JP3003694B2 - Projection exposure equipment - Google Patents

Projection exposure equipment

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JP3003694B2
JP3003694B2 JP10346712A JP34671298A JP3003694B2 JP 3003694 B2 JP3003694 B2 JP 3003694B2 JP 10346712 A JP10346712 A JP 10346712A JP 34671298 A JP34671298 A JP 34671298A JP 3003694 B2 JP3003694 B2 JP 3003694B2
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子、液晶
素子等の製造に使われる露光装置、特にステップアンド
リピート(又はステップアンドスキャン)方式の露光装
置における被露光基板の位置合わせ装置に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exposure apparatus used for manufacturing semiconductor elements, liquid crystal elements and the like, and more particularly to an apparatus for aligning a substrate to be exposed in a step-and-repeat (or step-and-scan) type exposure apparatus. is there.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種の露光装置では、マスク、又はレ
チクルと呼ばれる原版に描かれた回路パターンを、半導
体ウェハのレジスト層に焼き付け、それを現像すること
で所望の回路のレジストパターンを形成している。一般
に、半導体素子の製造では、数層〜十数層の回路パター
ンを重ね合わせるため、ウェハ上にすでに形成された回
路パターンと、これから露光すべき回路パターンの光像
とを正確に重ね合わせる必要がある。この重ね合わせに
必要な各種装置を、位置合わせ装置、あるいはアライメ
ント装置と呼んでいる。このアライメント装置は、上述
の重ね合わせ露光を行なう露光装置には必須のものであ
り、近年より高精度に高速処理ができるように改良され
てきている。またアライメント装置は大別して3つの要
素技術から成り立っていると言える。その1つは、ウェ
ハ上に予め形成されたアライメント用のマークを光学的
に検出し、マークのプロフィールに応じた光電信号を得
るまでのアライメント光学系であり、他の2つはその光
電信号を適当なアルゴリズムで電気的に処理して、アラ
イメントマークの本来の位置に対するずれ量を求める信
号処理系と、求めたずれ量に応じてウェハの位置、もし
くはマスク(又はレチクル)の位置を精密に位置補正す
る位置決め機構である。
2. Description of the Related Art In an exposure apparatus of this type, a circuit pattern drawn on a master called a mask or a reticle is printed on a resist layer of a semiconductor wafer and developed to form a resist pattern of a desired circuit. ing. In general, in the manufacture of semiconductor devices, since several to several tens of circuit patterns are superimposed, it is necessary to accurately superimpose a circuit pattern already formed on a wafer and an optical image of a circuit pattern to be exposed. is there. Various devices necessary for the superposition are called a positioning device or an alignment device. This alignment apparatus is indispensable to an exposure apparatus that performs the above-described overlay exposure, and has been improved in recent years so that high-speed processing can be performed with higher precision. In addition, it can be said that the alignment apparatus is roughly composed of three element technologies. One is an alignment optical system for optically detecting an alignment mark formed in advance on the wafer and obtaining a photoelectric signal corresponding to the profile of the mark, and the other two are optical signals for the alignment. A signal processing system which electrically processes the alignment mark with respect to the original position by using an appropriate algorithm, and precisely positions the position of the wafer or the position of the mask (or reticle) in accordance with the obtained shift amount. This is a positioning mechanism for correcting.

【0003】近年、これらの3つの要素技術、すなわち
光学技術としてのアライメント光学系、電子技術(情報
処理技術)としての信号処理系、そして精密機械技術と
しての位置決め機構とを有機的に高次元で組み合わせた
縮小投影型露光装置(ステッパー)が半導体製造工場で
多用されるようになった。このステッパーは、レチクル
の回路パターンの光像を高解像力の投影レンズ(開口数
0.35〜0.5)によってウェハ上の部分領域(ショ
ット領域と呼ぶ)に結像投影するものであり、1回の露
光ショットが例えば15×15mm角程度であるため、
ウェハを載置するステージをx,y方向に2次元的にス
テッピングさせてウェハ全面の露光を行っている。この
ようなステッパーの場合、それに組み込まれるアライメ
ント光学系の実用的な形態には大別して3つの方式があ
る。第1の方式は、レチクルに形成されたアライメント
マークとウェハ上のアライメントマークとを投影レンズ
を介して同時に観察(又は検出)するTTR(Thro
ugh The Reticle)方式であり、第2の
方式はレチクルのアライメントマークは全く検出しない
で投影レンズを介してウェハ上のアライメントマークだ
けを検出するTTL(Through The Len
s)方式であり、第3の方式は投影レンズから一定距離
だけ離して別設した顕微鏡対物レンズを介してウェハ上
のアライメントマークだけを検出するオフ・アクシス
(Off−Axis)方式である。
In recent years, these three element technologies, namely, an alignment optical system as an optical technology, a signal processing system as an electronic technology (information processing technology), and a positioning mechanism as a precision machine technology have been organically and highly dimensional. Combined reduced projection exposure apparatuses (steppers) have come to be widely used in semiconductor manufacturing plants. This stepper focuses and projects an optical image of a reticle circuit pattern onto a partial area (called a shot area) on a wafer by a high-resolution projection lens (numerical aperture 0.35 to 0.5). Since the number of exposure shots is, for example, about 15 × 15 mm square,
The stage on which the wafer is mounted is stepped two-dimensionally in the x and y directions to expose the entire surface of the wafer. In the case of such a stepper, there are roughly three types of practical forms of the alignment optical system incorporated therein. The first method is a TTR (Thro) for simultaneously observing (or detecting) an alignment mark formed on a reticle and an alignment mark on a wafer via a projection lens.
The second method is a TTL (Through The Lens) method that detects only an alignment mark on a wafer via a projection lens without detecting an alignment mark of a reticle at all.
s) The third method is an off-axis (Off-Axis) method in which only an alignment mark on a wafer is detected through a microscope objective lens separately provided from the projection lens by a certain distance.

【0004】上記、TTR方式、TTL方式では投影レ
ンズを介してウェハのマークを検出する関係上、ウェハ
マークを照明する照射光はコヒーレントなレーザビーム
(単波長)か露光に使われる水銀ランプのg線、又はi
線のスペクトル(準単色)に限られていた。これは投影
レンズの色収差に起因しており、露光光(g線、又はi
線)に対して最も収差がよくなるように設計されている
からである。このようなTTR方式は、例えば特開昭
57−138134号公報、特開昭57−14261
2号公報等に開示され、TTL方式は例えば特開昭6
0−130742号公報、特開昭61−44429号
公報、特開昭61−128106号公報等に開示され
ている。
In the above-mentioned TTR system and TTL system, since the mark on the wafer is detected via a projection lens, the irradiation light for illuminating the wafer mark is either a coherent laser beam (single wavelength) or g of a mercury lamp used for exposure. Line or i
It was limited to the line spectrum (quasi-monochromatic). This is due to the chromatic aberration of the projection lens, and the exposure light (g-line or i-line)
This is because the aberration is designed to be the best with respect to the line (1). Such a TTR system is disclosed in, for example, JP-A-57-138134 and JP-A-57-14261.
And the TTL system is disclosed in, for example,
No. 0-130742, JP-A-61-44429 and JP-A-61-128106.

【0005】一方、Off−Axis方式では、上述の
ような投影レンズによる制限がないため、ウェハマーク
の照明光はどのようなものであってもよいが、ウェハ上
のレジスト層を感光させないものが望ましい。このよう
なOff−Axis方式は、例えば特開昭56−10
2823号公報、特開昭57−19726号公報等に
開示されている。
On the other hand, in the Off-Axis method, since there is no limitation by the projection lens as described above, the illumination light of the wafer mark may be any light, but the light which does not expose the resist layer on the wafer may be used. desirable. Such an Off-Axis method is disclosed in, for example,
No. 2823, JP-A-57-19726 and the like.

【0006】一般に、TTR方式、TTL方式では投影
レンズを介してウェハのマークを検出するので、ウェハ
上のショット配列の任意のショット領域に付随したマー
クを、ウェハステージを移動させることで比較的自由に
検出できる。これに対してOff−Axis方式では、
ウェハステージの移動ストロークの関係で、ウェハ上の
予め定められたショット領域に付随したマーク(例え
ば、2〜3ヶ所マーク)のみを検出するのが普通であっ
た。そこで、Off−Axis方式のアライメント光学
系の照明光に関する利点を生かしつつ、ウェハ上の任意
のショット領域のマークを自由に検出するためには、ウ
ェハステージの移動ストロークを大きくすればよいこと
になる。一般的なステッパーでは、ウェハステージの座
標位置をレーザ光波干渉式測長器(干渉計)で計測する
ため、移動ストロークが大きくなることはウェハステー
ジ上に固定される移動鏡(光学スコヤ)の大型化、及び
ウェハステージを載せるベース部の大型化を招くが、O
ff−Axis方式の自由な照明形態によって得られる
マーク検出精度の向上の利点はすてがたいものがある。
In general, in the TTR system and the TTL system, a mark on a wafer is detected via a projection lens. Therefore, a mark attached to an arbitrary shot area of a shot arrangement on a wafer can be relatively freely moved by moving a wafer stage. Can be detected. In contrast, in the Off-Axis method,
Due to the movement stroke of the wafer stage, it has been usual to detect only marks (for example, two or three marks) attached to a predetermined shot area on the wafer. Therefore, in order to freely detect a mark in an arbitrary shot area on a wafer while taking advantage of the illumination light of the Off-Axis type alignment optical system, the movement stroke of the wafer stage may be increased. . In a general stepper, since the coordinate position of the wafer stage is measured by a laser light wave interferometer (interferometer), an increase in the moving stroke is caused by a large moving mirror (optical square) fixed on the wafer stage. And the size of the base on which the wafer stage is mounted is increased.
The advantage of improving the mark detection accuracy obtained by the free illumination form of the ff-Axis system is insignificant.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上述のように、Off
−Axis方式においてもウェハステージの移動ストロ
ークを大きくしておけば、ウェハ上の任意のショット領
域に付随したマークを検出することができるが、Off
−Axis方式のアライメント光学系の配置、及びその
照明形態によっては、マーク検出に時間がかかることが
ある。Off−Axis方式のアライメント光学系は投
影レンズのパターン投影領域からは離れているため、ウ
ェハステージがその距離分だけ余計に移動すること、す
なわち配置によって生じるスループット低下は本質的に
さけられない。そこでマーク検出時間をいかに短縮する
かが問題となるが、上述の各方式の従来技術〜、
であげたように、ウェハ上のマークをレーザビームの集
光したスポット光(スリット状)で相対走査し、マーク
のエッジからの散乱、回折光を光電検出する方式が最も
マーク検出時間を短くできる。この方式はレーザビーム
の高輝度性によって実用上十分なS/N比でマーク検出
できるのであるが、1つの大きな問題は、そのレーザビ
ームが一般に単波長であるため、ウェハ全面を1〜5μ
mの厚さで被覆しているレジスト層によって薄膜干渉
(多重干渉)等の現象が生じ、マークエッジからの散
乱、回折光の光量分布に思わぬ歪み(光電信号上の波形
歪みと同義)を与えることである。この光量分布の歪み
は、どのようなウェハでも生じるとは限らず、ウェハ下
地やレジスト層の厚みや種類によって異なり、歪みが生
じた場合でもその歪み方が様々に変化するのが普通であ
った。従って、このような単波長のレーザビーム、もし
くは準単色(水銀ランプ等の輝線スペクトル等)をOf
f−Axis方式のアライメント光学系用のマーク照明
光(スポット光、あるいは均一照明光)として採用する
だけでは、従来技術〜、に対して何ら利点がな
く、ウェハステージの余計な移動に伴うスループット低
下といった不都合のみが残ってしまう。
SUMMARY OF THE INVENTION As described above, Off
In the Axis method, if the movement stroke of the wafer stage is increased, a mark attached to an arbitrary shot area on the wafer can be detected.
-Mark detection may take time depending on the arrangement of the Axis type alignment optical system and its illumination form. Since the Off-Axis type alignment optical system is far away from the pattern projection area of the projection lens, the wafer stage is excessively moved by that distance, that is, the reduction in throughput caused by the arrangement is essentially avoided. Therefore, how to shorten the mark detection time is a problem.
As mentioned above, the method of relatively scanning the mark on the wafer with the spot light (slit shape) of the focused laser beam and photoelectrically detecting the scattered and diffracted light from the edge of the mark can minimize the mark detection time. . According to this method, marks can be detected with a practically sufficient S / N ratio due to the high brightness of the laser beam. One major problem is that since the laser beam is generally a single wavelength, the entire surface of the wafer is 1 to 5 μm.
The resist layer covering with a thickness of m causes phenomena such as thin film interference (multiple interference), which causes scattering from the mark edge and unexpected distortion in the light amount distribution of the diffracted light (synonymous with waveform distortion on the photoelectric signal). Is to give. This distortion of the light amount distribution does not always occur in any wafer, and differs depending on the thickness and type of the wafer base and the resist layer. Even when the distortion occurs, the distortion method generally changes in various ways. . Accordingly, such a single-wavelength laser beam or a quasi-monochromatic (emission line spectrum of a mercury lamp or the like) is used to generate the laser beam.
Simply adopting it as mark illumination light (spot light or uniform illumination light) for the f-Axis type alignment optical system has no advantage over the prior art, and lowers throughput due to unnecessary movement of the wafer stage. Only the inconvenience such as remains.

【0008】そこでOff−Axis方式のマーク照明
光として、ある帯域幅(200nm程度)をもつブロー
ドな波長分布の光を用いると、上記レジスト層による悪
影響が激減され、マーク検出精度が向上する。そのため
Off−Axis方式のアライメント光学系によって、
ウェハ上の任意位置のショット領域の複数に付随したマ
ークの夫々を、ブロードバンドの照明光のもとで検出す
れば、かなり高精度なアライメントが望める。
When light of a broad wavelength distribution having a certain bandwidth (about 200 nm) is used as mark illumination light of the Off-Axis method, the adverse effect of the resist layer is drastically reduced, and mark detection accuracy is improved. Therefore, the Off-Axis type alignment optical system
If each of the marks attached to a plurality of shot areas at arbitrary positions on the wafer is detected under broadband illumination light, highly accurate alignment can be expected.

【0009】しかしながら先にも述べたように、単一波
長又は準単色の場合であっても、マークエッジからの光
量分布には全て歪みが生じるとは限らない点、あるいは
多少歪みがあっても、マーク位置検出のアルゴリズムに
よって影響が低減できる点等を考慮すると、全てのマー
ク検出をブロードバンド照明のOff−Axis方式の
アライメント光学系にかえてしまうことは、歪みの生じ
ていないウェハ、又は歪みの影響の少ないウェハに対し
てもスループット低下を余儀なくしていることになり、
はなはだ不合理である。
However, as described above, even in the case of a single wavelength or a quasi-monochromatic color, the distribution of the light amount from the mark edge is not always distorted. Considering, for example, that the influence of the mark position detection algorithm can be reduced, changing all the mark detection to the Off-Axis type alignment optical system of the broadband illumination requires a wafer having no distortion or a distortion. This means that even for less affected wafers, the throughput must be reduced,
Hana is irrational.

【0010】そこで本発明は、スループット低下を極力
少なくしつつ、高精度なマーク位置検出が可能な位置合
わせ装置を提供することを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a positioning apparatus capable of detecting a mark position with high accuracy while minimizing a decrease in throughput.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明においては、レジ
スト層を介して基板上のアライメントマークを検出する
アライメントセンサーとして、第1のマーク位置検出手
段と第2のマーク位置検出手段との2つを設ける。第1
のマーク位置検出手段は、単波長もしくは準単色の第1
の光を基板上の第1マークに照射する送光系を含み、第
1マークの位置に関する第1位置情報(AP1 ,AP3
,AP4 等)を出力する。
In the present invention, two types of alignment sensors for detecting alignment marks on a substrate via a resist layer, namely, a first mark position detecting means and a second mark position detecting means, are provided. Is provided. First
Mark position detecting means is a single wavelength or quasi-monochromatic first mark.
And a first position information (AP1, AP3) relating to the position of the first mark.
, AP4, etc.).

【0012】第2のマーク位置検出手段は第1の光より
も広い波長分布の第2の光を基板上の第2マークに照射
する送光系を含み、第2マークの位置に関する第2位置
情報(AP2 )を出力する。ここで第1マークと第2マ
ークは基板上で同一のマークパターンを共用してもよい
し、予め所定距離だけ離れた専用のマークパターンにし
てもよい。
The second mark position detecting means includes a light transmitting system for irradiating the second mark on the substrate with the second light having a wavelength distribution wider than the first light, and the second position with respect to the position of the second mark. The information (AP2) is output. Here, the first mark and the second mark may share the same mark pattern on the substrate, or may be a dedicated mark pattern separated by a predetermined distance in advance.

【0013】そして、第1位置情報と第2位置情報との
両方を用いて、基板の全体的な位置情報を決定する位置
決定手段(EGA演算ユニット502等)を設けるよう
にした。この結果、基板上の露光すべき領域とマスク上
のパターン領域とが相対的に位置合わせされる。
[0013] A position determining means (eg, EGA operation unit 502) for determining the overall position information of the substrate by using both the first position information and the second position information is provided. As a result, the region to be exposed on the substrate and the pattern region on the mask are relatively aligned.

【0014】本発明では、レジスト層を通してウェハ等
の基板上のマークを検出するときに、単波長もしくは準
単色の光を照射すると、レジスト層の薄膜干渉によっ
て、マークからの反射光(散乱光、回折光、正反射光)
が光学的に歪みを受けて、マークの検出位置が微妙に変
化してしまうといった点に着目し、この干渉の影響を受
けにくい広帯域波長の照明光を用いてマーク検出を行な
うようにした。ところが、ウェハ上の全てのマーク検出
を、このような広帯域波長の照明光をもつアライメント
センサーで行なうことは、マーク検出の精度は向上する
ものの、一般にはスループット的に不利になる。特に投
影型露光装置では、投影光学系を介してウェハマークを
検出する場合、色収差のために広帯域波長の照明光は使
えず、投影光学系の外に別設したアライメントセンサー
(Off−Axis方式)にならざるを得ない。このた
め、Off−Axisのアライメントセンサーでマーク
検出を行なうためのウェハの移動等が必要不可欠であ
り、その分スループットの低下が生じる。本発明では、
ウェハ上の検出すべき複数のマークのうちいくつかにつ
いてのみ、第2のマーク位置検出手段を使うようにした
ので、スループット低下は小さく押えられることにな
る。
According to the present invention, when a mark on a substrate such as a wafer is detected through a resist layer, light of a single wavelength or quasi-monochromatic light is applied, and reflected light (scattered light, scattered light, Diffracted light, specular reflected light)
Paying attention to the fact that the mark is slightly distorted due to the optical distortion, the mark detection is performed by using the illumination light of the broadband wavelength which is hardly affected by the interference. However, performing all mark detection on the wafer with an alignment sensor having illumination light of such a broadband wavelength improves the accuracy of mark detection, but is generally disadvantageous in terms of throughput. In particular, in a projection exposure apparatus, when detecting a wafer mark via a projection optical system, illumination light of a wide wavelength band cannot be used due to chromatic aberration, and an alignment sensor (Off-Axis type) separately provided outside the projection optical system. I have to become. For this reason, movement of the wafer or the like for performing mark detection by the Off-Axis alignment sensor is indispensable, and the throughput is reduced accordingly. In the present invention,
Since the second mark position detecting means is used only for some of a plurality of marks to be detected on the wafer, a decrease in throughput is suppressed to a small extent.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】図1は本発明の実施例による投影
型露光装置の構成と、それに組み込まれる位置合わせ
(アライメント)装置の構成とを示す。露光用の照明光
(水銀ランプからのg線、i線、あるいはエキシマレー
ザ光源からの紫外線パルス光)ILはコンデンサーレン
ズCLを介してレチクルRのパターン領域PAを均一な
照度分布で照射する。パターン領域PAを通って照明光
ILは、例えば両側(片側でもよい)テレセントリック
な投影レンズPLに入射し、ウェハWに達する。ここで
投影レンズPLは照明光ILの波長に関して最良に収差
補正されており、その波長のもとでレチクルRとウェハ
Wとは互いに共役になっている。また照明光ILはケー
ラ照明であり、投影レンズPLの瞳EP内の中心に光源
像として結像されている。さて、レチクルRは2次元に
微動可能なレチクルステージRSに保持され、レチクル
Rは、その周辺に形成されたレチクルアライメントマー
クがミラー16、対物レンズ17、マーク検出系18か
ら成るレチクルアライメント系で検出されることによっ
て、投影レンズPLの光軸AXに関して位置決めされ
る。一方、ウェハWは、駆動系13によって2次元移動
するウェハステージST上に載置され、ウェハステージ
STの座標値は干渉計12により逐次計測される。ステ
ージコントローラ14は干渉計12からの座標計測値等
に基づいて駆動系13を制御してウェハステージSTの
移動や位置決めを制御する。ウェハステージST上には
後述のベースライン計測等で使用する基準マークFMが
設けられる。
FIG. 1 shows a configuration of a projection type exposure apparatus according to an embodiment of the present invention and a configuration of a positioning (alignment) apparatus incorporated therein. Illumination light for exposure (g-line or i-line from a mercury lamp or ultraviolet pulse light from an excimer laser light source) IL irradiates the pattern area PA of the reticle R with a uniform illuminance distribution via the condenser lens CL. The illumination light IL passes through the pattern area PA and enters, for example, both sides (or one side) of the telecentric projection lens PL and reaches the wafer W. Here, the aberration of the projection lens PL is corrected for the wavelength of the illumination light IL, and the reticle R and the wafer W are conjugate to each other under the wavelength. The illumination light IL is Koehler illumination, and is formed as a light source image at the center of the pupil EP of the projection lens PL. The reticle R is held on a reticle stage RS which can be finely moved two-dimensionally, and the reticle R is detected by a reticle alignment system formed of a mirror 16, an objective lens 17, and a mark detection system 18 around the reticle alignment mark. As a result, the projection lens PL is positioned with respect to the optical axis AX. On the other hand, the wafer W is placed on the wafer stage ST that moves two-dimensionally by the drive system 13, and the coordinate values of the wafer stage ST are sequentially measured by the interferometer 12. The stage controller 14 controls the movement and positioning of the wafer stage ST by controlling the drive system 13 based on coordinate measurement values and the like from the interferometer 12. On the wafer stage ST, a reference mark FM used for a baseline measurement or the like described later is provided.

【0016】そして本実施例では、第1のマーク位置検
出手段として働くTTL方式のアライメント光学系が設
けられている。レーザ光源1からのビームLBはHe−
Neレーザ等の赤色光で、ウェハW上のレジスト層に対
して非感光性である。このビームLBはシリンドリカル
レンズ等を含むビーム整形光学系2を通り、ミラー3
a、レンズ系4、ミラー3b、ビームスプリッタ5を介
して対物レンズ6に入射する。対物レンズ6から射出し
たビームLBは、レチクルRの下方に45°に斜設され
たミラー7で反射され、投影レンズPLの視野の周辺に
光軸AXと平行に入射する。そして、ビームLBは投影
レンズPLの瞳EPの中心を通ってウェハWを垂直に照
射する。ここでビームLBはビーム整形光学系2の働き
で対物レンズ6と投影レンズPLとの間の光路中の空間
にスリット状のスポット光SP0 となって集光してい
る。そして投影レンズPLは、このスポット光SP0 を
ウェハW上にスポットSPとして再結像する。またミラ
ー7はレチクルRのパターン領域PAの周辺よりも外側
で、かつ投影レンズPLの視野内にあるように固定され
る。従ってウェハW上にできるスリット状のスポット光
SPは、パターン領域PAの投影像の外側に位置する。
このスポット光SPによってウェハW上のマークを検出
するには、ウェハステージSTをスポット光SPに対し
て水平移動させる。スポット光SPがマークを相対走査
すると、マークからは正反射光、散乱光、回折光等が生
じ、マークとスポット光SPの相対位置により光量が変
化していく。これらの光情報は、ビームLBの送光路に
沿って逆進し、投影レンズPL、ミラー7、対物レンズ
6、及びビームスプリッタ5で反射されて、受光素子8
に達する。受光素子8の受光面は投影レンズPLの瞳E
Pとほぼ共役な面EP’に位置され、マークからの正反
射光に対して不感領域をもち、散乱光や回折光のみを受
光する。
In this embodiment, a TTL type alignment optical system serving as first mark position detecting means is provided. The beam LB from the laser light source 1 is He-
Red light such as a Ne laser, which is insensitive to the resist layer on the wafer W. This beam LB passes through a beam shaping optical system 2 including a cylindrical lens and the like, and a mirror 3
a, the light enters the objective lens 6 via the lens system 4, the mirror 3 b, and the beam splitter 5. The beam LB emitted from the objective lens 6 is reflected by a mirror 7 inclined at 45 ° below the reticle R, and enters the periphery of the field of view of the projection lens PL in parallel with the optical axis AX. Then, the beam LB irradiates the wafer W vertically through the center of the pupil EP of the projection lens PL. Here, the beam LB is condensed as slit-like spot light SP0 in the space in the optical path between the objective lens 6 and the projection lens PL by the function of the beam shaping optical system 2. Then, the projection lens PL re-images the spot light SP0 on the wafer W as a spot SP. The mirror 7 is fixed outside the periphery of the pattern area PA of the reticle R and within the field of view of the projection lens PL. Therefore, the slit-shaped spot light SP formed on the wafer W is located outside the projected image of the pattern area PA.
In order to detect a mark on the wafer W using the spot light SP, the wafer stage ST is moved horizontally with respect to the spot light SP. When the spot light SP relatively scans the mark, regular reflected light, scattered light, diffracted light, and the like are generated from the mark, and the light amount changes depending on the relative position between the mark and the spot light SP. The light information travels backward along the light transmission path of the beam LB, and is reflected by the projection lens PL, the mirror 7, the objective lens 6, and the beam splitter 5, and the light receiving element 8
Reach The light receiving surface of the light receiving element 8 is the pupil E of the projection lens PL.
It is located on a plane EP ′ substantially conjugate to P, has an insensitive area for specularly reflected light from the mark, and receives only scattered light and diffracted light.

【0017】ここでウェハW上のマークからの光情報の
瞳EP(又は瞳像面EP’)上での分布を図2(B)に
示す。瞳EPの中心にx方向にスリット状に伸びた正反
射光D0 の上下(y方向)には、それぞれ正の1次回折
光+D1 、2次回折光+D2と、負の1次回折光−D1
、2次回折光−D2 が並び、正反射光D0 の左右(x
方向)にはマークエッジからの散乱光Drが位置する。
これは先に述べた特開昭61−128106号公報に詳
しく述べられているので詳しい説明は省略するが、回折
光±D1 ,±D2 はマークが回折格子マークのときにの
み生じる。そこで受光素子8は、図2(C)に示すよう
に、瞳像面EP’内で4つの独立した受光面8a,8
b,8c,8dに分割され、受光面8a,8bが散乱光
Drを受光し、受光面8c,8dが回折光±D1 ,±D
2 を受光するように配列される。尚、投影レンズPLの
ウェハ側の開口数(N.A.)が大きく、回折格子マー
クから発生する3次回折光も瞳EPを通る場合は、受光
面8c,8dはその3次元も受光するような大きさにす
るとよい。このような受光素子8からの各光電信号は干
渉計12からの位置計測信号PDSとともに、LSA
(レーザステップアライメント)演算ユニット9に入力
し、マーク位置の情報AP1 が作られる。LSA演算ユ
ニット9は、スポット光SPに対してウェハマークを走
査したときの受光素子8からの光電信号波形を位置計測
信号PDSに基づいてサンプリングして記憶し、その波
形を解析することによってマークの中心がスポット光中
心と一致したときのウェハステージSTの座標位置とし
て、情報AP1 を出力する。
FIG. 2B shows the distribution of optical information from the mark on the wafer W on the pupil EP (or pupil image plane EP '). Above and below (in the y direction) the specularly reflected light D0 extending in the x direction at the center of the pupil EP in the x direction, a positive first-order diffracted light + D1, a second-order diffracted light + D2, and a negative first-order diffracted light -D1, respectively.
, The second-order diffracted light -D2 is arranged, and the right and left (x
Direction), scattered light Dr from the mark edge is located.
Since this is described in detail in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-128106, the detailed description is omitted, but the diffracted light ± D1 and ± D2 are generated only when the mark is a diffraction grating mark. Therefore, as shown in FIG. 2C, the light receiving element 8 has four independent light receiving surfaces 8a and 8a within the pupil image plane EP '.
b, 8c, 8d, the light receiving surfaces 8a, 8b receive the scattered light Dr, and the light receiving surfaces 8c, 8d receive the diffracted light ± D1, ± D
2 are arranged to receive light. When the numerical aperture (NA) of the projection lens PL on the wafer side is large and the third-order diffracted light generated from the diffraction grating mark also passes through the pupil EP, the light receiving surfaces 8c and 8d receive the three-dimensional light. Good size. Each photoelectric signal from the light receiving element 8 together with the position measurement signal PDS from the interferometer 12 is
(Laser Step Alignment) The information is input to the arithmetic unit 9 and the mark position information AP1 is created. The LSA calculation unit 9 samples and stores the photoelectric signal waveform from the light receiving element 8 when the wafer mark is scanned with respect to the spot light SP based on the position measurement signal PDS, and analyzes the waveform to analyze the mark to obtain the mark. Information AP1 is output as the coordinate position of the wafer stage ST when the center coincides with the center of the spot light.

【0018】以上において、レーザ光源1、ビーム整形
光学系2、ミラー3a,3b、レンズ系4、ビームスプ
リッタ5、対物レンズ6、ミラー7、受光素子8、LS
A演算ユニット9、及び投影レンズPLが、ウェハWに
対する第1のマーク位置検出手段を構成する。また図2
中のTTL方式のアライメント光学系の光路中に示した
実線は、ウェハWとの結像関係を表わし、破線は瞳EP
との共役関係を表わす。
In the above, the laser light source 1, beam shaping optical system 2, mirrors 3a and 3b, lens system 4, beam splitter 5, objective lens 6, mirror 7, light receiving element 8, LS
The A operation unit 9 and the projection lens PL constitute first mark position detection means for the wafer W. FIG. 2
The solid line shown in the optical path of the TTL type alignment optical system in the middle represents the image forming relationship with the wafer W, and the broken line is the pupil EP
Represents a conjugate relationship with

【0019】次に、第2のマーク位置検出手段としての
Off−Axis方式のアライメント系を説明する。ハ
ロゲンランプ20から発生した光は、コンデンサーレン
ズ21によってオプチカルファイバー22の一端面に集
光される。ファイバー22を通った光は、レジスト層の
感光波長(短波長)域と赤外波長域とをカットするフィ
ルター23を通って、レンズ系24を介してハーフミラ
ー25に達する。ここで反射された照明光は、ミラー2
6でほぼ水平に反射された後、対物レンズ27に入射
し、さらに投影レンズPLの鏡筒下部の周辺に投影レン
ズPLの視野を遮光しないように固定されたプリズム
(ミラー)28で反射されてウェハWを垂直に照射す
る。ここでは図示していないが、ファイバー22の射出
端から対物レンズ27までの光路中には、適当な照明視
野絞りが対物レンズ27に関してウェハWと共役な位置
に設けられる。また対物レンズ27はテレセントリック
系とし、その開口絞り(瞳と同じ)の面27aには、フ
ァイバー22の射出端の像が形成され、ケーラー照明が
行なわれる。対物レンズ27の光軸はウェハW上では垂
直となるように定められ、マーク検出時に光軸の倒れに
よるマーク位置のずれが生じないようになっている。
Next, an Off-Axis type alignment system as a second mark position detecting means will be described. Light generated from the halogen lamp 20 is condensed on one end surface of the optical fiber 22 by the condenser lens 21. The light passing through the fiber 22 passes through a filter 23 that cuts the photosensitive wavelength (short wavelength) region of the resist layer and the infrared wavelength region, and reaches a half mirror 25 via a lens system 24. The illumination light reflected here is reflected on mirror 2
After being substantially horizontally reflected at 6, the light enters the objective lens 27, and is further reflected by a prism (mirror) 28 fixed around the lower part of the barrel of the projection lens PL so as not to block the field of view of the projection lens PL. The wafer W is irradiated vertically. Although not shown here, an appropriate illumination field stop is provided at a position conjugate with the wafer W with respect to the objective lens 27 in the optical path from the exit end of the fiber 22 to the objective lens 27. The objective lens 27 is a telecentric system, and an image of the exit end of the fiber 22 is formed on a surface 27a of the aperture stop (same as the pupil), and Koehler illumination is performed. The optical axis of the objective lens 27 is set to be vertical on the wafer W, so that the mark position does not shift due to the tilt of the optical axis when detecting the mark.

【0020】さて、ウェハWからの反射光は対物レンズ
28、ハーフミラー25を通り、レンズ系29によって
指標板30に結像される。この指標板30は対物レンズ
27とレンズ系29とによってウェハWと共役に配置さ
れ、図2(A)に示すように矩形の透明窓内に、x方向
とy方向の夫々に伸びた直線状の指標マーク30a,3
0b,30c,30dを有する。従って、ウェハWのマ
ークの像は指標板30の透明窓内に結像され、このウェ
ハマーク像と指標マーク30a,30b,30c,30
dとは、リレー系31,33、ミラー32を介してCC
Dカメラ等の撮像素子34に結像する。撮像素子34か
らのビデオ信号はFIA(フィールド・イメージ・アラ
イメント)演算ユニット35に、干渉計12からの位置
計測信号PDSとともに入力する。FIA演算ユニット
35は指標マーク30a〜30dに対するマーク像のず
れを、ビデオ信号の波形に基づいて求め、位置計測信号
PDSによって表わされるウェハステージSTの停止位
置から、ウェハマークの像が指標マーク30a〜30d
の中心に正確に位置したときのウェハステージSTのマ
ーク中心検出位置に関する情報AP2 を出力する。
The reflected light from the wafer W passes through the objective lens 28 and the half mirror 25, and is imaged on the index plate 30 by the lens system 29. The index plate 30 is arranged conjugate with the wafer W by the objective lens 27 and the lens system 29, and linearly extends in a rectangular transparent window extending in the x and y directions, respectively, as shown in FIG. Index mark 30a, 3
0b, 30c, and 30d. Therefore, the image of the mark of the wafer W is formed in the transparent window of the index plate 30, and this wafer mark image and the index marks 30a, 30b, 30c, 30
d means CC via relay systems 31 and 33 and mirror 32
An image is formed on an image sensor 34 such as a D camera. The video signal from the image sensor 34 is input to an FIA (field image alignment) operation unit 35 together with the position measurement signal PDS from the interferometer 12. The FIA operation unit 35 determines the shift of the mark image with respect to the index marks 30a to 30d based on the waveform of the video signal, and calculates the image of the wafer mark from the stop position of the wafer stage ST represented by the position measurement signal PDS. 30d
The information AP2 about the mark center detection position of the wafer stage ST when it is accurately located at the center is output.

【0021】以上の構成で、フィルター23を通ったウ
ェハWの照明光は、ウェハW上のマークを含む局所領域
(ショット領域よりも小さい)をほほ均一な照度で照明
し、波長域は200nm程度の幅に定められる。上記、
ハロゲンランプ20から符号順にFIA演算ユニット3
5までの部材によって、第2のマーク位置検出手段が構
成される。また、対物レンズ27、レンズ系29、リレ
ー系31,33によるテレセントリック結像光学系には
波長帯域200nm程度の光が通るため、当然、それに
対応した色収差の補正を行なっておく必要があるが、そ
れには顕微鏡レンズの色消し技術をそのまま利用すれば
よい。
With the above configuration, the illumination light of the wafer W passing through the filter 23 illuminates a local area (smaller than a shot area) including a mark on the wafer W with almost uniform illuminance, and has a wavelength range of about 200 nm. Is determined by the width. the above,
FIA operation unit 3 from halogen lamp 20 in code order
The members up to 5 form a second mark position detecting means. Further, since light having a wavelength band of about 200 nm passes through the telecentric imaging optical system including the objective lens 27, the lens system 29, and the relay systems 31 and 33, it is necessary to correct chromatic aberration corresponding to the light. For this purpose, the achromatic technique of the microscope lens may be used as it is.

【0022】さらに、対物レンズ27のウェハ側の開口
数(N.A.)は投影レンズPLの開口数よりも小さく
しておくとよい。これは対物レンズ27、レンズ系29
で決まる拡大倍率が比較的大きく、なおかつ色収差補正
も必要なことから、対物レンズ27の開口数を現在の一
般的な投影レンズの開口数、約0.45〜0.5と同
等、もしくはそれ以上にした場合に、対物レンズ27の
作動距離(ウェハ面までの間隔)をある程度確保すると
しても、対物レンズ径が大口径になることをさけられる
点で有利である。本実施例ではプリズム28によって、
対物レンズ27の観察視野域を投影レンズPLの鏡筒下
面に一部もぐり込ませ、極力投影レンズPLの視野に近
づけている。一般にこの種のステッパーには、投影レン
ズPLの結像面とウェハW表面との間隔(ズレ)を精密
に検出するフォーカスセンサーと、ウェハW上のショッ
ト領域の面と、投影レンズPLの結像面との相対的な傾
きを検出するレベリングセンサーとが設けられている。
このフォーカスセンサーやレベリングセンサーは、投影
レンズPLの投影視野が存在するウェハW上に斜めから
赤外域の光束を照射し、その反射光の受光位置のずれを
求めて、フォーカスとレベリングを行なうように構成さ
れている。そこで対物レンズ27を介してウェハW上の
マークを観察するとき、スループットを考慮すると、ウ
ェハW上のマークを対物レンズ27の観察視野内にもた
らした時点で、フォーカスセンサーを働かせて、ピント
調整(ウェハステージSTに組み込まれたZステージの
上下動)を行なうのがよい。しかしながら、フォーカス
センサーがウェハW表面を検出している領域と、対物レ
ンズ27の観察視野とはずれているため、仮りにその2
つの間でウェハWが微小な凹凸やそりをもっているもの
とすると、開口数の大きな対物レンズ27に関しては正
確なピント調整が行われないことになる。しかしなが
ら、対物レンズ27の開口数を投影レンズの開口数の1
/2〜2/3程度にしておくと、実用上の焦点深度は大
きくなり、ウェハの微小な凹凸やそりに対してほとんど
影響を受けずにマーク観察ができる。また開口数を小さ
くした場合は、対物レンズ27の光軸のウェハWとの垂
直性、所謂テレセン性が多少悪化したとしても、観察視
野内の部分的な位置(例えば中心と4隅等)の夫々で像
質が急激に変化することがない点でも有利である。
Further, the numerical aperture (NA) of the objective lens 27 on the wafer side is preferably smaller than the numerical aperture of the projection lens PL. This is the objective lens 27, lens system 29
Is relatively large, and chromatic aberration correction is also required. Therefore, the numerical aperture of the objective lens 27 is equal to or larger than the numerical aperture of the current general projection lens, about 0.45 to 0.5. In this case, even if a certain working distance (interval to the wafer surface) of the objective lens 27 is ensured, it is advantageous in that the diameter of the objective lens can be prevented from becoming large. In this embodiment, the prism 28
The observation field of view of the objective lens 27 is partially cut into the lower surface of the lens barrel of the projection lens PL so as to be as close as possible to the field of view of the projection lens PL. In general, this type of stepper includes a focus sensor that accurately detects the distance (deviation) between the image plane of the projection lens PL and the surface of the wafer W, the surface of a shot area on the wafer W, and the image formation of the projection lens PL. And a leveling sensor for detecting a relative inclination with respect to the surface.
The focus sensor and the leveling sensor irradiate a light beam in the infrared region from obliquely onto the wafer W on which the projection field of view of the projection lens PL exists, and determine the shift of the light receiving position of the reflected light to perform focusing and leveling. It is configured. Therefore, when observing the mark on the wafer W via the objective lens 27 and considering the throughput, when the mark on the wafer W is brought into the observation visual field of the objective lens 27, the focus sensor is operated to adjust the focus ( It is preferable to perform vertical movement of the Z stage incorporated in the wafer stage ST. However, since the region where the focus sensor detects the surface of the wafer W is displaced from the observation field of view of the objective lens 27,
If the wafer W has minute unevenness or warpage between the two lenses, accurate focusing cannot be performed on the objective lens 27 having a large numerical aperture. However, the numerical aperture of the objective lens 27 is set to one of the numerical aperture of the projection lens.
If it is set to about 2〜 to /, the depth of focus in practical use becomes large, and the mark can be observed almost without being affected by minute unevenness or warpage of the wafer. Further, when the numerical aperture is reduced, even if the perpendicularity of the optical axis of the objective lens 27 to the wafer W, that is, the so-called telecentricity, is slightly deteriorated, the partial position (for example, the center and the four corners) in the observation field of view is reduced. It is also advantageous that the image quality does not change abruptly in each case.

【0023】尚、図1中の構成で、TTL方式のアライ
メント系(1,2,3a,3b,4,5,6,7,8)
は、1組しか示していないが紙面と直交する方向にもう
1組が設けられ、同様のスポット光が投影像面内に形成
される。これら2つのスポット光の長手方向の延長線は
光軸AXに向かっている。また、図1中の構成で、Of
f−Axis方式のアライメント系の検出中心(指標板
30の中心)は投影レンズ中心から離れているので干渉
計12の計測位置と投影レンズ中心とを結ぶ直線、すな
わち測長軸(測長ビーム中心線)上に設けることによっ
てアッベ誤差(ステージの傾きによる軸外エラー)を最
小限に抑えている。ここでは1組しか示していないが、
例えば特開昭56−102823号公報に示されている
ようにX測長軸とY測長軸の上にそれぞれ1組ずつのア
ライメント系が設けられている。
In the configuration shown in FIG. 1, the TTL alignment system (1, 2, 3a, 3b, 4, 5, 6, 7, 8) is used.
Although only one set is shown, another set is provided in a direction orthogonal to the paper surface, and a similar spot light is formed in the projection image plane. Extension lines in the longitudinal direction of these two spot lights are directed to the optical axis AX. In the configuration shown in FIG.
Since the detection center (center of the index plate 30) of the f-Axis type alignment system is far from the center of the projection lens, a straight line connecting the measurement position of the interferometer 12 and the center of the projection lens, that is, a length measurement axis (center of the length measurement beam) Line) minimizes Abbe error (off-axis error due to stage tilt). Although only one set is shown here,
For example, as shown in JP-A-56-102823, one set of alignment systems is provided on each of the X measurement axis and the Y measurement axis.

【0024】但し、光学系の配置問題でアライメント系
を前記各測長軸上に設けられない場合や、1組の光学系
でxy両方向のマークを観察する場合はアッベ誤差が大
きく、精度が十分に得られなくなる。そこでそのような
構成のときは、ステージSTの傾き(xy平面内での微
小回転)を計測するステージ傾き角計測センサー(ヨー
イングセンサー)をステージに取付けてアライメント時
のアッベ誤差を補正演算によって取除く手段を用いれば
良い。すなわちアッベ誤差を含む方向のマーク検出位置
をステージSTのヨーイング量に基づいて補正すればよ
い。またアライメント実行時にはウェハ組合せの為のグ
ローバルアライメントと、高精度にアライメントするフ
ァインアライメントを行う必要がある。このグローバル
アライメントに関しては例えば特開昭60−13074
2号公報に開示されているようにTTLアライメント系
とOff−Axisアライメント系を混用する方法があ
る。本実施例の装置では、通常は処理速度の早いTTL
アライメント系によってウェハ上の3ヶ所、又は2ヶ所
のマークを検出してグローバルアライメントを行なうシ
ーケンスを採る。しかしながらウェハ下地やレジスト層
の厚みや種類によってアライメントが正常に行なわれな
い場合(特にマーク検出がうまくいかない場合)もある
ので、Off−Axis方式の広帯域幅の照明波長を用
いたアライメント系を使ってグローバルアライメントを
実行するようにシーケンスを切換える手段が設けられて
いる。この場合、TTL方式のアライメント系でグロー
バルアライメントするときのマーク検出時間、マーク検
出信号の大きさや歪み等を判定して、シーケンスを切替
える。
However, when the alignment system cannot be provided on each of the measurement axes due to the problem of the arrangement of the optical system, or when observing the marks in both xy directions with one set of the optical system, the Abbe error is large and the accuracy is sufficient. Can not be obtained. Therefore, in such a configuration, a stage tilt angle measurement sensor (yawing sensor) for measuring the tilt (small rotation in the xy plane) of the stage ST is attached to the stage, and Abbe error at the time of alignment is removed by correction calculation. Means may be used. That is, the mark detection position in the direction including the Abbe error may be corrected based on the yaw amount of the stage ST. When performing alignment, it is necessary to perform global alignment for wafer combination and fine alignment for high-accuracy alignment. This global alignment is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-13074.
As disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2 (KOKAI), there is a method of mixing a TTL alignment system and an Off-Axis alignment system. In the apparatus of the present embodiment, the TTL that normally has a fast processing speed is used.
A sequence for performing global alignment by detecting three or two marks on the wafer by the alignment system is adopted. However, alignment may not be performed properly depending on the thickness and type of the wafer underlayer and the resist layer (especially when mark detection is not successful). Therefore, global alignment is performed using an alignment system using a broad-band illumination wavelength of the Off-Axis system. Means for switching the sequence so as to execute the alignment are provided. In this case, the sequence is switched by determining the mark detection time and the magnitude and distortion of the mark detection signal when performing global alignment by the TTL type alignment system.

【0025】次に、TTL方式のアライメント系、Of
f−Axis方式のアライメント系、及びステージコン
トローラ14等を統括制御する主制御系50について説
明する。主制御系50は干渉計12からの位置情報PD
Sを常時入力しているものとする。アライメント(AL
G)データ記憶部501は、LSA演算ユニット9から
のマーク位置情報AP1 と、FIA演算ユニット35か
らのマーク位置情報AP2 との両方を入力可能となって
いる。
Next, an alignment system of the TTL system, Of
The f-Axis type alignment system and the main control system 50 that performs overall control of the stage controller 14 and the like will be described. The main control system 50 is provided with position information PD from the interferometer 12.
It is assumed that S is always input. Alignment (AL
G) The data storage unit 501 can input both the mark position information AP1 from the LSA operation unit 9 and the mark position information AP2 from the FIA operation unit 35.

【0026】EGA(エンハンスメント・グローバル・
アライメント)演算ユニット502は、ALGデータ記
憶部501に記憶された各マーク位置情報に基づいて、
統計的な演算手法によりウェハ上の実際のショット配列
座標値を算出するもので、その算出結果はシーケンスコ
ントローラ506に送られる。詳しくは特開昭61−4
4429号公報に開示されている。
EGA (Enhancement Global
The alignment unit 502 calculates the position of each mark based on the mark position information stored in the ALG data storage unit 501.
The actual coordinate value of the shot array on the wafer is calculated by a statistical calculation method, and the calculation result is sent to the sequence controller 506. For details, see JP-A-61-4
It is disclosed in Japanese Patent No. 4429.

【0027】露光(EXP)ショットマップデータ部5
03は、ウェハ上の露光すべきショット配列座標値の設
計値を格納し、この設計値はEGA演算ユニット502
と、シーケンスコントローラ506に送られる。アライ
メント(ALG)ショットマップデータ部504は、ウ
ェハ上のアライメントすべきショット配列座標値(設計
値)を格納し、この座標値はEGA演算ユニット502
とシーケンスコントローラ506へ送られる。補正デー
タ部505には、アライメント用の各種データ、あるい
は露光ショットに対する位置決めの補正用のデータ等が
格納され、これら補正データは、ALGデータ記憶部5
01やシーケンスコントローラ506へ送られる。シー
ケンスコントローラ506は上記各データに基づいて、
アライメント時やステップアンドリピート方式の露光時
のウェハステージSTの移動を制御するための一連の手
順を決定する。
Exposure (EXP) shot map data section 5
Numeral 03 stores design values of shot array coordinate values to be exposed on the wafer, and these design values are stored in the EGA operation unit 502.
Is sent to the sequence controller 506. An alignment (ALG) shot map data unit 504 stores shot array coordinate values (design values) to be aligned on the wafer, and these coordinate values are stored in the EGA operation unit 502.
Is sent to the sequence controller 506. The correction data section 505 stores various data for alignment, data for correcting positioning for an exposure shot, and the like. These correction data are stored in the ALG data storage section 5.
01 and the sequence controller 506. The sequence controller 506, based on each of the above data,
A series of procedures for controlling the movement of the wafer stage ST at the time of alignment or at the time of exposure by the step-and-repeat method is determined.

【0028】以上、主制御系50の動作について詳しく
は後述する。さて、図3はウェハW上の1つのショット
領域Snと、ウェハ上のアライメントマークMXn,M
Ynとの配置関係を示す図で、1つのショット領域Sn
の4辺はスクライブラインSCLで囲まれ、スクライブ
ラインSCLの直交する2辺の夫々の中心部分にマーク
MXn,MYnが形成されている。SCはショット領域
Snの中心点で露光時には投影レンズPLの光軸AXが
通る。そしてマークMXn,MYnの夫々は、中心SC
を原点にx方向、y方向の夫々に伸びた線CX,CY上
に位置する。マークMXnはx方向の位置検出に使わ
れ、マークMYnはy方向の位置検出に使われ、それぞ
れ複数本の線条パターンを平行に並べたマルチマークと
なっている。
The operation of the main control system 50 will be described later in detail. FIG. 3 shows one shot area Sn on the wafer W and the alignment marks MXn, M on the wafer.
FIG. 9 is a diagram showing an arrangement relationship with Yn, and shows one shot region Sn;
Are surrounded by a scribe line SCL, and marks MXn and MYn are formed at respective central portions of two orthogonal sides of the scribe line SCL. SC is the center point of the shot area Sn and the optical axis AX of the projection lens PL passes during exposure. Each of the marks MXn and MYn is the center SC
Is located on lines CX and CY extending in the x direction and the y direction, respectively, with respect to the origin. The mark MXn is used for detecting the position in the x direction, and the mark MYn is used for detecting the position in the y direction.

【0029】図4(A)はマークMXnの拡大図であ
り、y方向に伸びた5本の線条パターンP1 ,P2 ,P
3 ,P4 ,P5 がx方向にほぼ一定のピッチで配列され
ている。図4(B)はそのマークMXnのx方向の断面
構造を示し、ここでは5本の線条パターンP1 〜P5 は
ウェハWの下地から突出した凸状に形成され、その上面
はレジスト層PRで被覆されている。図3にも示したよ
うに、ショット領域Snの中心SCを通るy軸と平行な
線CXは、マークMXnの中央の線条パターンP3 の幅
中心を通るものとする。尚、マークMYnに関しても同
様で、5本の線条パターンから成り、中央の線条パター
ンの中心線が線CYと一致している。
FIG. 4A is an enlarged view of the mark MXn, and includes five linear patterns P1, P2, P extending in the y direction.
3, P4 and P5 are arranged at a substantially constant pitch in the x direction. FIG. 4B shows a cross-sectional structure of the mark MXn in the x direction. Here, five linear patterns P1 to P5 are formed in a convex shape protruding from the base of the wafer W, and the upper surface thereof is formed by a resist layer PR. Coated. As shown in FIG. 3, a line CX parallel to the y-axis passing through the center SC of the shot area Sn passes through the center of the width of the central linear pattern P3 of the mark MXn. The same applies to the mark MYn. The mark MYn is composed of five linear patterns, and the center line of the central linear pattern coincides with the line CY.

【0030】本実施例では、このようなマークMXn,
MYnをTTL方式のアライメント系とOff−Axi
s方式のアライメント系とで共通に検出する。図5
(A)はOff−Axis方式のアライメント系の撮像
素子34によって検出されるマークMXnの様子を示
し、図5(B)はそのときの画像信号の波形を示す。図
5(A)に示すように、検出すべきマークMXnを指標
板30の指標マーク30a,30bの間に位置決めし、
そのときのウェハステージSTの精密な位置XAを求め
ておく。撮像素子34はマークMXnの5本の線条パタ
ーンP1 〜P5 と指標マーク30a,30bとの像を走
査線SLに沿って電気的に走査する。このとき、例えば
1本の走査線だけではS/N比の点で不利なので、破線
で示したビデオサンプリング領域VSAに入る複数の水
平走査線によって得られる画像信号のレベルを水平方向
の各画素毎に加算平均するとよい。図5(B)に示すよ
うに画像信号には、両側に指標マーク30a,30bの
夫々に対した立上がりと立下りの波形部分があり、これ
らの位置(画素上の位置)XR1 ,XR2を求め、その
中点位置XR0 を求める。
In this embodiment, such marks MXn, MXn,
MYn and TTL alignment system and Off-Axi
Detection is common to the s-type alignment system. FIG.
5A shows a state of the mark MXn detected by the imaging element 34 of the Off-Axis alignment system, and FIG. 5B shows a waveform of an image signal at that time. As shown in FIG. 5A, the mark MXn to be detected is positioned between the index marks 30a and 30b on the index plate 30,
The precise position XA of the wafer stage ST at that time is obtained in advance. The image sensor 34 electrically scans the images of the five linear patterns P1 to P5 of the mark MXn and the index marks 30a and 30b along the scanning line SL. At this time, for example, since only one scanning line is disadvantageous in terms of the S / N ratio, the level of the image signal obtained by a plurality of horizontal scanning lines entering the video sampling area VSA indicated by the broken line is determined for each pixel in the horizontal direction. It is better to perform averaging on. As shown in FIG. 5B, the image signal has rising and falling waveform portions corresponding to the index marks 30a and 30b on both sides, and these positions (positions on pixels) XR1 and XR2 are obtained. , The midpoint position XR0 is obtained.

【0031】一方、撮影素子34はマークMXnの明視
野像を光電検出しているため、5本の線状パターンP1
〜P5 の夫々の左右の段差エッジでは光の散乱によって
対物レンズ27へ戻る光が極端に減少する。このため、
線状パターンP1 〜P5 の夫々の左エッジ、右エッジは
黒い線のように撮像される。従って画像信号上の波形
は、左エッジ、右エッジに対応した位置でボトムBL1
,BR1 ,・・・BL5,BR5 となる。
On the other hand, since the photographing element 34 photoelectrically detects the bright field image of the mark MXn, the five linear patterns P1
At each of the left and right step edges P5 to P5, the light returning to the objective lens 27 is extremely reduced due to light scattering. For this reason,
The left and right edges of the linear patterns P1 to P5 are imaged as black lines. Therefore, the waveform on the image signal has a bottom BL1 at a position corresponding to the left edge and the right edge.
, BR1,..., BL5, BR5.

【0032】FIA演算ユニット35は、このような波
形に基づいてマークMXn(パターンP1 〜P5 )の中
心(線CX)のx方向の位置Xmを計算する。さらに詳
しく述べるなら、FIA演算ユニット35はパターンP
1 〜P5 の夫々の中心位置を左、右のエッジ位置(ボト
ムBLn,BRn)に基づいて算出した後、5本の線状
パターンP1 〜P5 の各位置を加算して5で割ると、中
心となるべきx方向のマーク位置が検出される。
The FIA calculation unit 35 calculates the position Xm in the x direction of the center (line CX) of the mark MXn (patterns P1 to P5) based on such a waveform. More specifically, the FIA operation unit 35 uses the pattern P
After calculating the center position of each of 1 to P5 based on the left and right edge positions (bottom BLn, BRn), the respective positions of the five linear patterns P1 to P5 are added and divided by 5 to obtain the center. The mark position in the x direction that should be obtained is detected.

【0033】そしてFIA演算ユニット35は、先に求
めておいた位置XR0 とマーク計測位置Xmとの差ΔX
=XR0 −Xmを算出し、ウェハステージSTが位置決
めされたときの位置XAと差ΔXとを加えた値をマーク
位置情報AP2 として出力する。ところで図1では、撮
像素子34が1つしか示されていない。CCD等の固体
撮像素子では水平走査方向、垂直走査方向とも同じ画素
密度にすることは可能であるが、一般的には水平走査方
向に関する画像信号を取り込んで処理することが簡単で
ある。そこで図6に示すように、指標板30の後のリレ
ーレンズ31から撮像素子までの光路をビームスプリッ
タ、又は切り替え(可動)ミラー32’で2つに分け、
それぞれの光路にリレーレンズ33x,33yを設け、
マークMXnを指標マーク30a,30bとともに撮像
する撮像素子34xと、マークMYnを指標マーク30
c,30dとともに撮像する撮像素子34yとを設け
る。撮像素子34x,34yの水平走査方向は互いに直
交する方向に配置される。このようにすれば、マークM
Xn,MYnはそれぞれ同一の分解能で検出される。も
ちろん、1つの撮像素子で、水平方向と垂直方向の走査
線の夫々からマークMXn,MYnの夫々に対応した画
像信号波形を作りだしてもよい。また単一の撮像素子の
場合に、指標板30以後の撮像光路中にイメージローテ
ータを設け、マークMXnとMYnとで像を90°回転
させてもよい。
Then, the FIA operation unit 35 calculates the difference ΔX between the position XR0 obtained previously and the mark measurement position Xm.
= XR0 -Xm, and outputs a value obtained by adding the position XA when the wafer stage ST is positioned and the difference .DELTA.X as the mark position information AP2. FIG. 1 shows only one image sensor 34. In a solid-state imaging device such as a CCD, it is possible to have the same pixel density in both the horizontal scanning direction and the vertical scanning direction. However, it is generally easy to capture and process image signals in the horizontal scanning direction. Therefore, as shown in FIG. 6, the optical path from the relay lens 31 after the index plate 30 to the image pickup device is divided into two by a beam splitter or a switching (movable) mirror 32 ′.
Providing relay lenses 33x and 33y in each optical path,
An image sensor 34x for imaging the mark MXn together with the index marks 30a and 30b, and a mark MYn for the index mark 30
An imaging element 34y for imaging is provided together with c and 30d. The horizontal scanning directions of the imaging elements 34x and 34y are arranged in directions orthogonal to each other. In this way, the mark M
Xn and MYn are detected with the same resolution. Of course, one image sensor may generate an image signal waveform corresponding to each of the marks MXn and MYn from each of the horizontal and vertical scanning lines. In the case of a single imaging element, an image rotator may be provided in the imaging optical path after the index plate 30 to rotate the image by 90 degrees between the marks MXn and MYn.

【0034】さらにFIA演算ユニット35内には、マ
ークMXn,MYnに対応した画像信号波形のボトムB
Ln,BRnを高速に検出するため、所定のスライスレ
ベルで画素単位で2値化する回路も設けられている。例
えば図7に示すように、任意のスライスレベルSV1 ,
SV2 ,SV3 のうちのいずれか1つを用いて、ボトム
波形BLn,BRnを2値化し、その2値化変形の走査
方向(x方向、又はy方向)の中心からボトム位置をX
Bnを求める。スライスレベルSV1 はボトム波形の上
方部分に合わされ、スライスレベルSV2 は中腹部分に
合わされ、スライスレベルSV3 は下方部分に合わされ
る。そして、どのスライスレベルを選ぶかは、ウェハプ
ロセスやウェハ下地等によって経験的に決められる。
Further, in the FIA operation unit 35, the bottom B of the image signal waveform corresponding to the marks MXn and MYn is stored.
In order to detect Ln and BRn at high speed, a circuit for binarizing each pixel at a predetermined slice level is also provided. For example, as shown in FIG. 7, an arbitrary slice level SV1,
Using one of SV2 and SV3, the bottom waveforms BLn and BRn are binarized, and the bottom position from the center in the scanning direction (x direction or y direction) of the binarization transformation is X.
Find Bn. The slice level SV1 is adjusted to the upper part of the bottom waveform, the slice level SV2 is adjusted to the middle part, and the slice level SV3 is adjusted to the lower part. Which slice level is selected is empirically determined by a wafer process, a wafer base, and the like.

【0035】次にTTL方式のアライメント系のスポッ
ト光SPによるマーク検出の様子を図8、図9を参照し
て説明する。図8(A)はウェハ上のショット領域Sn
に付随して設けられた従来の回折格子マークMKとスポ
ット光SPとの配置を示し、図8(B)はy方向に伸び
たスポット光SPと、マークMKとを相対的にx方向に
走査したときの回折光の強度分布を示す。回折格子マー
クMKは微小な矩形パターン(凸又は凹)をデューティ
比1:1でy方向に一定ピッチで形成したものであり、
マークMKのx方向の幅はスポット光SPの幅とほぼ等
しく定められている。スポット光SPがマークMKと重
なると、レーザスポット光の波長と格子定数によって、
図8(A)の紙面と垂直で、かつy方向に広がった面内
に所定の回折角で高次回折光が発生する。この回折光
は、スポット光SPの照射部分内に、スポット光の長手
方向に一定ピッチの段差エッジをもつ周期構造パターン
が存在するときに発生するため、極めてS/N比がよ
い。従って、この回折光から得られた光電信号波形は、
スポット光SPの幅方向の強度分布(例えばガウス分
布)と近似した波形となり、図8(B)のように適当な
スライスレベルSV4 で2値化することで、比較的高精
度にx方向のマーク中心位置を特定できる。しかしなが
ら、その反面、格子要素として微小矩形パターンが採用
されるため、ウェハプロセスによる変形が生じがちであ
る。
Next, how marks are detected by the spot light SP of the TTL type alignment system will be described with reference to FIGS. FIG. 8A shows a shot region Sn on a wafer.
8B shows an arrangement of a conventional diffraction grating mark MK and a spot light SP provided in conjunction with FIG. 8B. FIG. 8B shows the spot light SP extending in the y direction and the mark MK relatively scanned in the x direction. 3 shows the intensity distribution of the diffracted light when the above-mentioned operation is performed. The diffraction grating mark MK is formed by forming a minute rectangular pattern (convex or concave) with a duty ratio of 1: 1 at a constant pitch in the y direction.
The width of the mark MK in the x direction is set substantially equal to the width of the spot light SP. When the spot light SP overlaps the mark MK, depending on the wavelength and the lattice constant of the laser spot light,
Higher-order diffracted light is generated at a predetermined diffraction angle in a plane perpendicular to the plane of FIG. 8A and spread in the y direction. Since this diffracted light is generated when there is a periodic structure pattern having a step edge having a constant pitch in the longitudinal direction of the spot light in the irradiated portion of the spot light SP, the S / N ratio is extremely good. Therefore, the photoelectric signal waveform obtained from this diffracted light is
The spot light SP has a waveform similar to the intensity distribution in the width direction (for example, Gaussian distribution), and is binarized at an appropriate slice level SV4 as shown in FIG. The center position can be specified. However, on the other hand, since a minute rectangular pattern is adopted as the grid element, deformation due to the wafer process tends to occur.

【0036】一方、図9(A)に示すようなマルチマー
クMXnを、スリット状のスポット光のSPで走査する
場合は、回折格子の場合と異なり、y方向に伸びた線条
パターンの左右のエッジで発生する散乱光を光電検出す
ることになる。この場合、スポット光SPのx方向の幅
は、線条パターンの幅よりも狭く、例えば1/2以下で
ある。このマルチマークMXn(MYnも同様)は、ス
ポット光SPの長手方向と平行に連続して伸びたエッジ
を検出するように使うため、エッジの伸びた方向(y方
向)では散乱光発生の平滑化(平均化)が行なわれる。
各エッジからの散乱光の分布は図9(C)に示すよう
に、一本の線条パターンの左右でピークPK1 ,PK1
’・・・PK5 ,PK5 ’となり、これらピーク波形
PKn,PKn’のx方向の位置を演算上で平均化すれ
ば、マークMXnの中心位置が求まる。ところが、この
ようなエッジ散乱光を検出する方式では、スポット光S
Pがレーザ光(単波長)であることから、図9(B)に
示すように線条パターンのエッジ付近のレジスト層PR
の厚みムラによって、散乱光の発生方向不均一なものに
すること、単波長であることからレジスト層PRによる
干渉(薄膜干渉)によって散乱光の受光光量自体がみか
け上大きく変動を受ける等の現象が認められている。こ
のため図9(C)にも示すように、各エッジでのピーク
波形は、かならずしも全てきれいに揃ったものではなく
なり、むしろ複雑な波形になることが多い。このような
波形の処理は必ずしも簡単ではないが、さほど難しいも
のではない。このような波形に対する問題は、上述のよ
うにエッジ散乱光の発生位置がレジスト層PRの厚みム
ラの影響を受けて、みかけ上計測方向にシフトしやすい
ことである。このことは、マークMXnの中心位置の決
定に大きな誤差をもたらす。これは、ほとんどの場合、
スポット光SPを単波長にしたことによる干渉が原因で
ある。これに対して図5でも示したように照明光をブロ
ードバンドの波長分布にすれば、レジスト層での干渉は
発生せず、段差エッジでの散乱光、正反射光の発生は極
めてすなおである。
On the other hand, when the multi-mark MXn as shown in FIG. 9A is scanned by the SP of the slit-like spot light, unlike the case of the diffraction grating, the left and right of the linear pattern extending in the y-direction are different. The scattered light generated at the edge is photoelectrically detected. In this case, the width of the spot light SP in the x direction is smaller than the width of the linear pattern, for example, 1 / or less. Since the multimark MXn (same for MYn) is used to detect an edge that extends continuously in parallel with the longitudinal direction of the spot light SP, the generation of scattered light is smoothed in the direction in which the edge extends (y direction). (Averaging) is performed.
As shown in FIG. 9C, the distribution of the scattered light from each edge has peaks PK1 and PK1 on the left and right sides of one linear pattern.
PK5, PK5 '. If the positions of these peak waveforms PKn, PKn' in the x direction are arithmetically averaged, the center position of the mark MXn can be obtained. However, in such a method of detecting the edge scattered light, the spot light S
Since P is a laser beam (single wavelength), the resist layer PR near the edge of the linear pattern as shown in FIG.
Phenomena such as unevenness in the direction in which scattered light is generated due to thickness unevenness, and the fact that the received light amount of scattered light itself fluctuates significantly due to interference (thin film interference) by the resist layer PR due to a single wavelength. Has been recognized. For this reason, as shown in FIG. 9C, the peak waveforms at each edge are not always completely uniform, but rather often become complex waveforms. Processing such a waveform is not always easy, but not very difficult. The problem with such a waveform is that the position where the edge scattered light is generated is affected by the thickness unevenness of the resist layer PR and apparently easily shifts in the measurement direction as described above. This causes a large error in determining the center position of the mark MXn. This is almost always
This is caused by the interference caused by the spot light SP having a single wavelength. On the other hand, if the illumination light is made to have a broadband wavelength distribution as shown in FIG. 5, no interference occurs in the resist layer, and scattered light and specularly reflected light at the step edge are extremely reduced.

【0037】尚、スポット光SPでマークMXn(又は
MYn)を相対走査したときの光電信号波形は、全てが
図9(C)のように歪むとはかぎらず、プロセスの異な
るウェハでは比較的きれいな場合もあり、また同一プロ
セスのウェハでもレジスト層の厚み管理でウェハ毎に異
なることもあり、さらに同じウェハ内でも中央部と周辺
部とで波形が異なってくることもある。
Incidentally, the photoelectric signal waveform when the mark MXn (or MYn) is relatively scanned with the spot light SP is not necessarily all distorted as shown in FIG. In some cases, even for wafers of the same process, the thickness of the resist layer may be different for each wafer due to the management of the resist layer, and even in the same wafer, the waveform may be different between the central portion and the peripheral portion.

【0038】また、図8、図9に示した信号波形は、L
SA演算ユニット9内の波形メモリに、干渉計12から
の位置計測パルス(例えば0.02μm毎)に応答して
デジタルサンプリングの手法により記憶される。次に本
実施例の代表的なアライメントシーケンスを説明する。
ここでは高いスループットと、高いアライメント精度の
両立を計るエンハンスメント・グローバルアライメント
(EGA)方式について説明するが、詳細については特
開昭61−44429号公報に開示されているので、そ
の原理についてはここでは簡単に説明する。
The signal waveforms shown in FIG. 8 and FIG.
It is stored in a waveform memory in the SA operation unit 9 by a digital sampling technique in response to a position measurement pulse (for example, every 0.02 μm) from the interferometer 12. Next, a typical alignment sequence of this embodiment will be described.
Here, an enhancement global alignment (EGA) system for achieving both high throughput and high alignment accuracy will be described. Details are disclosed in JP-A-61-44429. A brief description will be given.

【0039】EGA方式では、ウェハW上の複数(3〜
9)個のショット領域SnのマークMYn,MXnの位
置を計測し、その計測値に基づいて、ウェハWのステー
ジSTの走り座標系、すなわち干渉計12によって規定
されるxy座標系内での微小回転誤差θ、ウェハ上のシ
ョット配列(又はステージSTの走り)の直行度w、ウ
ェハの線形な微小伸縮によるスケーリング誤差Rx,R
y、そして、ウェハのx,y方向の微小位置ずれ、すな
わちオフセット誤差Ox,Oyの夫々に関するパラメー
タを最小二乗近似により求める。そしてそれら各パラメ
ータを介在として設計上のショット配列座標を実際に露
光すべきショット配列座標(ウェハステージSTのステ
ッピング位置座標)に変換して、ウェハ上の各ショット
領域SnへレチクルRのパターン領域PAの像を重ね合
わせ露光していく。
In the EGA system, a plurality of wafers (3 to
9) The positions of the marks MYn and MXn of the shot areas Sn are measured, and based on the measured values, the minute coordinates in the running coordinate system of the stage ST of the wafer W, that is, in the xy coordinate system defined by the interferometer 12. The rotation error θ, the degree of orthogonality w of the shot array (or the movement of the stage ST) on the wafer, and the scaling errors Rx and R due to linear minute expansion and contraction of the wafer.
The parameters relating to y and the minute positional deviation of the wafer in the x and y directions, ie, the offset errors Ox and Oy, respectively, are obtained by least square approximation. Then, the shot array coordinates in design are converted into shot array coordinates to be actually exposed (stepping position coordinates of the wafer stage ST) through these parameters, and the pattern area PA of the reticle R is transferred to each shot area Sn on the wafer. Are superposed and exposed.

【0040】ここで設計上のショット配列座標値を(D
xn,Dyn)とし、実際のステッピングにより位置決
めするウェハの座標値を(Fxn,Fyn)とすると次
の(1)式の関係がある。
Here, the shot array coordinate value in the design is represented by (D
xn, Dyn) and the coordinate value of the wafer to be positioned by actual stepping is (Fxn, Fyn), the following equation (1) is established.

【0041】[0041]

【数1】 (Equation 1)

【0042】ここでA,Oは変換行列とよばれるもので
次の(2)、(3)式に近似して表わされる。
Here, A and O are called transformation matrices and are approximated by the following equations (2) and (3).

【0043】[0043]

【数2】 (Equation 2)

【0044】そして、ウェハ上の複数のショット領域の
各マークMxn,Mynの位置計測(サンプルアライメ
ント)によって得られた、そのショット領域の位置座標
値を(RFxn,RFyn)とすると、実際の露光すべ
き座標値(Fxn,Fyn)と実測値(RFxn,RF
yn)との位置ずれ量、すなわちアドレス誤差(Ex
n,Eyn)=(RFxn−Fxn,RFyn−Fy
n)が最小となるように、変換行列A,Oの各パラメー
タの値を演算により決定する。こうして変換行列A,O
の値が決まると、あとは先の式(1)に基づいて、ウェ
ハステージSTのステッピング位置(Fxn,Fyn)
を求めて、そこにステージSTを位置決めして露光して
いけばよい。
Assuming that the position coordinate value (RFxn, RFyn) of the shot area obtained by position measurement (sample alignment) of each mark Mxn, Myn of a plurality of shot areas on the wafer is the actual exposure. Power coordinates (Fxn, Fyn) and measured values (RFxn, RF
yn), that is, an address error (Ex)
n, Eyn) = (RFxn-Fxn, RFyn-Fy)
The values of the parameters of the transformation matrices A and O are determined by calculation so that n) is minimized. Thus, the transformation matrices A, O
Is determined, the stepping position (Fxn, Fyn) of the wafer stage ST is determined based on the above equation (1).
, And the stage ST may be positioned there and exposed.

【0045】尚、サフィックスのnはウェハ上のショッ
トの番号とする。ここで図1に示した主制御系50に対
応付けてみると、設計上のショット配列座標値(Dx
n,Dyn)はEXPショットマップデータ部503に
記憶され、実測値(RFxn,RFyn)を得るための
ショット領域の座標値(設計値)はALGショットマッ
プデータ部504に記憶され、そして式(1)、
(2)、(3)、及び変換行列A,Oを決定する最小二
乗近似の演算式はEGA演算ユニット502に記憶され
る。
The suffix n is the number of the shot on the wafer. Here, associating with the main control system 50 shown in FIG. 1, the shot array coordinate value (Dx
n, Dyn) are stored in the EXP shot map data section 503, the coordinate values (design values) of the shot area for obtaining the actual measurement values (RFxn, RFyn) are stored in the ALG shot map data section 504, and the equation (1) ),
(2), (3) and the least squares approximation for determining the transformation matrices A and O are stored in the EGA calculation unit 502.

【0046】上記EGA方式では、従来はTTL方式の
アライメント系のスポット光(単波長)のみを使ってサ
ンプルアライメントを行なっていたが、図9で説明した
ように、マーク位置計測に誤差を生じることがあるた
め、本実施例ではブロードバンドの照明光を使ったOf
f−Axis方式のアライメント系でもサンプルアライ
メントを実行する。そしてEGA方式の演算上のパラメ
ータθ,w,Rx,Ry,Ox,Oyのうちで単波長の
スポット光SPの計測では精度が悪いと考えられるパラ
メータ、特にスケーリングに関するパラメータRx,R
yをOff−Axis方式のアライメント系を使って求
めた同様のパラメータと入れ替えるようにした。
In the above-mentioned EGA system, conventionally, sample alignment was performed using only the spot light (single wavelength) of the alignment system of the TTL system. However, as described with reference to FIG. Therefore, in this embodiment, Of using the broadband illumination light
Sample alignment is also performed in an f-Axis type alignment system. Among the parameters θ, w, Rx, Ry, Ox, and Oy in the calculation of the EGA method, parameters that are considered to be inaccurate in the measurement of the single-wavelength spot light SP, in particular, parameters Rx and R related to scaling
y was replaced with a similar parameter obtained using an Off-Axis type alignment system.

【0047】図10は、ウェハW上のサンプルアライメ
ント用のショット領域S1 ,S2 ,S3 ,S4 ,S5 ,
S6 ,S7 ,S8 の各配置を示し、各ショット領域S1
〜S8 の夫々には、図3で示したようなマークMXn,
MYnが形成されている。図10では代表してショット
領域S1 のマークMX1 ,MY1 のみを示すが、他のシ
ョット領域S2 〜S8 について同じである。ここでは8
個のサンプルアライメントショットを示すが、EGA方
式で重要なのは、それら複数のサンプルショットの配置
が同一直線上にないようにすることである。これは例え
ばサンプルショット数が3個、4個程度と少ないときに
は注意が必要である。また、図10からも明らかなよう
に、各サンプルショットの配列座標値がx,y方向でな
るべく重複しないように振り分けておくとよい。例えば
ショット領域S1 のx座標値と一致するものはショット
領域S8 のみであり、y座標値と一致するものは1つも
ない。
FIG. 10 shows sample alignment shot areas S1, S2, S3, S4, S5, and S5 on the wafer W.
The arrangement of S6, S7 and S8 is shown, and each shot area S1 is shown.
To S8 are marks MXn, MXn, as shown in FIG.
MYn is formed. FIG. 10 representatively shows only the marks MX1 and MY1 of the shot area S1, but the same applies to the other shot areas S2 to S8. Here 8
Although the sample alignment shots are shown, it is important in the EGA method that the arrangement of the plurality of sample shots is not on the same straight line. This is necessary when the number of sample shots is as small as three or four, for example. Further, as is clear from FIG. 10, it is preferable to allocate the sample shots so that the array coordinate values of the sample shots do not overlap in the x and y directions as much as possible. For example, only the shot area S8 matches the x coordinate value of the shot area S1, and no one matches the y coordinate value.

【0048】このようなサンプルショット領域S1 〜S
8 の座標値は、ALGショットマップデータ部504に
記憶されている。そこでシーケンスコントローラ506
は、ウェハWが粗く(例えば±2μm程度)ウェハステ
ージST上にアライメントされて載置された後、ALG
ショットマップデータ部504からサンプルアライメン
トのショット領域S1 〜S8 の各座標値を入力し、それ
ら座標値に基づいて、予めわかっているマークMXn,
MYnのスポット光SPに対する相対走査位置へウェハ
ステージSTを順次移動させる。通常のアライメントモ
ードでは、ショット領域S1 のマークMX1 を、y方向
に伸びたスポット光SPでx方向に相対走査し、マーク
MY1 をx方向に伸びたスポット光SPでy方向に相対
走査する。そしてこの動作をショット領域S2 からS8
まで時計回りに順次実行していく。このときに得られた
8組の実測値(RFx1 ,RFy1 )〜(RFx8 ,R
Fy8 )は、情報AP1 としてALGデータ記憶部50
1に一時的に記憶される。
The sample shot areas S1 to S
The coordinate value 8 is stored in the ALG shot map data section 504. Therefore, the sequence controller 506
After the wafer W is roughly (eg, about ± 2 μm) aligned and mounted on the wafer stage ST, the ALG
The respective coordinate values of the shot areas S1 to S8 of the sample alignment are input from the shot map data section 504, and the marks MXn, MXn,
The wafer stage ST is sequentially moved to a relative scanning position with respect to the MYn spot light SP. In the normal alignment mode, the mark MX1 in the shot area S1 is relatively scanned in the x direction by the spot light SP extending in the y direction, and the mark MY1 is relatively scanned in the y direction by the spot light SP extended in the x direction. This operation is performed in the shot areas S2 to S8.
Until clockwise. The eight measured values (RFx1, RFy1) to (RFx8, R
Fy8) is an ALG data storage unit 50 as information AP1.
1 is temporarily stored.

【0049】次に、シーケンスコントローラ506は、
Off−Axis方式のアライメント系の指標板30の
対物レンズ27等による投影位置に、上述の8つのショ
ット領域S1 〜S8 の各マークMXn,MYnが位置す
るようにステージコントローラ14を制御する。このと
き本実施例では、先にも述べたようにEGA方式で算出
すべきパラメータのうちスケーリング誤差Rx,Ryに
支配的に影響するマークだけを選んで再度サンプルアラ
イメントを実行する。
Next, the sequence controller 506
The stage controller 14 is controlled so that the marks MXn and MYn of the above-described eight shot areas S1 to S8 are located at the projection positions of the index plate 30 of the Off-Axis type alignment system by the objective lens 27 and the like. At this time, in the present embodiment, as described above, only the marks which dominantly affect the scaling errors Rx and Ry are selected from the parameters to be calculated by the EGA method, and the sample alignment is executed again.

【0050】スケーリング誤差Rx,Ryは、ウェハW
のx方向とy方向の線形伸縮(ppmオーダ)であるた
め、ここでは例えばマークMY2 ,MY3 ,MX4 ,M
X5,MY6 ,MY7 ,MX8 ,MX1 の8ヶ所のマー
クのみを選ぶ。すなわち図10において、ウェハWを上
方領域、下方領域、右方領域及び左方領域の4つのブロ
ックに分けて考えたとき、スケーリング量Rxはx方向
の伸縮であるから、左方と右方のブロックに含まれるシ
ョット領域S1 ,S8 ,S4 ,S5 のx方向のマークM
Xnのみをサンプルアライメントし、スケーリング量R
yに関してはy方向の伸縮であるから、上方と下方のブ
ロックに含まれるショット領域S2 ,S3 ,S6 ,S7
のy方向のマークMYnのみをサンプルアライメントす
る。
The scaling errors Rx and Ry are
Here, for example, the marks MY2, MY3, MX4, M
Only the eight marks X5, MY6, MY7, MX8 and MX1 are selected. That is, in FIG. 10, when the wafer W is divided into four blocks of an upper region, a lower region, a right region, and a left region, the scaling amount Rx is expansion and contraction in the x direction. The mark M in the x direction of the shot areas S1, S8, S4, S5 included in the block
Xn only is sample-aligned and the scaling amount R
Since y is an expansion and contraction in the y direction, the shot areas S2, S3, S6 and S7 included in the upper and lower blocks are used.
The sample alignment is performed only on the mark MYn in the y direction.

【0051】このように、Off−Axis方式のアラ
イメント系でサンプルアライメントすべき各マーク位置
の情報は、ALGショットマップデータ部504に予め
記憶されている。そこで、シーケンスコントローラ50
6は、補正データ部505に記憶されたTTL方式のア
ライメント系のスポット光SPと、Off−Axis方
式のアライメント系の検出中心(指標板30の中心)と
のウェハ面内での相対距離(ベースライン量)の値と、
先に求めたTTL方式のアライメント系によるサンプル
アライメント位置の情報とに基づいて、上記8つのマー
クを順次指標板30の窓内に位置決めし、図5(A)、
(B)に示すように位置ずれ量を求めて各マークの位置
を再計測する。このようにして計測された8個のマーク
位置の実測値RFy2 ,RFy2 ,RFy3 ,RFy4
,RFy5 ,RFy6 ,RFy7,RFy8 ,RFx1
は、情報AP2 としてFIA演算ユニット35からAL
Gデータ記憶部501に記憶される。
As described above, information on each mark position to be sample-aligned by the Off-Axis type alignment system is stored in the ALG shot map data section 504 in advance. Therefore, the sequence controller 50
Reference numeral 6 denotes a relative distance (base) in the wafer plane between the spot light SP of the TTL alignment system stored in the correction data unit 505 and the detection center (center of the index plate 30) of the Off-Axis alignment system. Line amount) and
Based on the information on the sample alignment position obtained by the TTL type alignment system obtained earlier, the eight marks are sequentially positioned in the window of the index plate 30 as shown in FIG.
As shown in FIG. 3B, the position of each mark is measured again by calculating the amount of positional deviation. The measured values RFy2, RFy2, RFy3, RFy4 of the eight mark positions thus measured
, RFy5, RFy6, RFy7, RFy8, RFx1
From the FIA operation unit 35 as the information AP2
The data is stored in the G data storage unit 501.

【0052】次にEGA演算ユニット502は、上述の
式(2)、(3)に基づいて各パラメータを決定する。
ここで本実施例では2通りの演算方式が可能である。1
つは、TTL方式によるサンプルアライメント結果のみ
に基づいてパラメータRx,Ry,w,θ,Ox,Oy
を求めた後、Off−Axis方式によるサンプルアラ
イメント結果を使ってスケーリング量Rx’,Ry’だ
けを単独に求め、先に求めたスケーリング量Rx,Ry
と入れ替える方式である。もう1つは、サンプルアライ
メント結果の実測値の段階で入れ替えを行なっておき、
パラメータRx,Ry,w,θ,Ox,Oyをそのまま
求める方式である。すなわち後者の場合、8組の実測値
は(RFx1 ’,RFy1 )、(RFx2 ,RFy2
’)、(RFx3 ’,RFy3 )、(RFx4 、RF
y4 ’)、(RFx5 ’,RFy5 )、(RFx6 ,R
Fy6 ’)、(RFx7 ,RFy7 ’)、(RFx8
’,RFy8 ’)となり、この値によってEGA方式
の演算を行なう。実際に各パラメータを求める演算は、
例えば特開昭62−84516号公報に詳しく開示され
ているが、以下の式(4)、(5)で求まる。ここで、
変換行列Aを以下のように表す。
Next, the EGA calculation unit 502 determines each parameter based on the above equations (2) and (3).
Here, in this embodiment, two types of calculation methods are possible. 1
First, the parameters Rx, Ry, w, θ, Ox, Oy are based only on the result of sample alignment by the TTL method.
Is obtained, only the scaling amounts Rx ′ and Ry ′ are independently obtained by using the sample alignment result by the Off-Axis method, and the scaling amounts Rx and Ry previously obtained are obtained.
It is a method to replace it. The other is to replace them at the stage of actual measurement of the sample alignment result,
In this method, the parameters Rx, Ry, w, θ, Ox, and Oy are directly obtained. That is, in the latter case, the eight measured values are (RFx1 ', RFy1), (RFx2, RFy2).
'), (RFx3', RFy3), (RFx4, RF
y4 '), (RFx5', RFy5), (RFx6, R
Fy6 '), (RFx7, RFy7'), (RFx8
', RFy8'), and the calculation of the EGA method is performed based on this value. The actual calculation for each parameter is
For example, it is disclosed in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-84516, and is obtained by the following equations (4) and (5). here,
The transformation matrix A is represented as follows.

【0053】[0053]

【数3】 (Equation 3)

【0054】また、A=Rx、B=−Ry(w+θ)、
C=Ry・θ、D=Ry、E=Ox、F=Oyとする。
A = Rx, B = −Ry (w + θ),
It is assumed that C = Ry · θ, D = Ry, E = Ox, and F = Oy.

【0055】[0055]

【数4】 (Equation 4)

【0056】この式(4)、(5)を解いてA、B、
C、D、E、Fを求める。そして、さらに、Rx=A,
Ry=D,θ=C/D,w=−B/A−C/D,Ox=
E,Oy=Fを求めれば、各パラメータが求まる。上記
式(4)、(5)でΣRFxnの実測値を含む加算演算
項は、本実施例では8個であり、実測値を入れ替えた場
合は、その値をそのまま使う。
By solving equations (4) and (5), A, B,
Find C, D, E, F. Then, further, Rx = A,
Ry = D, θ = C / D, w = −B / AC / D, Ox =
If E and Oy = F are obtained, each parameter is obtained. In the expressions (4) and (5), the number of addition operation terms including the actually measured value of ΣRFxn is eight in this embodiment, and when the measured value is replaced, the value is used as it is.

【0057】また、第1の演算方式のように、パラメー
タRx’,Ry’を、Off−Axis方式で検出した
8個の実測値で単独に求める場合は、上述の式(4)、
(5)を用いてパラメータA(Rx),D(Ry)を算
出すればよい。この場合、x方向のマークの実測値は、
RFx1 ’,RFx3 ’,RFx5 ’,RFx8 ’の4
つであり、これらを式(4)の右辺のRFxnに代入
し、y方向のマークの実測値はRFy2 ’,RFy4
’,RFy6 ’,RFy7 ’の4つであり、これらを
式(5)の右辺RFynに代入すればよい。そしてこう
して求めたパラメータA,Dを先にTTL方式の計測で
求めたパラメータと入れ替えればよい。
When the parameters Rx 'and Ry' are independently obtained from the eight actually measured values detected by the Off-Axis method as in the first calculation method, the above equation (4) is used.
The parameters A (Rx) and D (Ry) may be calculated using (5). In this case, the measured value of the mark in the x direction is
RFx1 ', RFx3', RFx5 ', RFx8'
These are substituted for RFxn on the right side of the equation (4), and the measured values of the mark in the y direction are RFy2 ', RFy4
, RFy6 ′, and RFy7 ′, and these may be substituted into the right side RFyn of Expression (5). Then, the parameters A and D thus obtained may be replaced with the parameters previously obtained by the TTL measurement.

【0058】以上のようにして、変換行列A,Oが算出
されると、この値はEGA演算ユニット502内に記憶
され、さらにEGA演算ユニット502は式(1)に基
づいて、露光すべきショット配列位置(Fxn,Fy
n)を算出し、その値を順次シーケンスコントローラ5
06に出力する。これによって、シーケンスコントロー
ラ506はステージコントローラ14にウェハステージ
STのステッピング制御の指令を出力する。このためウ
ェハステージSTは、ウェハW上の各ショット領域Sn
が順次レチクルRのパターン領域PAの投影像と合致す
るようにステッピングされ、重ね合わせ露光が行なわれ
る。
When the conversion matrices A and O are calculated as described above, the values are stored in the EGA operation unit 502, and the EGA operation unit 502 further calculates the shot to be exposed based on the equation (1). Array position (Fxn, Fy
n), and sequentially calculates the calculated values.
06 is output. As a result, the sequence controller 506 outputs a command for stepping control of the wafer stage ST to the stage controller 14. For this reason, the wafer stage ST is provided for each shot area Sn on the wafer W.
Are sequentially stepped so as to coincide with the projected image of the pattern area PA of the reticle R, and the overlay exposure is performed.

【0059】以上、本実施例では1枚のウェハに対して
TTL方式Off−Axis方式の両方を使うものとし
たが、一般に同一プロセスを受けた多数枚のウェハ間で
は、スケーリング量はほぼ同じ値を示すことが多い。そ
こで、1ロット(通常25枚)分のウェハを連続して処
理する場合、はじめの数枚(3〜5枚程度)に対して
は、TTL方式とOff−Axis方式の両方を使っ
て、本実施例のようにスケーリング量の計測誤差を最小
とするEGA方式のシーケンスを採用し、それ以降のウ
ェハ処理に対しては、それまでに求めたスケーリング量
Rx,Ryの平均値を固定値とし、他のパラメータ(O
x,Oy,θなど)だけをTTL方式、又はOff−A
xis方式のいずれか一方のみを用いたサンプルアライ
メントで求めるようにしてもよい。
As described above, in this embodiment, both the TTL type and the off-axis type are used for one wafer, but the scaling amount is generally the same between a large number of wafers subjected to the same process. Often indicates. Therefore, when processing wafers for one lot (usually 25 wafers) continuously, the first few wafers (about 3 to 5 wafers) are processed using both the TTL method and the Off-Axis method. As in the embodiment, a sequence of the EGA method for minimizing the measurement error of the scaling amount is adopted, and for the subsequent wafer processing, the average value of the scaling amounts Rx and Ry obtained so far is fixed. Other parameters (O
x, Oy, θ, etc.) only in the TTL method or Off-A
The determination may be made by sample alignment using only one of the xis methods.

【0060】さらに、あるウェハに対してTTL方式と
Off−Axis方式との両方を使うことが予め決めら
れている場合は、図10に示したサンプルアライメント
ショットS1 〜S8 のうち、マークMX2 ,MX3 ,M
Y4 ,MY5 ,MX6 ,MX7 ,MY8 ,MY1 はTT
L方式のアライメント系でサンプルアライメントしてE
GAのパラメータOx,Oy,θ,wのみの決定に用
い、他のマークはOff−Axis方式のアライメント
系でサンプルアライメントして、パラメータRx,Ry
の決定に用いるように、計測すべきマークを予め分担さ
せておいてもよい。この場合は、EGA方式のサンプル
アライメントのトータルの計測時間はかなり短くなり、
スループットの低下が押えられる。
Further, when it is predetermined to use both the TTL method and the Off-Axis method for a certain wafer, the marks MX2 and MX3 of the sample alignment shots S1 to S8 shown in FIG. , M
Y4, MY5, MX6, MX7, MY8, MY1 are TT
Sample alignment using L-type alignment system and E
It is used to determine only the parameters Ox, Oy, θ, and w of the GA, and the other marks are sample-aligned by an Off-Axis type alignment system, and the parameters Rx, Ry
The mark to be measured may be assigned in advance so as to be used for the determination. In this case, the total measurement time of the EGA type sample alignment becomes considerably short,
A decrease in throughput is suppressed.

【0061】次に本発明の第2の実施例を図11を参照
して説明する。本実施例では、EGAのサンプルアライ
メントのショットの決め方とアライメント系の使い方が
第1の実施例と異なる。一般に、図1に示したTTL方
式のアライメント系とOff−Axis方式のアライメ
ント系とをくらべると、レチクルRのパターン中心の投
影点に対するスポット光SPの距離(TTL系ベースラ
イン)の微小変動の方が、レチクルRのパターン中心の
投影点に対する指標板30の中心(Off−Axis系
の光軸)の距離(Off−Axis系ベースライン)の
微変動よりも安定している場合が多い。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the first embodiment in how to determine the EGA sample alignment shot and how to use the alignment system. In general, when comparing the TTL alignment system and the Off-Axis alignment system shown in FIG. 1, the minute fluctuation of the distance (TTL base line) of the spot light SP with respect to the projection point at the center of the reticle R pattern. Is often more stable than a slight change in the distance (Off-Axis base line) between the center (off-axis system optical axis) of the index plate 30 and the projection point of the pattern center of the reticle R.

【0062】そこで図11に示すように、ウェハW上の
中心部に4ショット、上下部、左右部の夫々に2ショッ
トの計12ショットのサンプルアライメントショットS
1 〜S12を設定する。そして、中心部の4つのショット
領域S1 ,S2 ,S3 ,S4の夫々に形成されたマーク
MX1 ,MY1 ,MX2 ,MY2 ,MX3 ,MY3 ,M
X4 ,MY4 はTTL方式のアライメント系の単波長の
スポット光で位置計測を行ない、その結果からEGA方
式のパラメータのうちオフセット誤差Ox,Oyのみを
算出する。次に残りの8つのショット領域S5 〜S12ま
での各マークMX5 ,MY5 〜MX12,MY12はOff
−Axis方式の白色光照明のアライメント系で位置計
測を行ない、その結果からEGA方式の残りのパラメー
タRx,Ry,w,θを算出する。
Therefore, as shown in FIG. 11, a total of 12 sample alignment shots S, 4 shots at the center on the wafer W and 2 shots at each of the upper, lower, left and right portions, are provided.
Set 1 to S12. The marks MX1, MY1, MX2, MY2, MX3, MY3, MY3 formed in the four central shot areas S1, S2, S3, S4 respectively.
X4 and MY4 perform position measurement with a single wavelength spot light of an alignment system of the TTL system, and calculate only offset errors Ox and Oy among the parameters of the EGA system from the result. Next, the remaining marks MX5, MY5 to MX12 and MY12 of the remaining eight shot areas S5 to S12 are turned off.
Position measurement is performed by an alignment system for white light illumination in the Axis system, and the remaining parameters Rx, Ry, w, and θ in the EGA system are calculated from the results.

【0063】このようにすれば、オフセット誤差を比較
的良好に保存し得るウェハ中心部の複数マークを、レチ
クルRに対するベースライン変動の安定しているTTL
方式のアライメント系でサンプルアライメントするた
め、決定されたパラメータOx,Oyはかなり高精度な
ものになる。さらにウェハWの周辺に位置するショット
領域S5 〜S12の各マークの計測情報からは、レジスト
層の干渉によって計測誤差の生じやすいパラメータR
x,Ry,θ,wを、白色光(ブロードバンド)照明の
アライメント系を用いて求めているため、干渉の影響が
なく、これらパラメータRx,Ry,w,θも高精度な
ものになる。
In this manner, a plurality of marks at the center of the wafer, which can maintain the offset error relatively well, are replaced with a TTL having a stable baseline variation with respect to the reticle R.
Since the sample alignment is performed by the alignment system of the system, the determined parameters Ox and Oy have extremely high accuracy. Further, from the measurement information of the marks in the shot areas S5 to S12 located around the wafer W, the parameter R which is likely to cause a measurement error due to the interference of the resist layer is obtained.
Since x, Ry, θ, and w are obtained using an alignment system for white light (broadband) illumination, there is no influence of interference, and these parameters Rx, Ry, w, and θ are also highly accurate.

【0064】次に、図12を参照して本発明の第3実施
例を説明する。本実施例は、レチクルRの上から投影レ
ンズを介してウェハ面を検出するTTR(スルーザレチ
クル)方式で、レチクルRのマークRMとウェハマーク
とをスリット状のスポット光で同時に走査する形式のも
のである。図12に示すように、レチクルRのパターン
領域PAの最外周部(ウェハ上のスクライブラインに相
当)には、透明な窓状のマークRMが形成されている。
このTTR方式のアライメント光学系は、全反射ミラー
60、対物レンズ61,2焦点素子62、リレーレンズ
63,65、ミラー64、振動ミラー66、ミラー駆動
系67、ビームスプリッタ68、リレー系69,70、
偏光ビームスプリッタ71、そして受光素子72,73
で構成される。レーザ光源1と、ビーム整形光学系2と
を通ったレーザビームLBは、露光波長よりも長い波長
(例えばArイオンレーザ光)で2つの偏光成分を含ん
でいる。このビームLBは、ビームスプリッタ68で反
射され、振動ミラー66で往復偏向され、リレーレンズ
65,66を通って2焦点素子62に入射する。この2
焦点素子62は水晶等の結晶物質と通常の光学ガラス
(石英も可)とを貼り合わせ、常光線と異常光線の夫々
に対して異なる屈折力を与えるものである。従って2焦
点素子62を通過したビームLBは偏光成分(P偏光と
S偏光)のちがいによって互いに異なった発散角(又は
収れん角)でテレセントリックな対物レンズ61に入射
する。対物レンズ61を水平に射出したビームはミラー
60で投影レンズの光軸AXと平行に折り曲げられ、レ
チクルRに垂直に入射する。このときビームは偏光成分
のちがいによって、一方の偏光成分、例えばP偏光のビ
ームLBpはレチクルRのマークRMの面内にスリット
状スポット光SPrとなって結像し、他方の偏光成分、
例えばS偏光のビームLBsはレチクルRの上方空間の
面Iw内にスリット状スポット光SPwとなって結像す
る。ここでレチクルRのマーク(パターン)面と面Iw
との光軸方向の間隔は、ビームLBの波長によって生じ
る投影レンズのレチクル側での色収差量に等しくなるよ
うに定められている。図12で、対物レンズ61から射
出するビームLBpは実線で示し、ビームLBsは破線
で示す。ここで、2焦点素子62の貼り合わせ面は、対
物レンズ61の前側焦点面、すなわち投影レンズPLの
瞳EPと共役な面EP’と一致するように定められてい
る。さらに振動ミラー66のビーム振れ原点と2焦点素
子62(瞳共役面EP’)とはリレーレンズ63,65
に関して互いに共役に配置される。ところでスポット光
SPrは振動ミラー66の作用で一次元にマークRMを
走査し、マークRM(窓のエッジ)からの散乱光、正反
射光等は、ミラー60、対物レンズ61,2焦点素子6
2、リレー系63,65、振動ミラー66、及びビーム
スプリッタ68を通過して、リレー系69,70に達す
る。スポット光SPrはP偏光であるため、マークRM
からの光情報も主にP偏光であり、偏光ビームスプリッ
タ71でほぼ100%が透過して受光素子72に至る。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment employs a TTR (through-the-reticle) system for detecting a wafer surface from above a reticle R via a projection lens, and simultaneously scans a mark RM of the reticle R and a wafer mark with a slit-shaped spot light. Things. As shown in FIG. 12, a transparent window-shaped mark RM is formed at the outermost periphery (corresponding to a scribe line on a wafer) of the pattern area PA of the reticle R.
The alignment optical system of the TTR system includes a total reflection mirror 60, an objective lens 61 and a focusing element 62, relay lenses 63 and 65, a mirror 64, a vibration mirror 66, a mirror driving system 67, a beam splitter 68, and relay systems 69 and 70. ,
Polarizing beam splitter 71 and light receiving elements 72 and 73
It consists of. The laser beam LB that has passed through the laser light source 1 and the beam shaping optical system 2 contains two polarized components at a wavelength longer than the exposure wavelength (for example, Ar ion laser light). This beam LB is reflected by the beam splitter 68, reciprocally deflected by the vibrating mirror 66, and enters the bifocal element 62 through the relay lenses 65 and 66. This 2
The focusing element 62 is a device in which a crystalline substance such as quartz is bonded to ordinary optical glass (or quartz), and gives different refracting powers to ordinary rays and extraordinary rays. Therefore, the beam LB that has passed through the bifocal element 62 enters the telecentric objective lens 61 at different divergence angles (or convergent angles) depending on the polarization components (P-polarized light and S-polarized light). The beam emitted horizontally from the objective lens 61 is bent by the mirror 60 in parallel with the optical axis AX of the projection lens, and enters the reticle R perpendicularly. At this time, due to the difference in the polarization components, one of the polarization components, for example, the beam LBp of the P-polarized light, forms an image as a slit-shaped spot light SPr in the plane of the mark RM of the reticle R, and the other polarization component,
For example, the S-polarized beam LBs forms a slit-shaped spot light SPw in a plane Iw in the space above the reticle R and forms an image. Here, mark (pattern) surface of reticle R and surface Iw
Is set to be equal to the amount of chromatic aberration on the reticle side of the projection lens caused by the wavelength of the beam LB. In FIG. 12, the beam LBp emitted from the objective lens 61 is indicated by a solid line, and the beam LBs is indicated by a broken line. Here, the bonding surface of the bifocal element 62 is determined so as to coincide with the front focal plane of the objective lens 61, that is, the plane EP ′ conjugate with the pupil EP of the projection lens PL. Further, the origin of the beam deflection of the vibration mirror 66 and the bifocal element 62 (pupil conjugate plane EP ′) are defined by the relay lenses 63 and 65.
Are conjugated to each other. The spot light SPr scans the mark RM one-dimensionally by the action of the vibrating mirror 66, and scattered light, specularly reflected light, etc. from the mark RM (edge of the window) are reflected by the mirror 60, the objective lens 61, and the focusing element 6.
2. After passing through the relay systems 63 and 65, the vibrating mirror 66, and the beam splitter 68, they reach the relay systems 69 and 70. Since the spot light SPr is P-polarized light, the mark RM
Is mainly P-polarized light, and almost 100% of the light is transmitted by the polarization beam splitter 71 and reaches the light receiving element 72.

【0065】一方、レチクルRのマークRMの透明窓を
通ったS偏光のビームLBsは投影レンズPLによって
ウェハ上にスポット光SPwの共役像(スポット光SP
w’とする)となって結像する。このときスポット光S
Pw’も振動ミラー66の作用でウェハマークを一次元
に走査する。ウェハマークからの散乱光、正反射光、回
折光はビームLBsの光路を元に戻り、マークPMの透
明窓を透過して、同様に偏光ビームスプリッタ71まで
戻る。ウェハマークからの光情報は主にS偏光であるた
め、ほぼ100%が偏光ビームスプリッタ71で反射し
て受光素子73に至る。
On the other hand, the S-polarized beam LBs that has passed through the transparent window of the mark RM of the reticle R is conjugated to the spot light SPw (spot light SP
w ′) to form an image. At this time, the spot light S
Pw ′ also scans the wafer mark one-dimensionally by the action of the vibrating mirror 66. The scattered light, specularly reflected light, and diffracted light from the wafer mark return to the optical path of the beam LBs, pass through the transparent window of the mark PM, and return to the polarization beam splitter 71 in the same manner. Since the optical information from the wafer mark is mainly S-polarized light, almost 100% is reflected by the polarizing beam splitter 71 and reaches the light receiving element 73.

【0066】振動ミラーの駆動系67は、スポット光S
Pr,SPw’の単位走査量毎にアップダウンパルス信
号を出力し、それをTTR演算ユニット75に出力す
る。TTR演算ユニット75はそのアップダウンパルス
信号に応答して、受光素子72,73の夫々からの光電
信号波形をデジタルサンプリングし、その2つの信号波
形に基づいて、レチクルRのマークRMとウェハマーク
(例えばMXn,MYn,MK)との相対的な位置ずれ
量を求める。そして位置ずれ量とウェハステージSTの
停止位置とに基づいて、ウェハマークの実測値を求め、
それを情報AP3として図1に示したALGデータ記憶
部501へ送る。
The driving system 67 of the oscillating mirror generates the spot light S
An up / down pulse signal is output for each unit scan amount of Pr, SPw ′, and is output to the TTR calculation unit 75. The TTR calculation unit 75 digitally samples the photoelectric signal waveforms from the light receiving elements 72 and 73 in response to the up / down pulse signal, and based on the two signal waveforms, the mark RM of the reticle R and the wafer mark ( For example, the relative displacement amount with respect to (MXn, MYn, MK) is obtained. Then, based on the displacement amount and the stop position of the wafer stage ST, an actual measurement value of the wafer mark is obtained,
This is sent to the ALG data storage unit 501 shown in FIG. 1 as information AP3.

【0067】また、ビームスプリッタ68に入射するビ
ームLBをS偏光成分のみに制限し、振動ミラー66を
バイパスさせてリレーレンズ65に入射させるようにす
ると、図1で示したTTL方式のアライメント系と全く
同様のマーク検出が可能となる。すなわち、この場合
は、静止したスポット光SPw(SPw’)のみが作ら
れるから、このスポット光SPw’に対してウェハを走
査し、受光素子73からの光電信号波形を干渉計12か
らの位置パルス信号PDSに応答してデジタルサンプリ
ングする。この場合、スポット光SPw’とウェハマー
クの中心とが一致するウェハステージSTの位置が、情
報AP3 としてALGデータ記憶部501へ送られる。
この方式では、第1の実施例と全く同じシーケンスにな
ることは明らかである。
When the beam LB incident on the beam splitter 68 is limited to only the S-polarized component and is incident on the relay lens 65 by bypassing the vibrating mirror 66, the TTL alignment system shown in FIG. Exactly the same mark detection becomes possible. That is, in this case, since only the stationary spot light SPw (SPw ′) is produced, the wafer is scanned with this spot light SPw ′, and the photoelectric signal waveform from the light receiving element 73 is converted into the position pulse from the interferometer 12. Digital sampling is performed in response to the signal PDS. In this case, the position of the wafer stage ST where the spot light SPw 'coincides with the center of the wafer mark is sent to the ALG data storage unit 501 as information AP3.
It is clear that this method has exactly the same sequence as the first embodiment.

【0068】尚、図12において、受光素子72,73
はともに瞳共役面EP’と共役に配置され、図2(C)
に示すような受光面の構成となっている。またリレー系
69,70の間には、像共役面F0 が形成され、ここに
はレチクルRのマークRMの像とウェハマークの像とが
同時に結像する。本実施例のようなTTR方式のアライ
メント系を設ける場合は、TTR演算ユニット75から
のマーク位置情報AP3 を、図1中に示したLSA演算
ユニット9からの情報AP1 の代りに使えばよい。
In FIG. 12, the light receiving elements 72, 73
Are both arranged conjugate with the pupil conjugate plane EP ′, and FIG.
The light receiving surface is configured as shown in FIG. An image conjugate plane F0 is formed between the relay systems 69 and 70, where an image of the mark RM of the reticle R and an image of the wafer mark are simultaneously formed. In the case where a TTR type alignment system as in this embodiment is provided, the mark position information AP3 from the TTR operation unit 75 may be used instead of the information AP1 from the LSA operation unit 9 shown in FIG.

【0069】以上、本実施例のTTR方式のアライメン
ト系を図1のTTL方式のアライメント系の代りに組み
込んだステッパーでは、露光すべきショット領域とレチ
クルRのパターン領域PAとをほぼ重ね合わせた状態で
アライメントするダイ・バイ・ダイ・ライメント法も使
えるとともに、白色光照明のOff−Axis方式のア
ライメント系と併用したEGA方式も使えるので、多様
なアライメントモードが自由に使えることになる。さら
に2焦点素子62を瞳共役に配置して用いるため、ビー
ムLBは露光波長よりも長い非感光波長を選ぶことがで
きるとともに、2つのスポット光SPr,SPw同志の
相対的な横ずれはほとんど無視することができる。さら
に、ビームLBはレジスト層に対して吸収の少ない波長
を選べるため、ウェハ上でスポット光SPw’がマーク
検出のために走査し始めた時点からのレジスト層の光学
的な特性(反射率、屈折率等)の変化がほとんど生じな
い。従ってレジスト層の光学特性の変化によるマーク位
置検出の誤差は極めて少ない。
As described above, in the stepper in which the TTR type alignment system of this embodiment is incorporated in place of the TTL type alignment system of FIG. In addition to the die-by-die alignment method that performs alignment by using an EGA method that is used in combination with an Off-Axis alignment system that uses white light illumination, various alignment modes can be used freely. Further, since the bifocal element 62 is arranged and used in a pupil conjugate, a non-photosensitive wavelength longer than the exposure wavelength can be selected for the beam LB, and the relative lateral displacement between the two spot lights SPr and SPw is almost ignored. be able to. Further, since the beam LB can select a wavelength having a small absorption with respect to the resist layer, the optical characteristics (reflectance, refraction, and refraction) of the resist layer from the time when the spot light SPw ′ starts scanning on the wafer for mark detection. Rate, etc.) hardly changes. Therefore, errors in mark position detection due to changes in the optical characteristics of the resist layer are extremely small.

【0070】そこで、ダイ・バイ・ダイ方式でマーク検
出するのに先立って、ウェハ上のいくつかのショット領
域に付随したマークをOff−Axis方式の白色光ア
ライメント系で検出し、次に同じマークをTTR方式の
スポット光SPw’で検出し、その両方の検出方法で得
られるマーク信号波形、あるいはマーク位置を比較し
て、単波長のスポット光SPw’で検出されるマーク位
置の微小なオフセット誤差を主制御系50の補正データ
部505に予め記憶する。そしてTTR方式のアライメ
ント系でダイ・バイ・ダイアライメントするとき、ウェ
ハマークの位置を補正データ部505の記憶値分だけ補
正して位置合わせすればよい。このことは、TTL方式
のアライメント系についても同様に適用できる。
Therefore, prior to the mark detection by the die-by-die method, marks attached to several shot areas on the wafer are detected by an off-axis white light alignment system, and then the same mark is detected. Is detected by the spot light SPw 'of the TTR system, and the mark signal waveforms or mark positions obtained by both of the detection methods are compared, and a minute offset error of the mark position detected by the single-wavelength spot light SPw' is compared. Is stored in the correction data section 505 of the main control system 50 in advance. Then, when performing die-by-die alignment by the alignment system of the TTR method, the position of the wafer mark may be corrected by the value stored in the correction data unit 505 to perform the alignment. This can be similarly applied to the TTL type alignment system.

【0071】図13は本発明の第4実施例によるOff
−Axis方式のアライメント系の変形例を示す。図1
に示したOff−Axis方式の系では、像検出のみを
例示したが、対物レンズ27等を共用して、レーザスポ
ットをウェハ上へ投射することもできる。そこで図1の
構成において、ミラー26をビームスプリッタ、又はダ
イクロイックミラー80に変更する。そしてその後にリ
レーレンズ81、ビームスプリッタ82、リレーレンズ
87、受光素子87から成る受光系と、レーザ光源8
6、シリンドリカルレンズを含むビーム整形光学系8
5、ミラー84、レンズ系83から成る送光系とを設け
る。ここで受光素子87の受光面は正反射光、回折光、
散乱光を互いに独立に受光するように分割され、リレー
系81,87によって対物レンズ27の絞り面(前側焦
点面)27aと共役になるように配置される。そしてレ
ーザ光源86からのレーザビームは、テレセントリック
な対物レンズ27、プリズム28を介して実線に示す光
路に沿ってウェハW上にスリット状のスポット光となっ
て結像する。
FIG. 13 is a diagram showing an Off state according to the fourth embodiment of the present invention.
13 shows a modification of the alignment system of the -Axis system. FIG.
In the Off-Axis system shown in (1), only image detection is illustrated, but a laser spot can be projected onto a wafer by using the objective lens 27 and the like. Therefore, in the configuration of FIG. 1, the mirror 26 is changed to a beam splitter or a dichroic mirror 80. After that, a light receiving system including a relay lens 81, a beam splitter 82, a relay lens 87, and a light receiving element 87, and a laser light source 8
6. Beam shaping optical system including cylindrical lens 8
5, a light transmission system including a mirror 84 and a lens system 83 are provided. Here, the light receiving surface of the light receiving element 87 is specularly reflected light, diffracted light,
The light is divided so as to receive the scattered light independently of each other, and is arranged by the relay systems 81 and 87 so as to be conjugate with the stop surface (front focal plane) 27a of the objective lens 27. The laser beam from the laser light source 86 passes through the telecentric objective lens 27 and the prism 28 and forms an image as a slit-like spot light on the wafer W along an optical path indicated by a solid line.

【0072】本実施例では、対物レンズ27の軸上に静
止したスポット光が形成されるため、ウェハステージS
Tをスキャンすることで、受光素子88からウェハマー
クMXn,MYnに対応した光電信号波形が得られる。
また、白色照明光はミラー80を介して対物レンズ27
へ入射するが、その使用波長帯域とレーザ光源86から
のビームの波長とが重なっている場合は、どちらか一方
のみが点灯するようにシャッター等を設けて切り替えれ
ばよい。
In this embodiment, since a stationary spot light is formed on the axis of the objective lens 27, the wafer stage S
By scanning T, a photoelectric signal waveform corresponding to the wafer marks MXn and MYn is obtained from the light receiving element 88.
Further, the white illumination light passes through the mirror 80 through the objective lens 27.
However, when the wavelength band used and the wavelength of the beam from the laser light source 86 overlap, a switch or the like may be provided so that only one of them is turned on.

【0073】本実施例は、ステッパーのなかでも投影レ
ンズの光学性能に多大な制限を受けているエキシマステ
ッパー等のOff−Axisアライメント系として適し
ている。また、スポット光によるマーク検出位置と、白
色光による指標板30とのマーク検出位置とがほぼ一致
しているため、スループット上の低下はほとんどさけら
れるといった利点もある。もちろんスポット光の位置と
指標マーク30a〜30dの位置との相対的な間隔は、
予め基準マークFMを用いて計測しておく必要がある。
This embodiment is suitable as an Off-Axis alignment system for an excimer stepper or the like, in which the optical performance of the projection lens is greatly restricted among the steppers. Further, since the mark detection position by the spot light and the mark detection position of the index plate 30 by the white light substantially coincide with each other, there is an advantage that a decrease in throughput is almost prevented. Of course, the relative distance between the position of the spot light and the positions of the index marks 30a to 30d is
It is necessary to measure in advance using the reference mark FM.

【0074】以上、本発明の各実施例において、Off
−Axis方式のアライメント系に対しても、オートフ
ォーカス系を設けるようにしてもよいが、高コストにな
るため、投影レンズPLに対するオートフォーカス系を
用いて、ウェハ上のマーク計測領域を焦点合わせした
後、Zステージを固定したままOff−Axis系の対
物レンズ27の下に送り込むようにすればよい。このと
き、図11に示したショット配列の様に、周辺の4ヶ所
のショット領域は、互いに隣接した2つずつ(例えばシ
ョットS5 とS6 、又はショットS7 とS8 )にしてお
くと、両方のショット領域は同じフォーカスで良いので
スループットが向上する。ただし、この場合レベリング
ステージによってウェハ表面を投影像面と平行にしてお
く必要がある。また、Zステージの光軸方向の高さ位置
を精密に読み取るデジタルマイクロメータ等が組み込ま
れている場合は、TTL方式、又はTTR方式のアライ
メント系でウェハ上のマークを検出する際にフォーカス
合わせを行ない、そのときのZステージの高さ位置を記
憶し、同一のショットのマークをOff−Axis方式
のアライメント系で検出するとき、記憶したZステージ
の高さ位置を再現するようにオープン制御によりフォー
カス合わせを行なってもよい。さらに、単波長の照明光
(スポット光)の代りに、露光光と同じg線、i線等の
準単色光をスリット板に照射し、その光によるスリット
像を投影レンズを介してウェハ上に結像投影するアライ
メント系にしても全く同様である。
As described above, in each embodiment of the present invention,
An autofocus system may also be provided for the Axis alignment system, but the cost is high, so the mark measurement area on the wafer is focused using the autofocus system for the projection lens PL. Thereafter, the Z-stage may be sent below the Off-Axis objective lens 27 with the Z stage fixed. At this time, as shown in the shot arrangement shown in FIG. 11, the surrounding four shot areas are set to two adjacent shot areas (for example, shots S5 and S6 or shots S7 and S8), so that both shot areas are set. Since the regions can have the same focus, the throughput is improved. However, in this case, the wafer surface needs to be kept parallel to the projection image plane by the leveling stage. If a digital micrometer or the like that accurately reads the height position of the Z stage in the optical axis direction is incorporated, focus adjustment is performed when detecting a mark on a wafer with a TTL or TTR alignment system. The height position of the Z stage at that time is stored, and when the mark of the same shot is detected by an Off-Axis type alignment system, the focus is controlled by open control so as to reproduce the stored height position of the Z stage. Matching may be performed. Further, instead of the single-wavelength illumination light (spot light), the same quasi-monochromatic light as the exposure light, such as g-line and i-line, is applied to the slit plate, and the slit image by the light is projected onto the wafer via the projection lens. The same applies to an alignment system for image formation and projection.

【0075】また、各実施例で示した単波長の照明光に
よるアライメント系はスリット状のスポット光としてマ
ークを検出するものとしたが、これに限られるものでは
ない。単波長の照明光によってウェハ上のマークを含む
局所領域を均一照明し、その反射光を結像させてマーク
像を作り、このマーク像を光電検出する方式でも同様で
ある。さらに、単波長の照明光による別のアライメント
方式として、2重回折格子アライメント法においても同
様に利用できる。このアライメント法は図1に示したT
TLアライメント系、図12に示したTTRアライメン
ト系、もしくは図13に示したOff−Axisアライ
メント系に組み込むことができるもので、詳しくは図1
4に示された構成となる。
Further, the alignment system using the single-wavelength illumination light described in each embodiment detects the mark as a slit-like spot light, but is not limited to this. The same applies to a system in which a local region including a mark on a wafer is uniformly illuminated with a single-wavelength illumination light, the reflected light is formed into a mark image, and the mark image is photoelectrically detected. Further, as another alignment method using single-wavelength illumination light, it can be similarly used in a double diffraction grating alignment method. This alignment method uses the T shown in FIG.
It can be incorporated into a TL alignment system, the TTR alignment system shown in FIG. 12, or the Off-Axis alignment system shown in FIG.
The configuration shown in FIG.

【0076】図14は、Off−Axis方式のアライ
メント系に組み込んだ場合の一例を示し、単波長の平行
なレーザビームLB0 は互いに異なる直線偏光成分を含
み、周波数シフター100に入射する。周波数シフター
100は変調周波数2fの高周波信号を入力し、ビーム
LB0 の2つの直線偏光成分間に2fの周波数差を与え
た平行なビームLB1 を射出する。このビームLB1 は
ウォーラストンプリズム90によって偏光成分により2
方向に分割され、それぞれビームLBs,LBpとなっ
てレンズ系91に入射する。そのビームLBs,LBp
は系の瞳(絞り)位置で一度収れんされた後レンズ系9
2(図13中の対物レンズ27に相当)に入射し、互い
に傾いた平行なビームとしてウェハW上のマークMXn
を同時に照射する。ウォーラストンプリズム90はレン
ズ系91,92に関してウェハWと共役に配置される。
ただし、そのままだと、ウェハW上に2方向から入射す
る2つのビームの偏光方向が異なり、ウェハW上で干渉
縞が生成されない。そこで等価的な2つのビームを一方
の偏光成分に揃える入/2板97を、例えばビームLB
pの光路中に設け、他方の偏光成分のビームLBsに変
換する。このようにすると、ウェハW上の同一位置を2
方向から照明する2つのビームはともにS偏光のビーム
LBsとなり、ビームLBsの波長と互いの交差角とに
応じて、ウェハW上のマークMXn(図4のものがその
まま使える)の線条パターンP1 〜P5 の配列方向に一
次元の干渉縞が生成される。図15は干渉縞の強度分布
の波形FWとマークMXnの線条パターンP1 ,P2 の
断面形状との関係を示す。ここでは、波形FWのx方向
のピッチは格子P1 ,P2 ・・・のピッチの丁度1/2
倍であるように設定する。この干渉縞は、2方向からビ
ーム間に2fの周波数差があるため、x方向に周波数2
fで流れている。このため干渉縞がマークMXnを照射
することから、マークMXnからほぼ垂直方向に干渉光
が発生し、それはレンズ系92を通り、軸上の小ミラー
93で反射され、瞳リレー系94を介して受光素子95
に達する。受光素子95は周波数2fで正弦波状に光量
変化する干渉光を受光し、それに対応した光電信号をヘ
テロダイン演算ユニット96へ出力する。ヘテロダイン
演算ユニット100は、変調周波数2fの原信号を基準
信号として入力し、周波数2fの光電信号の基準信号に
対する位相差(±180°以内)を求める。この位相差
はマークMXnの基準位置に対するx方向の位置ずれ
量、ここでは格子パターンP1 ,P2 ・・・の±1/4
ピッチ以内の量に対応している。従ってヘテロダイン演
算ユニット100は、ウェハWが停止しているときのウ
ェハステージSTの位置情報PDSと、±1/2ピッチ
以内のずれ量とに基づいてマークMXnの精密な位置情
報AP4 を出力する。この情報AP4 は単波長の光によ
るマーク位置計測値としてALGデータ記憶部501に
送られる。
FIG. 14 shows an example in which the laser beam is incorporated in an alignment system of the Off-Axis system. A single-wavelength parallel laser beam LB0 contains linearly polarized components different from each other and is incident on the frequency shifter 100. The frequency shifter 100 receives a high-frequency signal having a modulation frequency of 2f, and emits a parallel beam LB1 having a frequency difference of 2f between two linearly polarized components of the beam LB0. This beam LB1 is converted by the Wollaston prism 90 into two
LBs and LBp, respectively, and enter the lens system 91. The beams LBs, LBp
Is the lens system 9 after being converged once at the pupil (aperture) position of the system
2 (corresponding to the objective lens 27 in FIG. 13), and the marks MXn on the wafer W
Are simultaneously irradiated. The Wollaston prism 90 is arranged conjugate with the wafer W with respect to the lens systems 91 and 92.
However, if left as is, the polarization directions of the two beams incident on the wafer W from two directions are different, and no interference fringes are generated on the wafer W. Therefore, an input / 2 plate 97 for aligning two equivalent beams to one polarization component is provided by, for example, a beam LB.
It is provided in the optical path of p and is converted into a beam LBs of the other polarization component. By doing so, the same position on the wafer W is
The two beams illuminating from the directions are both S-polarized beams LBs, and the linear pattern P1 of the mark MXn (the one shown in FIG. 4 can be used as it is) on the wafer W according to the wavelength of the beam LBs and the intersection angle between them. One-dimensional interference fringes are generated in the array direction of .about.P5. FIG. 15 shows the relationship between the waveform FW of the intensity distribution of the interference fringes and the cross-sectional shapes of the linear patterns P1 and P2 of the mark MXn. Here, the pitch of the waveform FW in the x direction is exactly 1 / of the pitch of the gratings P1, P2,.
Set to be double. Since this interference fringe has a frequency difference of 2f between the beams from two directions, the frequency 2
Flowing at f. For this reason, since the interference fringe irradiates the mark MXn, interference light is generated from the mark MXn in a substantially vertical direction, passes through the lens system 92, is reflected by the small mirror 93 on the axis, and passes through the pupil relay system 94. Light receiving element 95
Reach The light receiving element 95 receives the interference light that changes in the amount of light in a sine wave shape at the frequency 2f, and outputs a corresponding photoelectric signal to the heterodyne arithmetic unit 96. The heterodyne operation unit 100 receives the original signal of the modulation frequency 2f as a reference signal and obtains a phase difference (within ± 180 °) of the photoelectric signal of the frequency 2f with respect to the reference signal. This phase difference is the amount of misalignment of the mark MXn with respect to the reference position in the x direction, here ± 1/4 of the lattice patterns P1, P2.
It corresponds to the amount within the pitch. Therefore, the heterodyne arithmetic unit 100 outputs precise position information AP4 of the mark MXn based on the position information PDS of the wafer stage ST when the wafer W is stopped and the deviation amount within ± 1/2 pitch. This information AP4 is sent to the ALG data storage unit 501 as a mark position measurement value using light of a single wavelength.

【0077】尚、図14の構成をTTL方式に組み込む
場合は、図1に示した対物レンズ6をレンズ系92と
し、図1中のスポット光SP0 の面が図14のウェハ面
に対応するように光学系を組めばよい。さらにTTR方
式に組み込む場合は、図12中の対物レンズ61と2焦
点素子62の対を、図14中の対物レンズ92のかわり
に設け、図14中のウェハ面を、図12中の空間中の面
Iwに対応させればよい。また2方向からウェハを照射
する2つのビーム間に周波数差をもたせないときは、静
止した干渉縞FWとなり、このときはウェハを微動させ
ることになる。
When the configuration shown in FIG. 14 is incorporated into the TTL system, the objective lens 6 shown in FIG. 1 is used as a lens system 92 so that the surface of the spot light SP0 in FIG. 1 corresponds to the wafer surface in FIG. What is necessary is just to assemble an optical system. In the case of further incorporating into the TTR system, a pair of the objective lens 61 and the bifocal element 62 in FIG. 12 is provided instead of the objective lens 92 in FIG. 14, and the wafer surface in FIG. May be made to correspond to the surface Iw. When there is no frequency difference between the two beams irradiating the wafer from two directions, the interference fringes FW become stationary, and in this case, the wafer is slightly moved.

【0078】以上のような回折格子アライメント法で
は、レーザビームの可干渉性が使われるため、レジスト
層での干渉現象も先に説明したのと全く同様に生じ得る
ものである。
In the above-described diffraction grating alignment method, since the coherence of the laser beam is used, an interference phenomenon in the resist layer can occur exactly in the same manner as described above.

【0079】[0079]

【発明の効果】以上、本発明によれば、1枚の基板に形
成されたアライメントマークの複数を、単波長もしくは
準単色の照明光で照射して、マーク位置を検出し、さら
にブロードバンドの照明光で照射してマーク位置を検出
し、その両方の検出結果を用いて基板の位置決め、位置
合わせを行なうので、レジスト層の影響が低減され、極
めて高いアライメント精度を得ることができる。
As described above, according to the present invention, a plurality of alignment marks formed on one substrate are illuminated with a single wavelength or quasi-monochromatic illumination light to detect the mark position, and further to provide broadband illumination. The position of the mark is detected by irradiating with light, and the positioning and alignment of the substrate are performed using the results of both detections. Therefore, the influence of the resist layer is reduced, and extremely high alignment accuracy can be obtained.

【0080】また、本発明は投影型露光装置に限らず、
広く他の方式、プロキシミティー、コンタクト方式の露
光装置にもまったく同様に利用できる。
The present invention is not limited to the projection type exposure apparatus,
The present invention can be applied to exposure apparatuses of other types, such as proximity and contact types, in exactly the same manner.

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

【図1】本発明の第1の実施例による投影型露光装置の
構成を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a projection type exposure apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】(A)、(B)、(C)図1の装置の各部の構
成を示す図。
FIGS. 2A, 2B, and 2C are diagrams showing the configuration of each part of the apparatus shown in FIG.

【図3】ウェハ上のショット領域の配置を示す図。FIG. 3 is a diagram showing an arrangement of shot areas on a wafer.

【図4】(A)、(B)ウェハ上のマーク形状の平面と
断面を示す図。
FIGS. 4A and 4B are diagrams showing a plane and a cross section of a mark shape on a wafer.

【図5】(A)、(B)Off−Axis方式のアライ
メント系によるマーク検出の様子を示す図。
FIGS. 5A and 5B are diagrams showing mark detection by an Off-Axis type alignment system. FIGS.

【図6】撮像素子を2つ設けたOff−Axis方式の
アライメント系の構成を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an Off-Axis alignment system provided with two image sensors.

【図7】画像信号のボトムを検出する様子を示す図。FIG. 7 is a diagram illustrating a state of detecting a bottom of an image signal.

【図8】(A)、(B)アライメントマークとして従来
の回折格子マークをスポット光で走査したときの光電信
号波形の様子を示す図。
8A and 8B are diagrams showing a state of a photoelectric signal waveform when a conventional diffraction grating mark is scanned with a spot light as an alignment mark.

【図9】(A)、(B)、(C)図4に示したマークを
スポット光で走査したときの光電信号波形の様子を示す
図。
FIGS. 9A, 9B, and 9C are diagrams showing a state of a photoelectric signal waveform when the mark shown in FIG. 4 is scanned with spot light.

【図10】第1の実施例においてアライメントされるウ
ェハ上のショット領域の配列を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing an arrangement of shot areas on a wafer to be aligned in the first embodiment.

【図11】第2の実施例におけるサンプルアライメント
ショットの配列を示す図。
FIG. 11 is a diagram showing an array of sample alignment shots in a second embodiment.

【図12】本発明の第3の実施例によるTTR方式のア
ライメント系の構成を示す図。
FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a TTR type alignment system according to a third embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第4の実施例によるOff−Axi
s方式のアライメント系の構成を示す図。
FIG. 13 shows an Off-Axi according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an s-type alignment system.

【図14】第5の実施例による2重回折格子アライメン
ト系の構成を示す図。
FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a double diffraction grating alignment system according to a fifth embodiment.

【図15】回折格子と干渉縞の分布との様子を示す図。FIG. 15 is a diagram illustrating a state of a diffraction grating and distribution of interference fringes.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

R・・・レチクル、PL・・・投影レンズ、W・・・ウ
ェハ、EP・・・瞳、MXn,MYn・・・マーク、S
n・・・ショット領域、8・・・受光素子、9・・・L
SA演算ユニット、20・・・ハロゲンランプ、23・
・・フィルター、27・・・対物レンズ、30・・・指
標板、34・・・撮像素子、35・・・FIA演算ユニ
ット、AP1 ,AP2 ,AP3 ,AP4 ・・・マーク検
出位置情報、501・・・ALGデータ記憶部、502
・・・EGA演算ユニット
R: reticle, PL: projection lens, W: wafer, EP: pupil, MXn, MYn: mark, S
n: shot area, 8: light receiving element, 9: L
SA arithmetic unit, 20 ... halogen lamp, 23
..Filter, 27 ... Objective lens, 30 ... Index plate, 34 ... Image sensor, 35 ... FIA operation unit, AP1, AP2, AP3, AP4 ... Mark detection position information, 501 ..ALG data storage unit, 502
... EGA operation unit

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】マスクに照明光を照射する照明光学系と、
前記照明光の波長に関して収差補正された投影光学系と
を備えた投影露光装置において、 前記投影光学系とは異なる対物光学系を有し、前記照明
光と波長がそれぞれ異なる第1ビームと第2ビームとで
基板上の格子マークの検出位置がほぼ一致するように、
前記対物光学系を介して前記第1及び第2ビームを前記
基板上に照射し、前記第1及び第2ビームでそれぞれ前
記格子マークの位置情報が検出されるように、前記第1
及び第2ビームの照射によって前記格子マークから発生
する複数の光を独立に受光するオフアクシス方式のアラ
イメント光学系を備えたことを特徴とする投影露光装
置。
An illumination optical system for irradiating illumination light to a mask,
A projection exposure apparatus, comprising: a projection optical system having aberration corrected with respect to the wavelength of the illumination light. The projection exposure apparatus has an objective optical system different from the projection optical system, and the first beam and the second beam have different wavelengths from the illumination light. In order that the detection position of the grating mark on the substrate almost coincides with the beam,
The first and second beams are irradiated onto the substrate via the objective optical system, and the first and second beams are used to detect the position information of the grid marks, respectively, so that the first and second beams are detected.
And an off-axis type alignment optical system for independently receiving a plurality of lights generated from the lattice mark by irradiation of the second beam.
【請求項2】前記アライメント光学系は、前記基板の移
動に伴って前記格子マークから発生する光を干渉させて
受光することを特徴とする請求項1に記載の投影露光装
置。
2. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the alignment optical system receives light generated from the lattice mark by interference with the movement of the substrate.
【請求項3】前記第1ビームは単波長のレーザビームで
あり、前記アライメント光学系は、前記第1ビームの照
射によって前記格子マークから得られる干渉光を受光す
る光電素子を有することを特徴とする請求項2に記載の
投影露光装置。
3. The method according to claim 1, wherein the first beam is a single-wavelength laser beam, and the alignment optical system has a photoelectric element that receives interference light obtained from the lattice mark by irradiation of the first beam. 3. The projection exposure apparatus according to claim 2, wherein:
【請求項4】前記第1ビームは2本のレーザビームから
なり、前記アライメント光学系は、前記2本のレーザビ
ームの照射によって前記基板上に干渉縞を生成すること
を特徴とする請求項3に記載の投影露光装置。
4. The apparatus according to claim 3, wherein said first beam comprises two laser beams, and said alignment optical system generates interference fringes on said substrate by irradiating said two laser beams. 3. The projection exposure apparatus according to claim 1.
【請求項5】前記アライメント光学系は、前記第1ビー
ムの照射によって前記格子マークから発生する複数の光
を独立に検出する光電素子を有することを特徴とする請
求項1に記載の投影露光装置。
5. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the alignment optical system has a photoelectric element for independently detecting a plurality of lights generated from the lattice mark by the irradiation of the first beam. .
【請求項6】前記第2ビームは白色光であり、前記アラ
イメント光学系は、前記第2ビームの照射によって前記
格子マークから発生する光を検出する撮像素子を有する
ことを特徴とする請求項3〜5のいずれか一項に記載の
投影露光装置。
6. The apparatus according to claim 3, wherein said second beam is white light, and said alignment optical system has an image sensor for detecting light generated from said grid mark by irradiation of said second beam. The projection exposure apparatus according to any one of claims 1 to 5.
【請求項7】前記アライメント光学系は、前記第1ビー
ムと前記第2ビームとを合成して前記対物光学系に導く
ビームスプリッタ、もしくはダイクロイックミラーを有
することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記
載の投影露光装置。
7. The alignment optical system according to claim 1, wherein the alignment optical system has a beam splitter or a dichroic mirror that combines the first beam and the second beam and guides the combined beam to the objective optical system. The projection exposure apparatus according to claim 1.
【請求項8】前記アライメント光学系は、前記第1ビー
ムの照射によって前記格子マークから発生する光と、前
記第2ビームの照射によって前記格子マークから発生す
る光とを前記ビームスプリッタ、もしくはダイクロイッ
クミラーで分離することを特徴とする請求項7に記載の
投影露光装置。
8. The beam splitter or the dichroic mirror, wherein the alignment optical system is configured to irradiate the light generated from the grid mark by the irradiation of the first beam and the light generated from the grid mark by the irradiation of the second beam. 8. The projection exposure apparatus according to claim 7, wherein the light is separated by:
【請求項9】前記照明光はエキシマレーザ光であること
を特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の投影
露光装置。
9. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein said illumination light is excimer laser light.
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