出するために3本の測長用レーザビームを有するが、こ
こでは説明を簡単にするため図示を一部省略しである。
A reticle 1 having a predetermined circuit pattern and a diffraction grating mark for alignment is held on a two-dimensionally movable reticle stage 2. Each pattern on the reticle I is imaged onto the wafer 4 under exposure light by a projection lens 3 which is telecentric on both sides. However, this projection lens 3 has well-corrected chromatic aberration with respect to the exposure illumination light wavelength (g-line, i-line, etc.), and is arranged so that the reticle l and the wafer 4 are conjugate to each other with respect to the exposure wavelength. Ru. Further, a diffraction grating mark similar to the grating mark formed on the reticle l is also formed on the wafer 4. Now, the wafer 4 is attracted onto a stage 5 that moves two-dimensionally in a step-and-repeat manner, and when the transfer exposure of the reticle I to one shot area on the wafer 4 is completed, it is stepped to the next shot position. A part of the reticle stage 2 includes
A movable mirror 6 that reflects a laser beam from a laser beam interferometer (hereinafter referred to as an interferometer) 43 for detecting the position in the direction and rotation (θ) direction is fixed. This interferometer 43 has three laser beams for length measurement in order to independently detect positions in the X direction, X direction, and θ direction, but some of them are omitted here to simplify the explanation. .

レチクルステージ2の移動ストロークは数ミリメートル
以下であり、干渉計43の検出分解能は、例えば0.O
1μm程度に定められている。一方、ウェハステージ5
の一部にはウェハ4の水平面内でのX方向、X方向の位
置を検出するための干渉計45からのレーザビームを反
射する移動鏡7が固定されている。この干渉計45もX
方向、X方向の位置を独立に検出するために2本の測長
用レーザビームを有するが、ここでは説明を簡単にする
ため図示を一部省略しである。レチクルステージ2のX
方向、X方向、θ方向の駆動は駆動モータ42で行なわ
れ、ウェハステージ5の2次元移動は駆動モータ46で
行なわれる。
The movement stroke of the reticle stage 2 is several millimeters or less, and the detection resolution of the interferometer 43 is, for example, 0. O
It is set at about 1 μm. On the other hand, wafer stage 5
A movable mirror 7 that reflects a laser beam from an interferometer 45 for detecting the position of the wafer 4 in the X direction and the X direction within the horizontal plane is fixed to a part of the wafer 4 . This interferometer 45 is also
Although it has two length measuring laser beams to independently detect the position in the direction and the X direction, some of them are omitted here to simplify the explanation. Reticle stage 2 X
The drive motor 42 drives the wafer stage 5 in the X direction, the θ direction, and the θ direction, and the drive motor 46 moves the wafer stage 5 in two dimensions.

ところで露光用の照明系は、水銀ランプ30、楕円鏡3
1、集光レンズや干渉フィルター等を含む入力レンズ群
32、オプチカルインテグレータ(フライアイレンズ)
33、ミラー34、メインコンデンサーレンズ35及び
ダイクロイックミラー22等によって構成される。グイ
クロインクミラー22はレチクルlの上方に45″′で
斜設され、コンデンサーレンズ35からの露光光を垂直
に下方に反射させ、レチクルlを均一に照射する。この
ダイクロイックミラー22は露光光の波長に対しては9
0%以上の反射率を有し、アライメント用の照明光の波
長(iI先光光りも長波長)に対しては50%以上の透
過率を有する。
By the way, the illumination system for exposure consists of a mercury lamp 30 and an elliptical mirror 3.
1. Input lens group 32 including condenser lens, interference filter, etc., optical integrator (fly's eye lens)
33, a mirror 34, a main condenser lens 35, a dichroic mirror 22, and the like. The dichroic ink mirror 22 is obliquely installed above the reticle l at an angle of 45'', and reflects the exposure light from the condenser lens 35 vertically downward to uniformly illuminate the reticle l. 9 for wavelength
It has a reflectance of 0% or more, and a transmittance of 50% or more for the wavelength of the illumination light for alignment (the iI front light also has a long wavelength).

次にこのステッパーのアライメント系について説明する
。アライメント用の照射光はレーザ光源10から射出さ
れ、透過型の基準回折格子を放射状に形成したラジアル
・グレイティング11を通り、フーリエ変換レンズ13
を介してフーリエ面(アライメント光学系の瞳面)に配
置された空間フィルター15に達する。ラジアル・グレ
イティング11はモータ12によってほぼ一定の速度で
回転可能に構成される。このラジアル・グレイティング
11に入射したレーザ光は0次光、±1次光、±2次光
・・・・・・のように回折し、それぞれ異なった回折角
で広がっていく、第1図では0次光LB、、+1次光+
LB、及び−1次光−LB、のみを示す。これら0次光
、±1次光はレンズ系13の作用でともに主光線が平行
になるとともに、フーリエ面に配置された空間フィルタ
ー15上で明確に分離して分布し、0次光L B oの
みが遮断され、±1次光は透過する。空間フィルター1
5を通った±1次光はビームスプリッタ−14で反射さ
れた後、瞳リレー系17Aを通り、ビームスプリッタ−
20を透過して2焦点光学系21に入射する。2焦点光
学系21は、アライメント系の瞳、すなわち投影レンズ
3の瞳EPと共役に配置された複屈折物質(水晶、方解
石等)21bと顕微鏡用等のテレセントリックな対物レ
ンズ21aとを一体に組み合わせたもので構成され、レ
ーザ光の±1次光の偏光成分(P偏光とS偏光)に応じ
て異なるパワーを与えるものである。ここでし−ザ光′
R10は直交直線偏光のレーザ光を発振するものとする
。このため2焦点光学系21を射出した一方の偏光(例
えばP偏光)はレチクルlの上方空間の焦点26aに結
像し、他方の偏光(例えばS偏光)はレチクル1の下面
のパターン面と一致した焦点27aに結像する。また2
焦点光学系21の他方の焦点、すなわちレーザ光源10
側で焦点26a、27aの夫々と共役な面は、ラジアル
・グレイティング11と一致している。ここで2焦点光
学系21の2つの焦点26a、27bの光軸方向の間隔
はアライメント用のレーザ光の波長における投影レンズ
3のレチクル1側での色収差量に対応している。この空
間中の焦点面26aは投影レンズ3によってウェハ4の
表面と一致した結像面26bと共役になり、焦点面27
a(レチクルパターン面)は投影レンズ3によってウェ
ハ4の表面から空間的に下方に離れた結像面27bと共
役になる。結像面26bと27bの間隔は投影レンズ3
のウェハ4側での色収差量に対応している。ここで結像
面26bと27bの間隔距離をり0、焦点面26aと2
7aの間隔距離をDr%そして投影レンズ3の投影倍率
を1/M(通常Mは1.2.5.5.10のうちいずれ
か1つ)とすると、−静的にり、=M”  ・D、の関
係がある。アライメント用のレーザ光の波長が露光光の
波長から離れれば離れる程、投影レンズ3の収差特性に
応じてり、、、D、、は大き(なる、この種の投影レン
ズの焦点深度は極めて浅く、±1μm程度であり、アラ
イメント用照明光の波長にもよるが間隔り。は数lOμ
m程度に達することもある。尚、フライメン1−用照明
光(レーザ光)はウェハ4に塗布されたレジストに対し
てほとんど感度を持たない波長にすることが望しいが、
本発明においては必ずしも満たされるべき条件ではない
、それは投影レンズによって露光光の波長とアライメン
ト用照明光の波長とで極端に大きな収差が生じ、特にウ
ェハ4上の回折格子マークからの光情報自体に大きな歪
みが加えられて゛しまうからである。このためその収差
との兼ね合いで最適なアライメント用照明光を定めるこ
とを優先することの方が重要である。従ってアライメン
ト用照明光が長時間(例えば1分以上)レジストを照射
すると、感光させてしまう(現像後に薄減りが生じる)
ような弱い感度の波長になる場合もある。
Next, the alignment system of this stepper will be explained. Irradiation light for alignment is emitted from a laser light source 10, passes through a radial grating 11 in which a transmission type reference diffraction grating is formed radially, and passes through a Fourier transform lens 13.
The light reaches a spatial filter 15 arranged on the Fourier plane (pupil plane of the alignment optical system). The radial grating 11 is configured to be rotatable by a motor 12 at a substantially constant speed. The laser light incident on this radial grating 11 is diffracted into 0th order light, ±1st order light, ±2nd order light, etc., and each spreads at a different diffraction angle, as shown in Figure 1. Then, 0th order light LB,,+1st order light+
Only LB and -1st order light -LB are shown. The principal rays of these 0th-order light and ±1st-order light become parallel due to the action of the lens system 13, and they are clearly separated and distributed on the spatial filter 15 arranged on the Fourier plane, and the 0th-order light L B o Only the first-order light is blocked, and the ±1st-order light is transmitted. spatial filter 1
After passing through 5, the ±1st-order light is reflected by beam splitter 14, passes through pupil relay system 17A, and enters beam splitter 14.
20 and enters the bifocal optical system 21. The bifocal optical system 21 is a combination of a birefringent material (quartz, calcite, etc.) 21b arranged conjugately with the pupil of the alignment system, that is, the pupil EP of the projection lens 3, and a telecentric objective lens 21a such as for a microscope. It provides different powers depending on the polarization components (P-polarized light and S-polarized light) of the ±1st-order light of the laser light. Here - the light'
It is assumed that R10 oscillates a laser beam of orthogonal linear polarization. Therefore, one polarized light (for example, P polarized light) exiting the bifocal optical system 21 forms an image at the focal point 26a in the space above the reticle 1, and the other polarized light (for example, S polarized light) coincides with the pattern surface on the lower surface of the reticle 1. The image is formed at a focal point 27a. Also 2
The other focal point of the focusing optical system 21, that is, the laser light source 10
The surfaces conjugate to the respective focal points 26a, 27a on the side coincide with the radial grating 11. Here, the distance between the two focal points 26a and 27b of the bifocal optical system 21 in the optical axis direction corresponds to the amount of chromatic aberration on the reticle 1 side of the projection lens 3 at the wavelength of the alignment laser beam. The focal plane 26a in this space becomes conjugate with the imaging plane 26b which coincides with the surface of the wafer 4 by the projection lens 3, and the focal plane 27
a (reticle pattern surface) becomes conjugate with the imaging surface 27b spatially spaced downward from the surface of the wafer 4 by the projection lens 3. The distance between the imaging planes 26b and 27b is the same as that of the projection lens 3.
This corresponds to the amount of chromatic aberration on the wafer 4 side. Here, the distance between the imaging planes 26b and 27b is 0, and the focal plane 26a and 2
If the interval distance of 7a is Dr% and the projection magnification of the projection lens 3 is 1/M (usually M is one of 1.2.5.5.10), then - static, = M"・The relationship D.The farther the wavelength of the alignment laser light is from the wavelength of the exposure light, the larger D is, depending on the aberration characteristics of the projection lens 3. The depth of focus of the projection lens is extremely shallow, about ±1 μm, and the distance is several 10 μm depending on the wavelength of the alignment illumination light.
It can reach up to about m. Note that it is desirable that the illumination light (laser light) for flymen 1- has a wavelength that has almost no sensitivity to the resist applied to the wafer 4;
In the present invention, this condition does not necessarily have to be met because the projection lens causes an extremely large aberration between the wavelength of the exposure light and the wavelength of the illumination light for alignment, and in particular, the optical information itself from the diffraction grating mark on the wafer 4 is affected. This is because large distortions will be added. Therefore, it is more important to give priority to determining the optimum illumination light for alignment in consideration of the aberration. Therefore, if the alignment illumination light irradiates the resist for a long time (for example, 1 minute or more), it will be exposed to light (fading will occur after development).
In some cases, it may be a wavelength with weak sensitivity such as

さて、アライメント用のレーザ光の±1次光LB、(S
偏光)は焦点面27aでレチクル1の回折格子マーク部
分に、+1次光+LB、と一1次光−LB、との成す角
度で2方向から入射し結像する。またレチクル1の透明
部を透過した焦点面26aからの±1次光LB、(P偏
光)は、投影レンズ3を介して焦点面26bでウェハ4
の回折格子マーク部分に、+1次光と一1次光との成す
角度で2方向から入射し結像する。そしてレチクルlの
回折格子マークからの反射回折光はダイクロイックミラ
ー22.2焦点光学系21を介してビームスプリッタ2
0で反射された後、瞳リレー系17Bを通って瞳共役面
(フーリエ面)に配置された空間フィルター23で軸上
を進む回折光のみがフィルタリングされ、さらに集光レ
ンズ24によって光電検出器25に達する。またウェハ
4の回折格子マークからの反射回折光は投影レンズ3を
介して元の光路を戻り、レチクル1の透明部を透過して
ダイクロイックミラー22.2焦点光学系21、ビーム
スプリンタ20、瞳リレー系17B、空間フィルター2
3、及び集光レンズ24を通って光電検出器25に達す
る。空間フィルター23はアライメント光学系の瞳面と
共役な位置、すなわち投影レンズ3の瞳(射出瞳)と実
質共役な位置に配置され、レチクル11又はウェハ4か
らの正反射光を遮断し、レチクル1又はウェハ4の回折
格子に垂直(面の法線方向)に回折される光のみを通す
ように定められている。そして光電検出器25の前には
、2焦点光学系21、瞳リレー系17B、及びレンズ2
4を介してレチクル1、ウェハ4の夫々と共役に配置さ
れたアパーチャ板25°が設けられている。
Now, the ±1st order light LB of the laser light for alignment, (S
The polarized light enters the diffraction grating mark portion of the reticle 1 at the focal plane 27a from two directions at angles formed by the +1st order light +LB and the 11th order light -LB and forms an image. Further, the ±1st order light LB, (P polarized light) from the focal plane 26a that has passed through the transparent part of the reticle 1 is transmitted to the wafer 4 at the focal plane 26b via the projection lens 3.
The +1st order light and the 11th order light enter the diffraction grating mark portion from two directions at angles formed by the +1st order light and form an image. The reflected and diffracted light from the diffraction grating mark on the reticle L passes through the dichroic mirror 22.2 and the focusing optical system 21 to the beam splitter 2.
After being reflected at 0, only the diffracted light that passes on the axis is filtered by a spatial filter 23 placed on the pupil conjugate plane (Fourier plane) through the pupil relay system 17B, and is further transmitted to the photoelectric detector 25 by the condensing lens 24. reach. In addition, the reflected diffracted light from the diffraction grating mark on the wafer 4 returns to the original optical path via the projection lens 3, passes through the transparent part of the reticle 1, and passes through the dichroic mirror 22, the focusing optical system 21, the beam splinter 20, and the pupil relay. System 17B, spatial filter 2
3, and passes through the condensing lens 24 to reach the photoelectric detector 25. The spatial filter 23 is arranged at a position conjugate with the pupil plane of the alignment optical system, that is, at a position substantially conjugate with the pupil (exit pupil) of the projection lens 3, and blocks specularly reflected light from the reticle 11 or the wafer 4. Alternatively, it is set so that only light diffracted perpendicularly to the diffraction grating of the wafer 4 (in the normal direction of the surface) passes through. In front of the photoelectric detector 25, there is a bifocal optical system 21, a pupil relay system 17B, and a lens 2.
An aperture plate 25° is provided which is disposed conjugately with the reticle 1 and the wafer 4 via the aperture plate 4.

さて光電検出器25から得られる光電信号は、レチクル
1又はウェハ4を2方向から照射する±1次光±LB、
によって作られた干渉縞が各回折格子マーク上でピッチ
方向に流れるように照射されることになるので、ラジア
ル・グレイティング11の回転速度に応じた周波数の正
弦波状の交流信号となる。ところでラジアル・グレイテ
ィング11からの±1次光、0次光は、ビームスプリン
タ14を透過し、瞳(フリー工面)を像面に変換するレ
ンズ系(逆フーリエ変換レンズ)16によって参照用回
折格子18上に結像(2方向からのビーム+LB、 、
−LB、が交差)する、この参照用回折格子18は装置
上で固定されているものである。この回折格子18にも
+1次光+LBと一1次光−LB、とが所定の角度で2
方向から入射する。光電検出器19は参照用回折格子1
8を透過した回折光(又は干渉光)を受光して、正弦波
状の光電信号を出力する。この光電信号はラジアル・グ
レイティング11の回転速度に比例した周波数となり、
基準ビート信号となる。位相検出系40は、光電検出器
25からの光電信号と光電検出器19からの光電信号と
を入力し、両信号の波形上の位相差を検出する。検出さ
れた位相差(±180″′)はレチクル11ウエハ4の
夫々に形成された回折格子マークの格子ピッチの1/2
内の相対位置ずれ量に一義的に対応している。制御系4
1は検出された位相差(位置ずれ量)の情報、サーボシ
ステム44を介して得られる干渉計43.45の各々か
らの位置情報等に基づいて駆動モータ42.46を制御
し、レチクル1とウェハ4の相対位置合わせ(アライメ
ント)を行なう。
Now, the photoelectric signal obtained from the photoelectric detector 25 includes ±1st order light ±LB that irradiates the reticle 1 or wafer 4 from two directions;
The interference fringes created by this are irradiated onto each diffraction grating mark so as to flow in the pitch direction, resulting in a sinusoidal alternating current signal with a frequency corresponding to the rotation speed of the radial grating 11. By the way, the ±1st-order light and the 0th-order light from the radial grating 11 are transmitted through the beam splinter 14 and used as a reference diffraction grating by the lens system (inverse Fourier transform lens) 16 that converts the pupil (free plane) into the image plane. Image formed on 18 (beams from two directions + LB, ,
-LB, intersect), this reference diffraction grating 18 is fixed on the apparatus. This diffraction grating 18 also has +1st order light +LB and 11st order light -LB at a predetermined angle.
incident from the direction. The photoelectric detector 19 is a reference diffraction grating 1
8, and outputs a sinusoidal photoelectric signal. This photoelectric signal has a frequency proportional to the rotation speed of the radial grating 11,
This becomes the reference beat signal. The phase detection system 40 inputs the photoelectric signal from the photoelectric detector 25 and the photoelectric signal from the photoelectric detector 19, and detects the phase difference in the waveforms of both signals. The detected phase difference (±180'') is 1/2 of the grating pitch of the diffraction grating marks formed on each of the reticle 11 and the wafer 4.
It uniquely corresponds to the amount of relative positional deviation within. Control system 4
1 controls a drive motor 42.46 based on information on the detected phase difference (positional deviation amount), position information from each of the interferometers 43.45 obtained via the servo system 44, and controls the reticle 1 and Relative positioning (alignment) of the wafer 4 is performed.

尚、第1図の説明では、2つのビーム+LB、。In the explanation of FIG. 1, two beams +LB are used.

L B I は紙面内で交差するように示したが、実際
は投影レンズ3の軸AXを含む平面と垂直な面内で互い
に傾いている。
Although L B I is shown to intersect in the plane of the paper, in reality they are tilted to each other in a plane perpendicular to a plane containing the axis AX of the projection lens 3.

以上の全体構成において、アライメント光学系の一部、
特に2焦点光学系21はレチクル1上のアライメントマ
ークの配置に応して任意の位置に可動とされ、どのよう
なマーク配置であってもマーク検出が可能となっている
。さらにレチクル1の上方に斜設したグイクロイックミ
ラー22によって露光光とアライメント用照明光とを分
離するため、露光動作中であってもマーク検出が可能と
なる。これは露光中において何らかの外乱でレチクル1
とウェハ4とのアライメント状態が狂った場合も、その
時点でただちに検出できることを意味する。さらに位相
検出系40からの位相差情報に基づいて露光動作中であ
ってもレチクルステージ2とウェハステージ5との位置
決めサーボをクローズド・ループで実行できることをも
意味する。
In the above overall configuration, part of the alignment optical system,
In particular, the bifocal optical system 21 is movable to any position according to the arrangement of the alignment marks on the reticle 1, so that mark detection is possible regardless of the arrangement of the marks. Furthermore, since the exposure light and the alignment illumination light are separated by the guichroic mirror 22 provided obliquely above the reticle 1, mark detection is possible even during the exposure operation. This may occur due to some disturbance during exposure.
This means that even if the alignment state between the wafer 4 and the wafer 4 goes out of alignment, it can be immediately detected at that point. Furthermore, it also means that the positioning servo between the reticle stage 2 and the wafer stage 5 can be executed in a closed loop based on the phase difference information from the phase detection system 40 even during the exposure operation.

このため露光されたレジストパターンの線幅も、わずか
な像ぶれによって太ることがない。尚、露光光の光源は
水銀ランプ以外のエキシマレーザ光源等に置きかえても
よい。
Therefore, the line width of the exposed resist pattern does not increase due to slight image blurring. Note that the light source of the exposure light may be replaced with an excimer laser light source other than the mercury lamp.

次に第2図を用いてアライメント系のみの詳細な構成、
及びアライメントの原理を模式的に説明する。第2図に
おいて、グイクロイックミラー22、空間フィルター1
5、ビームスプリンタ14、瞳リレー系17Aは簡単に
するために省略してあり、第1図中のものと同一の部材
には同じ符号をつけである。ラジアル・グレイティング
(周波数シフター)11にはレーザ光源lOから成形さ
れたレーザ光束(はぼ平行光束)LBが入射する。
Next, using Figure 2, the detailed configuration of only the alignment system,
and the principle of alignment will be schematically explained. In FIG. 2, a guichroic mirror 22, a spatial filter 1
5. The beam splinter 14 and the pupil relay system 17A are omitted for the sake of simplicity, and the same members as those in FIG. 1 are given the same reference numerals. A laser beam (almost parallel beam) LB formed from a laser light source 1O is incident on the radial grating (frequency shifter) 11.

このレーザ光束LBの偏光方向は、2焦点光学系21に
よってP偏光とS偏光に分離されて焦点26a、27a
に集光するとき、P偏光とS偏光とでその光強度(光量
)が所定の比になるように調整されている0通常、ウェ
ハ4に達する光の方がt置火が多いので、ウェハ4への
光量を増やすようにする。そのためには、2重焦点素子
を光軸の回りに回転させたり、レーザ光#lOとラジア
ル・グレイティング11の間にλ/2板を挿入し、それ
を光軸の回りに回転させたりする構造を採用すればよい
、すなわち、それによってレチクルlに達する偏光とウ
ェハ4へ達する偏光との光量比を最適なものに調整でき
る。さて、ラジアル・グレイティング11からの±1次
光LB、(平行光束)は、レンズ系13の作用でテレセ
ンドリンクな2焦点光学系21の瞳面、すなわち?!屈
折物質21b内でスポットとして集光するように入射し
、+1次光十L B + は複屈折物質21bのところ
で偏光成分によってP変更の+LBIPとS偏光の+L
 B + =とに分離され、2焦点光学系21の光軸に
対して回折角で決まる角度だけ傾いた平行光束となって
レチクルlに達する。同様に一1次光−LBlもP偏光
の−L B I FとS偏光の−LB、とに分離され、
対物レンズ21aの光軸をはさんで+1次光(+LBI
F、+ L、 B +s)と対称的な角度の平行光束と
なってレチクルlに達する。P偏光に関しては焦点27
aとラジアル・グレイティング11とが共役であるため
、P偏光の1次光+L B2、−LB、、は回折格子マ
ークRMのところでほぼ平行光束となって交差(結像)
する。第2図においてマークRMの格子配列方向は紙面
内の左右方向であり、1次光+LB+r、 LBIFの
各々の光軸からの傾き方向も第2図の紙面内に定められ
る。レチクルlには第3図(a)に示すように回折格子
マークRMと透明な窓部P0とが形成されており、1次
光+LBl、、−LB、、はともにマークRMと窓部P
、とをカバーする大きさでレチクルlを照射する。第3
図(a)に示したマークRMはX方向(格子配列方向)
の位置検出に使われるものであり、ウェハ4上の回折格
子マークWMも第3図(b)に示すように、これと対応
している。マークWMはアライメント時(又は露光時)
にレチクル1の窓部P0の位置に整列するように定めら
れている。さて2焦点光学系21を射出したほぼ平行な
S偏光の1次光+LB、、、−L、B、。
The polarization direction of this laser beam LB is separated into P-polarized light and S-polarized light by the bifocal optical system 21 and focused at 26a and 27a.
When the light is focused on the wafer 4, the light intensity (light amount) of the P-polarized light and the S-polarized light is adjusted to be a predetermined ratio. Increase the amount of light to 4. To do this, the bifocal element can be rotated around the optical axis, or a λ/2 plate can be inserted between the laser beam #lO and the radial grating 11 and it can be rotated around the optical axis. In other words, the light amount ratio between the polarized light reaching the reticle l and the polarized light reaching the wafer 4 can be adjusted to an optimum value. Now, the ±1st-order light LB, (parallel light flux) from the radial grating 11 is directed to the pupil plane of the bifocal optical system 21 which is a telesend link due to the action of the lens system 13, that is, ? ! The +1st-order light 1L B + enters the refractive substance 21b so as to be focused as a spot, and the +LBIP of P change and +L of S polarization are changed by the polarization components at the birefringence substance 21b.
B + =, and reaches the reticle l as a parallel light beam tilted by an angle determined by the diffraction angle with respect to the optical axis of the bifocal optical system 21. Similarly, the first-order light -LBl is separated into P-polarized light -LBIF and S-polarized light -LB,
+1st order light (+LBI) across the optical axis of the objective lens 21a
F, +L, B +s) and reaches the reticle l as a parallel beam of light at a symmetrical angle. Focal point 27 for P polarized light
Since a and the radial grating 11 are conjugate, the P-polarized first-order lights +LB2, -LB, , become almost parallel beams at the diffraction grating mark RM and intersect (image formation).
do. In FIG. 2, the lattice arrangement direction of the marks RM is in the left-right direction in the plane of the paper, and the inclination direction of each of the primary lights +LB+r and LBIF from the optical axis is also determined in the plane of the paper in FIG. A diffraction grating mark RM and a transparent window P0 are formed on the reticle l as shown in FIG.
The reticle l is irradiated with a size that covers , and. Third
The mark RM shown in figure (a) is in the X direction (lattice arrangement direction)
The diffraction grating mark WM on the wafer 4 also corresponds to this as shown in FIG. 3(b). Mark WM during alignment (or during exposure)
The window P0 of the reticle 1 is aligned with the position of the window P0 of the reticle 1. Now, the almost parallel S-polarized primary lights +LB, -L, B, emitted from the bifocal optical system 21.

は空間上の焦点26aで一度結像(交差)した後、レチ
クル1の窓部P0を透過し、投影レンズ3の瞳EPで一
度スポット光として集光した後、ウェハ4の回折格子マ
ークWMに互いに異なる2方向から入射するように結像
される。これはS偏光に関しては焦点26a(ウェハ面
)とラジアル・グレイティング11とが共役だからであ
る。投影レンズ3から射出したほぼ平行なS偏光の1次
光十LB、、、−LB、、の各々は、回折格子マークW
Mの格子配列方向に関して対称的に傾いて入射する。
is imaged (intersected) once at the focal point 26a in space, transmitted through the window P0 of the reticle 1, focused once as a spot light at the pupil EP of the projection lens 3, and then struck the diffraction grating mark WM on the wafer 4. Images are formed so that the light is incident from two different directions. This is because the focal point 26a (wafer surface) and the radial grating 11 are conjugate with respect to S-polarized light. Each of the nearly parallel S-polarized first-order lights LB, , -LB, , emitted from the projection lens 3 has a diffraction grating mark W.
The incident light is symmetrically inclined with respect to the lattice arrangement direction of M.

ウェハ4に達したS偏光の1次光+LB、l、−LB 
+sの成す角度は大きくても投影レンズ3の射出(ウェ
ハ)側の開口数を越えることはない。尚、ラジアル・グ
レイティング11に対してレチクル1とウェハ4とはそ
れぞれ共役に配置されるため、レーザ光束LBが平行光
束であるとすると、各光束十LB、、、−LB、□+L
B、、、−LBllも平行光束となる。
S-polarized primary light that reached wafer 4 +LB, l, -LB
Even if the angle +s is large, it does not exceed the numerical aperture of the projection lens 3 on the exit (wafer) side. Note that since the reticle 1 and the wafer 4 are arranged conjugately with respect to the radial grating 11, assuming that the laser beam LB is a parallel beam, each beam 1 LB, , -LB, □+L
B, , -LBll also becomes a parallel light beam.

ここでP偏光の1次光+LB、、、−LB、、のレチク
ルlのマークRMに対するふるまいを第4図を用いて詳
述する。第4図はレチクルlのマークRMを模式的に表
わしたもので、P偏光の1次光十L f3□が角度θで
マークRMに入射しているものとする。このとき1次光
+LB、、のレチクル1での正反射光DIFも角度θで
反射することになる。
Here, the behavior of the P-polarized primary lights +LB, . . . -LB, with respect to the mark RM on the reticle I will be described in detail with reference to FIG. FIG. 4 schematically shows the mark RM on the reticle 1, and assumes that P-polarized primary light 1L f3□ is incident on the mark RM at an angle θ. At this time, the specularly reflected light DIF of the primary light +LB, . . . on the reticle 1 is also reflected at an angle θ.

光束+LB、、が角度θで入射することは、光束LB、
、についても角度θで、正反射光DIPと逆向きにレチ
クルlに入射することを意味する。そこで回折格子マー
クRMの格子ピンチをP、レーザ光束LBの波長をλ、
そしてnを整数として、以下の(1)式を満たすように
ピッチPと角度θとを定める。
The fact that the light flux +LB, is incident at an angle θ means that the light flux LB,
, also means that the specularly reflected light DIP is incident on the reticle l at an angle θ in a direction opposite to that of the specularly reflected light DIP. Therefore, the grating pinch of the diffraction grating mark RM is P, the wavelength of the laser beam LB is λ,
Then, the pitch P and the angle θ are determined so as to satisfy the following equation (1), where n is an integer.

λ sinθ−−X n        ・・・・・・ (
1)この(1)式を満足すると、1次光+LB、、、L
B、、の照射によりマークRMから発生する特定次数の
回折光104は、レチクルIと垂直な方向、すなわち2
焦点光学系21の光軸に沿った方向に進む。もちろんそ
の他の回折光103も発生するが、これは回折光104
とは異なる方向に進む。
λ sin θ−−X n ・・・・・・ (
1) If this formula (1) is satisfied, the primary light + LB, , L
The diffracted light 104 of a specific order generated from the mark RM by the irradiation of B, .
It advances in the direction along the optical axis of the focusing optical system 21. Of course, other diffracted light 103 is also generated, but this is diffracted light 104.
go in a different direction.

ところでレチクル1のマークRMには2方向から光束+
L B 1F、−L B 、、が交差するように照射さ
れ、その両光束が同一のレーザ光源1oがら照出された
同一偏光のものであることがら、マークRM上には2つ
の光束+LB、、と−LB、、との干渉により、明暗の
一次元の縞、所謂干渉縞が生しる。仮りにラジアル・グ
レイティング11が停止しているものとすると、この干
ン歩縞はマークRMの格子配列方向に所定のピッチで配
列する。干渉縞のピッチとマークRMの格子ピンチとは
必要とされる検出分解能に応じて適宜決定される。従っ
て、マークRMからの回折光104は、この干渉縞がマ
ークRMを照射したことによって生じたものである。あ
るいは、一方の光束+LB+rの照射によってマークR
Mから生じた回折光と、他方の光束−LB、、の照射に
よってマークRMから生した回折光とが同一光路(2焦
点光学系21の軸上)を戻ることから相互に干渉したも
のとも考えられる。このようにマークRM上に異なる2
方向から光束+LBIF、−LBlFが照射されると、
マークRM上には干渉縞が生じるが、ラジアル・グレイ
ティング11が回転している場合は、その干渉縞がマー
クRMの格子配列方向に移動する(流れる)ことになる
、これはラジアル・グレイティング11の1次光+LB
、 、−LB、による暗視野像がレチクルlのマークR
M上に結像していることによる。このため、マークRM
上を干渉縞(ラジアル・グレイティング11の2焦点光
学系21等によって投影された回折像)が走査すること
によって、回折光104は明暗の変化を周期的に繰り返
すことになる。よって光電検出器25からの信号は、そ
の明暗変化の周期に応じた正弦波状の交流信号となる。
By the way, the mark RM of reticle 1 receives light flux + from two directions.
L B 1F, -L B , , are irradiated so as to intersect with each other, and since both of the light beams are of the same polarization and emitted from the same laser light source 1o, two light beams +LB, , and -LB, , produce one-dimensional bright and dark fringes, so-called interference fringes. Assuming that the radial grating 11 is stopped, the step stripes are arranged at a predetermined pitch in the grating arrangement direction of the marks RM. The pitch of the interference fringes and the grating pinch of the mark RM are appropriately determined depending on the required detection resolution. Therefore, the diffracted light 104 from the mark RM is generated by the interference fringes irradiating the mark RM. Alternatively, by irradiating one of the light beams +LB+r, mark R
It is also thought that the diffracted light generated from M and the diffracted light generated from the mark RM due to irradiation with the other beam -LB, interfere with each other because they return along the same optical path (on the axis of the bifocal optical system 21). It will be done. In this way, mark RM has two different
When the light flux +LBIF, -LBIF is irradiated from the direction,
Interference fringes occur on the mark RM, but when the radial grating 11 is rotating, the interference fringes move (flow) in the direction of the grating arrangement of the mark RM.This is a radial grating. 11 primary light + LB
, , -LB, the dark field image of mark R on reticle L
This is because the image is formed on M. For this reason, the mark RM
By scanning the interference fringes (diffraction image projected by the bifocal optical system 21 of the radial grating 11, etc.) thereon, the diffracted light 104 periodically repeats changes in brightness and darkness. Therefore, the signal from the photoelectric detector 25 becomes a sinusoidal alternating current signal corresponding to the period of the change in brightness and darkness.

以上のことは、ウェハ4上の回折格子マークWMとS偏
光の光束+L B +−1−LB、、との関係において
も全く同様であり、マークWMからは回折光105が発
生し、これは投影レンズ3の主光線に沿って進み、レチ
クル1の窓部P、を介して光電検出器25に達する。2
焦点光学系21を射出したS偏光の光束+LB、、、−
LB、、は焦点26aでは交差するように結像するが、
レチクル1のマークRM、窓部P、においては大きくデ
フォーカスしてしまう。
The above is exactly the same in the relationship between the diffraction grating mark WM on the wafer 4 and the S-polarized light beam +L B +-1-LB, and the diffracted light 105 is generated from the mark WM, which is It travels along the chief ray of the projection lens 3 and reaches the photoelectric detector 25 via the window P of the reticle 1. 2
The S-polarized light flux emitted from the focusing optical system 21 +LB, , -
LB, , are formed to intersect at the focal point 26a, but
The mark RM and window P of the reticle 1 are greatly defocused.

さて、光電検出器25は2焦点光学系21を介してマー
クRMとマークWMの夫々と共役に配置されるとしたが
、実際には第2図に示すように、マークRM、WMの夫
々と共役な位置に、第3図(C)に示すようなアパーチ
ャ板25′を設け、このマスク部材25゛のアパーチャ
Ar 、Asを透過した回折光104.105を光電検
出するように構成される。ここでアパーチャA、は、例
えばレチクル1のマークRMからの回折光104による
回折像を取り出すものであり、アパーチャA$はウェハ
1のマークWMからの回折光105による回折像を取り
出すものである。従って光電検出器25の受光面を各ア
パーチャAP 、Asの後に別個に設けることによって
、マークRMによるレチクルlの位置検出とマークWM
によるウェハ1の位置検出とが独立に可能となる。尚、
アパーチャA、にはP偏光の光束十LB、、、 LBI
Fによって照射されたレチクル1のマークRMの像がで
きるが、同時にS偏光の光束+LBI!、−LBl、の
反射回折光もバックグラウンドノイズとして入ってくる
。このためアパーチャA、にはP偏光を通す偏光板を設
け、アパーチャA、にはS偏光を通す偏光板を設けると
よい、こうすると、2つの光電検出器25の夫々で、ウ
ェハからの光とレチクルからの光とが混在してしまうク
ロストークは十分に低減される。
Now, it is assumed that the photoelectric detector 25 is placed conjugately with each of the marks RM and WM via the bifocal optical system 21, but in reality, as shown in FIG. An aperture plate 25' as shown in FIG. 3(C) is provided at a conjugate position, and the diffracted light 104, 105 transmitted through the apertures Ar and As of this mask member 25' is configured to be photoelectrically detected. Here, the aperture A is for taking out a diffraction image of the diffracted light 104 from the mark RM of the reticle 1, and the aperture A$ is for taking out the diffraction image of the diffracted light 105 from the mark WM of the wafer 1. Therefore, by separately providing the light-receiving surface of the photoelectric detector 25 after each aperture AP, As, the position of the reticle l can be detected by the mark RM, and the mark WM
It becomes possible to detect the position of the wafer 1 independently. still,
Aperture A has a P-polarized light flux of 10 LB,...LBI
An image of the mark RM on the reticle 1 illuminated by F is formed, but at the same time, the S-polarized light flux +LBI! , -LBl, reflected diffracted light also enters as background noise. For this reason, it is preferable to provide a polarizing plate for passing P-polarized light in aperture A, and a polarizing plate for passing S-polarized light in aperture A. In this way, each of the two photoelectric detectors 25 can detect light from the wafer and Crosstalk caused by mixing with light from the reticle is sufficiently reduced.

ここでラジアル・グレイティング11が停止している場
合に、アパーチャAPを介してえられる回折光104の
光電信号について解析してみる。
Here, we will analyze the photoelectric signal of the diffracted light 104 obtained through the aperture AP when the radial grating 11 is stopped.

先の(1)式でn−±1にすると、格子ピッチPはラジ
アル・グレイティング11の基準格子のピッチと、レン
ズ系13、瞳すレー系17A、2焦点光学系21を通し
た結像倍率の関係にある。
If n-±1 is used in equation (1) above, the grating pitch P is the pitch of the reference grating of the radial grating 11 and the image formation through the lens system 13, pupil system 17A, and bifocal optical system 21. It is related to magnification.

(同様にしてウェハ4上のマークWMの格子ピッチも、
マークRMの格子ピッチPと投影レンズ3の結像倍率に
関連している。)さて、マークRMに入射する光束十L
B、、によって生じる回折光の振幅VR”は(2)式で
与えられ、光束−LB、。
(Similarly, the grating pitch of the mark WM on the wafer 4 is also
It is related to the grating pitch P of the mark RM and the imaging magnification of the projection lens 3. ) Now, the luminous flux ten L incident on the mark RM
The amplitude VR'' of the diffracted light generated by B, , is given by equation (2), and the luminous flux -LB,.

によって生じる回折光の振幅VR−は(3)弐で与えら
れる。
The amplitude VR- of the diffracted light generated by is given by (3) 2.

VR”=a−sin(φ+2 π−) −(2)VR−
=a’・s in  (φ−27!  −)−(3)二
二でPはマークRMの格子ピンチであり、XはマークR
Mの格子配列方向の変位量である。これら2つの回折光
VR”、VR−が互いに干渉したものが光電検出される
から、光電信号の変化(回折光104の振幅)は(4)
式のように表わされる。
VR”=a-sin(φ+2 π-) −(2) VR-
= a'・s in (φ-27! -) - (3) In 22, P is the lattice pinch of mark RM, and X is mark R
This is the displacement amount of M in the lattice arrangement direction. Since the interference of these two diffracted lights VR" and VR- with each other is photoelectrically detected, the change in the photoelectric signal (amplitude of the diffracted light 104) is expressed as (4)
It is expressed as the formula.

VR”+VR−”= a”  +a’雪+2−a −a’・C05(4tt 
−) −(4)ここでa” +a”は信号のバイアス(
直流成分)であり、2a・a゛が信号変化の振幅成分で
ある。
VR"+VR-"=a"+a'snow+2-a-a'・C05(4tt
−) −(4) Here, a” + a” is the signal bias (
(DC component), and 2a·a′ is the amplitude component of the signal change.

この(4)式から明らかなように、光電信号はラジアル
・グレイティング11とマークRMとが格子配列方向に
相対的に変位すると正弦波状に変化する。その相対変位
1txが、x=P/2(格子ピンチの半分)になるたび
に、信号振幅は1周期だけ変化する。一方、ウェハ4の
マークWMからの回折光105についても全く同様で、
(4)式のように表わされる。そこでこの2つの光電信
号の位相関係を合致させるように、レチクル1又はウェ
ハ4を移動させることによってアライメントが完了する
。ただしく4)式からもわかるように各信号は正弦波状
であり、検出できる位相差も±180″′の範囲内であ
るため、レチクルlとウェハ4とは予めマークRM、W
Mの格子ピッチPのI/2以下の精度でプリアライメン
トされている必要がある。このようにラジアル・グレイ
テイング11が停止している場合は、得られる光電信号
の振幅レベルはレチクル1又はウェハ4を移動させるこ
とによってはじめて正弦波状に変化する。
As is clear from equation (4), the photoelectric signal changes sinusoidally when the radial grating 11 and the mark RM are relatively displaced in the grating arrangement direction. Each time the relative displacement 1tx becomes x=P/2 (half of the grating pinch), the signal amplitude changes by one cycle. On the other hand, the same is true for the diffracted light 105 from the mark WM on the wafer 4.
It is expressed as in equation (4). The alignment is then completed by moving the reticle 1 or the wafer 4 so that the phase relationship between these two photoelectric signals matches. However, as can be seen from equation 4), each signal is sinusoidal, and the detectable phase difference is within the range of ±180'', so reticle l and wafer 4 are pre-aligned with marks RM, W.
It is necessary to perform prealignment with an accuracy of I/2 or less of the grating pitch P of M. When the radial grating 11 is stopped in this way, the amplitude level of the obtained photoelectric signal changes sinusoidally only by moving the reticle 1 or the wafer 4.

ところでラジアル・グレイティング11が回転している
と、回折光104.105は周期的(正弦波状)な明暗
情報となり、得られる光電信号は、レチクル1又はウェ
ハ4が静止していたとしても、正弦波状の交流信号とな
る。従ってこの場合は、第1図中に示した光電検出器1
9からの光電信号(正弦波交流信号)を基本信号として
、マークRMからの回折光104の光電信号(正弦波交
流信号)との位相差φ、を位相検出系40で検出する。
By the way, when the radial grating 11 is rotating, the diffracted lights 104 and 105 become periodic (sinusoidal) brightness information, and the obtained photoelectric signal is sinusoidal even if the reticle 1 or wafer 4 is stationary. It becomes a wavy AC signal. Therefore, in this case, the photoelectric detector 1 shown in FIG.
Using the photoelectric signal (sine wave AC signal) from mark RM as a basic signal, the phase detection system 40 detects the phase difference φ between the diffracted light 104 from mark RM and the photoelectric signal (sine wave AC signal).

同様にして、マークWMからの回折光105の光電信号
と基本信号との位相差φ8を検出する。そして、位相差
φ1とφ、の差をを求めれば、レチクルlとウェハWの
X方向のずれ量がわかる。この検出方式は所謂光ヘテロ
ダイン方式と呼ばれ、レチクル1とウェハ4が格子ピッ
チPの1/2の位置誤差範囲内であれば、静止状態であ
っても高分解能で位置ずれ検出できるため、レチクル1
のパターンをウェハ4のレジストへ露光している間に微
小な位置ずれが生じないようにクローズド・ループの位
置サーボをかけるのに好都合である。
Similarly, the phase difference φ8 between the photoelectric signal of the diffracted light 105 from the mark WM and the basic signal is detected. Then, by finding the difference between the phase differences φ1 and φ, the amount of deviation between the reticle I and the wafer W in the X direction can be determined. This detection method is called the optical heterodyne method, and as long as the reticle 1 and the wafer 4 are within a positional error range of 1/2 of the grating pitch P, positional deviation can be detected with high resolution even when the reticle is stationary. 1
This is convenient for applying closed-loop position servo to prevent minute positional deviations from occurring while exposing the pattern on the resist on the wafer 4.

この検出方式では、φ、−φ1が零(又は所定値)にな
るようにレチクル1又はウェハ4を移動させてアライメ
ントを完了させた後、引き続きそのアライメント位置で
レチクル1とウェハ4とが相対移動しないようにサーボ
・ロックをかけることができる。
In this detection method, after alignment is completed by moving reticle 1 or wafer 4 so that φ and -φ1 become zero (or a predetermined value), reticle 1 and wafer 4 continue to move relative to each other at that alignment position. A servo lock can be applied to prevent this from happening.

向、本実施例ではステップアンドリピート方式の露光時
、ウェハ上の各ショット領域へのウェハステージの移動
は、干渉系の計測値に基づいて行ない、2つの光束十L
B、、、−LBlsの照射類域内にマークWMが±1/
2ピッチの精度で位置決めされたら、位相検出系40か
らの情報のみに基づいてレチクルステージ、又はウェハ
ステージをサーボ制御することができる。このときレチ
クルステージやウェハステージの駆動をDCモータで行
ない、位相差φ、−φ1に対応したアナログ電圧をD/
Aコンバータ等で作り出し、このアナログ電圧をDCモ
ータのサーボ回路に偏差電圧として直接印加することも
できる。このサーボは、そのショノHH域の露光終了時
まで行なわれる。
In this embodiment, during step-and-repeat exposure, the movement of the wafer stage to each shot area on the wafer is performed based on the measured values of the interference system, and two light beams of 10L are
The mark WM is ±1/in the irradiation area of B,,,-LBls.
Once the positioning is performed with an accuracy of two pitches, the reticle stage or wafer stage can be servo-controlled based only on information from the phase detection system 40. At this time, the reticle stage and wafer stage are driven by a DC motor, and analog voltages corresponding to the phase differences φ and -φ1 are applied to the D/
It is also possible to generate this analog voltage using an A converter or the like and directly apply this analog voltage to the servo circuit of the DC motor as a deviation voltage. This servo is carried out until the end of exposure of the Shono HH region.

このようにすると、干渉計の計測値に応じたサーボでは
ないので、干渉計のビーム光路の空気密度のゆらぎ等に
よるステージの微小ゆらぎを低減させることが可能であ
る。そのため、位相検出系40からサーボ制御が可能な
位相差情報が得られた時点で、ウェハステージ側の干渉
計の計測値をウェハステージ側のサーボ系から切り離し
てウェハステージのモーフへの印加電圧を零にし、上述
のアナログ電圧をレチクルステージ側のサーボ系に印加
する。
In this case, since the servo is not based on the measured value of the interferometer, it is possible to reduce minute fluctuations of the stage due to fluctuations in air density in the beam optical path of the interferometer. Therefore, when phase difference information that allows servo control is obtained from the phase detection system 40, the measured value of the interferometer on the wafer stage side is separated from the servo system on the wafer stage side, and the voltage applied to the morph on the wafer stage is changed. The voltage is set to zero, and the analog voltage described above is applied to the servo system on the reticle stage side.

このようにすると露光動作中に、特にウェハステージ側
で発往する微小ゆらぎは押えられ、ゆるやかなドリフト
的な微動にすることができ、レチクルステージを高速に
追従移動させることで、レチクルとウェハとの相対位置
ずれをほぼ零に保つことが可能である。このため露光さ
れたパターンの線幅の太りゃ解像低下がなく、極めて忠
実な転写が達成される。
In this way, during the exposure operation, the minute fluctuations that occur especially on the wafer stage side can be suppressed, making it possible to create a gentle drift-like slight movement, and by moving the reticle stage to follow at high speed, the reticle and wafer can be It is possible to keep the relative positional deviation of Therefore, even if the line width of the exposed pattern becomes thicker, there is no decrease in resolution, and extremely faithful transfer is achieved.

ここで光電検出器19.25からの各光電信号の周波数
は、ラジアル・グレイティング11の回転速度に比較し
ており、位相差検出の分解能、光電検出器19.25の
応答性から、1KH2〜100KHz程度が望ましい、
もちろん、光電検出器19.25に高速応答タイプのも
のを用いれば、さらに信号周波数を高められるので、位
相差検出によるマーク位置検出をより高分解能にするこ
とができる。
Here, the frequency of each photoelectric signal from the photoelectric detector 19.25 is compared with the rotation speed of the radial grating 11, and from the resolution of phase difference detection and the responsiveness of the photoelectric detector 19.25, it is 1KH2~ Approximately 100KHz is desirable.
Of course, if the photoelectric detectors 19 and 25 are of a high-speed response type, the signal frequency can be further increased, so that the mark position detection by phase difference detection can be performed with higher resolution.

また原理的には、マークRM以上にできる干渉縞(ラジ
アル・グレイティング11の格子の暗視野像)のピッチ
はマークRMのピッチPの1度l/2にし、マーク透過
後にできる干渉縞もマークWMのピッチの1度1/2の
ピッチに定められる。
In principle, the pitch of the interference fringes (dark-field image of the grating of the radial grating 11) that is larger than the mark RM is set to 1 degree l/2 of the pitch P of the mark RM, and the interference fringes that are formed after passing through the mark are also the same as the mark. The pitch is set to 1 degree 1/2 of the pitch of WM.

さらに、第2図からも明らかなように、ラジアル・グレ
イティング11以降のビーム±LB(±LB、、、±t
、 B IF)は瞳共役面(フーリエ面)ではすべてス
ポット光として集光するので、マークRMからの回折光
(干渉ビート信号)lO4、マークWMからの回折光(
干渉ビート信号)105もともに瞳面EP、瞳共役面で
はスポット光として集光し、物体(レチクル、ウェハ)
面又はそれと共役な像面では全てほぼ平行光束となって
いる。
Furthermore, as is clear from FIG. 2, the beam ±LB (±LB, , ±t
, B IF) are all focused as spot light on the pupil conjugate plane (Fourier plane), so the diffracted light (interference beat signal) from mark RM (interference beat signal) lO4 and the diffracted light (
The interference beat signal) 105 is also focused as a spot light on the pupil plane EP and the pupil conjugate plane, and is focused on the object (reticle, wafer).
On the surface or the image surface conjugate thereto, the light beams are all approximately parallel.

また、2つの光束+LB+s(+LB+r)と−LB+
s(LBIF)は、ラジアル・グレイティング11の回
転速度に応じて相互に周波数差をもつことになる。従っ
て、ラジアル・グレイティング11の代りに、例えば特
開昭62−56818号公報に開示されたように、音響
光学変調器(AOM)を使って一定の周波数差をもつ2
つのビームを作り出してもよい。
In addition, two luminous fluxes +LB+s (+LB+r) and -LB+
s(LBIF) will have a frequency difference depending on the rotation speed of the radial grating 11. Therefore, instead of the radial grating 11, an acousto-optic modulator (AOM) can be used to generate two waves with a certain frequency difference, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-56818.
May produce two beams.

以上、本発明の基礎となる技術について説明したが、次
にこの技術の問題点を第6図(A)を参照して説明する
。第6図(A)はレチクル1、投影レンズ3、ウェハ4
の関係を模式的に示したもので、レチクルIのマークR
Mのピッチと格子軸のウェハ4への投影像は、ウェハ4
上のマークWMのピッチと格子幅の夫々と等しく定めら
れている。
The technology underlying the present invention has been described above. Next, problems with this technology will be described with reference to FIG. 6(A). Figure 6 (A) shows the reticle 1, projection lens 3, and wafer 4.
This diagram schematically shows the relationship between mark R on reticle I and
The projection image of the pitch and grating axis of M onto the wafer 4 is
It is determined to be equal to the pitch and grating width of the marks WM above.

さて、第6図(A)において、レチクル1のマークRM
が2方向からの光束+LB、、、−LB、。
Now, in FIG. 6(A), mark RM of reticle 1
is the luminous flux +LB, , -LB, from two directions.

によって照射されると、マークRMからは垂直に上方に
進行する±1次回折光LBR±1 (回折光104)と
、マークRMと垂直に下方に進む透過回折光(±1次回
折光)LBw±1とが同時に発生する。透過回折光LB
w±1は投影レンズ3の主光線に沿って進むことになる
ので、ウェハ4へ垂直に達した後に反射され、再びレチ
クルl上のマークRMの部分を上から上へ通過すること
になり、マークRMからの本来の回折光LBR±1と混
じることになる。これら回折光LBR±1、LBw±、
はともに同一偏光であり、これらが混しると位相検出の
際に位相ずれを生じる可能性がある。尚、第6図(A)
でLB、は光束−LB、、のマークRM透過後の0次光
の様子を示し、LB、”は光束+LB、、のマーク透過
後の0次光の様子を示し、それらθ次光LB、 、LB
O’はウェハ4で反射した後、レチクル1の下面のクロ
ム面C5に戻る。またレチクルlとウェハ4は、アライ
メント用照明光のもとでは大きくデフォーカスした関係
にあるので、回折光LBw+、はマークRMの面(焦点
27a)では像として結像しない。また、レチクル1の
マークRMからの回折光104と、ウェハ4のマークW
Mからの回折光105とが同じ光軸方向へ戻ってくるた
め、アパーチャ板25゛を設けても両者の光信号が混じ
る可能性もあった。
When irradiated by the mark RM, ±1st-order diffracted light LBR±1 (diffraction light 104) travels upward perpendicularly from the mark RM, and transmitted diffracted light (±1st-order diffracted light) LBw±1 travels downward perpendicularly to the mark RM. and occur at the same time. Transmitted diffraction light LB
Since w±1 will proceed along the principal ray of the projection lens 3, it will be reflected after reaching the wafer 4 perpendicularly, and will again pass through the mark RM part on the reticle l from top to top. It will be mixed with the original diffracted light LBR±1 from the mark RM. These diffracted lights LBR±1, LBw±,
Both are the same polarized light, and if they are mixed, a phase shift may occur during phase detection. Furthermore, Figure 6 (A)
LB, indicates the state of the zero-order light after the light flux -LB, , passes through the mark RM, LB,'' indicates the state of the zero-order light after the light flux +LB, passes through the mark, and these θ-order lights LB, , L.B.
After being reflected by the wafer 4, O' returns to the chrome surface C5 on the lower surface of the reticle 1. Furthermore, since the reticle 1 and the wafer 4 are in a largely defocused relationship under the alignment illumination light, the diffracted light LBw+ is not formed as an image on the plane of the mark RM (focal point 27a). Furthermore, the diffracted light 104 from the mark RM on the reticle 1 and the mark W on the wafer 4
Since the diffracted light 105 from M returns in the same optical axis direction, even if the aperture plate 25' was provided, there was a possibility that the optical signals of both would be mixed.

そこで本発明の実施例では、第5図のようにアライメン
ト系の一部の構成を変更した。ここで、第1図中のもの
と同じ部材は同一の符号にしてあり、グイクロイックミ
ラー22は省略しである。
Therefore, in the embodiment of the present invention, a part of the configuration of the alignment system is changed as shown in FIG. Here, the same members as those in FIG. 1 are given the same reference numerals, and the guichroic mirror 22 is omitted.

また、この装置上の変更にともなって、マークRMとマ
ークWMのピッチ関係を第7図に示すように変更した。
In addition, in conjunction with this change in the apparatus, the pitch relationship between marks RM and marks WM was changed as shown in FIG. 7.

ウェハ4上のマークWMは先の説明のままであり、ウェ
ハ4上に形成された干渉縞のピッチの丁度2倍に定めら
れている。これに対してレチクル1上のマークRMは、
本実施例では、レチクルl上の干渉縞のピッチと同一に
なるように定めである。すなわち、マークRMを、先の
場合と異なり、l/2倍のピッチにして回折角をさらに
広げるように(より高周波の回折格子)したのである。
The mark WM on the wafer 4 remains as described above, and is set at exactly twice the pitch of the interference fringes formed on the wafer 4. On the other hand, the mark RM on reticle 1 is
In this embodiment, the pitch is set to be the same as the pitch of the interference fringes on the reticle l. That is, unlike the previous case, the pitch of the marks RM is 1/2 times larger to further widen the diffraction angle (higher frequency diffraction grating).

そこで、このようにマークRMのピッチを1/2にした
場合の回折状態を第6図(B)を参照して説明する。
Therefore, the diffraction state when the pitch of the marks RM is reduced to 1/2 in this way will be explained with reference to FIG. 6(B).

レチクルlのマークRMを2方向から照射する光束+L
B、、、−LB、、によって、マークRMからは反射方
向と透過方向の夫々に0次光、±1次光が発生する。ま
ず光束+LB、、の照射により、マークRMから反射し
た0次光十LBR,と一1次回折光L B R−、とか
、他方向からの光束−LB、と丁度逆方向に発生する。
Light flux +L that illuminates mark RM on reticle l from two directions
B, , -LB, , 0th-order light and ±1st-order light are generated from the mark RM in the reflection direction and the transmission direction, respectively. First, by irradiation with the light beam +LB, .

同様に光束−L81Fの照射により、マークRMからは
光束十LB、、と丁度逆方向に進む0次光−LBR,と
+1次回折光LBR,,とが発生する。
Similarly, by irradiation with the light flux -L81F, a light flux of 10LB, . . . , a 0th order light -LBR, and a +1st order diffracted light LBR, .

本実施例では、2つの光束→−LBIP、  LBtr
の入射角とレチクル上の干渉縞のピッチ、及びマクRM
のピッチを適当に定めることで、マークRMから発生す
る±1次回折光LBR±、が丁度0次光±LBR,と一
致した方向になるように決められている。従ってマーク
RMと垂直な方向に進む回折光は、理論上は0.5次回
折光となり、これの光量は1次光にくらべるとほとんど
無視できる程に小さい。
In this example, two luminous fluxes → -LBIP, LBtr
The incident angle of , the pitch of interference fringes on the reticle, and the MacRM
By appropriately determining the pitch, the ±1st-order diffracted light LBR±, generated from the mark RM, is determined to be in the same direction as the 0th-order light ±LBR. Therefore, the diffracted light traveling in the direction perpendicular to the mark RM is theoretically a 0.5th-order diffracted light, and the amount of this light is so small that it can be almost ignored compared to the first-order light.

一方、マークRMの下方(透過側)にも同様に0次光、
±1次光等が発生する。まずマークRMを透過した0次
光LB、、LB、”は第6図(A)の場合と全く同様に
ふるまう。しかしながら、光束+LB、、の照射により
マークRMの下カへ進む1次回折光L B W−+は、
光束−LBIPの0次光LB、と同一の光路を進むこと
になる。同様に光束−LB、、の照射によりマークRM
の下方へ進む+1次回折光LBw、、は、光束+LBI
Fの0次光LBo’と同一の光路を進む。そして、マー
クRMと垂直に下方に発生する回折光は理論上0.5次
回折光であり、はとんど無視できる。また、マークRM
からの2次以上の回折光は±1次光よりも広がった角度
で発生するため、無視してかまわない。
On the other hand, the 0th-order light is also below the mark RM (on the transmission side).
±1st order light etc. are generated. First, the 0th-order light LB,, LB,'' that has passed through the mark RM behaves exactly the same as in the case of FIG. B W−+ is
It follows the same optical path as the luminous flux - the 0th order light LB of LBIP. Similarly, by irradiating the light flux -LB, , mark RM
The +1st-order diffracted light LBw, which travels downward, is the luminous flux +LBI
It travels along the same optical path as the zero-order light LBo' of F. The diffracted light generated downward perpendicularly to the mark RM is theoretically the 0.5th order diffracted light, and can be almost ignored. Also, mark RM
Since the second-order and higher-order diffracted light from the +/- first-order light is generated at a wider angle than the ±1st-order light, it can be ignored.

以上のことから明らかなように、マークRMを透過して
ウェハ4で反射してマークRMの方へ戻ってくる±1次
回折光LBw、、、L B w −+は、0次光LB、
、LB、°と重なっているため、第6図(A)で説明し
たように、投影レンズ3の色収差のためにマークRMの
両脇のクロム面C3で遮光され、対物レンズ21aの方
へ戻らないことになる。
As is clear from the above, the ±1st-order diffracted light LBw, ..., LB w −+ that passes through the mark RM, is reflected by the wafer 4, and returns to the mark RM is the 0th-order light LB,
, LB, and degrees, the light is blocked by the chrome surfaces C3 on both sides of the mark RM due to the chromatic aberration of the projection lens 3, and does not return to the objective lens 21a, as explained in FIG. 6(A). There will be no.

ここで第7図に示すように、マークRMが形成されたク
ロム面C7中の窓のX方向(ピッチ方向)の幅をWXと
し、第6図(B)に示すようにウェハ4側での軸上色収
差量をΔL1ウェハ4側での2つの光束+LBIF (
+LB+s) 、 LBIF(−LB、、)の入射角を
θとしたとき、ノイズ威光となる0次光LB、 、LB
、’と±1次光LBw、1、L B W−1とを有効に
遮光するためには、次の式(5)が成り立つようにすれ
ばよい。
Here, as shown in FIG. 7, the width in the X direction (pitch direction) of the window in the chrome surface C7 on which the mark RM is formed is WX, and as shown in FIG. 6(B), the width on the wafer 4 side is The amount of axial chromatic aberration is calculated as ΔL1 Two luminous fluxes on the wafer 4 side + LBIF (
+LB+s), LBIF (-LB, ,) When the incident angle of θ is the zero-order light LB, , LB, which becomes noise power
, ' and the ±1st-order light LBw,1, LBW-1, the following equation (5) may be satisfied.

WX≦2・ΔL・θ      ・・・・・・(5)一
方、ウェハ4上のマークWMからの0次光、±1次光と
のふるまいは、先の説明と同じであり、マークWMから
の±1次回折光105は、ウェハから垂直方向に投影レ
ンズ3の主光線に沿って進み、レチクル上のマークRM
の横の透明窓をデフォーカスして通過し、対物レンズ2
1aへ入射する。
WX≦2・ΔL・θ (5) On the other hand, the behavior of the 0th order light and ±1st order light from the mark WM on the wafer 4 is the same as the previous explanation, and from the mark WM The ±1st-order diffracted light 105 of
Defocus and pass through the transparent window next to objective lens 2.
1a.

従って、本実施例ではマークRMでの反射回折光LBR
±、(104)と、マークWMでの反射回折光105と
は、系の瞳面、もしくは瞳共役面では互いに横にずれた
位置でスボント光として集光することになる。すなわち
瞳上で回折光105は中心に集光し、回折光L B R
±1はその周辺に対称に位置することになる。
Therefore, in this embodiment, the reflected diffracted light LBR at the mark RM
±, (104) and the reflected diffracted light 105 at the mark WM are condensed as subont light at positions laterally shifted from each other on the pupil plane or pupil conjugate plane of the system. That is, the diffracted light 105 is focused on the center on the pupil, and the diffracted light L B R
±1 will be located symmetrically around it.

ここで第5図の説明に戻り、本実施例の装置を説明する
。第5図において、ウェハ4のマークWMからの回折光
(干渉ビート信号)105はレチクル上のマークRM近
傍の透明部を透過した後、対物レンズ21aの光軸に沿
って逆進し、複屈折物!(凹凸レンズ状にして貼り合わ
せた部材)21bを通り、ビームスプリンタ20で反射
され瞳リレー系17Bを介して偏光ビームスプリンタP
BSに達する。回折光105はウェハ4へのS偏光の光
束±LB、、の照射により発生したものであり、当然な
がらS偏光を保存している。従って回折光105の90
%以上が偏光ビームスプリンタPBSで反射され、レン
ズ系50、アパーチャ板51、レンズ系52を介して光
電検出2S53に達する。第5図中、破線は瞳の共役関
係を示し、レンズ系50と52の間のアパーチャ板51
はレチクル1、すなわちウェハ4のマークWMと共役に
なっており、アパーチャ板51にはマークWMの像のみ
を通すアパーチャASだけが形成されている。光電検出
器53の受光面は瞳共役に配置され、回折光105の集
光したスポット光を受光し、その強度変化(干渉ビート
信号)に対応した交流の光電信号S、を出力する。
Now, returning to the explanation of FIG. 5, the apparatus of this embodiment will be explained. In FIG. 5, the diffracted light (interference beat signal) 105 from the mark WM on the wafer 4 passes through the transparent part near the mark RM on the reticle, then travels backward along the optical axis of the objective lens 21a, causing birefringence. thing! (A member made into a concave-convex lens shape and bonded together) Passes through the beam splinter 21b, is reflected by the beam splinter 20, and passes through the pupil relay system 17B to the polarizing beam splinter P.
Reach BS. The diffracted light 105 is generated by irradiating the wafer 4 with an S-polarized light beam ±LB, and naturally preserves the S-polarized light. Therefore, 90 of the diffracted light 105
% or more is reflected by the polarization beam splinter PBS and reaches the photoelectric detection 2S53 via the lens system 50, aperture plate 51, and lens system 52. In FIG. 5, the broken line indicates the conjugate relationship of the pupils, and the aperture plate 51 between the lens systems 50 and 52
is conjugate with the mark WM on the reticle 1, that is, the wafer 4, and the aperture plate 51 has only an aperture AS through which only the image of the mark WM passes. The light receiving surface of the photoelectric detector 53 is arranged at the pupil conjugate, receives the focused spot light of the diffracted light 105, and outputs an alternating current photoelectric signal S corresponding to the intensity change (interference beat signal).

一方、第6図(B)に示したマークRMからの一方の光
情報(−LBR,、LBH,、)l 04Aと、他方の
光情報(+LBR,、LBR−、)104Bとは、とも
に互いに周波数差を有する0次光と1次光との干渉ビー
ト信号になっており、送光ビーム+LB、、、−LB、
、の光路を逆進し、2焦点光学系21、ビームスプリッ
タ20、リレー系17Bを介して偏光ビームスプリンタ
PBSまで達する。第6図(B)のように、0次光−L
BRoと+1次回折光LBH−+とは互いに周波数差を
有し、同一方向に重なり合って進むとともに、互いに同
一偏光(P偏光)成分であるので干渉を起す、0次光+
LBR,と一1次回折光L B H−、についても同様
である。このため光情報104A、104Bの90%以
上が偏光ビームスプリッタPBSを透過し、レンズ系5
4、ミラー55、アパーチャ板56、レンズ系57を介
して光電検出器58A、58Bに達する。レンズ系54
と57の間のアパーチャ板56には、レチクルのマーク
RMの像のみを通すアパーチャAPだけが形成されてお
り、アパーチャAPはレチクル1のパターン面(焦点2
7a)と共役になっている。また2つの光電検出器58
A、58Bの受光面は瞳共役に配置され、光情報104
A、104Bの各スポット光を受光し、それぞれ干渉ビ
ート信号の周波数の交流信号St 、Ssを出力する。
On the other hand, one optical information (-LBR,, LBH,,) 104A and the other optical information (+LBR,, LBR-,) 104B from the mark RM shown in FIG. 6(B) are mutually exclusive. It is an interference beat signal between 0th-order light and 1st-order light that have a frequency difference, and the transmitted light beams are +LB, , -LB,
, and reaches the polarizing beam splitter PBS via the bifocal optical system 21, beam splitter 20, and relay system 17B. As shown in Figure 6(B), the 0th order light -L
BRo and the +1st-order diffracted light LBH-+ have a frequency difference with each other, overlap each other in the same direction, and are the same polarized light (P-polarized light) component, causing interference, the 0th-order light +
The same applies to LBR and the first-order diffracted light L B H-. Therefore, more than 90% of the optical information 104A and 104B is transmitted through the polarizing beam splitter PBS, and the lens system 5
4, reaches photoelectric detectors 58A and 58B via mirror 55, aperture plate 56, and lens system 57. Lens system 54
The aperture plate 56 between and 57 has only an aperture AP that passes only the image of the mark RM on the reticle.
7a). Also two photoelectric detectors 58
The light receiving surfaces of A and 58B are arranged at pupil conjugate, and optical information 104
It receives each of the spot lights A and 104B and outputs AC signals St and Ss at the frequency of the interference beat signal, respectively.

この2つの信号St、Ssは信号の性質上はどちらも同
じものであり、位相検出系40へはどちらを送ってもよ
い。ただし、本実施例では光情報104A、104Bが
、0次回折光と1次回折光との干渉で作られることから
、1次光と0次光の光強度(光量)が大きく異なると位
相差計測時にオフセットが生じることも考えられる。そ
こで、信号S2とS。
These two signals St and Ss have the same signal properties, and either one may be sent to the phase detection system 40. However, in this embodiment, the optical information 104A, 104B is created by interference between the 0th-order diffracted light and the 1st-order diffracted light, so if the light intensity (light amount) of the 1st-order light and the 0th-order light differ greatly, it will be difficult to measure the phase difference. It is also possible that an offset occurs. Therefore, signals S2 and S.

の和(又は差)を演算するアナログ回路を通した後に、
光電検出器19からの基準信号との間で位相差φ、を計
測するとよい。もらろん、信号S2、S、又は合成した
信号のうちのいずれか1つを使うように切換え式にして
もよい。
After passing through an analog circuit that calculates the sum (or difference) of
It is preferable to measure the phase difference φ with the reference signal from the photoelectric detector 19. It is also possible to use a switching type so that one of the signals S2, S, or a combined signal is used.

また光電検出器53からの信号S、についても基準信号
との間で位相差φ1を計測し、最終的には位相検出系4
0でφ、−φユの演算を行ない、レチクルlとウェハ4
の位置ずれを求めればよい。
Furthermore, the phase difference φ1 is also measured between the signal S from the photoelectric detector 53 and the reference signal, and finally the phase detection system 4
0, perform the calculation of φ, -φU, and reticle l and wafer 4.
All you have to do is find the positional shift.

ここで、第2図の場合と同様に位相関係について考えて
みる。P偏光の1次光+LB、、、−LB、のマークR
Mとの関係は、先の(1)式で表わされる。そこで、ピ
ッチPを適当に定めて、光束+LBIF、−LBIFに
よりレチクル1上に生じた干渉縞が、マークRMを照射
したときの±1次光(LBR,、、LBR−、)が、光
束+LB、、、−LBIFの方向に再び戻るように設定
する。すなわち光束+LB、、の照射により発生する1
次光LBR4Iを、その光束+LB、、の方向へ戻すよ
うにする。
Here, let us consider the phase relationship as in the case of FIG. Mark R of P-polarized primary light +LB, -LB,
The relationship with M is expressed by the above equation (1). Therefore, by setting the pitch P appropriately, the interference fringes generated on the reticle 1 by the luminous fluxes +LBIF and -LBIF are the ±1st-order lights (LBR,,, LBR-,) when the mark RM is irradiated, and the luminous flux +LBIF , , - Set to return again in the direction of LBIF. In other words, 1 generated by irradiation with luminous flux +LB, .
The secondary light LBR4I is returned in the direction of its luminous flux +LB, .

このように、0次光(−LBR,、+LBR,)と1次
光(LBR−+、LBR−、)との干渉ビートを光電検
出することになるため、基準信号(光電検出器19の出
力)と信号SZ  (又はSl、又は合成信号)との位
相差は、マークRMの相対変位IXがピッチP(レチク
ル上の干渉縞のピッチと同じ)だけずれたとき丁度1周
期変化する。ところが、マークRMのピッチは、±LB
、、と同一方向に±1次光(LBR±1)を戻すように
しているため、今までの方式〔第6図(A)〕と(らべ
て1/2にしなければならない。その結果、基準信号と
信号S、との位相差、基準信号と信号S2(又はSs)
との位相差は、ウェハ4の変位■とレチクル1の変位量
とがともに同一のとき、同じ量だけ変化することになる
。このことは位相差φ、と位相差φ8とを直接差し引き
することができ、何ら特別な換算を必要としないことを
意味する。
In this way, since the interference beat between the 0th order light (-LBR,, +LBR,) and the 1st order light (LBR-+, LBR-,) is photoelectrically detected, the reference signal (the output of the photoelectric detector 19 ) and the signal SZ (or Sl, or the composite signal) changes by exactly one period when the relative displacement IX of the mark RM shifts by a pitch P (same as the pitch of the interference fringes on the reticle). However, the pitch of mark RM is ±LB
Since the ±1st-order light (LBR±1) is returned in the same direction as , , , it has to be reduced to 1/2 compared to the previous method [Figure 6 (A)].As a result, , the phase difference between the reference signal and the signal S, the reference signal and the signal S2 (or Ss)
When the displacement (2) of the wafer 4 and the amount of displacement of the reticle 1 are both the same, the phase difference between the two changes by the same amount. This means that the phase difference φ and the phase difference φ8 can be directly subtracted, and no special conversion is required.

以上、本実施例によれば、レチクルのライン・アンド・
スペース状のマークRMのピッチをPl、ウェハのライ
ン・アンド・スペース状のマークWMのピンチをP、、
2つの光束±LB、、によるレチクル上での干渉縞のピ
ッチをP2、投影レンズ3の倍率を1/M(115縮小
のときはM=5)としたとき、次式の関係を満すように
定めた。
As described above, according to this embodiment, the reticle line and
Pl is the pitch of the space-like marks RM, and P is the pinch of the line-and-space marks WM on the wafer.
When the pitch of the interference fringes on the reticle due to the two light beams ±LB, is P2, and the magnification of the projection lens 3 is 1/M (M = 5 in the case of 115 reduction), the relationship of the following formula is satisfied. Established.

Pt =P、=172−M−P、(ただし回折格子のマ
ークRM、WMのデユーティはl:1)このためアライ
メント系の瞳、又はその近傍ではマークWMからの回折
光105とマークRMからの回折光104A、104B
とを明確に分離させることができ、極めてS/N比のよ
い位相差検出が可能となる。
Pt = P, = 172 - M - P, (however, the duty of marks RM and WM of the diffraction grating is l:1) Therefore, in the pupil of the alignment system or in the vicinity, the diffracted light 105 from mark WM and the mark RM Diffracted light 104A, 104B
This enables phase difference detection with an extremely good S/N ratio.

さらに第1図、第2図に示したように、周波数シフター
として回転ラジアル・グレイティングlIを用いる場合
は、その回転速度に多少のむらがあっても、位相差検出
の際の2つの信号(基準信号と計測信号)同志の周波数
がともに変動するのみで、位相差そのものを変化させる
ことはない。
Furthermore, as shown in Figures 1 and 2, when using a rotating radial grating II as a frequency shifter, even if there is some unevenness in its rotational speed, the two signals (reference (signal and measurement signal) Only the frequencies of the same signal fluctuate together, but the phase difference itself does not change.

これはラジアル・グレイティング11を回転させるモー
タ12の精密な速度制御が不要であることを意味する。
This means that precise speed control of the motor 12 that rotates the radial grating 11 is not necessary.

またAOMを使って周波数シフターを構成する場合は、
AOMへの変調波(超音波)を簡単に変化させることが
できるので、いくつかの変調周波数に切換えて(光ビー
トの周波数を切換えて)、同一のマークに対して順次位
相差を検出した後、所望の分解能のものを選ぶようにし
てもよい。あるいは必要とするマーク位置検出分解能に
応じて光ビート周波数(2つの光束+LBと−LB、の
周波数差)を切換えるようにしてもよい。
Also, when configuring a frequency shifter using AOM,
Since the modulation wave (ultrasonic wave) to the AOM can be easily changed, after switching to several modulation frequencies (switching the frequency of the optical beat) and sequentially detecting the phase difference for the same mark, , one with a desired resolution may be selected. Alternatively, the optical beat frequency (the frequency difference between the two luminous fluxes +LB and -LB) may be changed according to the required mark position detection resolution.

尚、マークRM (WM)を照射する2つの光束±LB
、P(±LB1s)の入射角度は、光束+−LBLB、
の瞳内での位置を、瞳中心からともに等しい距離を保つ
ように変化させることで自由に円整できる。このために
は、第1図中で空間フィルター15とビームスプリッタ
14との間に、2つの光束+LB、と−LB、の間隔を
平行を維持したまま可変にする光学ブロック(平行平面
ガラス、くさび状プリズム等)を設ければよい。また第
5図中の光電検出器53ば、アパーチャ板51のアパー
チャASの直後に配置してもよく、光電検出器58A、
58Bはアパーチャ板56の直後に1つだけ配置するよ
うにしてもよい。
In addition, the two luminous fluxes that illuminate the mark RM (WM) ±LB
, the incident angle of P (±LB1s) is the luminous flux +-LBLB,
The circle can be adjusted freely by changing the position within the pupil so that they both maintain the same distance from the pupil center. For this purpose, an optical block (parallel plane glass, wedge) is installed between the spatial filter 15 and the beam splitter 14 in FIG. prism, etc.) may be provided. Further, the photoelectric detector 53 in FIG. 5 may be placed immediately after the aperture AS of the aperture plate 51, and the photoelectric detector 58A,
Only one 58B may be placed immediately after the aperture plate 56.

さらにマークRMと共役なウェハ4上の位置にパターン
(アライメントマーク、実デバイスパターン等)が存在
しても、本実施例によればマークRMからの回折光10
4A、104Bと、ウェハlからの光情報(回折光10
5等)とは完全に分離して検出でき、光電検出器58A
、58Bはウェハ4上のパターンを検出しないので、レ
チクル1のマークRM位置は次のマークの打ち換え時に
は共用してもかまわない、すなわち第7図において、あ
る層の露光時のウェハ上のマークWMは、マークRMの
横に位置するように設け、別の層の露光時のウェハ上の
マークWMは、マークRMの直下に位置させるようにし
てもよい。この場合、光電検出器53.58A、58B
は全て瞳共役面、もしくはその近傍に配置する必要があ
る。
Furthermore, even if a pattern (alignment mark, actual device pattern, etc.) exists at a position on the wafer 4 that is conjugate with the mark RM, according to this embodiment, the diffracted light 10 from the mark RM
4A, 104B, and optical information from wafer l (diffracted light 10
5, etc.), and can be detected completely separately from the photoelectric detector 58A.
, 58B do not detect the pattern on the wafer 4, so the mark RM position on the reticle 1 may be shared when replacing the next mark. In other words, in FIG. The mark WM may be provided to be located next to the mark RM, and the mark WM on the wafer during exposure of another layer may be located directly below the mark RM. In this case, photoelectric detectors 53.58A, 58B
must all be placed on or near the pupil conjugate plane.

以上、第5図に示した本実施例のアライメント系は、1
次元方向の位置計測のみを行なうが、レチクル1の回路
パターン領域の周囲の直交する2辺の夫々に、X方向用
とX方向用のマークRMを設け、それぞれに対応したア
ライメント系を配置すれば、レチクル1とウェハ4上の
ショット領域との2次元のアライメントができる。
As described above, the alignment system of this embodiment shown in FIG.
Only the position measurement in the dimensional direction is performed, but if marks RM for the X direction and mark RM for the X direction are provided on each of the two orthogonal sides around the circuit pattern area of the reticle 1, and an alignment system corresponding to each is placed. , two-dimensional alignment between the reticle 1 and the shot area on the wafer 4 is possible.

ところで本実施例のアライメント系は、レチクルlと投
影レンズ3との間に色収差補正用光学系を設けることな
(、別波長でダイ・パイ・ダイ・アライメントが可能で
あるとともに、レチクル1の上に設けたダイクロイック
ミラー22の作用で露光動作中においてもマーク位置検
出、アライメント・サーボ動作を連続して実行できるこ
とを大きな特徴としている。一般にダイ・パイ・ダイ・
アライメントでは、レチクル1の回路パターン領域(ウ
ェハ上のショット領域)の大きさが変わると、それに対
応してアライメント系の一部(ここでは対物レンズ21
aと複屈折物質21b等)を可動させる構成を採用して
いる。また、レチクルlのマークRMは、レチクル基板
としてのガラス板、石英板を介して光学的に検出される
ため、本実施例のように光の干渉ビートを検出する方式
では、レチクルlの上面(ガラス面)で反射した一部の
光と、パターン面(下面)のマークRMから発生した光
(+LBR,、−LBH,、LBH12、L B R−
+)とで干渉を起すことがあり、このため回折光(光ビ
ート信号)104A、104Bに位相オフセットを与え
ることになる。
By the way, the alignment system of this embodiment does not require the provision of an optical system for correcting chromatic aberration between the reticle 1 and the projection lens 3. A major feature is that mark position detection, alignment, and servo operations can be performed continuously even during exposure operation by the action of the dichroic mirror 22 provided in the die-pie-die.
During alignment, when the size of the circuit pattern area (shot area on the wafer) of the reticle 1 changes, a part of the alignment system (in this case, the objective lens 21) changes accordingly.
A configuration in which the birefringent material 21b, etc.) is movable is adopted. Furthermore, since the mark RM on the reticle l is optically detected via a glass plate or a quartz plate as a reticle substrate, the upper surface of the reticle l ( Part of the light reflected on the glass surface) and the light generated from the mark RM on the pattern surface (bottom surface) (+LBR,, -LBH,, LBH12, L B R-
+) may cause interference, which will give a phase offset to the diffracted lights (optical beat signals) 104A and 104B.

そこで第8図、第9図に示すように、レチクル1の厚み
に起因した位相オフセットを予め計測し、そのオフセン
ト分を位相検出系40で補正できるようにする。第8図
(A)は従来のダイ・パイ・グイ・アライメント系の一
部に、2焦点光学系を設けた場合を示し、先端ミラーM
と2焦点光学系21のみを示す。ミラーMと2焦点光学
系21とは図中矢印の如くマークRMの位置に応してレ
チクルlと平行に可動である。
Therefore, as shown in FIGS. 8 and 9, the phase offset due to the thickness of the reticle 1 is measured in advance so that the offset can be corrected by the phase detection system 40. Figure 8 (A) shows a case where a bifocal optical system is provided as a part of the conventional die-pie-gui alignment system, and the tip mirror M
and only the bifocal optical system 21 is shown. The mirror M and the bifocal optical system 21 are movable parallel to the reticle l according to the position of the mark RM as indicated by the arrow in the figure.

第8図(B)はレチクル1のガラス厚の変化により変動
する位相オフセット量Δφの様子を模式的に表わしたも
ので、同一レチクル内であっても位置による厚みムラで
オフセット量Δφもわずかに変動している。このわずか
な変動の幅は、平均的な絶対オフセット量Δφ。にくら
べ小さいことが多いが、干渉を利用したアライメント法
では無視できない場合が多い。そこで実際のアライメン
ト位置で位相オフセット量を計測し、そのデータを第9
図に示した補正データ部40Dにセントする。第9図で
位相差検出部40A、40Bはそれぞれ光電検出器19
からの基準信号S、に対する信号S、、S、、S、(又
はS2と83の合成信号)の位相差φ1、φ工を検出し
、演算器40Cはφ、−φ8の演算とともに、補正すべ
き位相オフセット!(例えばΔφ。)の加算又は減算を
行なう。またこの位相オフセット量Δφは、アライメン
トマークRM上部のガラスの厚みに対応するので、ある
厚さDoのときの位相オフセット量Δφ。のみを実測に
より求め、色々なレチクルのオフセット量Δφ7に関し
ては、アライメント位置でのガラス厚り、を入力し、 Δφ、=K・Δφ。・D、/D、(ただしKは定数)の
近似演算で求めることも可能である。
Figure 8 (B) schematically shows how the phase offset amount Δφ varies due to changes in the glass thickness of reticle 1. Even within the same reticle, the offset amount Δφ may vary slightly due to uneven thickness depending on the position. It's changing. The width of this slight fluctuation is the average absolute offset amount Δφ. Although it is often small compared to , it is often not negligible in alignment methods that use interference. Therefore, we measured the amount of phase offset at the actual alignment position and used that data at the 9th position.
The cent is placed in the correction data section 40D shown in the figure. In FIG. 9, phase difference detection units 40A and 40B are each photoelectric detector 19.
The phase difference φ1, φ between the signals S, , S, , S, (or the composite signal of S2 and 83) with respect to the reference signal S, from Power phase offset! (For example, Δφ.) is added or subtracted. Moreover, since this phase offset amount Δφ corresponds to the thickness of the glass above the alignment mark RM, it is the phase offset amount Δφ when the thickness is a certain Do. For the offset amount Δφ7 of various reticles, enter the glass thickness at the alignment position, Δφ, = K・Δφ. - It is also possible to obtain by approximate calculation of D, /D, (K is a constant).

またアライメント位置でのオフセント量Δφ7を実測す
るには、マークRMの下にウェハステージ5上の基準マ
ーク(格子状)FMを配置し、レチクルマークRMと基
準マークFMとを露光光で同時に観察してマークRMと
基準マークFMとのすれΔX0を精密に計測する。この
場合、露光光による照明は、2焦点光学系21を介して
同軸落射照明法によってもよいし、基準マークFM自体
を露光光で発光させてもよい。露光光による照明のもと
で2焦点光学系21を介してマークRMと基準マークF
Mとを検出する場合は、露光光の照明光(又はマークか
らの結像光)を一方の偏光成分に制限すればよい。
In addition, to actually measure the offset amount Δφ7 at the alignment position, place the reference mark (grid-like) FM on the wafer stage 5 below the mark RM, and observe the reticle mark RM and the reference mark FM simultaneously with exposure light. Then, the deviation ΔX0 between the mark RM and the reference mark FM is precisely measured. In this case, the illumination with the exposure light may be performed by coaxial epi-illumination via the bifocal optical system 21, or the fiducial mark FM itself may be caused to emit light with the exposure light. The mark RM and the reference mark F are formed through the bifocal optical system 21 under illumination by exposure light.
When detecting M, the illumination light of the exposure light (or the imaging light from the mark) may be limited to one polarization component.

次に、同じ状態のマークRMと基準マークFMとのずれ
ΔX1を、補正データを零にした状態で位相検出系40
で求める。ここでΔX0−Δx7を求めれば、それが実
測すべき位相オフセット量Δφ7に対応したものになる
Next, the phase detection system 40 calculates the deviation ΔX1 between the mark RM and the reference mark FM in the same state with the correction data set to zero.
Find it with If ΔX0−Δx7 is calculated here, it corresponds to the phase offset amount Δφ7 to be actually measured.

またレチクルl上のマークRM、あるいはウェハ4上の
マークWMは、1本のバーマーク、又は2〜3本のバー
マークとしても同様の効果が得られる。この場合、バー
マークからの光情報は方向性の揃った回折光ではなく、
ある種の散乱光に近いいものであるが、同様に干渉を利
用したアライメント法が可能であり、しかもマーク形成
領域を極めて小さくできるメリントが得られる。
Further, the same effect can be obtained even if the mark RM on the reticle l or the mark WM on the wafer 4 is one bar mark or two or three bar marks. In this case, the optical information from the bar mark is not diffracted light with uniform directionality, but
Although it is similar to a kind of scattered light, it also enables an alignment method that similarly utilizes interference, and has the advantage that the mark forming area can be made extremely small.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように本発明によればレチクルマークとウェハマ
ークを別々に照射しているので、偏光特性により分割し
た後に受光系に存在するレチクル及びウェハ位置とそれ
ぞれ共役な位置にアパーチャを設けて両信号を完全に分
割できる。またウェハマークのピッチとレチクルマーク
のピンチを変えることによっても瞳位置で異なった部分
での信号取り込みが可能(ウェハは中心近傍でレチクル
は±LBの位置)なので、テレセンの傾きによる両信号
の混合時にも分離することが可能となる。
As described above, according to the present invention, since the reticle mark and the wafer mark are irradiated separately, apertures are provided at positions conjugate to the reticle and wafer positions existing in the light receiving system after division based on polarization characteristics, and both signals are can be completely divided. Also, by changing the pitch of the wafer mark and the pinch of the reticle mark, it is possible to capture signals at different pupil positions (the wafer is near the center and the reticle is at ±LB), so the inclination of the telecenter allows the mixing of both signals. Sometimes it is possible to separate.

さらにレチクルマークを透過した光がウェハに反射して
戻ってきても信号と混同じないようなマークピッチ、及
び遮光帯CRを設けているので、レチクル信号の位相が
ノイズによって変わることも防げる。これよりレチクル
とウェハの高精度なアライメントが可能となる。
Furthermore, the mark pitch and the light-shielding band CR are provided so that even if the light transmitted through the reticle mark is reflected back to the wafer, it will not be confused with the signal, so that it is possible to prevent the phase of the reticle signal from changing due to noise. This allows highly accurate alignment of the reticle and wafer.

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

第1図は本発明の実施例の基礎となる技術を使用した投
影型露光装置の構成を示す図、第2図は第1図中のアラ
イメント系の構成を模式的に示す図、第3図(a)、(
b)はレチクルのマークとウェハのマークとの一例を示
す平面図、第3図(c)はアライメント系内のアパーチ
ャ板の構造を示す平面図、第4図はレチクルのマークか
らの回折光(干渉ビート信号)の発生の様子を示す図、
第5図は本発明の実施例によるアライメント系の構成を
示す図、第6図(A)は基礎技術での問題点を説明する
模式図、第6図(B)はその問題点を解決した本実施例
の作用を説明する模式図、第7図は本実施例におけるレ
チクルマークとウェハマークとの関係を示す平面図、第
8図はアライメント位置の変化に応じて位相差検出時に
オフセットが発生する状態を説明した図、第9図はオフ
セットを補正する位相検出系の構成を示すブロック図、
第10図は従来の投影露光装置のアライメント方法の一
例を説明する図である。 (主要部分の符号の説明〕 1、R・・・レチクル、 3、PL・・・投影レンズ、 4、W・・・ウェハ、 10・・・レーザ光源、 11・・・ラジアル・グレイティング、15・・・空間
フィルター 17A、17B・・・リレー系、 18・・・基準格子、 19.25.53.58A、58B・・・光電検出器、
21・・・2焦点光学系、 22・・・ダイクロインクミラー 30・・・露光用光源、 40・・・位相検出系、 25 .51.57・・・アパーチャ(反、104、1
04A、 104B ・・・レチクルマークからの回折光、 105・・・ウェハマークからの回折光、RM・・・レ
チクルマーク、 〜VM・・・ウェハマーク、 +−LB、、−LB ・・・2方向からマークを照射する光束。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a projection exposure apparatus using the technology underlying the embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of the alignment system in FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the alignment system in FIG. (a), (
b) is a plan view showing an example of a mark on a reticle and a mark on a wafer, FIG. 3(c) is a plan view showing the structure of an aperture plate in the alignment system, and FIG. A diagram showing how the interference beat signal) is generated,
Fig. 5 is a diagram showing the configuration of an alignment system according to an embodiment of the present invention, Fig. 6 (A) is a schematic diagram explaining a problem with the basic technology, and Fig. 6 (B) is a diagram showing a solution to the problem. A schematic diagram explaining the operation of this embodiment, FIG. 7 is a plan view showing the relationship between the reticle mark and wafer mark in this embodiment, and FIG. 8 shows an offset occurring during phase difference detection according to changes in alignment position. Figure 9 is a block diagram showing the configuration of the phase detection system that corrects the offset.
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of an alignment method for a conventional projection exposure apparatus. (Explanation of symbols of main parts) 1, R... Reticle, 3, PL... Projection lens, 4, W... Wafer, 10... Laser light source, 11... Radial grating, 15 ... Spatial filters 17A, 17B... Relay system, 18... Reference grating, 19.25.53.58A, 58B... Photoelectric detector,
21... Bifocal optical system, 22... Dichroic ink mirror 30... Exposure light source, 40... Phase detection system, 25. 51.57...Aperture (anti, 104, 1
04A, 104B...Diffracted light from reticle mark, 105...Diffracted light from wafer mark, RM...Reticle mark, ~VM...Wafer mark, +-LB,, -LB...2 A beam of light that illuminates a mark from any direction.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)マスクに形成されたパターンを投影光学系を介し
て感光基板上に結像投影する装置であって、前記マスク
に形成された第1のマークと前記感光基板に形成された
第2のマークとを光学的に検出することで前記マスクと
感光基板とを位置合わせする装置において、 前記投影光学系が所定の色収差量を発生する波長域の可
干渉性の照明光を出力する光源と;該照明光を前記第1
マークに対して2方向から照射するように配向するとと
もに、前記投影光学系を介して前記第2マークに対して
も2方向から照射するように配向する照明光配向手段と
; 前記第1マークで反射した0次回折光と該0次回折光と
ほぼ同じ方向に反射した高次回折光とを干渉させた第1
光情報と、前記第2マークから発生した回折光のうち、
前記投影光学系を介して前記マスクを前記第1光情報と
異なる方向に通過する第2光情報とを検知するマーク検
出光学系と;該マーク検出光学系を通った前記第1光情
報と第2光情報とを分離して個別に光電検出する光電検
出手段とを備えたことを特徴とする位置合わせ装置。
(1) An apparatus that images and projects a pattern formed on a mask onto a photosensitive substrate via a projection optical system, the apparatus comprising a first mark formed on the mask and a second mark formed on the photosensitive substrate. A light source that outputs coherent illumination light in a wavelength range in which the projection optical system generates a predetermined amount of chromatic aberration; The illumination light is
an illumination light orienting means that orients the illumination light so as to irradiate the mark from two directions, and also orient the illumination light so that it irradiates the second mark from two directions via the projection optical system; A first method in which the reflected 0th-order diffracted light and the higher-order diffracted light reflected in approximately the same direction as the 0th-order diffracted light interfere with each other.
Of the optical information and the diffracted light generated from the second mark,
a mark detection optical system that detects second light information passing through the mask in a direction different from the first light information through the projection optical system; 1. A positioning device comprising: photoelectric detection means for separating and individually photoelectrically detecting two optical information.
(2)前記照明光配向手段は、互いに同じ偏光成分を含
む第1及び第2照明光を、前記マーク検出光学系を介し
て前記マスクへ照明するように配置され、前記第1照明
光と第2照明光は、前記マーク検出光学系の瞳面では所
定の間隔でずれた位置を通るように配向されることを特
徴とする請求項第1項に記載の装置。
(2) The illumination light orienting means is arranged to illuminate the mask via the mark detection optical system with first and second illumination lights containing the same polarization components, and 2. The apparatus according to claim 1, wherein the two illumination lights are directed so as to pass through positions shifted by a predetermined interval in a pupil plane of the mark detection optical system.
(3)前記マーク検出光学系は前記投影光学系の軸上色
収差量に対応した2つの位置に偏光成分のちがいにより
焦点を有する2焦点化素子と、該2焦点化素子を瞳面、
もしくはその近傍に配置するテレセントリックな対物レ
ンズとを含み、 前記第1マークを照射する第1、第2照明光と、前記投
影光学系を介して前記第2マークを照射する第1、第2
照明光とを、前記2焦点化素子によって偏光で分離した
ことを特徴とする請求項第2項記載の装置。
(3) The mark detection optical system includes a bifocal element having focal points at two positions corresponding to the amount of axial chromatic aberration of the projection optical system by different polarization components;
or a telecentric objective lens disposed near the first mark, first and second illumination lights that irradiate the first mark, and first and second illumination lights that irradiate the second mark via the projection optical system.
3. The apparatus according to claim 2, wherein the illumination light is separated by polarization by the bifocal element.
(4)前記第1マークを形成する透明領域の位置計測方
向の輻をW_x前記投影光学系の感光基板側での軸上色
収差量をΔL、前記第1照明光と第2照明光とを計測方
向に対称的に傾けたときの前記感光基板上での入射角を
θとしたとき、 W_x≦2・ΔL・θ を満すように前記幅W_xを定めたことを特徴とする請
求項第2項、又は第3項に記載の装置。
(4) The convergence in the position measurement direction of the transparent area forming the first mark is W_x, the amount of axial chromatic aberration on the photosensitive substrate side of the projection optical system is ΔL, and the first illumination light and the second illumination light are measured. Claim 2, characterized in that the width W_x is determined so as to satisfy W_x≦2・ΔL・θ, where θ is an incident angle on the photosensitive substrate when tilted symmetrically in a direction. or the device according to paragraph 3.
(5)前記第1マークと第2マークの夫々は、前記第1
照明光と第2照明光との傾き方向に所定のピッチを有す
る格子パターンで構成され、前記第1マークを前記投影
光学系により感光基板上に投影したときの格子像のピッ
チもしくは幅と、前記第2マークのピッチもしくは幅と
を異ならせたことを特徴とする請求項第2項に記載の装
置。
(5) Each of the first mark and the second mark
The pitch or width of a grating image when the first mark is projected onto the photosensitive substrate by the projection optical system, and 3. The apparatus according to claim 2, wherein the second marks have different pitches or widths.
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