JP2610300B2 - Positioning method - Google Patents

Positioning method

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JP2610300B2
JP2610300B2 JP63116962A JP11696288A JP2610300B2 JP 2610300 B2 JP2610300 B2 JP 2610300B2 JP 63116962 A JP63116962 A JP 63116962A JP 11696288 A JP11696288 A JP 11696288A JP 2610300 B2 JP2610300 B2 JP 2610300B2
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【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、2つの物体の位置合わせ方法に係わり、特
にパターン転写に用いられるマスクとウェハとのアライ
メント等に好適なる位置合わせ方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial application field) The present invention relates to a method of aligning two objects, and particularly a position suitable for alignment of a mask and a wafer used for pattern transfer with a wafer. Regarding the matching method.

(従来の技術) 近年、LSI等の半導体素子の回路パターンの微細化に
伴い、パターン転写手段として、高解像性能を有する光
学式投影露光装置が広く使用されるようになっている。
この装置を用いて転写を行う場合、露光に先立ってマス
クとウェハとを高精度で位置合わせ(アライメント)す
る必要がある。
(Prior Art) In recent years, with the miniaturization of circuit patterns of semiconductor elements such as LSIs, optical projection exposure apparatuses having high resolution performance have been widely used as pattern transfer means.
When transfer is performed using this apparatus, it is necessary to align the mask and the wafer with high accuracy before exposure.

アライメントを行う方法としては、投影光学系とは異
なる他の光学系(off−axis顕微鏡)を用い、ウェハ上
に予め形成されたマークを検出してウェハを位置決め
し、その後ウェハを投影光学系の視野内の所定の位置に
高精度に移動させて予め正確に位置決めされたマスクと
の位置合わせを間接的に行うoff−axis方式と、マスク
とウェハに予め形成された位置合わせマークを投影光学
系を通して検出し、直接マスクとウェハとを位置合わせ
するTTL(Through The Lens)方式とがある。
As a method for performing alignment, another optical system (off-axis microscope) different from the projection optical system is used to detect a mark formed in advance on the wafer, position the wafer, and then position the wafer in the projection optical system. An off-axis method of indirectly aligning the mask with a precisely positioned mask by moving it to a predetermined position in the field of view with high precision, and a projection optical system for aligning a mark formed in advance on the mask and the wafer. Through the lens and directly align the mask with the wafer.

off−axis方式は、アライメントの回数が少ないた
め、アライメントに要する時間が少なく、スループット
(処理速度)が大きいと言う利点を持つ。しかし、位置
合わせされたウェハを転写すべき位置まで正確な距離だ
け移動させる必要があり、他に絶対測長系を設けなくて
はならず、誤差要因が増え、高い精度で位置合わせをす
ることが難しい。そこで最近では、より高精度なアライ
メントを行うために、TTL方式のようにマスク及びウェ
ハのマークを投影光学系を通して検出し、直接アライメ
ントする方式が有力となっている。
The off-axis method has the advantage that the number of alignments is small, the time required for alignment is short, and the throughput (processing speed) is large. However, it is necessary to move the aligned wafer to the position to be transferred by an accurate distance, and an absolute length measurement system must be provided. Is difficult. Therefore, in recent years, in order to perform alignment with higher precision, a method of directly detecting and detecting a mark on a mask and a wafer through a projection optical system, such as a TTL method, has become effective.

TTL方式のアライメント方法の一つとして、2つのグ
レーティングマークを重ね合わせる方法(文献G.Dubroe
ucq,1980,ME.W.R Trutna.Jr.1984,SPIE等)がある。こ
れは、第13図に示す如く、グレーティング状マーク81a,
83aが形成され、投影レンズ82を挟んで対向配置された
マスク81とウェハ83に対し、アライメント用の光を入射
させ2つのマーク81a,83aで回折した光を光電検出器84
により検出することによって、2つのグレーティングマ
ーク81a,83aの重なり状態、つまり相対位置を検出する
方法である。
As one of the alignment methods of the TTL method, a method of superimposing two grating marks (G. Dubroe
ucq, 1980, ME.WR Trutna.Jr.1984, SPIE). This is, as shown in FIG. 13, the grating-like marks 81a,
A light for alignment is made incident on a mask 81 and a wafer 83 which are formed so as to face each other with a projection lens 82 interposed therebetween, and light diffracted by the two marks 81a and 83a is converted by a photoelectric detector 84a.
Is a method of detecting the overlapping state of the two grating marks 81a and 83a, that is, the relative position by detecting the relative position.

この方法によれば、第14図に示す如く2つのグレーテ
ィングマーク81a,83aが重なり合った状態(或いは半ピ
ッチずれた状態)で、信号強度が最大(或いは最小)と
なる。従って、最大値(或いは最小値)を精度良く検出
できる信号処理(例えば振動型同期検波処理等)によっ
て高精度なアライメントが可能となる。
According to this method, the signal strength becomes maximum (or minimum) in a state where the two grating marks 81a and 83a overlap (or are shifted by half a pitch) as shown in FIG. Therefore, high-precision alignment can be performed by signal processing (for example, vibration-type synchronous detection processing or the like) that can accurately detect the maximum value (or minimum value).

ところで、このようなグレーティングマークを用いた
TTLアライメント方式では、以下に示すような問題があ
った。つまり、通常の投影レンズは露光波長についての
み全ての収差が最小になるように設計されているが、そ
の他の波長に対しては色収差が存在する。一方、上記の
アライメント方式では、光源としてはコヒーレント性の
良いレーザが用いられるが露光用光源には水銀ランプを
用いるため、2つの光源の波長を全く同一とすることは
難しい。このため、アライメント光に対しては色収差が
無視できなくなり、結像位置関係、即ちフォーカス位置
で露光波長とは異なり、デフォーカスした状態で位置検
出をしなければならない。従来、このようにデフォーカ
ス状態で位置検出すると、十分な検出感度が得られず再
現性も悪かった。また、2つの波長の違いが大きくなる
と、光路長を補正する等の収差補正手段が必要となり装
置が複雑化し誤差要因も増える。即ち、アライメント用
光の波長を露光波長と同一にすることができないことに
よって、投影レンズの収差の影響を受けることが大きな
問題となっていた。
By the way, using such a grating mark
The TTL alignment method has the following problems. That is, a normal projection lens is designed such that all aberrations are minimized only at the exposure wavelength, but there is chromatic aberration at other wavelengths. On the other hand, in the above-mentioned alignment method, a laser having good coherence is used as a light source, but since a mercury lamp is used as an exposure light source, it is difficult to make the wavelengths of the two light sources exactly the same. For this reason, the chromatic aberration cannot be ignored for the alignment light, and the position must be detected in a defocused state unlike the exposure wavelength at the imaging position relationship, that is, the focus position. Conventionally, when the position is detected in such a defocused state, sufficient detection sensitivity cannot be obtained and reproducibility is poor. Further, when the difference between the two wavelengths becomes large, aberration correction means such as correcting the optical path length is required, which complicates the apparatus and increases error factors. That is, since the wavelength of the alignment light cannot be made the same as the wavelength of the exposure light, there is a serious problem that the light is affected by the aberration of the projection lens.

特に、アライメント光はレジストを感光させないこと
が必要とのことからHe−Neレーザ(633nm)を用いるこ
とが多く、また転写用露光波長(λ)は一般にR=Kλ
/NAの関係から解像度Rを高めるために短かくする傾向
にある。現在はg線(436nm)が主流であるが将来i線
(365nm)と変わり、さらにはエキシマレーザ(KrF248n
m,ArF193nm)へと変化することが予想される。
In particular, a He-Ne laser (633 nm) is often used because the alignment light does not need to expose the resist, and the transfer exposure wavelength (λ) is generally R = Kλ.
Due to the relationship of / NA, the resolution tends to be shorter in order to increase the resolution R. At present g-line (436 nm) is the mainstream, but in the future it will change to i-line (365 nm), and excimer laser (KrF248n)
m, ArF193nm).

このためにも上記問題は無視できないものである。従
来、この色収差の問題は第15図に示すように途中に折返
しミラー85a,85bを設け吸収していた。しかし、波長の
差が大きくなるに従って、上記折返しミラーやレンズ系
では構造が複雑になり実用的ではなくなってきている。
ここで、図中86はアライメント用のHe−Neレーザ、87は
ハーフミラー、88は反射ミラーである。
For this reason, the above problem cannot be ignored. Conventionally, this problem of chromatic aberration has been absorbed by providing folding mirrors 85a and 85b in the middle as shown in FIG. However, as the wavelength difference increases, the structure of the folding mirror and the lens system becomes more complicated and impractical.
Here, in the figure, 86 is a He-Ne laser for alignment, 87 is a half mirror, and 88 is a reflection mirror.

(発明が解決しようとする課題) このように従来、露光波長とアライメント光波長との
違いによる色収差の問題から、マスク・ウェハを高精度
に位置合わせすることは困難であった。さらに、色収差
の解決策として折返しミラーを用いたものは、露光波長
とアライメント光波長とが大きく異なる場合、ミラー間
隔を大きく離す必要があり実用的でなかった。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, conventionally, it has been difficult to align a mask / wafer with high accuracy due to a problem of chromatic aberration caused by a difference between an exposure wavelength and an alignment light wavelength. Further, when a folding mirror is used as a solution to the chromatic aberration, when the exposure wavelength and the alignment light wavelength are largely different, the mirror interval needs to be largely separated, which is not practical.

本発明は、上記事情を考慮してなされたものでその目
的とするところは、位置合わせ用の光の波長が光学系に
合った波長と異なった場合でも、2つの物体の相対位置
を高精度に検出することができ、且つ折返しミラー等を
用いることなく簡易に実現することができ、位置合わせ
精度の向上をはかり得る位置合わせ方法を提供すること
にある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object thereof is to accurately determine the relative position of two objects even when the wavelength of the light for alignment is different from the wavelength suitable for the optical system. It is another object of the present invention to provide a positioning method which can be easily realized without using a folding mirror or the like and can improve the positioning accuracy.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明の骨子は、位置合わせマークを用いたTTLアラ
イメント方式において、アライメント光として光学系に
合った波長と異なる波長の光を用いても、光学系(投影
レンズ)の色収差の影響を無視できるようにマーク配置
構成,アライメント光照明方法及びアライメント情報検
出方法を改良したことにある。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) The gist of the present invention is that, in the TTL alignment method using the alignment mark, even if light having a wavelength different from the wavelength suitable for the optical system is used as alignment light, An object of the present invention is to improve a mark arrangement configuration, an alignment light illumination method, and an alignment information detection method so that the influence of chromatic aberration of an optical system (projection lens) can be ignored.

即ち本発明は、マスク上に形成されたパターンを(投
影レンズを介して)ウェハ上に転写するに先立ち、マス
ク及びウェハにそれぞれ設けられた位置合わせ用のマー
クを用い、これらのマークの光学的な相対位置ずれ量を
求め、この位置ずれ量に応じてマスク・ウェハを位置合
わせする位置合わせ方法において、前記ウェハに回折格
子からなる位置合わせ用のウェハマークを設けると共
に、前記マスクに回折格子からなる位置合わせ用の第1
及び第2のマスクマークを設け、露光光とは異なる周波
数f1の位置合わせ用光を前記第1のマスクマークに照射
すると共に、露光光とは異なる周波数f2(f2≠f1)の位
置合わせ用光を前記第2のマスクマークに照射し、これ
らの光照射による各マスクマークからの回折光の一部を
(投影レンズを通して)それぞれウェハマーク上に集
光,干渉させ、ウェハマークからの反射回折光のうちマ
スクマークの位置情報を持つ回折光を検出して(f1
f2)の周波数を持った光ヘテロダイン検出信号を求め、
これと同時にマスクマークからの回折光、又はウェハマ
ークからの反射回折光のうちのマスクマークの位置情報
を持たない回折光を検出して(f1−f2)の周波数を持っ
た光ヘテロダイン基準信号を求め、これらの検出信号及
び基準信号の位相差から各マークの相対位置ずれ情報を
求めるようにした方法である。
That is, prior to transferring the pattern formed on the mask onto the wafer (via the projection lens), the present invention uses alignment marks provided on the mask and the wafer, respectively, and optically marks these marks. In a positioning method for determining a relative position shift amount and aligning a mask / wafer in accordance with the position shift amount, a wafer mark for positioning made of a diffraction grating is provided on the wafer, and a diffraction grating is provided on the mask. First for alignment
And providing the second mask mark, the light for alignment of different frequencies f 1 from the exposure light irradiates the first mask mark, different frequency f 2 to the exposure light (f 2 ≠ f 1) The second mask mark is irradiated with alignment light, and a part of the diffracted light from each mask mark due to these light irradiations is condensed and interfered (through a projection lens) on the wafer mark, and Out of the reflected diffracted light of (f 1
f 2 ) The optical heterodyne detection signal having the frequency of
At the same time, the diffracted light from the mask mark, or the diffracted light without the positional information of the mask mark out of the diffracted light from the wafer mark is detected, and the optical heterodyne reference having a frequency of (f 1 −f 2 ) is detected. In this method, a signal is obtained, and relative positional deviation information of each mark is obtained from a phase difference between the detection signal and the reference signal.

また本発明は、前記マスクマークとして1次元回折格
子、前記ウェハマークとして2次元回折格子又は市松回
折格子を用いるようにした方法である。
Further, the present invention is a method wherein a one-dimensional diffraction grating is used as the mask mark, and a two-dimensional diffraction grating or a checkered diffraction grating is used as the wafer mark.

また本発明は、前記マスクマークの位置情報を持つ回
折光として、第1のマスクマークからの透過+1次(又
は−1次)回折光と第2のマスクマークからの透過−1
次(又は+1次)回折光をウェハに集光,干渉させて得
られるウェハからの反射回折光を利用し、前記マスクマ
ークの位置情報を持たない回折光として、マスクマーク
からの透過0次若しくは反射0次の回折光、又はマスク
マークからの透過0次回折光をウェハマーク上に集光・
干渉させて得られるウェハからの反射回折光を利用する
ようにした方法である。
Further, according to the present invention, as the diffracted light having the position information of the mask mark, transmission + 1st-order (or -1st-order) diffracted light from the first mask mark and transmission -1 from the second mask mark-1
Utilizing reflected diffracted light from the wafer obtained by condensing and interfering the next (or + 1st) diffracted light on the wafer, the diffracted light having no positional information of the mask mark is transmitted as the diffracted light having no positional information of the mask mark. Focuses the 0th-order reflected diffracted light or the 0th-order diffracted light transmitted from the mask mark on the wafer mark.
This is a method in which reflected diffraction light from a wafer obtained by interference is used.

また本発明は、前記周波数f1及びf2の位置合わせ用光
を得る手段として、周波数fの光を第1の周波数シフト
機構によりΔf1だけ周波数シフトして周波数f1の位置合
わせ用光を得、且つ周波数fの光を第2の周波数シフト
機構によりΔf2だけ周波数シフトして周波数f2の位置合
わせ用光を得るようにした方法である。
The present invention provides, as means for obtaining the frequency f 1 and the alignment light f 2, the alignment light of a frequency f 1 and the frequency shifted Delta] f 1 by the first frequency shifting mechanism the light of frequency f In this method, the light having the frequency f is frequency-shifted by Δf 2 by the second frequency shift mechanism to obtain the alignment light having the frequency f 2 .

(作 用) 本発明によれば、所定距離だけ離れた一対のマスクマ
ークからの2本の回折光をウェハマークに集光,干渉さ
せることにより、色収差による結像間隔の差の問題を完
全になくして位置合わせを行うことができる。従って、
従来色収差補正用に用いていた折返しミラー,レンズ等
の中間物を設ける必要がなく、これから生じる誤差要因
をなくすことができる。さらに、折返しミラーが不要と
なるため、構造が簡単であり光軸調整が容易になる。特
に、現在エキシマレーザステッパで問題となっている、
TTLアライメントをこの方法によって実現することが可
能となる。
(Operation) According to the present invention, two diffracted lights from a pair of mask marks separated by a predetermined distance are condensed and interfered with a wafer mark, thereby completely eliminating the problem of a difference in imaging interval due to chromatic aberration. Alignment can be performed without it. Therefore,
It is not necessary to provide intermediate members such as a folding mirror and a lens which have been conventionally used for chromatic aberration correction, and it is possible to eliminate an error factor occurring therefrom. Further, since a folding mirror is not required, the structure is simple and the optical axis adjustment is easy. In particular, it is currently a problem with excimer laser steppers.
TTL alignment can be realized by this method.

また本発明では、一対のマスクマークの一方からの透
過+1次回折光及び他方からの透過−1次回折光をウェ
ハマークに集光・干渉させ、その反射回折光を検出する
ことにより、マスク・ウェハの位置情報を持ったビート
信号(ヘテロダイン検出信号)を得ることができる。さ
らに、一対のマスクマークの双方からの透過0次回折光
をウェハ上に垂直に照射し、その反射回折光を検出する
ことにより、マスク・ウェハの位置情報を持たないビー
ト信号(ヘテロダイン基準信号)を得ることができる。
そして、これらのビート信号の位相差からマスク・ウェ
ハの位置ずれ量を求めることが可能となる。
Further, in the present invention, the transmission + first-order diffracted light from one of the pair of mask marks and the transmission-first-order diffracted light from the other are condensed and interfered with the wafer mark, and the reflected diffracted light is detected, so that the A beat signal (heterodyne detection signal) having position information can be obtained. Furthermore, a beat signal (heterodyne reference signal) having no mask / wafer position information is obtained by irradiating the transmission zero-order diffracted light from both of the pair of mask marks vertically onto the wafer and detecting the reflected diffracted light. Obtainable.
Then, it is possible to determine the amount of displacement of the mask / wafer from the phase difference between these beat signals.

ここで、アライメントに用いる光はその光路により位
相が乱れることがあり、これによりアライメント検出信
号の位相も乱れることがある。ところが、アライメント
基準信号もアライメント検出信号を得るための光の光路
と略同じ光路を通った光から得ているので、基準信号も
検出信号と同じ位相の乱れを持つことになる。従って、
本発明方法により求めた検出信号を基準信号と比較する
ことにより、光路における位相の乱れを相殺することが
可能となり、より高精度の位置合わせが可能となる。
Here, the phase of the light used for alignment may be disturbed by the optical path, which may also disturb the phase of the alignment detection signal. However, since the alignment reference signal is also obtained from light passing through the same optical path as the light path for obtaining the alignment detection signal, the reference signal also has the same phase disturbance as the detection signal. Therefore,
By comparing the detection signal obtained by the method of the present invention with the reference signal, it is possible to cancel the disturbance of the phase in the optical path, and it is possible to perform positioning with higher accuracy.

(実施例) まず、実施例を説明する前に、本発明の基本原理につ
いて説明する。第8図は本発明者等が先に提案した位置
合わせ方法を適用した投影露光装置を示す概略構成図で
ある。
(Example) First, before describing an example, a basic principle of the present invention will be described. FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a projection exposure apparatus to which the positioning method proposed by the present inventors has been applied.

通常、縮小投影露光装置は、投影レンズ20の上下にレ
クチル(マスク)10,ウェハ30を設置する。投影レンズ2
0は、露光波長に対して結像関係が保たれるようにマス
ク10,ウェハ30の物像間隔が設定され、そのように位置
決めされる。この状態では、マスク10のC点から出た光
は投影レンズ20を通してウェハ30上で結像する。逆に、
ウェハ30から出た光は投影レンズ20を通してマスク10上
で結像する。しかし、アライメント光として露光波長と
は異なる波長、例えばHe−Neレーザ等を用いた場合、こ
の結像関係はくずれ、ウェハ30の像は距離Dだけ離れた
2点鎖線で示した仮想マスク10′上で結像することにな
る。通常この量が少ない場合、前記第15図で示したよう
に折返しミラー等によって補正が行われる。しかし、例
えば248nmの露光波長と633nmのHe−Neレーザ光(アライ
メント光)のように波長差が大きい場合、この量は数m
にもなり、折返しミラー等で補正するのは現実的でな
い。
Usually, the reduction projection exposure apparatus places a reticle (mask) 10 and a wafer 30 above and below a projection lens 20. Projection lens 2
In the case of 0, the object-image interval between the mask 10 and the wafer 30 is set so that the image-forming relationship is maintained with respect to the exposure wavelength, and positioning is performed as such. In this state, light emitted from point C of the mask 10 forms an image on the wafer 30 through the projection lens 20. vice versa,
The light emitted from the wafer 30 forms an image on the mask 10 through the projection lens 20. However, when a wavelength different from the exposure wavelength, for example, a He-Ne laser or the like is used as the alignment light, the image forming relationship is broken, and the image of the wafer 30 is separated by a distance D from the virtual mask 10 'indicated by a two-dot chain line. The image will be formed above. Usually, when this amount is small, correction is performed by a folding mirror or the like as shown in FIG. However, when the wavelength difference is large such as the exposure wavelength of 248 nm and the He-Ne laser light (alignment light) of 633 nm, this amount is several m.
Therefore, it is not realistic to make correction using a folding mirror or the like.

そこでこの例では、以下に説明する方法によってこの
問題を解決している。即ち、第8図においてウェハ30上
から仮想マスク10′上のマークSをみた時、2点鎖線で
示した光束でマーク情報がくることになる。従って、例
えばマスク10上A,Bの2点にマーク11,12(マスクマー
ク)を形成し、このマーク11,12にアライメント光を照
射しそこから出る光束があたかも仮想マスク10′上から
くるマーク位置情報を持つようにすれば、この光束はウ
ェハ30上で集光することになる。つまり、マスク10上で
あたかも仮想マスク10′上からのマーク位置情報が作ら
れるようになる。
Therefore, in this example, this problem is solved by the method described below. That is, when the mark S on the virtual mask 10 'is viewed from above the wafer 30 in FIG. 8, the mark information comes with a light beam shown by a two-dot chain line. Therefore, for example, marks 11 and 12 (mask marks) are formed at two points A and B on the mask 10, and the marks 11 and 12 are irradiated with the alignment light, and the light flux emitted therefrom is as if the marks come from above the virtual mask 10 '. If the position information is provided, this light beam will be focused on the wafer 30. That is, mark position information is created on the mask 10 as if it were on the virtual mask 10 '.

具体的には、A,Bのマーク11,12を第5図(a)に示す
如きそれぞれ格子状マークとしておき、アライメント光
を図のようにレンズ20の入射瞳で集光するように球面波
として照射する。この結果、マーク11,12からそれぞれ
から0次、±1次の回折光が生じるが、0次はそのまま
入射瞳に入り、ウェハ面に対して垂直に入射する。マー
ク11からの−1次回折光α、マーク12からの+1次回折
光βは、それぞれの位置情報を持ち投影レンズ20を通っ
てウェハ30上の1点に集光する。ウェハ30上には、第5
図(b)又は(c)に示す如き格子状マーク31(ウェハ
マーク)を形成しておく。
More specifically, the marks 11 and 12 of A and B are set as grid marks as shown in FIG. 5 (a), and the alignment light is focused on the entrance pupil of the lens 20 as shown in FIG. Irradiation as As a result, diffracted lights of the 0th order and ± 1st order are generated from the marks 11 and 12, respectively, but the 0th order enters the entrance pupil as it is and is incident perpendicularly to the wafer surface. The -1st-order diffracted light α from the mark 11 and the + 1st-order diffracted light β from the mark 12 have respective positional information and converge on one point on the wafer 30 through the projection lens 20. On the wafer 30, the fifth
A lattice mark 31 (wafer mark) as shown in FIG.

第9図は第8図の詳細を示した図であるが、回折光
α,βがウェハ面上の格子状マーク31に入射すると反射
回折光が発生する。この反射回折光はレンズのフーリエ
変換面で第6図(a)に示すようなスペクトルパターン
を示す。そこでこの反射回折光の中から例えば、第6図
(a)中破線内で示した0次の反射回折光を取出しミラ
ー43で導き、検出器44で検出する。
FIG. 9 is a diagram showing the details of FIG. 8. When the diffracted lights α and β enter the lattice mark 31 on the wafer surface, reflected diffracted light is generated. This reflected diffracted light has a spectrum pattern as shown in FIG. 6 (a) on the Fourier transform surface of the lens. Therefore, for example, the 0th-order reflected diffracted light shown in the broken line in FIG. 6A is extracted from the reflected diffracted light, guided by the mirror 43, and detected by the detector 44.

また、第8図でマーク11,12に入射する光(周波数
f)を周波数シフト機構(音響光学変調器)41,42によ
ってそれぞれΔf1,Δf2だけ周波数シフトさせ、マーク1
1に周波数f1の位置合わせ用光を照射し、マーク12に周
波数f2の位置合わせ用光を照射する。これにより、検出
器44ではΔf3=|f1−f2|=|Δf1−Δf2|の振動数を持
つビート信号(ヘテロダイン検出信号)が検出される。
このビート信号Δf2の位相は、マスク10とウェハ30との
相対位置の関数となっている。周波数シフト機構41,42
の駆動回路(図示せず)より得られる電気的振動数Δ
f1,Δf2から、演算器46でΔf4=|Δf1−Δf2|の振動数
をビート信号(ヘテロダイン基準信号)を求め、検出器
44で得られたビート信号Δf3との位相差を位相検出器45
で求めることによってマスク・ウェハの相対位置情報を
得る。そして、この位置情報に応じてウェハ30を載置し
たステージ等を移動することにより、マスク・ウェハを
位置合わせする。
In FIG. 8, the light (frequency f) incident on the marks 11 and 12 is frequency-shifted by frequency shift mechanisms (acousto-optic modulators) 41 and 42 by Δf 1 and Δf 2 , respectively.
1 is irradiated with alignment light having a frequency f 1 , and the mark 12 is irradiated with alignment light having a frequency f 2 . Accordingly, the detector 44 detects a beat signal (heterodyne detection signal) having a frequency of Δf 3 = | f 1 −f 2 | = | Δf 1 −Δf 2 |.
The phase of the beat signal Δf 2 is a function of the relative position between the mask 10 and the wafer 30. Frequency shift mechanism 41, 42
Electric frequency Δ obtained from a driving circuit (not shown)
From f 1 and Δf 2 , the arithmetic unit 46 determines the frequency of Δf 4 = | Δf 1 −Δf 2 | to obtain a beat signal (heterodyne reference signal), and a detector
The phase difference from the beat signal Δf 3 obtained in 44 is detected by a phase detector 45.
To obtain relative position information of the mask / wafer. Then, the mask / wafer is positioned by moving a stage or the like on which the wafer 30 is placed according to the position information.

また、第10図は第8図を更に改良した例である。マス
ク10に入射する2つの光束を周波数シフト機構41,42で
各々固有の周波数Δf1,Δf2で周波数シフトした光束を
マスクに入射する直前でハーフミラー47,48で分岐させ
て、検出器49で受光することによってヘテロダイン基準
信号Δf4を得る。また、一方では第8図の例と同様にし
てヘテロダイン検出信号を得る。そして、検出器49で得
られた基準信号Δf4と検出器44で得られたマスク・ウェ
ハの位相差情報を含む検出信号Δf3との位相差を求める
ことにより、マスク・ウェハの相対位置を検出すること
ができる。つまり、光ヘテロダイン方式によるマスク・
ウェハの位置ずれ検出が可能となる。
FIG. 10 is a further improved example of FIG. The two light beams incident on the mask 10 are frequency-shifted by the frequency shift mechanisms 41 and 42 at the unique frequencies Δf 1 and Δf 2 , respectively, and are split by the half mirrors 47 and 48 immediately before the light beams are incident on the mask. To obtain a heterodyne reference signal Δf 4 . On the other hand, a heterodyne detection signal is obtained in the same manner as in the example of FIG. Then, by calculating the phase difference between the reference signal Δf 4 obtained by the detector 49 and the detection signal Δf 3 including the mask / wafer phase difference information obtained by the detector 44, the relative position of the mask / wafer is determined. Can be detected. In other words, a mask / optical heterodyne method
It is possible to detect a wafer position shift.

ここで、回折格子マークの作用及び該マークを用いた
光ヘテロダイン方式について、その原理を第11図及び第
12図によって説明する。第11図は第10図のマスク10に設
けられたマーク11,12の詳細図、第12図は第10図のウェ
ハ30に設けられたマーク31の詳細図である。第11図及び
第12図でY軸は紙面に垂直にとってある。
Here, the principle of the operation of the diffraction grating mark and the optical heterodyne method using the mark will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a detailed view of the marks 11 and 12 provided on the mask 10 of FIG. 10, and FIG. 12 is a detailed view of the mark 31 provided on the wafer 30 of FIG. In FIGS. 11 and 12, the Y axis is perpendicular to the plane of the drawing.

まず、第11図で透過型回折格子マーク11,12について
説明する。XY平面上にX方向一定ピッチdのY方向直線
状格子があり、格子のI,J,Kのスリット部は透明で、そ
の他の黒色部分は光を透過しないものとする。この回折
格子マークに入射角αの平行光線(PI,QJ,RK等の向きの
光線)が入射するとき、スリットI,J,Kの透明部を直進
する方向の0次回折光(IF,JG,KH等の向きの光線)が強
く現れるが、この他に1次回折光(IU,JV,KW等の向きの
光線)が、出射角βの方向に現れる。
First, the transmission diffraction grating marks 11 and 12 will be described with reference to FIG. It is assumed that there is a linear lattice in the Y direction at a constant pitch d in the X direction on the XY plane, and the I, J, and K slits of the lattice are transparent, and the other black portions do not transmit light. When parallel rays (incident rays in directions PI, QJ, RK, etc.) having an incident angle α enter this diffraction grating mark, zero-order diffracted lights (IF, JG, A first-order diffracted light (a light ray in the direction of IU, JV, KW, etc.) appears in the direction of the emission angle β.

いま、第11図のように光線に関して固有固定の座標原
点OAをとり、x軸より角度αだけ左回転したy軸を含む
平面OAPQRと角度βだけ右回転したy軸を含む平面OAUVW
を考える。すると、平面OAPQRは入射平行光線に垂直で
あるから、入射光の光波の位相が一定の波面に一致す
る。また、平面OAUVWは1次回折光に垂直であるから、
1次回線光の光波の位相が一定の波面に一致する。
Now, as shown in FIG. 11, a plane O A including the y-axis rotated left by an angle α from the x-axis and a plane O including the y-axis rotated right by an angle β, taking a coordinate origin O A which is inherently fixed with respect to the ray as shown in FIG. A UVW
think of. Then, since the plane O A PQR is perpendicular to the incident parallel light, the phase of the light waves of the incident light coincides with the constant wavefront. Also, since the plane O A UVW is perpendicular to the first order diffracted light,
The phase of the light wave of the primary line light coincides with a constant wavefront.

さて、この入射波面OAPQRと1次回折光波面OAUVW間の
光波の位相差を考えてみる。スリットIの+x方向位置
をlAとすれば、 スリットIを通る光線の光路長P→I→Uは lA(sinα+sinβ) …(1) スリットJを通る光線の光路長Q→J→Vは (lA+d)(sinα+sinβ) …(2) スリットKを通る光線の光路長R→K→Wは (lA+2d)(sinα+sinβ) …(3) PQRが入射波面、UVWが1次回折光波面上にある条件よ
り、上記(1)と(2)式及び(2)式と(3)式の各
光路長の差はそれぞれ波長λ=632nmでなければならな
い。従って、入射角αと1次回折光の出射角βの間に次
のは(4)式が成立するように第10図の光学系を組立て
る。
Now, consider the phase difference of the light wave between the incident wavefront O A PQR and 1-order diffracted wavefront O A UVW. Assuming that the position of the slit I in the + x direction is l A , the optical path length P → I → U of the light ray passing through the slit I is l A (sinα + sinβ) (1) The optical path length Q → J → V of the light ray passing through the slit J is ( 1A + d) (sinα + sinβ) (2) The optical path length R → K → W of the light beam passing through the slit K is ( 1A + 2d) (sinα + sinβ) (3) PQR is the incident wavefront, and UVW is the first-order diffracted light wavefront. According to the above condition, the difference between the optical path lengths of the above equations (1) and (2) and the equations (2) and (3) must be λ = 632 nm. Therefore, the optical system of FIG. 10 is assembled so that the following equation (4) is satisfied between the incident angle α and the emission angle β of the first-order diffracted light.

sinα+sinβ=λ/d …(4) また、入射波面PQRと1次回折光波面UVW間の光波の位
相差φ(rad)は(1),(2),(3)式より φ=2πlA(sinα+sinβ)/λ これは、(4)式より φ=2πlA/d …(5) 即ち、光線に関して固定座標系の平面OAPQRと平面OAU
VW間の光波の位相差φはこの固定座標系の原点OAからの
格子スリットのx座標値lAに比例し、回折格子がx軸方
向に1格子ピッチd動く毎に2πradずれることが判
る。
sinα + sinβ = λ / d (4) The phase difference φ (rad) of the light wave between the incident wavefront PQR and the first-order diffracted light wavefront UVW is φ = 2πl A (Equation (1), (2), (3)) sinα + sinβ) / λ This is from equation (4): φ = 2πl A / d (5) That is, the plane O A PQR and the plane O A U of the fixed coordinate system with respect to the light ray
It can be seen that the phase difference φ of the light wave between VW is proportional to the x-coordinate value l A of the grating slit from the origin O A of the fixed coordinate system, and is shifted by 2πrad every time the diffraction grating moves by one grating pitch d in the x-axis direction. .

一方、第12図の反射型回折格子マーク31について説明
すると、XY平面上にX方向一定ピッチDのY方向直線上
反射面格子を持つ格子があり、格子のI,J,Kの部分は光
を良く反射する面で、それ以外の黒色部分は光を反射し
ない。この反射型回折格子マークに入射角γの平行光線
(PI,QJ,RK等の向きの光線)が入射すると、鏡面反射す
る0次回折光(IF,JG,KH等の向きの光線)が出射角γの
方向に現れるが、この他に+Z方向の垂直方向の1次回
折光(IU,JV,KW等の向きの光)が現れる。
On the other hand, to explain the reflection type diffraction grating mark 31 shown in FIG. 12, there is a grating having a constant reflection pitch in the Y direction on the XY plane with a constant pitch D in the X direction. This is a surface that reflects light well, and other black portions do not reflect light. When a parallel ray (ray in the direction of PI, QJ, RK, etc.) with an incident angle γ is incident on this reflection type diffraction grating mark, the 0th-order diffracted light (ray in the direction of IF, JG, KH, etc.) reflected specularly is emitted. Although appearing in the direction of γ, first-order diffracted light in the vertical direction in the + Z direction (light in the direction of IU, JV, KW, etc.) also appears.

いま、第12図のように光線に関して固有固定の座標原
点NAをとり、X軸より角度γだけ左回転したY軸を含む
平面NAPQRとXY平面NAIJKを考えると、平面NAPQRは入射
波面、平面NAIJKは1次回折光波面である。これらの波
面間の光波の位相差を求めると、鏡面Iの+X方向位置
をmAとすれば、 光路長P→Iは mAsinγ …(6) 光路長Q→Jは (mA+D)sinγ …(7) 光路長R→Kは (mA+2D)sinγ …(8) PQRが入射波面、IJKが1次回折光波面上にある条件よ
り、上記(6)式と(7)式及び(7)式と(8)式の
各光路長の差はそれぞれ波長γでなければならない。従
って以下の関係式が成立する。
Now, taking the coordinate origin N A unique fixed with respect to light as Figure 12, considering the plane N A PQR and the XY plane N A IJK including Y axis rotated to the left by an angle γ from the X-axis, plane N A PQR is the incident wavefront, and the plane N A IJK is the first-order diffracted light wavefront. When determining the phase difference of light waves between these wavefronts, if the + X direction position of the mirror I and m A, the optical path length P → I is m A sinγ ... (6) an optical path length Q → J is (m A + D) sin [gamma] ... (7) the optical path length R → K is (m a + 2D) sinγ ... (8) PQR is incident wavefront, from the conditions IJK is on the first-order diffraction wavefront, equation (6) and (7) and The difference between the optical path lengths in the equations (7) and (8) must be the wavelength γ. Therefore, the following relational expression holds.

sinγ=λ/D …(9) 故に、入射各γが(9)式の関係を満足するように第
10図の光学系を組立てて、1次回折光を垂直に+Z方向
に向わす。また、入射波面PQRと1次回折光波面IJK間の
光波の位相差φ(rad)は(6),(7),(8)式よ
り φ=(2πmAsinγ)/λ これは(9)式より φ=2πmA/D …(10) 即ち、光線に関して固定平面NAPQRと固定平面NAIJK間
の光波の位相差φは格子マーク31のX座標値mAに比例す
ることが判る。
sin γ = λ / D (9) Therefore, each of the incident γ should satisfy the relationship of the expression (9)
The optical system shown in FIG. 10 is assembled to direct the first-order diffracted light vertically in the + Z direction. Further, the phase difference of light waves between the incident wavefront PQR and 1-order diffracted wavefront IJK phi (rad) is (6), (7), (8) from equation φ = (2πm A sinγ) / λ which is (9) φ = 2πm a / D ... ( 10) ie the equation, the light wave phase difference phi of between stationary plane N a PQR and stationary plane N a IJK respect rays seen to be proportional to the X coordinate value m a of the grating mark 31 .

以上説明した回折格子の原理を用いたTTLアライメン
ト方式について、前記第10図を参照してその作用を更に
詳しく説明する。
The operation of the TTL alignment method using the principle of the diffraction grating described above will be described in more detail with reference to FIG.

いま、第10図のHe−Neレーザ(アライメント光)の出
射光Eを光の周波数ωで振動する光電磁波の電界成分
(以後、光波と呼ぶ)で表せば、 E=|E|εjωt …(11) 但し、|E|は光波の振幅、jは虚数単位、tは時間で
ある。
Now, if the outgoing light E of the He-Ne laser (alignment light) in FIG. 10 is represented by an electric field component of a photoelectromagnetic wave oscillating at the light frequency ω (hereinafter referred to as a light wave), E = | E | ε jωt . (11) where | E | is the amplitude of the light wave, j is the imaginary unit, and t is the time.

第1の音響光学変調器41の入射点の光波A1 但し、A1=k1|E|、k1は減衰係数、φA01は光源Eから
A1までの光波の位相遅れである。
The light wave A 1 at the incident point of the first acousto-optic modulator 41 is Where A 1 = k 1 | E |, k 1 is the attenuation coefficient, φ A01 is the light source E
Is the phase delay of the light waves of up to A 1.

音響光学変調器41は光周波数シフタとして動作し、変
調器41の入射光A1を変調器ドライバの励磁周波数ω
2π×80.1MHzだけ正側に周波数シフトした出射光A2
出す。
Acousto-optic modulator 41 operates as an optical frequency shifter, the excitation frequency of the modulator driver incident light A 1 modulator 41 omega A =
Out emitted light A 2 which is frequency-shifted to the positive side by 2π × 80.1MHz.

なお、音響光学変調器の光周波数シフタとしての原理
は公知であり、例えば光学の教科書「光学の原理III」
(東海大学出版発行)876〜884頁に説明されている。
The principle of an acousto-optic modulator as an optical frequency shifter is well-known. For example, the textbook of optics "Principle of optics III"
(Published by Tokai University Press) pages 876-884.

出射光A2はハーフラー47で2分され、該ミラー直進光
はマスクマーク11の入射角αの入射波面A4となる。
Outgoing light A 2 is 2 minutes Hafura 47, the mirror straight light becomes incident wavefront A 4 of the angle of incidence α of the mask mark 11.

但し、|A4|=k4|A1|、T1=φA01+φA24、φA24はA2
からA4までの光波の位相遅れである。
However, | A 4 | = k 4 | A 1 |, T 1 = φ A01 + φ A24 , φ A24 is A 2
From a phase delay of the light waves of up to A 4.

さて、第10図において、各格子マークの座標原点OA,O
B,NA,NBは一つの座標系に関し固定した位置にあり、第1
0図の全ての光学要素はこの座標系に固定して配置され
ている。従って、第10図の光波の各位置E,A1〜A8,B1〜B
8,Sもこの座標系に固定している。この座標系に関して
動くものは、マスク10が±x方向にウェハ30が±X方向
に移動するだけとする。
Now, in FIG. 10, the coordinate origins O A , O
B , N A and N B are at fixed positions with respect to one coordinate system,
All the optical elements in FIG. 0 are fixedly arranged in this coordinate system. Therefore, the position E of the light wave of Fig. 10, A 1 ~A 8, B 1 ~B
8 , S is also fixed to this coordinate system. What moves with respect to this coordinate system is that the mask 10 only moves in the ± x direction and the wafer 30 moves in the ± x direction.

第10図のようにマスク10が正規のx座標位置のとき、
マーク11とOA間,マーク12とOB間の距離をlA,lBとし、
いまマスク10が正規の位置から微小距離+Δxだけずれ
たとすれば、第11図の格子位置寸法lAはlA+Δxとな
り、寸法lBはlB−Δxに変化する。故に、第10図のマー
ク11の透過1次回折光波面A5の波面A4に対する位相遅れ
量φは(5)式のlAをlA+Δxと置き換えた値になる。
即ち、 但し、|A5|=k5|A4|,T2=T1+2π(Δx+lA)/dで
ある。
As shown in FIG. 10, when the mask 10 is at the regular x coordinate position,
The distance between the mark 11 and O A and the distance between the mark 12 and O B are l A and l B ,
If the mask 10 is now shifted from the normal position by a minute distance + Δx, the lattice position dimension l A in FIG. 11 becomes l A + Δx, and the dimension l B changes to l B -Δx. Therefore, a value is the phase delay amount φ of the equation (5) l A was replaced with l A + [Delta] x with respect to the wavefront A 4 of the transmission 1 order diffraction wavefront A 5 of the mark 11 of FIG. 10.
That is, However, | A 5 | = k 5 | A 4 |, T 2 = T 1 + 2π (Δx + 1 A ) / d.

出射角βの波面A5は転写用レンズ20で屈折し、入射角
γでウェハマーク31の方向に向かい、該マーク31の入射
波面A6となる。
Wavefront A 5 of the exit angle β is refracted by the transfer lens 20, toward the direction of the wafer mark 31 at an incident angle gamma, the incident wave front A 6 of the mark 31.

但し、T3=T2+φA56である。 However, T 3 = T 2 + φA56 .

第10図のようにウェハ30が正規のアライメントしたX
座標位置のとき、ウェハマーク31とNA間,NB間の距離を
各々mA,mBとし、いまウェハ30が正規の位置から微小距
離ΔXだけずれたとすれば、第12図のウェハマーク位置
寸法mAはmA+ΔXに、寸法mBはmB−ΔXに変化する。従
って、マーク31の入射波面A6に対する1次反射回折光A7
の位相遅れ量φは(10)式のmAをmA+ΔXと置き換えた
値となる。即ち、 但し、|A7|=k7|A5|、T4=T3+2π(ΔX+mA)/Dで
ある。
As shown in FIG. 10, the wafer 30 is properly aligned X
At the coordinate position, the distances between the wafer mark 31 and N A and between N A and N B are m A and m B respectively. If the wafer 30 is now shifted from the normal position by a minute distance ΔX, the wafer mark shown in FIG. position dimensions m A to m A + [Delta] X, dimension m B is changed to m B -ΔX. Therefore, the first-order reflected diffracted light A 7 with respect to the incident wavefront A 6 of the mark 31
The phase delay amount φ is a value obtained by replacing the m A + [Delta] X and m A of equation (10). That is, However, | A 7 | = k 7 | A 5 |, a T 4 = T 3 + 2π ( ΔX + m A) / D.

この1次反射回折光A7はミラー43で曲げられ、光波A8
となって光検出器44に達する。
The primary reflected diffracted light A 7 is bent by the mirror 43 and the light wave A 8
And reaches the photodetector 44.

但し、T5=T4+φA78、φA78はA7からA8までの光波の
位相遅れである。
However, T 5 = T 4 + φ A78, φ A78 is the phase lag of light waves from A 7 to A 8.

一方、音響光学変調器41からの出射光A2の一部はハー
フミラー47を反射し、光波となって光検出器49に達す
る。
On the other hand, a portion of the emitted light A 2 from the acoustic-optic modulator 41 is reflected by the half mirror 47 and reaches a photodetector 49 becomes light waves.

但し、|A3|=k3|A1|,T6=φA01+φA23である。 Where | A 3 | = k 3 | A 1 |, T 6 = φ A01 + φ A23 .

同様にして、音響光学変調器42の入射点のB1 但し、φB01はEからB1までの光波の位相遅れであ
る。
Similarly, B 1 at the incident point of the acousto-optic modulator 42 is Here, φ B01 is the phase delay of the light wave from E to B 1 .

変調器はドライバの周波数ω=2π×80.0MHzだけ
を例に周波数シフトした出射光B2を出す。
Modulator issues emitted light B 2 obtained by frequency shifting the frequency ω B = 2π × 80.0MHz driver for example.

マスクマークの入射波面B4 但し、U1=φB01+φB24である。 The incident wavefront B 4 of the mask mark is However, it is U 1 = φ B01 + φ B24 .

マスクマークの透過1次回折光波面B5は(5)式のlA
をl8−Δxと置いて、 但し、U2=U1+2π(Δx+lB)/dである。
The transmitted first-order diffracted light wavefront B 5 of the mask mark is represented by l A in the expression (5).
With l 8 −Δx, However, it is U 2 = U 1 + 2π ( Δx + l B) / d.

ウェハマークの入射波面は 但し、U3=U2+φB56である。The incident wavefront of the wafer mark is However, U 3 = U 2 + φB56 .

この波面B6に対するウェハマークの1次反射回折光B7
は(10)式のmAをmB−ΔXと置いて、 但し、|B7|=k7|B5|、U4=U3+2π(ΔX+mB)/Dで
ある。
First-order reflected diffraction light B 7 of the wafer mark with respect to this wavefront B 6
It is at the m B -ΔX the m A of equation (10), However, | B 7 | = k 7 | B 5 | and U 4 = U 3 + 2π (ΔX + m B ) / D.

この光波B7は光面B8となって光検出器に達する。The light wave B 7 reaches the photodetector is a light plane B 8.

但し、U5=U4+φB78、φB78はB7からB8間での光波の
位相遅れである。
However, U 5 = U 4 + φ B78, φ B78 is the phase lag of light waves between B 8 from B 7.

一方、光波B2の一部はハーフミラー48を反射し、光波
B3となって光検出器49に入射する。
On the other hand, a part of the light wave B 2 is reflected by the half mirror 48, the light wave
B 3 is incident on the photodetector 49.

但し、|B3|=k3|B1|、U6=φB01+φB23である。 However, | B 3 | = k 3 | B 1 | and U 6 = φ B01 + φ B23 .

光検出器49は入射光波合成値A3+B3の振幅2乗値|A3
+B3|2の光パワーに比例した電気信号IRを作る。|A3+B
3|2は前記(19),(27)式より IR=|A3+B3|2 =|A3|2+|B3|2 +2|A3||B3|cos[(ω−ω)t−(T6−U6)]… (28) 一方、光検出器は入射光波合成値A8+B8の振幅2乗値
|A8+B8|2の光パワーに比例した電気信号ISを作る。光
パワー|A8+B8|2は前記(18),(26)式より、 IS=|A8+B8|2 =|A7|2+|B7|2 +2|A7||B7|cos[(ω−ω)t−(T5−U5)]… (29) ここで、 T5−U5=4π(Δx/d+ΔX/D)+(φA01−φB01)+φdif φdif=(φA24−φA24)+2π(lA−lB)/d +(φA56−φB56)+2π(mA−mB)/D+(φA78−φB78)… (30) (28)式の電気信号IRの内、直流分|A3|2+|B3|2を除
いた(ω−ω)=2π(80.1−80.0)MHzの周波数1
00KHzの交流信号IRACは IRAC=2|A3||B3|cos[(ω−ω)t−(T6−U6)] …(31) が交流アンプで増幅され、位相検出回路45の第1の入力
端子に入力される。
The photodetector 49 calculates the amplitude square value of the combined incident light wave value A 3 + B 3 | A 3
+ B 3 | proportional to the second optical power making electrical signal I R. | A 3 + B
3 | 2 is obtained from the above equations (19) and (27), and I R = | A 3 + B 3 | 2 = | A 3 | 2 + | B 3 | 2 +2 | A 3 || B 3 | cos [(ω A −ω B ) t− (T 6 −U 6 )] (28) On the other hand, the photodetector calculates the amplitude square value of the incident light wave composite value A 8 + B 8.
| Making electrical signal I S that is proportional to the optical power of 2 | A 8 + B 8. The optical power | A 8 + B 8 | 2 is calculated from the above equations (18) and (26) as I S = | A 8 + B 8 | 2 = | A 7 | 2 + | B 7 | 2 +2 | A 7 || B 7 | cos [(ω A −ω B ) t− (T 5 −U 5 )] (29) where T 5 −U 5 = 4π (Δx / d + ΔX / D) + (φ A01 −φ B01 ) + φ dif φ dif = (φ A24 -φ A24) + 2π (l A -l B) / d + (φ A56 -φ B56) + 2π (m A -m B) / D + (φ A78 -φ B78) ... (30 ) (28) of the electrical signal I R of formula DC component | a 3 | 2 + | B 3 | 2 except (ω a -ω B) = 2π (80.1-80.0) frequency of MHz 1
The 00 KHz AC signal I RAC is I RAC = 2 | A 3 || B 3 | cos [(ω A −ω B ) t− (T 6 −U 6 )] (31) The signal is input to a first input terminal of the detection circuit 45.

一方、(29)式の電気信号ISの内、周波数100kHzの交
流信号ISACは ISAC=2|A7||B7|cos[(ω−ω)t−(T5−T5)… (32) が交流アンプで増幅され、位相検出回路45の第2の入力
端子に入力される。
On the other hand, (29) of the electrical signal I S, the AC signal I SAC frequency 100kHz I SAC = 2 | A 7 || B 7 | cos [(ω A -ω B) t- (T 5 -T 5 ) (32) is amplified by the AC amplifier and input to the second input terminal of the phase detection circuit 45.

位相比較器は(31)式のIRACの位相 T6−U6=(φA01−φB01)−(φA23−φB23) と(32)式のISOCの位相 T5−U5=4π(Δx/d+ΔX/D) +(φA01−φB01)+φdif とを比較し、これらの位相差 [4π(Δx/d+ΔX/D)+φdif−(φA23−φB23) を求め、この中の[φdif−(φA23−φB23)]の項は
(30)式より一定値であるから、この一定オフセット分
をキャンセルした位相差φ ψ=4π(Δx/d+ΔX/D) …(33) に比例したアライメント位置誤差信号ψを出力する。な
お、このような位相比較器は周知である。
The phase comparator calculates the phase T 6 −U 6 = (φ A01 −φ B01 ) − (φ A23 −φ B23 ) of the I RAC of the equation (31) and the phase T 5 −U 5 = of the I SOC of the equation (32). 4π (Δx / d + ΔX / D) + (φ A01 −φ B01 ) + φ dif, and the phase difference [4π (Δx / d + ΔX / D) + φ dif − (φ A23 −φ B23 ) is obtained. Since the term [φ dif − (φ A23 −φ B23 )] in the equation is a constant value according to the equation (30), the phase difference φ 4 = 4π (Δx / d + ΔX / D) where the constant offset is cancelled. 33) Outputs the alignment position error signal し た proportional to. Note that such a phase comparator is well known.

第10図に示すように+x方向の矢印で示されているマ
スクパターンは波長248nmの露光波長では転写用レンズ2
0によって正確に1/5倍されて−X方向の矢印で示される
ICパターン像をウェハ30上に結像する。従って、マスク
が+Δxだけ正規の位置からずれると、そのウェハ上の
結像位置はΔX=−Δx/5だけずれる。従って、ウェハ3
0をΔX=−ΔX/5だけ正規の位置かれずらせば、アライ
メント位置合わせが一致したことになる。
As shown in FIG. 10, the mask pattern indicated by the arrow in the + x direction shows the transfer lens 2 at the exposure wavelength of 248 nm.
Exactly 1/5 multiplied by 0, indicated by arrow in -X direction
An IC pattern image is formed on the wafer 30. Therefore, when the mask is shifted from the normal position by + Δx, the imaging position on the wafer is shifted by ΔX = −Δx / 5. Therefore, wafer 3
If 0 is shifted by the normal position by ΔX = −ΔX / 5, it means that the alignment alignment is matched.

(33)式のDとdとは前述したようにD=d/5の関係
があるから(33)式のψはアライメント位置誤差に比例
し、その値の正負によって誤差方向が判る。従って、ウ
ェハ・テーブル制御装置はこのアライメント信号が0に
なるようにウェハ・テーブルを位置制御することでアラ
イメントが完了する。
Since D and d in equation (33) have a relationship of D = d / 5 as described above, ψ in equation (33) is proportional to the alignment position error, and the sign of the value indicates the error direction. Therefore, the wafer table controller completes the alignment by controlling the position of the wafer table so that the alignment signal becomes zero.

ところで、このような2光束をマスクに入射するTTL
アライメント出は以下に示すような問題があった。即
ち、検出器44で検出されるアライメント検出信号と、周
波数シフタ41,42の駆動回路により得られるアライメン
ト基準信号とでは信号の検出位置が異なるので、アライ
ミント光の光源となるレーザ発振器の位相変動やアライ
メント光光路の空気流等の外乱の影響による位相変化が
アライメント誤差となっていた。つまり、アライメント
信号のレーザ発振器や光路環境の影響による位相変動に
よって、マスク・ウェハを高精度に位置合わせすること
が困難になる場合があった。また、第10図の方式は第8
図に比べて位相変動の影響が少なくできるが、この場合
もマスク10以降の光の光路における位相変動の影響は避
けれらない。そこで本発明では、マスクを反射した光又
はマスクを透過してウェハを反射した光に基づいてヘテ
ロダイン基準信号を得るようにしている。
By the way, TTL that makes such two light beams enter the mask
Alignment has the following problems. That is, since the alignment detection signal detected by the detector 44 and the alignment reference signal obtained by the drive circuits of the frequency shifters 41 and 42 have different signal detection positions, the phase fluctuation of the laser oscillator serving as the light source of the aligning light is different. And a phase change due to the influence of disturbances such as airflow in the alignment optical path have resulted in alignment errors. In other words, it is sometimes difficult to align the mask / wafer with high accuracy due to the phase fluctuation of the alignment signal due to the influence of the laser oscillator and the optical path environment. The method shown in FIG.
Although the influence of the phase fluctuation can be reduced as compared with the figure, the effect of the phase fluctuation in the optical path of the light after the mask 10 is unavoidable in this case as well. Therefore, in the present invention, a heterodyne reference signal is obtained based on the light reflected by the mask or the light reflected by the wafer through the mask.

以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明
する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の第1の実施例方法に使用した縮小投
影露光装置を示す概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a reduction projection exposure apparatus used in the method of the first embodiment of the present invention.

2光束に分離したHe−Neレーザ光を周波数シフト機構
41,42で各々Δf1,Δf2だけ周波数をシフトさせた後、第
5図(a)に示す如き1次元、或いは同図(b)(c)
に示す如き2次元回折格子からなるマスクマーク11,12
に照射する。即ち、周波数f1のアライメント光を第1の
マーク11に照射し、周波数f2のアライメント光を第2の
マーク12に照射しする。そして、各マーク11,12から複
数の回折光を発生させる。これらの回折光のうち、マス
ク10を透過した0次光の位相はマスクマーク位置とは無
関係であるが、高次の回折光の位相はマスクマーク位置
に依存する。本実施例では、マーク11で発生する−1次
回折光αとマーク12で発生する+1次回折光βをレンズ
20を通してウェハ30上の市松格子状のウェハマーク31で
集光・干渉させ、ウェハマーク31から反射回折した光を
光検出器44で検出する。α,β光によってウェハ面上の
マーク31で回折した光はレンズ20のフーリエ変換面で第
6図(a)に示すようなスペクトルパターンを示す。そ
して、第6図(a)の破線内で示した0次の回折光を取
出し、ミラー43及びレンズ51で光検出器44に導く。この
検出器44では、周波数シフト機構41,42で各々周波数シ
フトさせた周波数差Δf3=|Δf1−Δf2|のビート信号
(アライメント検出信号)が得られる。なお、このビー
ト信号検出に関しては前記第8図及び第10図の例と同様
である。
Frequency shift mechanism of He-Ne laser beam split into two light beams
After shifting the frequency by Δf 1 and Δf 2 at 41 and 42, respectively, one-dimensional as shown in FIG. 5 (a) or FIGS. 5 (b) and (c)
Mask marks 11 and 12 composed of a two-dimensional diffraction grating as shown in FIG.
Irradiation. That is, the first mark 11 is irradiated with the alignment light having the frequency f 1 , and the second mark 12 is irradiated with the alignment light having the frequency f 2 . Then, a plurality of diffracted lights are generated from each of the marks 11 and 12. Of these diffracted lights, the phase of the zero-order light transmitted through the mask 10 is independent of the mask mark position, but the phase of the higher-order diffracted light depends on the mask mark position. In the present embodiment, the -1st-order diffracted light α generated at the mark 11 and the + 1st-order diffracted light β generated at the mark 12
The light is reflected and diffracted from the wafer mark 31 by the photodetector 44 and condensed and interferes with the check mark lattice-like wafer mark 31 on the wafer 30 through the light beam 20. The light diffracted by the mark 31 on the wafer surface by the α and β light shows a spectrum pattern as shown in FIG. 6A on the Fourier transform surface of the lens 20. Then, the 0th-order diffracted light shown in the broken line in FIG. 6A is extracted and guided to the photodetector 44 by the mirror 43 and the lens 51. In this detector 44, a beat signal (alignment detection signal) having a frequency difference Δf 3 = | Δf 1 −Δf 2 | obtained by frequency shifting by the frequency shift mechanisms 41 and 42 is obtained. The detection of the beat signal is the same as in the examples of FIGS. 8 and 10.

本実施例の特徴は、光検出器44で検出した検出信号Δ
f3と比較する基準信号Δf4の検出方法にある。即ち、マ
スクマーク11で回折された0次光γ、マスクマーク12で
回折された0次光δは入射瞳に入りウエハ面に対して垂
直に入射する。ウェハマーク31はこのγ,δ光の照射位
置に配置しウエハ面上に照射されたγ,δ光を回折させ
る。第2図は第1図を更に詳しく表わしたものである。
The feature of the present embodiment is that the detection signal Δ
In the method of detecting the reference signal Δf 4 to be compared with f 3 . That is, the 0th-order light γ diffracted by the mask mark 11 and the 0th-order light δ diffracted by the mask mark 12 enter the entrance pupil and enter perpendicular to the wafer surface. The wafer mark 31 is arranged at the irradiation position of the γ and δ light and diffracts the γ and δ light irradiated on the wafer surface. FIG. 2 shows FIG. 1 in more detail.

γ,δ光によってウエハ面上の市松格子状マーク31で
反射回折した光はレンズのフーリエ変換面で第6図
(b)の白丸で示したスペクトルパターンを形成する。
例えば、第6図(b)の破線内で示した反射回折光はγ
光が格子状マーク31で回折された−1次光(+1次光)
とδ光が格子状マーク31で回折された−1次光(+1次
光)から成っている。
The light reflected and diffracted by the checkered lattice mark 31 on the wafer surface by the γ and δ light forms a spectrum pattern indicated by a white circle in FIG. 6B on the Fourier transform surface of the lens.
For example, the reflected diffracted light shown within the broken line in FIG.
-1 order light (+1 order light) where light is diffracted by the lattice mark 31
And δ light are diffracted at the lattice mark 31 by −1 order light (+1 order light).

上記2つの光束の位相はマスク10の位置とウェハ30の
位置の相対位置合わせを行なう方向の位置情報を持たな
い。つまり、ミラー43で反射した光に対し、凸レンズ5
1、凹レンズ52を第1図のように配置してδ,γ光から
回折された−1次光(+1次光)の集合合成することに
より、マスクとウェハの相対位置情報をもたず、Δf4
|Δf1−Δf2|の振動数をもったビート信号(アライメ
ント基準信号)が光検出器49で電気信号として検出でき
る。
The phases of the two light beams do not have position information in the direction in which the position of the mask 10 and the position of the wafer 30 are relatively aligned. That is, for the light reflected by the mirror 43, the convex lens 5
1. By arranging the concave lens 52 as shown in FIG. 1 and combining and synthesizing the −1st order light (+ 1st order light) diffracted from the δ and γ light, it has no relative position information between the mask and the wafer, Δf 4 =
A beat signal (alignment reference signal) having a frequency of | Δf 1 −Δf 2 | can be detected by the photodetector 49 as an electric signal.

この基準信号は、He−Neレーザ光が2光束に分離され
てマスク面までに受ける外乱によって生じる位相変化情
報を含んでいる。従って、光検出器44によって得られた
α,βによるマスク・ウェハの相対位置を位相情報とし
て持つビート信号Δf3とΔf4との位相差を、位相検出回
路45で検出することによって、レーザ光が2光束に分離
されてマスク面までに到達する間の光路が外乱を受けて
位相変動が生じることによるアライメント誤差を低減す
ることができる。
The reference signal includes phase change information generated by a disturbance in which the He-Ne laser beam is split into two light beams and is applied to the mask surface. Accordingly, the phase detection circuit 45 detects the phase difference between the beat signals Δf 3 and Δf 4 having the relative position of the mask / wafer based on α and β obtained by the photodetector 44 as phase information. Can be reduced due to disturbance in the optical path during which the light beam is split into two light beams and reaches the mask surface, thereby causing a phase variation.

このように本実施例方法によれば、所定距離だけ離れ
た位置に設けた一対のマスクマーク11,12から生じた2
本の回折光をウェハマーク31に集光・干渉させることに
より、色収差による結像間隔の差の問題を完全になくし
て位置合わせを行うことができる。即ち、位置合わせマ
ークを用いたTTLアライメント法で従来、波長差が大き
い場合に問題となっていた投影レンズ20の色収差に起因
する諸問題を容易に解決することができ、マスク10とウ
ェハ30との相対位置を極めて正確に検出することがで
き、正確な位置合わせが可能となる。従って、従来色収
差補正用に用いていた折返しミラー、レンズ等の中間物
を設ける必要がなく、これから生じる誤差要因をなくす
ことができる。さらに、折返しミラー等が不要となるた
め、構造が簡単であり光軸調整が容易になる。特に、現
在エキシマレーザステッパーで問題となっている。TTL
アライメントをこの方法によって実現することが可能と
なる。
As described above, according to the method of the present embodiment, the two marks generated from the pair of mask marks 11 and 12 provided at positions separated by a predetermined distance.
By focusing and interfering the diffracted light on the wafer mark 31, the problem of the difference in the imaging interval due to chromatic aberration can be completely eliminated, and the alignment can be performed. That is, with the TTL alignment method using the alignment mark, conventionally, various problems caused by the chromatic aberration of the projection lens 20, which had been a problem when the wavelength difference was large, can be easily solved. Can be detected very accurately, and accurate positioning can be performed. Accordingly, there is no need to provide intermediate members such as a folding mirror and a lens which have been conventionally used for chromatic aberration correction, and it is possible to eliminate an error factor caused thereby. Furthermore, since a folding mirror or the like is not required, the structure is simple and the optical axis adjustment is easy. In particular, it is currently a problem with excimer laser steppers. TTL
Alignment can be realized by this method.

また、光ヘテロダイン方式を利用していることから、
アライメント位置誤差信号として、位置誤差に比例し、
その方向によって極性が正負に変わる信号が常時得られ
る利点がある。さらに、検出信号を基準信号と比較する
ことにより、光学系で起こる光の減衰に無関係に検出で
きる利点がある。また、基準信号としてマスクマークを
透過しウェハマークから反射した位置情報を持たない回
折光を得ることにより、アライメント光が2光束に分離
されてマスク面までに到達する間の光路が外乱を受けて
位相変動が生じることによるアライメント誤差を低減す
ることができる。
Also, since the optical heterodyne method is used,
As an alignment position error signal, it is proportional to the position error,
There is an advantage that a signal whose polarity changes to positive or negative depending on the direction is always obtained. Further, by comparing the detection signal with the reference signal, there is an advantage that the detection can be performed irrespective of light attenuation occurring in the optical system. Also, by obtaining diffracted light having no positional information transmitted through the mask mark and reflected from the wafer mark as a reference signal, the optical path during which the alignment light is split into two light beams and reaches the mask surface is disturbed. Alignment errors caused by phase fluctuations can be reduced.

第3図及び第4図は本発明の他の実施例を示したもの
である。第3図の例では、2光束に分離したHe−Neレー
ザ光を周波数シフト機構41,42で各々Δf1,Δf2だけ周波
数シフトさせた後、マスクマーク11,12にそれぞれ照射
する。ここで、マスクマーク11,12は、第7図(a)に
示す如く1次元回折格子の一部に2次元マークを設けた
もの、又は同図(b)に示す如く2次元回折格子の形状
をしたものである。マスクマーク11,12からの回折光の
うちマスク10に入射する2光束面とは垂直方向で、マス
ク面を反射して発生する高次の回折光のうち、マーク1
1,12共に第3図に一点破線で示した+1次光を選び、ミ
ラー61,62で折返し2光束を合成して、マスクの位置を
位相情報として持たない基準信号Δf4を光検出器49で電
気信号として検出する。
FIG. 3 and FIG. 4 show another embodiment of the present invention. In the example of FIG. 3, the He—Ne laser light separated into two light beams is frequency-shifted by Δf 1 and Δf 2 by the frequency shift mechanisms 41 and 42, respectively, and then irradiated onto the mask marks 11 and 12, respectively. Here, the mask marks 11 and 12 are formed by providing a two-dimensional mark on a part of a one-dimensional diffraction grating as shown in FIG. 7 (a) or a shape of a two-dimensional diffraction grating as shown in FIG. 7 (b). It was done. Of the diffracted light from the mask marks 11 and 12, the mark 1 of the higher-order diffracted light generated by reflecting the mask surface is perpendicular to the two light flux surfaces incident on the mask 10.
In both cases, the + 1st-order light indicated by the dashed line in FIG. 3 is selected, and the two reflected light beams are combined by mirrors 61 and 62, and the reference signal Δf 4 having no mask position as phase information is detected by the photodetector 49. Is detected as an electric signal.

また、第4図の例では、マスクマーク11,12で発生す
る透過回折光のうちマスクへ入射する2光束面とは垂直
方向でマスク面を透過して発生する高次の回折光を、第
3図で示した例の如く2光束を合成してマスクの位置を
位相情報として持たない基準信号Δf4を光検出器49で電
気信号として検出する。
Further, in the example of FIG. 4, high-order diffracted light generated by transmitting through the mask surface in a direction perpendicular to the two light beams incident on the mask out of the transmitted diffracted light generated at the mask marks 11 and 12 is referred to as As in the example shown in FIG. 3, two light beams are combined, and the reference signal Δf 4 having no mask position as phase information is detected by the photodetector 49 as an electric signal.

この基準信号Δf4と前例でも示した検出器44で得られ
るビート信号Δf3の位相差を位相検出回路45で求めるこ
とによって、レーザ光が2光束に分離されてマスク面ま
でに到達する間の光路が外乱を受けて、位相変動が生じ
ることによるアライメント誤差を本発明では低減するこ
とができる。
The phase difference between the reference signal Δf 4 and the beat signal Δf 3 obtained by the detector 44 shown in the previous example is obtained by the phase detection circuit 45, so that the laser light is separated into two light fluxes and reaches the mask surface. The present invention can reduce an alignment error caused by a phase fluctuation caused by a disturbance in an optical path.

このような構成であっても先の実施例と同様の効果が
得られる。また、この例では、ヘテロダイン検出信号の
マスクからウェハ、更にウェハからマスクへの光路にお
ける位相の乱れを低減することはできないが、位相乱れ
に持っとも大きい影響を与えるのはレーザ光源からマス
クまでの光路であり、この光路に関しては位相の乱れを
確実に低減することが可能となる。
Even with such a configuration, the same effect as in the previous embodiment can be obtained. Further, in this example, it is not possible to reduce the phase disturbance in the optical path from the mask of the heterodyne detection signal to the wafer and further from the wafer to the mask, but the phase disturbance from the laser light source to the mask does not greatly affect the phase disturbance. This is an optical path, and with respect to this optical path, phase disturbance can be reliably reduced.

なお、本発明は上述した各実施例に限定されるもので
はない。例えば、ヘテロダイン検出信号を得るためにウ
ェハマークに照射するマスクからの回折光は+1次と−
1次に限るものではなく、一対のマスクマークからそれ
ぞれ逆の次数の回折光を選択すればよい。また、実施例
では投影レンズを用いたが、X線転写等のように投影レ
ンズを用いない転写装置に適用することも可能である。
この場合、X線マスクに一対の回折格子マークを設け、
これらのマークからの回折光をウェハマークに導き、ウ
ェハマークからの反射回折光をセンサ等で検出すればよ
い。また、アライメント照射光はマスク上方のコンデン
サレンズの上から、又はマスクの真上から照射してもよ
い。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, diffracted light from a mask that irradiates a wafer mark to obtain a heterodyne detection signal has +1 order and −
The order is not limited to the first order, and diffracted lights of the opposite orders may be selected from the pair of mask marks. Further, although a projection lens is used in the embodiment, the present invention can be applied to a transfer apparatus that does not use a projection lens, such as X-ray transfer.
In this case, a pair of diffraction grating marks are provided on the X-ray mask,
The diffracted light from these marks may be guided to the wafer mark, and the reflected diffracted light from the wafer mark may be detected by a sensor or the like. Further, the alignment irradiation light may be irradiated from above the condenser lens above the mask or directly above the mask.

さらにまた、実施例ではマスク上に第1及び第2のマ
スクマークを互いに分離して形成した例を示したが、こ
れら2つのマーク間にも同様の格子状マークを形成し、
見掛上1つの連続したマークとし、2光束をこの1つの
マーク上、第1及び第2のマスクマーク位置に相当する
箇所に照射するようにしてもよいことは勿論である。そ
の他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して
実施することができる。
Furthermore, in the embodiment, the example in which the first and second mask marks are formed separately from each other on the mask has been described, but a similar lattice mark is formed between these two marks.
As a matter of course, it may be apparently one continuous mark, and the two light beams may be applied to a position corresponding to the first and second mask mark positions on this one mark. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

[発明の効果] 以上詳述したように本発明によれば、位置合わせ用の
光の波長が光学系に合った波長と異なった場合でも、2
つの物体の相対位置を高精度に検出することができ、且
つ折返しミラー等を用いることなく簡易に実現すること
ができ、位置合わせ精度の向上をはかり得る。また、マ
スク・ウエハの相対位置情報を位相情報として持つ光
と、基準信号の位相差を検出することによってマスク・
ウエハの位置合わせを行なうTTLアライメント方式にお
いて、基準信号をマスクマークから発生する回折光やウ
エハからの反射光で、マスク・ウエハの相対位置情報を
持たない光から基準信号を得ることによって、レーザ光
が2光束に分離されてマスク面までに到達する間の光路
が外乱を受けて位相変動が生じることによるアライメン
ト誤差を低減することができる。
[Effects of the Invention] As described above in detail, according to the present invention, even when the wavelength of the light for alignment is different from the wavelength suitable for the optical system, the present invention is not limited thereto.
The relative positions of the two objects can be detected with high accuracy, and can be easily realized without using a folding mirror or the like, and the alignment accuracy can be improved. Further, by detecting the phase difference between the light having the relative position information of the mask / wafer as the phase information and the reference signal, the mask / wafer is detected.
In the TTL alignment method that aligns the wafer, the reference signal is the diffracted light generated from the mask mark or the reflected light from the wafer, and the reference signal is obtained from the light that does not have the relative position information of the mask / wafer. Can be reduced due to disturbance in the optical path during which the light beam is split into two light beams and reaches the mask surface, thereby causing a phase variation.

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

第1図は本発明の一実施例方法に使用した投影露光装置
を示す概略構成図、第2図は第1図をより具体化して示
す概略構成図、第3図及び第4図は変形例を示す概略構
成図、第5図は第1図の装置に用いた回折格子マークを
示す平面図、第6図は回折光のスペクトルパターンを示
す模式図、第7図は第3図及び第4図の装置に用いた回
折格子マークを示す平面図、第8図乃至第12図はそれぞ
れ本発明の基本原理を説明するためのもので、第8図乃
至第10図は投影露光装置を示す概略構成図、第11図はマ
スクマークの詳細を示す模式図、第12図はウェハマーク
の詳細を示す模式図、第13図乃至第15図はそれぞれ従来
の問題点を説明するための図である。 10……マスク、11,12……マスクマーク、20……投影レ
ンズ、30……ウエハ、31……ウェハマーク、41,42……
周波数シフト機構、43,47,48,61,62……ミラー、44,49
……光検出器、45……位相検出回路、51……凸レンズ、
52……凹レンズ。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a projection exposure apparatus used in the method of one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a more specific version of FIG. 1, and FIGS. 3 and 4 are modified examples. 5, FIG. 5 is a plan view showing a diffraction grating mark used in the apparatus shown in FIG. 1, FIG. 6 is a schematic diagram showing a spectrum pattern of diffracted light, FIG. 7 is FIGS. FIGS. 8 to 12 are plan views showing diffraction grating marks used in the apparatus shown in the figure, respectively, for explaining the basic principle of the present invention. FIGS. 8 to 10 are schematic views showing a projection exposure apparatus. FIG. 11 is a schematic diagram showing details of a mask mark, FIG. 12 is a schematic diagram showing details of a wafer mark, and FIGS. 13 to 15 are diagrams for explaining a conventional problem. . 10 ... mask, 11,12 ... mask mark, 20 ... projection lens, 30 ... wafer, 31 ... wafer mark, 41,42 ...
Frequency shift mechanism, 43, 47, 48, 61, 62… Mirror, 44, 49
... photodetector, 45 ... phase detection circuit, 51 ... convex lens,
52 ... Concave lens.

フロントページの続き (72)発明者 鮫田 芳富 東京都府中市東芝町1番地 株式会社東 芝府中工場内 (72)発明者 芳野 寿和 東京都板橋区蓮沼町75―1 東京光学機 械株式会社内 (72)発明者 斉藤 晋 東京都板橋区蓮沼町75―1 東京光学機 械株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−261003(JP,A) 特開 昭62−172203(JP,A) 特公 昭59−38521(JP,B2)Continued on the front page (72) Inventor Yoshitomi Sameda 1 Toshiba-cho, Fuchu-shi, Tokyo Inside the Toshiba Fuchu Plant (72) Inventor Toshikazu Yoshino 75-1 Hasunumacho, Itabashi-ku, Tokyo Tokyo Optical Machinery Co., Ltd. In-company (72) Inventor Susumu Saito 75-1 Hasunuma-cho, Itabashi-ku, Tokyo Tokyo Optical Machinery Co., Ltd. (56) References JP-A-62-261003 (JP, A) JP-A-62-172203 (JP, A) Japanese Patent Publication No. 59-38521 (JP, B2)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】マスク上に形成されたパターンをウェハ上
に転写するに先立ち、マスク及びウェハにそれぞれ設け
られた位置合わせ用のマークを用い、これらのマークの
光学的な相対位置ずれ量を求め、この位置ずれ量に応じ
てマスク・ウェハを位置合わせする位置合わせ方法にお
いて、 前記ウェハに回折格子からなる位置合わせ用のウェハマ
ークを設けると共に、前記マスクの少なくとも第1及び
第2の箇所にそれぞれ回折格子からなる位置合わせ用の
第1及び第2のマスクマークを設け、露光光とは異なる
周波数f1の位置合わせ用光を前記第1のマスクマークに
照射すると共に、露光光とは異なる周波数f2(f2≠f1
の位置合わせ用光を前記第2のマスクマークに照射し、
これらの光照射による各マスクマークからの回折光の一
部をそれぞれウェハマーク上に集光,干渉させ、ウェハ
マークからの反射回折光のうちマスクマークの位置情報
を持つ回折光を検出して(f1−f2)の周波数を持った光
ヘテロダイン検出信号を求め、これと同時にマスクマー
クからの回折光又はウェハマークからの反射回折光のう
ちマスクマークの位置情報を持たない回折光を検出して
(f1−f2)の周波数を持った光ヘテロダイン基準信号を
求め、これらの検出信号及び基準信号の位相差から各マ
ークの相対位置ずれ情報を求めることを特徴とする位置
合わせ方法。
1. Prior to transferring a pattern formed on a mask onto a wafer, using an alignment mark provided on each of the mask and the wafer, an optical relative positional shift amount of these marks is obtained. In a positioning method for positioning a mask / wafer in accordance with the amount of positional deviation, a wafer mark for positioning comprising a diffraction grating is provided on the wafer, and at least a first and a second position of the mask are respectively provided. the first and second mask mark for alignment consisting of a diffraction grating provided, light for alignment of different frequencies f 1 from the exposure light irradiates the first mask mark, the frequency different from the exposure light f 2 (f 2 ≠ f 1 )
Irradiating the second mask mark with the alignment light of
A part of the diffracted light from each mask mark due to the light irradiation is condensed and interfered on the wafer mark, and the diffracted light having the position information of the mask mark is detected from the diffracted light reflected from the wafer mark ( An optical heterodyne detection signal having a frequency of f 1 −f 2 ) is obtained, and at the same time, a diffracted light having no mask mark position information among the diffracted light from the mask mark or the reflected diffracted light from the wafer mark is detected. An optical heterodyne reference signal having a frequency of (f 1 −f 2 ), and obtaining relative positional deviation information of each mark from a phase difference between the detection signal and the reference signal.
【請求項2】マスク上に形成されたパターンを投影レン
ズを介してウェハ上に転写するに先立ち、マスク及びウ
ェハにそれぞれ設けられた位置合わせ用のマークを用
い、これらのマークの光学的な相対位置ずれ量を求め、
この位置ずれ量に応じてマスク・ウェハを位置合わせす
る位置合わせ方法において、 前記ウェハに回折格子からなる位置合わせ用のウェハマ
ークを設けると共に、前記マスクの少なくとも第1及び
第2の箇所にそれぞれに回折格子からなる位置合わせ用
の第1及び第2のマスクマークを設け、露光光とは異な
る周波数f1の位置合わせ用光を前記第1のマスクマーク
に照射すると共に、露光光とは異なる周波数f2(f2
f1)の位置合わせ用光を前記第2のマスクマークに照射
し、これらの光照射による各マスクマークからの回折光
の一部を前記投影レンズを通してそれぞれウェハマーク
上に集光,干渉させ、ウェハマークからの反射回折光の
うちマスクマークの位置情報を持つ回折光を検出して
(f1−f2)の周波数を持った光ヘテロダイン検出信号を
求め、これと同時にマスクマークからの回折光又はウェ
ハマークからの反射回折光のうちマスクマークの位置情
報を持たない回折光を検出して(f1−f2)の周波数を持
った光ヘテロダイン基準信号を求め、これらの検出信号
及び基準信号の位相差から各マークの相対位置ずれ情報
を求めることを特徴とする位置合わせ方法。
2. Prior to transferring a pattern formed on a mask onto a wafer via a projection lens, an alignment mark provided on each of the mask and the wafer is used and an optical relative position of these marks is used. Find the displacement amount,
In a positioning method for positioning a mask / wafer in accordance with the amount of positional deviation, a wafer mark for positioning including a diffraction grating is provided on the wafer, and at least a first and a second position of the mask are respectively provided on the mask. the first and second mask mark for alignment consisting of a diffraction grating provided, light for alignment of different frequencies f 1 from the exposure light irradiates the first mask mark, the frequency different from the exposure light f 2 (f 2
irradiating the second mask mark with the positioning light of f 1 ), and condensing and interfering a part of the diffracted light from each mask mark by the irradiation of the light on the wafer mark through the projection lens; Among the diffracted light reflected from the wafer mark, the diffracted light having the position information of the mask mark is detected to obtain an optical heterodyne detection signal having a frequency of (f 1 −f 2 ). At the same time, the diffracted light from the mask mark is obtained. Alternatively, among the diffracted light reflected from the wafer mark, the diffracted light having no positional information of the mask mark is detected to obtain an optical heterodyne reference signal having a frequency of (f 1 −f 2 ). A relative position shift information of each mark is obtained from the phase difference.
【請求項3】前記マスクマークの位置情報を持つ回折光
は、第1のマスクマークからの透過+1次(又は−1
次)回折光と第2のマスクマークからの透過−1次(又
は+1次)回折光をウェハマークに集光・干渉させて得
られるウェハからの反射回折光であり、前記マスクマー
クの位置情報を持たない回折光は、マスクマークからの
透過0次若しくは反射0次の回折光、又はマスクマーク
からの透過0次回折光をウェハマーク上に集光・干渉さ
せて得られるウェハマークからの反射回折光であること
を特徴とする請求項1又は2記載の位置合わせ方法。
3. The diffracted light having the position information of the mask mark is transmitted through a first mask mark and is + 1st order (or -1st order).
Next) diffracted light from the wafer obtained by converging and diffracting the transmitted light from the second mask mark and the transmitted -1st (or + 1st) diffracted light from the second mask mark on the wafer mark, and the positional information of the mask mark The diffracted light having no diffraction order is the 0th-order transmitted or 0th-order diffracted light from the mask mark or the 0th-order diffracted light from the mask mark reflected and diffracted from the wafer mark obtained by converging and interfering on the wafer mark. The alignment method according to claim 1, wherein the alignment method is light.
【請求項4】マスク上に形成されたパターンを投影レン
ズを介してウェハ上に転写するに先立ち、マスク及びウ
ェハにそれぞれ設けられた位置合わせ用のマークを用
い、これらのマークの光学的な相対位置ずれ量を求め、
この位置ずれ量に応じてマスク・ウェハを位置合わせす
る位置合わせ方法において、 前記ウェハに1次元回折格子からなる位置合わせ用のウ
ェハマークを設けると共に、前記マスクの少くとも第1
及び第2の箇所に2次元回折格子又は市松状回折格子か
らなる位置合わせ用の第1及び第2のマスクマークを設
け、露光光とは異なる周波数fの光をΔf1だけ周波数シ
フトして周波数f1の位置合わせ用光を前記第1のマスク
マークに照射すると共に、上記周波数fの光をΔf2だけ
周波数シフトして周波数f2の位置合わせ用光を前記第2
のマスクマークに照射し、前記第1のマスクマークから
の+1次(又は+1次)の透過回折光及び前記第2のマ
スクマークからの−1次(又は+1次)の透過回折光を
前記投影レンズを通してそれぞれウェハマーク上に集光
させ、マスク・ウェハの位置情報を持つウェハマークか
らの反射回折光(周波数f1及びf2)をそれぞれ検出して
(f1−f2)の周波数を持った光ヘテロダイン検出信号を
求め、これと同時に前記第1及び第2のマスクマークか
らの0次の透過回折光をそれぞれウェハマークに垂直に
入射し、マスク・ウェハ位置情報を持たないウェハマー
クからの反射回折光(周波数f1及びf2)を検出して(f1
−f2)の周波数を持った光ヘテロダイン基準信号を求
め、これらの検出信号及び基準信号の位相差から各マー
クの相対位置ずれ情報を求めることを特徴とする位置合
わせ方法。
4. Prior to transferring a pattern formed on a mask onto a wafer via a projection lens, an alignment mark provided on each of the mask and the wafer is used, and an optical relative position of these marks is used. Find the displacement amount,
In a positioning method for positioning a mask / wafer in accordance with the amount of positional deviation, a wafer mark for positioning comprising a one-dimensional diffraction grating is provided on the wafer, and at least a first mark of the mask is provided.
And first and second mask marks for positioning, each of which is formed of a two-dimensional diffraction grating or a checkered diffraction grating, are provided at a second location, and light having a frequency f different from the exposure light is frequency-shifted by Δf 1 to obtain a frequency. with the alignment light of f 1 is irradiated to the first mask mark, the light of the frequency f Delta] f 2 by the frequency shift and the second alignment for the light of frequency f 2 and
And the + 1st-order (or + 1st-order) transmitted diffracted light from the first mask mark and the -1st-order (or + 1st-order) transmitted diffracted light from the second mask mark are projected. is focused onto the wafer mark respectively through the lens, with the frequency of the reflected diffraction light from the wafer mark having a position information of the mask wafer is detected (the frequency f 1 and f 2), respectively (f 1 -f 2) The optical heterodyne detection signal is obtained, and at the same time, the 0th-order transmitted diffracted light from the first and second mask marks is respectively perpendicularly incident on the wafer mark, and the light from the wafer mark having no mask / wafer position information is detected. The reflected diffracted light (frequency f 1 and f 2 ) is detected (f 1
Obtains an optical heterodyne reference signal having a frequency of -f 2), alignment method and obtains the relative displacement information of the marks from the phase difference between the detection signal and the reference signal.
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