JP3085292B2 - Scanning exposure equipment - Google Patents

Scanning exposure equipment

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JP3085292B2
JP3085292B2 JP10292034A JP29203498A JP3085292B2 JP 3085292 B2 JP3085292 B2 JP 3085292B2 JP 10292034 A JP10292034 A JP 10292034A JP 29203498 A JP29203498 A JP 29203498A JP 3085292 B2 JP3085292 B2 JP 3085292B2
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    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
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    • GPHYSICS
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    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216Mask projection systems
    • G03F7/70358Scanning exposure, i.e. relative movement of patterned beam and workpiece during imaging

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】本発明はマスク上のパターン
を基板上に投影露光する際、マスクと感光基板とを投影
光学系に対して同時に走査する走査露光装置に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a scanning exposure apparatus for simultaneously scanning a mask and a photosensitive substrate with respect to a projection optical system when a pattern on a mask is projected and exposed on a substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の走査露光装置として、等倍の反射
投影光学系を備え、マスクを保持するマスクステージと
感光基板(ウェハ)を保持する基板ステージとを共通の
移動コラムに結合して、同一速度で走査露光する方式が
知られている。この等倍の反射投影光学系は、屈折素子
(レンズ)を用いないために広い露光波長域に渡って色
収差が良好であり、光源(水銀ランプ)からの輝線スペ
クトルの2本以上(例えばg線とh線等)を同時に使っ
て露光強度を高め、高速な走査露光を可能としている。
しかしながら反射投影系では、S(サジタル)像面とM
(メリジオナル)像面の双方の非点収差をともに零にす
る点が、反射投影系の光軸から一定距離の像高位置近傍
に制限されるため、マスクを照明する露光光の形状は幅
の狭い輪帯の一部分、いわゆる円弧スリット状になって
いる。
2. Description of the Related Art As a conventional scanning exposure apparatus, a mask stage for holding a mask and a substrate stage for holding a photosensitive substrate (wafer) are connected to a common moving column by providing an equal-magnification reflection projection optical system. A method of performing scanning exposure at the same speed is known. This 1 × reflection projection optical system has good chromatic aberration over a wide exposure wavelength range because no refracting element (lens) is used, and has two or more emission line spectra (for example, g-line) from a light source (mercury lamp). And h-line etc.) at the same time to increase the exposure intensity and enable high-speed scanning exposure.
However, in a reflection projection system, an S (sagittal) image plane and M
(Meridional) Since the point at which both astigmatisms on the image plane are both zero is limited to the vicinity of the image height at a fixed distance from the optical axis of the reflection projection system, the shape of the exposure light illuminating the mask has a width of It is a part of a narrow orbicular zone, a so-called arc slit.

【0003】このような等倍の走査露光装置(ミラープ
ロジェクション・アライナー)では、ウェハ上に投影さ
れるマスクのパターン像が鏡像関係にならないようにす
ると、マスクとウェハとを一体の移動コラム上にアライ
メントした状態で保持させた後は移動コラムが円弧状ス
リット照明光の幅方向に一次元走査を行なうことで露光
が完了する。当然のことながら、ウェハ上に投影された
マスクパターン像が鏡像関係になるような等倍投影系で
は、マスクステージとウェハステージとを互いに逆方向
に同一速度で移動させる必要がある。
In such a 1: 1 scanning exposure apparatus (mirror projection aligner), if the pattern image of the mask projected on the wafer is not mirrored, the mask and the wafer are placed on an integral moving column. After being held in the aligned state, the exposure is completed by the moving column performing one-dimensional scanning in the width direction of the arc-shaped slit illumination light. Naturally, in a 1: 1 projection system in which the mask pattern image projected on the wafer has a mirror image relationship, it is necessary to move the mask stage and the wafer stage in opposite directions at the same speed.

【0004】さらに従来の走査露光方式として、屈折素
子を組み込んで投影倍率を拡大、又は縮小にした状態で
マスクステージと感光基板のステージとの両方を倍率に
応じた速度比で相対走査することも知られている。この
場合、投影光学系は反射素子と屈折素子とを組み合せた
もの、あるいは屈折素子のみで構成されたものが使わ
れ、反射素子と屈折素子とを組み合せた縮小投影光学系
の一例としては、特開昭63−163319号公報に開
示されたものがある。そして、この投影光学系を用いた
走査露光装置がパーキン・エルマー社からステップ&ス
キャン方式のアライナー(商品名Micrascan system)と
して発表されている。
Further, as a conventional scanning exposure method, it is also possible to relatively scan both the mask stage and the photosensitive substrate stage at a speed ratio corresponding to the magnification in a state where the projection magnification is enlarged or reduced by incorporating a refractive element. Are known. In this case, as the projection optical system, a combination of a reflection element and a refraction element, or a projection optical system composed of only a refraction element is used. There is one disclosed in JP-A-63-163319. A scanning exposure apparatus using this projection optical system has been announced as a step & scan type aligner (trade name: Micrascan system) by Perkin-Elmer.

【0005】また、フルフィールド投影が可能な縮小投
影光学系を用いて、ステップ&スキャン露光を行なう1
つの方法も、特開平2−229423号に開示されてい
る。以上のようなスキャン方式の露光装置のうち、投影
倍率が等倍以外の装置では、マスクステージとウェハス
テージとを倍率に応じた速度比で精密に走査移動させる
必要があるとともに、走査中に生ずるマスクパターンと
ウェハ上のパターンとの整合状態からのずれも許容範囲
内に押え込んでおく必要がある。許容できる整合ずれ
は、ウェハ上の最小パターン線幅から概略的に規定され
るが、例えば0.8μm程度の線幅のパターンをウェハ
上に作るとなると、その1/5〜1/10以下のずれ量
しか許容されない。
Further, step-and-scan exposure is performed using a reduction projection optical system capable of full-field projection.
The two methods are also disclosed in JP-A-2-229423. Of the above-described scanning type exposure apparatuses, in an apparatus having a projection magnification other than the same magnification, it is necessary to precisely scan and move the mask stage and the wafer stage at a speed ratio corresponding to the magnification, and the scanning stage is generated during scanning. It is necessary to keep the deviation from the alignment state between the mask pattern and the pattern on the wafer within an allowable range. The allowable misalignment is roughly defined from the minimum pattern line width on the wafer. For example, if a pattern having a line width of about 0.8 μm is to be formed on the wafer, it is 1/5 to 1/10 or less. Only the amount of deviation is allowed.

【0006】従って、走査露光中においては、マスクと
ウェハとの相対的な位置ずれを常にモニターできること
が望ましい。その1つの従来例として、特開昭63−4
1023号公報に開示されたように、マスク(レチク
ル)に形成されたハの字状の複数のレチクルマークと、
ウェハに形成されたハの字状の複数のウェハターゲット
とを、走査露光の直前、もしくは走査露光中に次々と検
出して、レチクルとウェハとの相対位置関係(倍率エラ
ーや回転エラーも含む)を補正する方式が知られてい
る。
Therefore, it is desirable that the relative displacement between the mask and the wafer can be constantly monitored during the scanning exposure. One such conventional example is disclosed in
As disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 1023, a plurality of U-shaped reticle marks formed on a mask (reticle);
A plurality of U-shaped wafer targets formed on the wafer are detected one after another immediately before or during scanning exposure, and the relative positional relationship between the reticle and the wafer (including magnification errors and rotation errors). Is known.

【0007】上記、特開昭63−41023号公報に開
示された方式は、図1に簡単に示したように、レチクル
Rの周辺に形成された複数のハの字マーク群RM1、R
M2、RM3と、ウエハW上のショット領域SAの周辺
に形成された複数のハの字マーク群WM1、WM2、W
M3とを、ハの字に配置したスリット状の照明光束AI
Lの照射のもとで、次々に相対走査する。図1において
投影光学系PLは説明を簡単にするため等倍で図示し、
レチクルRとウェハWとは矢印のように互いに逆方向に
走査移動する。このとき、照明光束AILの照射によっ
てレチクルマークRM1、RM2、RM3とウェハマー
クWM1、WM2、WM3から反射された正反射光、も
しくは散乱光の光量変化は図2に示すように、時間軸上
で規定される。図2(A)はレチクルマークからの反射
光を光電検出して得られる信号波形の一例を表し、図2
(B)はウェハマークからの散乱光を光電検出して得ら
れる信号波形の一例を表す。レチクルRとウェハWのア
ライメントは、レチクル信号波形中のパルスP1がウェ
ハ信号波形中の1対のパルスP2、P3と時間的に整合
し、引き続きレチクル信号波形中のパルスP4、P7が
それぞれウェハ信号波形中の1対のパルスP5、P6、
及びパルスP8、P9と時間的に整合するように、レチ
クルR、ウェハWの走査速度と相対位置を調整すること
によって達成される。ただし、実際に走査露光を行なっ
ている間に各マークを始めて検出するとなると、走査露
光の開始時点では精密なアライメントが達成されていな
いことになる。そこで、実際の露光開始前に図1に示し
たように予備走査を行ない、レチクル信号波形中の各パ
ルスP1、P4、P7の各位置を平均した位置と、ウェ
ハ信号波形中の各パルスP2、P3、P5、P6、P
8、P9の各位置を平均した位置とを求め、両平均位置
の差から走査露光方向のアライメント誤差ΔXがわか
る。またパルスP1〜P6 の各位置から次式を算出す
ると、走査方向と直交する方向のアライメント誤差ΔY
がわかる。
The method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-41023 discloses a plurality of C-shaped mark groups RM1 and R formed around a reticle R, as shown in FIG.
M2, RM3 and a plurality of C-shaped mark groups WM1, WM2, W formed around the shot area SA on the wafer W
M3 and a slit-like illumination light beam AI arranged in a C shape
Under L irradiation, relative scanning is performed one after another. In FIG. 1, the projection optical system PL is shown in the same size for the sake of simplicity.
The reticle R and the wafer W scan and move in opposite directions as indicated by arrows. At this time, a change in the amount of specularly reflected light or scattered light reflected from the reticle marks RM1, RM2, RM3 and the wafer marks WM1, WM2, WM3 due to the irradiation of the illumination light beam AIL changes on the time axis as shown in FIG. Stipulated. FIG. 2A shows an example of a signal waveform obtained by photoelectrically detecting reflected light from a reticle mark.
(B) shows an example of a signal waveform obtained by photoelectrically detecting scattered light from a wafer mark. The alignment of the reticle R and the wafer W is such that the pulse P1 in the reticle signal waveform is temporally aligned with a pair of pulses P2 and P3 in the wafer signal waveform, and then the pulses P4 and P7 in the reticle signal waveform are respectively aligned with the wafer signal. A pair of pulses P5, P6,
This is achieved by adjusting the scanning speed and relative position of the reticle R and the wafer W so as to be temporally aligned with the pulses P8 and P9. However, if each mark is detected for the first time during actual scanning exposure, precise alignment has not been achieved at the start of scanning exposure. Therefore, pre-scanning is performed as shown in FIG. 1 before the actual exposure starts, and a position obtained by averaging the positions of the respective pulses P1, P4, and P7 in the reticle signal waveform and the respective pulses P2, P2, P3, P5, P6, P
8 and a position obtained by averaging the positions P9, and an alignment error ΔX in the scanning exposure direction can be obtained from the difference between the two average positions. When the following equation is calculated from the positions of the pulses P1 to P6, an alignment error ΔY in a direction orthogonal to the scanning direction is obtained.
I understand.

【0008】ΔY=((P5+P6)−(P2+P
3))−(P4−P1)
ΔY = ((P5 + P6)-(P2 + P
3))-(P4-P1)

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術では、
非常に細いスリット状の照明光束AILが各アライメン
トマークを横切った時だけ、各信号波形が得られるた
め、高いアライメント精度を得るには複数個のマークの
位置を検出して、その平均値を求める等の処理が不可欠
になる。従って予備的なアライメントのための走査を行
なった後、露光用の本走査を行なうことになる。これで
はスループットが犠牲になってしまうという問題をさけ
られない。また、上記従来のマーク形状では、例え1ケ
所のマーク検出での精度が十分であっても、マークの大
きさは走査方向に関して極めて狭い幅寸法しか有してい
ないため、アライメント信号波形中の各パルスは時間的
に断続的なものになり、信号波形中でパルスが発生しな
い期間では、実質的にアライメント誤差の検出を行なっ
ていないことになる。
In the above prior art,
Since each signal waveform can be obtained only when the very thin slit-shaped illumination light beam AIL crosses each alignment mark, in order to obtain high alignment accuracy, the positions of a plurality of marks are detected and the average value is obtained. Such processing becomes indispensable. Therefore, after performing a scan for preliminary alignment, a main scan for exposure is performed. This cannot avoid the problem that the throughput is sacrificed. Further, in the above-described conventional mark shape, even if the accuracy in detecting one mark is sufficient, the size of the mark has only a very narrow width in the scanning direction. The pulse is intermittent in time, and during a period in which no pulse occurs in the signal waveform, the alignment error is not substantially detected.

【0010】このため、走査方向に並んだ複数のマーク
の各間の部分では、レチクルRやウェハWを移動させる
走査ステージの位置を計測するレーザ干渉計の計測値を
頼りにすることになる。本発明は、この様な従来の問題
点に鑑みてなされたもので、露光前のアライメント用の
走査を極力不要にすることを目的としている。
For this reason, in a portion between each of a plurality of marks arranged in the scanning direction, a measurement value of a laser interferometer for measuring a position of a scanning stage for moving the reticle R or the wafer W is relied on. The present invention has been made in view of such conventional problems, and has as its object to minimize the need for alignment scanning before exposure.

【0011】本発明は、マスクステージとウェハステー
ジとを倍率に応じた速度比で精密に走査移動させるとと
もに、その走査中に生ずるマスクパターンとウェハ上の
パターンとの整合状態からのずれを許容範囲内に押え込
むことを目的とする。
According to the present invention, a mask stage and a wafer stage are precisely scanned and moved at a speed ratio corresponding to a magnification, and a deviation from a matching state between a mask pattern and a pattern on a wafer caused during the scanning is allowed. The purpose is to hold it inside.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、例えば、照明光に対してマスク(R)と
基板(W)とをそれぞれ相対移動して、マスク(R)の
パターン(PA)を基板(W)上に走査露光する装置に
おいて、基板(W)上の露光範囲のほぼ全域に渡って、
所定方向(X方向)に沿って形成される回折格子状の基
板マーク(WMa,WMb)を検出するマーク検出系
(XA,XB)と、その走査露光中、マーク検出系(X
A,XB)によって基板マーク(WMa,WMb)が連
続して検出されるように、その相対移動の方向を所定方
向(X方向)とほぼ一致させて基板(W)を移動する駆
動制御手段(12)とを備えたものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides, for example, a method in which a mask (R) and a substrate (W) are relatively moved with respect to illumination light, respectively. In an apparatus that scans and exposes a pattern (PA) on a substrate (W), over substantially the entire exposure range on the substrate (W),
A mark detection system (XA, XB) for detecting a diffraction grating substrate mark (WMa, WMb) formed along a predetermined direction (X direction), and a mark detection system (X
(A, XB) so that the substrate mark (WMa, WMb) is continuously detected by the drive control means (moving the substrate (W) with the direction of the relative movement substantially coincident with the predetermined direction (X direction). 12).

【0013】上記目的を達成するために、本発明は、例
えば、マスク(R)を保持するマスクステージ(6)
と、感光基板(W)を保持する基板ステージ(9)とを
備え、マスクステージ(6)と基板ステージ(9)とを
同期移動させることによって、マスク(R)の原画パタ
ーン(PA)を感光基板(W)上に走査露光する装置に
おいて、マスク(R)に照明光を照射するとともに、マ
スク(R)上における照明光の照射領域を、投影光学系
(PL)の光軸(AX)を含み、その長手方向がその同
期移動の方向(X方向)と直交する方向(Y方向)と一
致するように規定する照明光学系(1〜5)と、その相
対移動の方向(X方向)におけるマスクステージ(6)
の位置に応じて切り換えて使用される、マスクマーク
(RML1〜RML4,RMR1〜RMR4)を検出す
るための複数のアライメント系(23A,23B,…
…)とを備えたものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides, for example, a mask stage (6) for holding a mask (R).
And a substrate stage (9) for holding a photosensitive substrate (W). The original stage pattern (PA) of the mask (R) is exposed by synchronously moving the mask stage (6) and the substrate stage (9). In an apparatus for performing scanning exposure on a substrate (W), a mask (R) is irradiated with illumination light, and an irradiation area of the illumination light on the mask (R) is aligned with an optical axis (AX) of a projection optical system (PL). Illumination optical systems (1 to 5) whose longitudinal direction coincides with a direction (Y direction) orthogonal to the direction of synchronous movement (X direction), and a direction of relative movement (X direction). Mask stage (6)
, A plurality of alignment systems (23A, 23B,...) For detecting mask marks (RML1 to RML4, RMR1 to RMR4), which are switched and used in accordance with the positions of.
…).

【0014】本発明によれば、その走査中露光中にも、
ほぼ連続してアライメント誤差を得ることができる。
According to the present invention, during the scanning and during the exposure,
An alignment error can be obtained almost continuously.

【0015】また、そのアライメント誤差に関する情報
に基づいてマスクと基板との相対的な位置合わせを行う
ことによって、その走査中に生ずるマスクパターンとウ
ェハ上のパターンとの整合状態からのずれを許容範囲内
に押え込むことができる。
Further, the relative position between the mask and the substrate is adjusted based on the information on the alignment error, so that the deviation between the mask pattern and the pattern on the wafer caused during the scanning is within an allowable range. Can be held down.

【0016】したがって、走査露光中にもアライメント
精度、重ね合わせ精度を向上させることができる。
Therefore, alignment accuracy and overlay accuracy can be improved even during scanning exposure.

【0017】[0017]

【発明の実施形態】図3は本発明の第1の実施例による
ステップ&スキャン露光装置の構成を示し、図4はスキ
ャン露光時の様子を模式的に示した斜視図である。図3
において、投影光学系PLは、一例として従来の屈折素
子のみで構成されたフルフィールドタイプの1/5縮小
投影レンズであり、レチクルR側とウェハW側がともに
テレセントリックになっている。
FIG. 3 shows a configuration of a step & scan exposure apparatus according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a perspective view schematically showing a state at the time of scan exposure. FIG.
The projection optical system PL is, for example, a full-field type 1/5 reduction projection lens composed of only a conventional refractive element, and both the reticle R side and the wafer W side are telecentric.

【0018】さて、露光用光源からの照明光は、フライ
アイレンズ等によって均一な照度分布になって照明視野
絞りとしてのレチクルブラインド1を照射する。ブライ
ンド1には、レチクルR上をスリット状に照明するため
のスリット開口が設けられる。このスリット開口の長手
方向はレチクルR、ウェハWの走査方向、例えばX方向
と直交したY方向に一致している。ブラインド1のスリ
ット開口を通った照明光は、レンズ系2、ミラー3、コ
ンデンサーレンズ4、及びダイクロイックミラー(又は
ビームスプリッター)5を介してレチクルRに達する。
ここでブラインド1はレンズ系2、コンデンサーレンズ
4の合成系に関してレチクルRのパターン面(投影レン
ズPLと対向した面)と共役に配置され、レチクルRに
はスリット開口の像が結像される。
The illumination light from the light source for exposure has a uniform illuminance distribution by a fly-eye lens or the like and irradiates a reticle blind 1 as an illumination field stop. The blind 1 is provided with a slit opening for illuminating the reticle R in a slit shape. The longitudinal direction of the slit opening coincides with the scanning direction of the reticle R and the wafer W, for example, the Y direction orthogonal to the X direction. The illumination light having passed through the slit opening of the blind 1 reaches the reticle R via the lens system 2, the mirror 3, the condenser lens 4, and the dichroic mirror (or beam splitter) 5.
Here, the blind 1 is arranged conjugate with the pattern surface of the reticle R (the surface facing the projection lens PL) with respect to the combined system of the lens system 2 and the condenser lens 4, and an image of the slit opening is formed on the reticle R.

【0019】またスリット開口の中心は投影レンズP
L、及び照明光学系(レンズ系2、コンデンサーレンズ
4等)の光軸AXに一致しているものとする。さて、レ
チクルRは少なくともX方向に大きく移動可能なレチク
ルステージ6上に吸着保持される。レチクルステージ6
はコラム7上をモータ8によってX方向に走査移動す
る。もちろん、レチクルRのアライメントのためにはY
方向とθ方向の微動機構も必要であるが、ここではその
図示、及び説明を省略する。レチクルRのスリット照明
領域内に存在するパターンの像は投影レンズPLによっ
てウェハW上に結像投影される。ウェハWは2次元
(X、Y方向)に大きく移動するウェハステージ9上に
載置され、このステージ9はモータ10によって駆動さ
れる。レーザ干渉計11はウェハステージ9の座標位置
の変化を遂次計測するとともに、ウェハステージ9のX
方向、及びY方向の移動速度に関するスピード信号も出
力する。駆動制御部12はレーザ干渉計11からの位置
情報やスピード信号に基づいてモータ10を最適な駆動
パターンで制御する。本実施例ではウェハステージ9の
X方向の移動によって走査露光を行ない、Y方向の移動
をステッピングに使うものとするが、その逆であっても
よいことは言うまでもない。
The center of the slit opening is the projection lens P
L, and the optical axis AX of the illumination optical system (the lens system 2, the condenser lens 4, etc.). The reticle R is held by suction on a reticle stage 6 which can move at least largely in the X direction. Reticle stage 6
Is moved in the X direction on the column 7 by the motor 8 for scanning. Of course, for alignment of reticle R, Y
Although a fine movement mechanism in the direction and the θ direction is also necessary, illustration and description thereof are omitted here. The image of the pattern existing in the slit illumination area of the reticle R is formed and projected on the wafer W by the projection lens PL. The wafer W is placed on a wafer stage 9 that moves greatly in two dimensions (X and Y directions), and this stage 9 is driven by a motor 10. The laser interferometer 11 successively measures the change in the coordinate position of the wafer stage 9 and
Also outputs a speed signal relating to the moving speed in the direction and the Y direction. The drive control unit 12 controls the motor 10 with an optimal drive pattern based on the position information and the speed signal from the laser interferometer 11. In this embodiment, the scanning exposure is performed by the movement of the wafer stage 9 in the X direction, and the movement in the Y direction is used for stepping. However, it is needless to say that the reverse is also possible.

【0020】尚、図3には示してないが、レチクルステ
ージ6はレーザ干渉計によって座標位置、回転(ヨーイ
ング)誤差等が計測されているものとする。次に図4を
参照して、レチクルRとウェハWに形成されたアライメ
ントマークの配置の一例を説明する。図4に示したよう
に、レチクルRとウェハWはX方向に沿って互いに逆方
向に走査移動されることから、レチクルR上のパターン
領域PAの周辺のX方向に伸びたストリートライン領域
内に、複数の格子要素をX方向に一定ピッチで走査範囲
に渡って配列した格子マークRMa、RMbが設けられ
る。格子マークRMa、RMbはパターン領域PAを挾
んでY方向に離して設けられるが、その格子ピッチのX
方向の位置関係は一致しているものとする。
Although not shown in FIG. 3, it is assumed that the coordinate position, rotation (yawing) error and the like of reticle stage 6 are measured by a laser interferometer. Next, an example of the arrangement of the alignment marks formed on the reticle R and the wafer W will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 4, since the reticle R and the wafer W are scanned in the opposite directions along the X direction, the reticle R and the wafer W fall within the street line area extending in the X direction around the pattern area PA on the reticle R. , Are provided with grid marks RMa and RMb in which a plurality of grid elements are arranged at a constant pitch in the X direction over the scanning range. The grid marks RMa and RMb are provided in the Y direction with the pattern area PA interposed therebetween.
It is assumed that the positional relationship in the direction is the same.

【0021】一方、ウェハW上には複数のパターン(シ
ョット)領域SAが形成され、各ショット領域SAの周
辺には、レチクルRの格子マークRMaと対応したスト
リートライン領域の位置に、同様の格子マークWMaが
形成され、格子マークRMbと対応したストリートライ
ン領域の位置に同様の格子マークWMbが形成される。
On the other hand, a plurality of pattern (shot) areas SA are formed on the wafer W, and a similar grid is formed around each shot area SA at the position of the street line area corresponding to the grid mark RMa of the reticle R. A mark WMa is formed, and a similar grid mark WMb is formed at a position in the street line area corresponding to the grid mark RMb.

【0022】レチクルRの格子マークRMaとウェハW
の格子マークWMaとのX方向の相対位置ずれは、光軸
AXaを有するアライメント光学系を介して検出され、
レチクルRの格子マークRMbとウェハWの格子マーク
WMbとのX方向の相対位置ずれは、光軸AXbを有す
るアライメント光学系を介して検出される。これら光軸
AXa、AXbはいずれも投影レンズPLの瞳面EPの
中心で光軸AXと交差する。
The lattice mark RMa of the reticle R and the wafer W
Is detected through the alignment optical system having the optical axis AXa,
The relative displacement in the X direction between the grid mark RMb of the reticle R and the grid mark WMb of the wafer W is detected via an alignment optical system having an optical axis AXb. Each of these optical axes AXa and AXb intersects the optical axis AX at the center of the pupil plane EP of the projection lens PL.

【0023】ここで、再び図3を参照してアライメント
系、及び制御系について説明する。本実施例では、レチ
クルR、ウェハWの各格子マークのピッチ方向の位置ず
れを検出するのに好適な干渉縞アライメント法を採用す
る。この干渉縞アライメント法の一例は、例えば特開昭
63−283129号公報、特開平2−227602号
公報等に開示されているので、ここでは簡単に説明す
る。
Here, the alignment system and the control system will be described with reference to FIG. 3 again. In this embodiment, an interference fringe alignment method suitable for detecting a displacement in the pitch direction of each lattice mark of the reticle R and the wafer W is employed. An example of this interference fringe alignment method is disclosed in, for example, JP-A-63-283129 and JP-A-2-227602, and will be briefly described here.

【0024】Ne−Ne、He−Cd、又はArイオン
等のレーザ光源20からのコヒーレントな直線偏光レー
ザは、2光束化周波数シフタ部21に入射し、周波数差
Δfを有する2つのビームBL1、BL2が作られる。
周波数差Δfは、アライメントマークからの光を受光す
る光電検出器の周波数応答性によって上限が決まり、半
導体センサーでは実用的には100kHz以下、例えば5
0kHz程度がよい。ただし、光電子増倍管(フォトマル
チプライヤ)を使う場合等は比較的高い周波数にするこ
とができる。
A coherent linearly polarized laser from a laser light source 20, such as Ne--Ne, He--Cd, or Ar ions, enters a two-beam frequency shifter 21 and has two beams BL1, BL2 having a frequency difference Δf. Is made.
The upper limit of the frequency difference Δf is determined by the frequency response of a photoelectric detector that receives light from an alignment mark, and is practically 100 kHz or less, for example, 5 kHz for a semiconductor sensor.
About 0kHz is good. However, when a photomultiplier tube (photomultiplier) is used, the frequency can be set to a relatively high frequency.

【0025】さて、2つのビームBL1、BL2は送光
光学系22を介して複数のアライメント光学系へ分配さ
れる。図3では、1つのアライメント光学系を構成する
対物レンズ23と先端ミラー24とを示す。そして、対
物レンズ23の光軸が図4に示した光軸AXa、AXb
のいずれか一方に相当する。2つのビームBL1、BL
2は対物レンズ23の光軸から対称に偏心して対物レン
ズ23に入射し、ミラー24とダイクロイックミラー5
を介して対物レンズ23の焦点位置に存在するレチクル
Rのパターン面で互いに平行光束となって交差する。こ
の交差によってレチクルRの格子マークRMa、又はR
Mb上に1次元の干渉縞が作られる。そして、レチクル
Rの透明部を透過した2本のビームは投影レンズPLを
介してウェハW上の格子マークWMa、又はWMb上で
交差して1次元の干渉縞が作られる。
The two beams BL1 and BL2 are distributed to a plurality of alignment optical systems via the light transmitting optical system 22. FIG. 3 shows an objective lens 23 and a tip mirror 24 that constitute one alignment optical system. The optical axes of the objective lens 23 are the optical axes AXa and AXb shown in FIG.
Corresponds to either one of the following. Two beams BL1, BL
Reference numeral 2 denotes a mirror 24 and a dichroic mirror 5 which are symmetrically decentered from the optical axis of the objective lens 23 and enter the objective lens 23.
Through the reticle R located at the focal position of the objective lens 23, and intersect as parallel light beams. By this intersection, the grating mark RMa or R
One-dimensional interference fringes are created on Mb. Then, the two beams transmitted through the transparent portion of the reticle R intersect on the lattice mark WMa or WMb on the wafer W via the projection lens PL to form one-dimensional interference fringes.

【0026】これら干渉縞は2本の送光ビーム間にΔf
の周波数差があることから、Δfに比列した速度で干渉
縞のピッチ方向に流れる。各格子マークのピッチ方向と
干渉縞のピッチ方向とが一致するように、2本の送光ビ
ームの入射方向を決定し、かつ格子マークのピッチと干
渉縞のピッチとが所定の関係(例えば整数比)になるよ
うに、2本の送光ビームの交差角を決定すると、各格子
マークからは、垂直方向に周波数差Δfと同じビート周
波数をもった干渉光が発生する。この干渉光はビート周
波数Δfで常時明暗を繰り返しており、格子マークと2
本の送光ビームの交差領域の相対位置がX方向に微少偏
位した状態にあったとしても、そのビート周波数Δfは
変化しない。
These interference fringes are Δf between two transmitted light beams.
Flows at a speed proportional to Δf in the pitch direction of the interference fringes. The incident directions of the two transmitted light beams are determined so that the pitch direction of each grating mark and the pitch direction of the interference fringes match, and the pitch of the grating marks and the pitch of the interference fringes have a predetermined relationship (for example, an integer). When the intersection angle of the two light transmission beams is determined so as to obtain the ratio (ratio), interference light having the same beat frequency as the frequency difference Δf is generated from each lattice mark in the vertical direction. This interference light constantly repeats light and dark at the beat frequency Δf.
Even if the relative position of the crossing area of the light transmission beams is slightly deviated in the X direction, the beat frequency Δf does not change.

【0027】これら格子マークからの干渉光はミラー
5、23、対物レンズ23を介して、光電検出ユニット
25に導びかれ、正弦波状の検出信号SR、SWが作ら
れる。信号SRはレチクルRの格子マークRMa、又は
RMbからの干渉光を光電検出して得られ、信号SWは
ウェハWの格子マークWMa、又はWMbからの干渉光
を光電検出して得られたもので、レチクルRとウェハW
とが静止した状態では、どちらの信号の周波数もΔfで
ある。ただし、レチクルRの格子マークとウェハWの格
子マークとが、そのピッチ方向にずれているときは、2
つの信号SR、SWの間に位相差Δφが生じる。この位
相差Δφは位相差計測部27によって検出され、検出さ
れた位相差に対応した位置ずれ量が算出される。検出可
能な位相差は、通常±180°の範囲であり、これは格
子マークのピッチをPg(μm)とすると、位置ずれ量
として±Pg/2(μm)、又は±Pg/4(μm)に
相当する。
Interference light from these grating marks is guided to the photoelectric detection unit 25 via the mirrors 5 and 23 and the objective lens 23, and sine-wave detection signals SR and SW are generated. The signal SR is obtained by photoelectrically detecting interference light from the grating mark RMa or RMb of the reticle R, and the signal SW is obtained by photoelectrically detecting interference light from the grating mark WMa or WMb of the wafer W. , Reticle R and wafer W
Are stationary, the frequency of both signals is Δf. However, when the lattice mark of reticle R and the lattice mark of wafer W are displaced in the pitch direction, 2
A phase difference Δφ occurs between the two signals SR and SW. The phase difference Δφ is detected by the phase difference measuring unit 27, and the amount of displacement corresponding to the detected phase difference is calculated. The detectable phase difference is usually in the range of ± 180 °, which is ± Pg / 2 (μm) or ± Pg / 4 (μm) as the amount of positional deviation when the pitch of the lattice mark is Pg (μm). Is equivalent to

【0028】主制御部30は、この位置ずれ量の値を入
力し、ウェハステージ9の駆動制御部12、又はレチク
ルステージ6の駆動制御部28に遂次補正値を出力す
る。先に述べた従来の干渉縞アライメント法では、主制
御系30は単にその位相差が所定値になるまでモータ
8、又は10を駆動してレチクルステージ6、又はウェ
ハステージ9のいずれか一方を微動させるだけでよかっ
た。しかしなから本実施例のように、レチクルRとウェ
ハWの両方が高速移動するスキャン露光中にも、2つの
信号SRとSWの位相差を求めるとなると、別の問題が
生じてくる。それは、スキャン露光によって格子マーク
が2本の送光ビームの交差領域に対してピッチ方向に速
度v(mm/s)で移動し続けることによって、光電検出すべ
き格子マークからの干渉光がドップラー効果を受け、検
出信号SR、SWの周波数がΔfから大きく変動してし
まうことである。信号SR、SWの周波数fs (kHz)
は、格子マーク(ピッチPg)の移動速度をv(mm/s)と
して次式で表わされる。
The main controller 30 inputs the value of the displacement and outputs a successive correction value to the drive controller 12 of the wafer stage 9 or the drive controller 28 of the reticle stage 6. In the above-described conventional interference fringe alignment method, the main control system 30 merely drives the motor 8 or 10 until the phase difference reaches a predetermined value to finely move either the reticle stage 6 or the wafer stage 9. I just had to let it. However, another problem arises if the phase difference between the two signals SR and SW is determined even during scan exposure in which both the reticle R and the wafer W move at high speed as in the present embodiment. The reason is that the scanning exposure causes the grating mark to continue to move in the pitch direction at a speed v (mm / s) with respect to the intersecting region of the two light-transmitting beams, so that the interference light from the grating mark to be photoelectrically detected causes the Doppler effect Accordingly, the frequency of the detection signals SR and SW greatly varies from Δf. Frequency fs of signal SR and SW (kHz)
Is expressed by the following equation, where the moving speed of the lattice mark (pitch Pg) is v (mm / s).

【0029】fs=Δf+2v/Pg(ただしビート周
波数Δfは50kHz) 例えば速度vが−100mm/sであると、信号SR、SW
の周波数fs はPg=8μmとして、25kHzになって
しまい、速度vが+100mm/sであると、周波数fs は
75kHzになる。そのため、レチクルステージ6、ウェ
ハステージ9の走査速度にはある程度が伴う。例えは、
周波数fs として位相差計測上で問題とならない値が確
保できるように走査速度vを低めに設定しておけばよ
い。また周波数fs が低くなるような走査方向(−X方
向)はさけて、常に+X方向のみに限定して走査露光を
行なうようにしておけばよい。
Fs = Δf + 2v / Pg (Beat frequency Δf is 50 kHz) For example, if the speed v is -100 mm / s, the signals SR and SW
Is 25 kHz when Pg = 8 μm, and when the speed v is +100 mm / s, the frequency fs becomes 75 kHz. Therefore, the scanning speed of the reticle stage 6 and the wafer stage 9 involves some degree. For example,
The scanning speed v may be set low so that a value that does not cause a problem in the phase difference measurement can be secured as the frequency fs. In addition, the scanning exposure (the -X direction) in which the frequency fs becomes low may be avoided, and the scanning exposure may always be performed only in the + X direction.

【0030】以上のことをふまえて、本実施例の主制御
部30は、より簡単な走査中アライメント実現のため
に、まずウェハステージ9を制御された一定速度で駆動
するための速度及び位置のコントロール部300と、レ
チクルステージ6を制御された一定速度で駆動するため
の速度及び位置のコントロール部302と、トラッキン
グ走査コントロール部304とを有する。
In view of the above, the main control unit 30 of the present embodiment first sets the speed and position for driving the wafer stage 9 at a controlled constant speed in order to achieve simpler alignment during scanning. The control unit 300 includes a control unit 300, a speed and position control unit 302 for driving the reticle stage 6 at a controlled constant speed, and a tracking scan control unit 304.

【0031】通常のレチクル単体の位置決め、いわゆる
レチクルアライメントや、ウェハ単体の位置合せ、いわ
ゆるウェハグローバルアライメント(又はEGA)の場
合、コントローラ部300、302は相互に関連するこ
となく、従来通りの機能を達成する。そしてスキャン露
光時には、コントローラ部300、302は相互に協調
してレチクルステージ6とウェハステージ9の相対位
置、及び速度を制御する。
In the case of ordinary positioning of a single reticle, that is, so-called reticle alignment, or alignment of a single wafer, so-called wafer global alignment (or EGA), the controller units 300 and 302 do not relate to each other, and perform the same functions as before. To achieve. At the time of scan exposure, the controller units 300 and 302 control the relative position and speed of the reticle stage 6 and the wafer stage 9 in cooperation with each other.

【0032】この協調制御に関しては、図1に示した従
来の装置においても同様に実施されている。本実施例で
は、さらにトラッキング走査コントロール部304を設
け、通常の協調制御とトラッキング制御とを切り替えら
れるようにした。このトラッキング制御は、位相差計測
部27から遂次出力される位置ずれ量が常に一定の値に
なるように、レチクルステージ6の駆動制御部28をサ
ーボ制御するとともに、ウェハステージ9は単に一定速
度で制御するというものである。もちろん、レチクルス
テージ6を定速制御とし、ウェハステージ9をトラッキ
ング制御としてもよい。
This cooperative control is similarly performed in the conventional apparatus shown in FIG. In the present embodiment, a tracking scanning control unit 304 is further provided so that normal cooperative control and tracking control can be switched. In this tracking control, the drive control unit 28 of the reticle stage 6 is servo-controlled so that the positional deviation amount successively output from the phase difference measurement unit 27 always becomes a constant value, and the wafer stage 9 is simply moved at a constant speed. It is controlled by. Of course, reticle stage 6 may be controlled at a constant speed, and wafer stage 9 may be controlled under tracking.

【0033】すなわち本実施例では、走査露光中に連続
して信号SR、SWが出力されること、換言するとレチ
クルRとウェハWとの相対位置ずれ量の変化が遂次検出
されることに着目して、レチクルとウェハのいずれか一
方は定速度で走査し、他方はその走査移動に追従するよ
うに制御したのである。尚、図3において基準検出系2
6は2本のビームBL1、BL2のビート周波数Δfを
検出するもので、この検出信号は、周波数Δfの正弦波
状の基準信号SFとして位相差計測部27に入力する。
That is, in the present embodiment, attention is paid to the fact that the signals SR and SW are continuously output during the scanning exposure, in other words, the change in the relative displacement between the reticle R and the wafer W is continuously detected. Then, one of the reticle and the wafer is controlled to scan at a constant speed, and the other is controlled to follow the scanning movement. Note that in FIG.
Numeral 6 is for detecting the beat frequency Δf of the two beams BL1 and BL2, and this detection signal is input to the phase difference measuring section 27 as a sine wave reference signal SF having a frequency Δf.

【0034】位相差計測部27は基準信号SFと検出信
号SRとの位相差から、レチクルRの初期位置のずれを
求めたり、基準信号SFと検出信号SWとの位相差か
ら、ウェハWの初期位置のずれを求めたりすることがで
きる。さらに位相差計測部27には、周波数変化を検出
する回路が組み込まれており、基準信号SFに対する検
出信号SR、又はSWの周波数変化を定量化することに
よって、レチクルステージ6、又はウェハステージ9の
速度変化を格子マークの移動から直接検出することが可
能となっている。
The phase difference measuring section 27 determines the initial position of the reticle R from the phase difference between the reference signal SF and the detection signal SR, or calculates the initial position of the wafer W from the phase difference between the reference signal SF and the detection signal SW. It is also possible to determine the displacement. Further, a circuit for detecting a frequency change is incorporated in the phase difference measuring unit 27, and the frequency change of the detection signal SR or SW with respect to the reference signal SF is quantified, so that the reticle stage 6 or the wafer stage 9 can be measured. The speed change can be directly detected from the movement of the grid mark.

【0035】さて、本実施例では図4に示すように、2
組のアライメント系(光軸AXaとAXb)が、パター
ン領域PAの両脇の格子マークRMa、RMb、及びシ
ョット領域SAの両脇の格子マークWMa、WMbを検
出しているため、光軸AXaを有するアライメント系の
ユニット(以後アライメントユニットXAとする)から
得られる位置ずれ量ΔXaと、光軸AXbを有するアラ
イメント系のユニット(以後、アライメントユニットX
Bとする)から得られる位置ずれ量ΔXbとの差を、例
えばハードウェアによるデジタル減算回路で遂次算出す
るようにすれば、レチクルRとウェハW(1つのショッ
ト領域SA)との相対回転誤差の変化が走査露光中にた
だちに求まる。
In this embodiment, as shown in FIG.
Since the set of alignment systems (optical axes AXa and AXb) detect the lattice marks RMa and RMb on both sides of the pattern area PA and the lattice marks WMa and WMb on both sides of the shot area SA, the optical axis AXa is Displacement amount ΔXa obtained from an alignment system unit having an optical axis AXb (hereinafter referred to as an alignment unit XA).
B), the relative rotation error between the reticle R and the wafer W (one shot area SA) can be calculated successively by, for example, a hardware digital subtraction circuit. Is determined immediately during the scanning exposure.

【0036】相対回転誤差も、パターン領域PA、又は
ショット領域SAのサイズや、最小線幅の値によって、
ある許容量が定められ、許容量を越える回転誤差が生じ
得るときは、レチクルステージ6を微小回転させるΔθ
機構にフィードバックして、走査露光中にリアルタイム
に回転誤差を補正していくことが望しい。この場合、Δ
θ機構の回転中心は、レチクルR上に投影されたブライ
ンド1のスリット開口像の中心と一致していることが好
しい。
The relative rotation error also depends on the size of the pattern area PA or the shot area SA and the value of the minimum line width.
When a certain allowable amount is determined and a rotation error exceeding the allowable amount may occur, the reticle stage 6 is slightly rotated.
It is desired that the rotation error is corrected in real time during the scanning exposure by feeding back to the mechanism. In this case, Δ
The rotation center of the θ mechanism preferably coincides with the center of the slit opening image of the blind 1 projected on the reticle R.

【0037】ここで、図3に示した装置中の送光光学系
22と光電検出ユニット25の具体的な一例を、図5を
参照して説明する。図5において、2本の送光ビームB
L1、BL2 は照明視野絞り40上で交差するととも
に、所定の大きさの照明領域に制限される。制限された
2本の送光ビームはレンズ系41、偏光ビームスプリッ
タ42、及び1/4波長板43を介して対物レンズ23
に入射する。この図5から明らかなように、絞り40と
レチクルRの格子マークRMaとは、レンズ系41と対
物レンズ23との合成系に関して互いに共役に配置され
る。そして2本の送光ビームBL1、BL2は、レンズ
系41と対物レンズ23との間のフーリエ空間中のフー
リエ変換面(投影レンズPLの瞳EPと共役な面)でそ
れぞれビームウェストとなって収れんするとともに、送
光ビームBL1、BL2の各主光線はフーリエ空間内で
光軸AXaと平行に、かつ対称になる。
Here, a specific example of the light transmitting optical system 22 and the photoelectric detection unit 25 in the apparatus shown in FIG. 3 will be described with reference to FIG. In FIG. 5, two light transmission beams B
L1 and BL2 intersect on the illumination field stop 40 and are limited to an illumination area of a predetermined size. The limited two transmitted light beams are passed through a lens system 41, a polarizing beam splitter 42, and a quarter-wave plate 43 to the objective lens 23.
Incident on. As is apparent from FIG. 5, the stop 40 and the grid mark RMa of the reticle R are conjugated to each other with respect to the combined system of the lens system 41 and the objective lens 23. Then, the two light transmitting beams BL1 and BL2 converge as beam waists on a Fourier transform plane (a plane conjugate with the pupil EP of the projection lens PL) in the Fourier space between the lens system 41 and the objective lens 23. At the same time, the respective principal rays of the light transmission beams BL1 and BL2 are symmetric and parallel to the optical axis AXa in Fourier space.

【0038】さて、2本の送光ビームBL1、BL2は
偏光ビームスプリッタ42をほぼ100%透過した後、
1/4波長板43で同一方向に回転する円偏光に変換さ
れ、対物レンズ23を介して再び平行な2本のビームと
なってマークRMaの位置で交差する。マークRMaの
配置については図4に示したが、実際にはウェハ側のマ
ークWMaに対して非計測方向(格子ピッチ方向と直交
する方向)に横ずれした関係にしておく。
After the two light beams BL1 and BL2 have passed through the polarizing beam splitter 42 almost 100%,
The light is converted into circularly polarized light that rotates in the same direction by the 波長 wavelength plate 43, becomes two parallel beams again via the objective lens 23, and intersects at the position of the mark RMa. Although the arrangement of the marks RMa is shown in FIG. 4, it is assumed that the marks are actually shifted laterally in the non-measurement direction (the direction orthogonal to the lattice pitch direction) with respect to the marks WMa on the wafer side.

【0039】図6は、レチクルR側でみた格子マークR
Ma、WMaの関係を示し、矩形の領域ALxは絞り4
0の開口像である。ここで、格子マークRMa、WMa
はライン・アンド・スペースが1:1(デューティ50
%)であり、投影レンズPLの倍率を1/Mとすると、
マークRMaのレチクルR上でのピッチGPrと、マー
クWMaのウェハW上でのピッチGPwとは、GPr=
M・GPwの関係に定められる。スキャン露光時には、
領域ALxに対してマークRMa、WMaがレチクル面
上で同一方向(図6では+X方向)に同一速度vで移動
する。図6に示すように格子マークRMaとWMaは、
非計測方向(ここではY方向)にアライメントが達成さ
れているときに、一定の間隔DSを保つように予め横ず
れして配置される。この間隔DSはY方向のアライメン
ト精度に依存して決められる。
FIG. 6 shows the lattice mark R viewed from the reticle R side.
The relationship between Ma and WMa is shown.
0 is an aperture image. Here, the lattice marks RMa, WMa
Is 1: 1 line and space (duty 50
%) And the magnification of the projection lens PL is 1 / M,
The pitch GPr of the mark RMa on the reticle R and the pitch GPw of the mark WMa on the wafer W are GPr =
It is determined by the relationship of M · GPw. At the time of scan exposure,
The marks RMa and WMa move at the same speed v in the same direction (+ X direction in FIG. 6) on the reticle surface with respect to the area ALx. As shown in FIG. 6, the lattice marks RMa and WMa are:
When the alignment is achieved in the non-measurement direction (here, the Y direction), they are arranged so as to be shifted laterally in advance so as to keep a constant interval DS. This interval DS is determined depending on the alignment accuracy in the Y direction.

【0040】図7は、格子マークRMa、又はWMaが
ピッチ方向に速度+v、又は−vで移動したときの様子
を示し、各格子マーク上に作られる干渉縞IFは速度+
Vfで流れているものとする。図7のように、格子マー
クが速度+vで移動するときは、干渉縞IFの流れる方
向と一致しているため、格子マークから垂直に発生する
±1次回折光の干渉光BTのビート周波数はΔfよりも
低くなり、格子マークが速度−vで移動するときは干渉
縞IFの流れる方向と逆方向になるため、ビート周波数
はΔfよりも高くなる。
FIG. 7 shows a state in which the grating mark RMa or WMa moves at the speed + v or -v in the pitch direction, and the interference fringe IF formed on each grating mark has the speed + V.
It is assumed that the current is flowing at Vf. As shown in FIG. 7, when the grating mark moves at the speed + v, the beat frequency of the interference light BT of the ± 1st-order diffracted light generated vertically from the grating mark is Δf because the direction of the interference fringes IF coincides with the flowing direction. When the lattice mark moves at the speed -v, the direction becomes opposite to the direction in which the interference fringes IF flow, so that the beat frequency becomes higher than Δf.

【0041】ここで、格子マークRMaについて考えて
みると、2つの送光ビームBL1、BL2の入射角θを
光軸AXaに関して対称に定めるとして次式の関係に設
定する。 sinθ=λ/GPr こうすると、格子マークRMaからの±1次回折光は垂
直方向に発生する。またこの条件のもとで、干渉縞IF
のピッチPifは、Pif=1/2・GPrの関係になる。
Here, considering the lattice mark RMa, the relationship of the following equation is set assuming that the incident angles θ of the two light transmitting beams BL1 and BL2 are determined symmetrically with respect to the optical axis AXa. sin θ = λ / GPr Then, ± first-order diffracted light from the grating mark RMa is generated in the vertical direction. Under these conditions, the interference fringe IF
Has a relationship of Pif = 1 / GPr.

【0042】このことから、送光ビームBL1、BL2
の差周波数Δf(kHz)と格子マークの速度v(mm/s)との
関係、及びドップラー効果により、干渉光BTの明暗変
化の周波数fs(kHz)は、先に説明した通り、fs=Δf
+2v/GPrになる。さて、図5に示すようにレチク
ルの格子マークRMaからの干渉光BTrと、ウェハの
格子マークWMaからの干渉光BTwとは、対物レンズ
23、1/4波長板43、偏光ビームスプリッタ42を
介して光軸AXa上を戻り、レンズ系44に入射する。
このレンズ系44は逆フーリエ変換レンズとして作用
し、格子マークRMa、又はWMaと共役な面が作られ
る。レンズ系44からの干渉光BTr、BTwはハーフ
ミラー45で2つに分割され、遮光板46R、46Wに
達する。この遮光板46Rは、格子マークRMaと共役
な位置に配置され、マークRMaからの干渉光BTrの
みを通して、他の干渉光BTwを遮光するような配置の
開口APRを有する。同様に、遮光板46Wは格子マー
クWMaと共役な位置に配置され、マークWMaからの
干渉光BTwのみを通して、他の干渉光BTrを遮光す
るような配置の開口APWを有する。
From this, the light transmission beams BL1, BL2
Due to the relationship between the difference frequency Δf (kHz) and the grating mark speed v (mm / s), and the Doppler effect, the frequency fs (kHz) of the change in brightness of the interference light BT is fs = Δf, as described above.
+ 2v / GPr. Now, as shown in FIG. 5, the interference light BTr from the reticle grating mark RMa and the interference light BTw from the wafer grating mark WMa are transmitted through the objective lens 23, the quarter-wave plate 43, and the polarization beam splitter 42. And returns on the optical axis AXa to enter the lens system 44.
This lens system 44 acts as an inverse Fourier transform lens, and a surface conjugate with the grating mark RMa or WMa is created. The interference light beams BTr and BTw from the lens system 44 are split into two by the half mirror 45, and reach the light shielding plates 46R and 46W. The light-shielding plate 46R is arranged at a position conjugate with the lattice mark RMa, and has an opening APR arranged so as to block only the interference light BTr from the mark RMa and block other interference light BTw. Similarly, the light shielding plate 46W is arranged at a position conjugate with the lattice mark WMa, and has an opening APW arranged so as to shield only the interference light BTw from the mark WMa and shield the other interference light BTr.

【0043】光電センサー(フェトダイオード、フォト
マル等47Rは開口APRからの干渉光BTrを受光し
て信号SRを出力し、光電センサー47Wは開口APW
からの干渉光BTwを受光して信号SWを出力する。こ
れら信号SR、SWの処理については図3で説明した通
りである。以上、本実施例ではウェハステージ9を走査
露光中に定速制御するようにしたが、これは走査速度の
変動がショット領域SA内の露光量むらとなるからであ
る。またブラインド1は必ずしも、スリット開口に限ら
れず、投影レンズPLの円形のイメージフィールド内に
内包される正六角形、矩形、ひし形、又は円弧状等の開
口であってもよい。
The photoelectric sensor (feto diode, photomultiplier 47R, etc.) receives the interference light BTr from the opening APR and outputs a signal SR, and the photoelectric sensor 47W outputs the signal APW.
And outputs a signal SW upon receiving the interference light BTw. The processing of these signals SR and SW is as described in FIG. As described above, in the present embodiment, the wafer stage 9 is controlled at a constant speed during the scanning exposure. This is because the fluctuation of the scanning speed causes the exposure amount to be uneven in the shot area SA. Further, the blind 1 is not necessarily limited to the slit opening, and may be a regular hexagonal, rectangular, rhombic, or arcuate opening included in the circular image field of the projection lens PL.

【0044】正六角形の開口を有するブラインドを用い
たステップ&スキャン方式の装置は、特開平2−229
423号公報に開示されており、そこに開示された装置
に本実施例のアライメント制御方式を組み込んでもよ
い。次に本発明の第2の実施例について説明するが、こ
こでは第1の実施例をそのまま使うとともに、さらに走
査露光中の2次元(X、Y方向)のアライメントを可能
とするものである。
A step-and-scan type apparatus using a blind having a regular hexagonal opening is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-229.
No. 423, and the apparatus disclosed therein may incorporate the alignment control method of this embodiment. Next, a second embodiment of the present invention will be described. Here, the first embodiment is used as it is, and two-dimensional (X, Y directions) alignment during scanning exposure is enabled.

【0045】走査露光をX方向とすると、それと直交す
るY方向についても同様の干渉縞アライメント法が利用
できるように、レチクルR上とウェハW上の格子マーク
の配置と構造を若干偏光する。本実施例では、図3、図
5に示したTTR方式のアライメント系をX方向用とY
方向用とに2軸設けるようにし、レチクルとウェハの各
ストリートライン上にX方向用、Y方向用の格子マーク
を設ける。
Assuming that the scanning exposure is in the X direction, the arrangement and structure of the grating marks on the reticle R and the wafer W are slightly polarized so that the same interference fringe alignment method can be used in the Y direction orthogonal to the X direction. In the present embodiment, the alignment system of the TTR system shown in FIGS.
Two axes are provided for the direction, and grid marks for the X direction and Y direction are provided on each street line of the reticle and the wafer.

【0046】図8は、レチクルR上の各マーク配置とア
ライメント系の対物レンズの配置を示し、ここでもX方
向を走査露光方向とすると、レチクルRのパターン領域
PAの両脇でX方向に伸びるストリートライン領域内
に、Y方向用の格子マークRMYa、RMYbとX方向
用の格子マークRMXa、RMXbとを設ける。これら
格子マークは一例として図9に拡大して示すように配置
され、Y方向用の格子マークRMYaは数本のラインア
ンドスペースパターンをX方向に延設したもので、その
隣りにX方向用の格子マークRMXaが設けられる。こ
のレチクルR上の格子マークRMYaとRMXaの両側
は透明部となっていて、対応するウェハW上のY方向用
の格子マークWMYaとX方向用の格子マークWMXa
とが位置する。
FIG. 8 shows the arrangement of each mark on the reticle R and the arrangement of the objective lens of the alignment system. Here, assuming that the X direction is the scanning exposure direction, the reticle R extends in the X direction on both sides of the pattern area PA of the reticle R. In the street line region, grid marks RMYa and RMYb for the Y direction and grid marks RMXa and RMXb for the X direction are provided. These lattice marks are arranged as shown in FIG. 9 as an example, and the lattice mark RMYa for the Y direction is formed by extending several line-and-space patterns in the X direction. A grid mark RMXa is provided. Both sides of the lattice marks RMYa and RMXa on the reticle R are transparent parts, and the corresponding Y-direction lattice mark WMYa and X-direction lattice mark WMXa on the corresponding wafer W are transparent.
And is located.

【0047】本実施例では、これら格子マークのうちX
方向用の格子マークRMXa(WMXa)とRMXb
(WMXb)は、第1の実施例と同様にX方向用のアラ
イメント系の対物レンズ23Xa、23Xbを介して検
出され、Y方向用の格子マークRMYa(WMYa)と
マークRMYb(WMYb)は、Y方向用のアライメン
ト系の対物レンズ23Ya、23Ybを介して検出され
る。
In this embodiment, of these lattice marks, X
Direction grid marks RMXa (WMXa) and RMXb
(WMXb) is detected through the objective lenses 23Xa and 23Xb of the alignment system for the X direction, as in the first embodiment, and the grid marks RMYa (WMYa) and RMYb (WMYb) for the Y direction are Y It is detected through the objective lenses 23Ya and 23Yb of the direction alignment system.

【0048】Y方向用のアライメント系は、基本的にX
方向用のアライメント系と同一の構成であり、異なる点
は2本のビームBL1、BL2のレチクルR(又はウェ
ハW)に対する入射角がY−Z平面内で傾いていること
である。また、X方向用のアライメント系の内部の開口
絞り(46R、46W)はY方向用の格子マークRMY
a、WMYa(RMYb、WMYb)からの干渉光をも
遮光するように設定され、Y方向用のアライメント系の
内部の開口絞りはX方向用の格子マークRMXa、WM
Xa(RMXb、WMXb)からの干渉光をも遮光する
ように設定される。
The alignment system for the Y direction is basically
The configuration is the same as that of the direction alignment system, except that the incident angles of the two beams BL1 and BL2 with respect to the reticle R (or wafer W) are inclined in the YZ plane. The aperture stop (46R, 46W) inside the alignment system for the X direction is a grid mark RMY for the Y direction.
a, WMYa (RMYb, WMYb) are set so as to block the interference light, and the aperture stop inside the alignment system for the Y direction is a grid mark RMXa, WM for the X direction.
The setting is made such that the interference light from Xa (RMXb, WMXb) is also blocked.

【0049】ここで、レチクルRとウェハWが相対的に
X方向に走査されると、レチクルR上のY方向用の格子
マークRMYaからの干渉光(ビート光)と、ウェハW
上のY方向用の格子マークWMYaからの干渉光(ビー
ト光)とを光電検出して得られる2つの信号の周波数
は、レチクルR、ウェハWのX方向の走査速度とは無関
係に、ほぼ一定(Δf)となる。ただし、Y方向のアラ
イメント誤差量が時間的に急峻に変化するときは、それ
に応じて進行の周波数も変化し得るか、この変化はほと
んど無視し得る程度のもので、ほとんどの場合、Y方向
のアライメント誤差量は、2つの信号の位相差を検出す
るだけでよい。このY方向の場合についても、アライメ
ント誤差量は遂次出力されるから、その誤差量が常に一
定値になるように、レチクルステージ6、又はウェハス
テージ9をY方向に微動させる。あるいは、走査露光中
に、Y方向のアライメント誤差信号に基づいて、レチク
ルステージ6、又はウェハステージ9のY方向用の駆動
系をサーボ(フィードバック)制御するようにしてもよ
い。
Here, when the reticle R and the wafer W are relatively scanned in the X direction, the interference light (beat light) from the lattice mark RMYa for the Y direction on the reticle R and the wafer W
The frequencies of the two signals obtained by photoelectrically detecting the interference light (beat light) from the upper lattice mark WMYa for the Y direction are substantially constant irrespective of the scanning speed of the reticle R and the wafer W in the X direction. (Δf). However, when the amount of the alignment error in the Y direction changes abruptly in time, the frequency of the progress can also change accordingly, or this change is almost negligible. The alignment error amount only needs to detect the phase difference between the two signals. Also in the case of the Y direction, since the alignment error amount is successively output, the reticle stage 6 or the wafer stage 9 is slightly moved in the Y direction so that the error amount always becomes a constant value. Alternatively, a servo (feedback) control of the drive system for the Y direction of the reticle stage 6 or the wafer stage 9 may be performed based on the Y-direction alignment error signal during the scanning exposure.

【0050】本実施例では、走査露光方向にX方向用と
Y方向用の各アライメント系を並置したが、単一の対物
レンズを介してX方向とY方向のアライメントが可能な
ように、4本のビームを同時に入射するようにしてもよ
い。ところで、図3に示した装置では図示を省略した
が、レチクルRの上方には、露光光と同一波長の照明光
のもとでレチクルR上の格子マークとウェハステージ9
上の基準マークとを観察するTTR方式のアライメント
系が設けられている。これは、図3、図5に示したアラ
イメント系が露光光と異なる波長のビームBL1 、BL
2 を使ったときのベースライン管理のために必要とな
る。
In this embodiment, the respective alignment systems for the X direction and the Y direction are juxtaposed in the scanning exposure direction, but the alignment systems for the X direction and the Y direction can be aligned via a single objective lens. The beams of the book may be incident simultaneously. Although not shown in the apparatus shown in FIG. 3, a lattice mark on the reticle R and a wafer stage 9 are arranged above the reticle R under illumination light having the same wavelength as the exposure light.
A TTR type alignment system for observing the upper reference mark is provided. This is because the alignment systems shown in FIG. 3 and FIG.
Required for baseline management when using 2.

【0051】さて、露光光と同一波長を使うTTRアラ
イメント系は、例えば図10のように配置される。図1
0において、対物レンズ23、ミラー24は図3中のも
のと同一のものであり、これらの他に光ファイバー6
2、ビームスプリッタ61、対物レンズ60、及び撮像
素子63等から成るTTRアライメント系が設けられ、
ウェハステージ9上には基準マーク板FMが固定され
る。光ファイバー62は露光光と同一波長の照明光を射
出し、ビームスプリッタ61で反射した照明光は対物レ
ンズ60を介してレチクルR上の格子マークを照明す
る。レチクルRを透過した照明光は、投影レンズPLを
介して基準マーク板FM上の格子マークを照射する。こ
の基準マーク板FM上には、図10に示すように対物レ
ンズ23を介して同時に検出可能な位置に格子マークが
設けられている。
Now, a TTR alignment system using the same wavelength as the exposure light is arranged, for example, as shown in FIG. FIG.
At 0, the objective lens 23 and the mirror 24 are the same as those in FIG.
2. A TTR alignment system including a beam splitter 61, an objective lens 60, and an image sensor 63 is provided.
A reference mark plate FM is fixed on the wafer stage 9. The optical fiber 62 emits illumination light having the same wavelength as the exposure light, and the illumination light reflected by the beam splitter 61 illuminates the grid mark on the reticle R via the objective lens 60. The illumination light transmitted through the reticle R illuminates the grid mark on the reference mark plate FM via the projection lens PL. On this reference mark plate FM, a grid mark is provided at a position that can be simultaneously detected via the objective lens 23 as shown in FIG.

【0052】撮像素子63は、レチクルRの格子マーク
と基準マーク板FMの格子マークとの各像を撮像して、
両マークの位置ずれ量(ΔXe、ΔYe)を求めるため
に使われる。このとき同時に対物レンズ23を介して干
渉縞方式のアライメント系を作動させて、レチクルRの
格子マークと基準マーク板FMの格子マークとの相対位
置ずれ量(ΔXa、ΔYa)を求める。
The image sensor 63 captures images of the lattice mark of the reticle R and the lattice mark of the reference mark plate FM,
It is used to determine the amount of displacement (ΔXe, ΔYe) between both marks. At this time, the interference fringe type alignment system is simultaneously operated via the objective lens 23, and the relative positional deviation amount (ΔXa, ΔYa) between the grid mark of the reticle R and the grid mark of the reference mark plate FM is obtained.

【0053】これによって、ベースライン量は(ΔXa
−ΔXe、ΔYa−ΔYe)としてもとめられる。ただ
し、この場合、ウェハステージ9(基準マーク板FM)
を静止させておく必要があるので、一般的にはレーザ干
渉計11の計測値が一定値になるように、ウェハステー
ジ9をフィードバック制御しておく。ところが、レーザ
干渉計11のレーザ光路は、大気中に開放された状態に
あるので、わずかな空気ゆらぎによって計測値が微妙に
変動する。このため、上記のようなベースライン計測に
あたって、レーザ干渉計11の計測値でウェハステージ
9を静止させようとしても、空気ゆらぎによるドリフト
が生じることになる。
Thus, the baseline amount becomes (ΔXa
−ΔXe, ΔYa−ΔYe). However, in this case, the wafer stage 9 (reference mark plate FM)
Must be kept stationary, so that the wafer stage 9 is generally feedback-controlled so that the measurement value of the laser interferometer 11 becomes a constant value. However, since the laser light path of the laser interferometer 11 is open to the atmosphere, the measured value slightly fluctuates due to slight air fluctuation. For this reason, in the above-described baseline measurement, even if the wafer stage 9 is stopped at the measured value of the laser interferometer 11, drift due to air fluctuation occurs.

【0054】ところが、図3、図5に示した干渉縞方式
のアライメント系はレチクルRと投影レンズPLの間、
及び投影レンズPLとウェハWの間では空気中に露出し
ているビーム部分がわずかであることから、たとえ空気
ゆらぎが生じても、それによる計測誤差はほとんど無視
できる。そこで、干渉縞方式のアライメント系を使っ
て、レチクルRと基準マーク板FMとをアライメントす
るように、レチクルステージ6、又はウェハステージ9
をフィードバック制御する。これによってレチクルRと
基準マーク板FMとの相対的な位置ずれは、別波長のア
ライメント系(対物レンズ23)のもとでほぼ零に追い
込まれる。そして、その状態で撮像素子63を使ってレ
チクルRの格子マークと基準マーク板FMの格子マーク
との位置ずれ量を求める。これによって求められたずれ
量がベースライン量(ΔXB、ΔYB)となる。このベ
ースライン量(ΔXB、ΔYB)は、投影レンズPLの
色収差によって生じる固有値であって、レチクルR上の
格子マークの検出位置(投影レンズの像高点)が変わる
たびにチェックされる。
However, the alignment system of the interference fringe type shown in FIGS.
In addition, since the beam portion exposed to the air is slight between the projection lens PL and the wafer W, even if air fluctuation occurs, the measurement error due to the fluctuation can be almost ignored. Therefore, the reticle stage 6 or the wafer stage 9 is adjusted so that the reticle R and the reference mark plate FM are aligned using an interference fringe type alignment system.
Feedback control. Thereby, the relative displacement between the reticle R and the reference mark plate FM is driven to almost zero under the alignment system (objective lens 23) of another wavelength. Then, in that state, the amount of misalignment between the lattice mark of the reticle R and the lattice mark of the reference mark plate FM is determined using the image sensor 63. The deviation amount obtained in this way becomes the baseline amount (ΔXB, ΔYB). The base line amounts (ΔXB, ΔYB) are eigenvalues caused by chromatic aberration of the projection lens PL, and are checked each time the detection position of the grating mark on the reticle R (the image height point of the projection lens) changes.

【0055】このベースライン量(ΔXB、ΔYB)は
対物レンズ23を介して検出されるレチクルRとウェハ
Wとの相対位置ずれ量にオフセットとして加えられ、真
の重ね合わせ位置への補正として使われる。尚、対物レ
ンズ60を介して観察する位置は、レチクルR上の露光
用照明光の照射領域(スリット状)からはずれた位置に
なるため、厳密に言えば、そのずれによって固有の誤差
が生じ得る。その誤差とは、主に投影レンズPLの露光
波長に起因して生じるディストーションによるものであ
る。しかしながら、投影レンズPLの投影視野内の各点
におけるディストーション量は、予め求めておくことが
できるため、対物レンズ60の観察位置でのディストー
ション量を装置固有のオフセット量として記憶してお
き、ベースライン計測値を、さらに補正するようにして
おくとよい。
The base line amount (ΔXB, ΔYB) is added as an offset to the relative positional deviation amount between the reticle R and the wafer W detected via the objective lens 23, and is used as a correction to a true superposition position. . In addition, since the position observed through the objective lens 60 is out of the irradiation area (slit shape) of the exposure illumination light on the reticle R, strictly speaking, a deviation may cause an inherent error. . The error is mainly due to distortion caused by the exposure wavelength of the projection lens PL. However, since the amount of distortion at each point in the projection field of view of the projection lens PL can be obtained in advance, the amount of distortion at the observation position of the objective lens 60 is stored as an offset amount unique to the apparatus, and the baseline is stored. The measured value may be further corrected.

【0056】図11は、本発明の第3の実施例による格
子マーク配置を示し、特にウェハWのストリートライン
内に形成する格子マークを2次元格子にすることで省ス
ペース化をはかるものである。図11において、レチク
ルR上にはY方向用の格子マークRMYaとX方向用の
格子マークRMXaとがY方向に一定の間隔をあけて設
けられ、この間隔部分(透明部分)にはウェハW上の2
次元格子WMxyが位置するように設定される。2次元
格子WMxyは微小な矩形ドットパターンをX方向とY
方向の両方に所定のピッチで配列したものである。実際
のアライメント時には、図8に示したようにX方向用の
アライメント系とY方向用のアライメント系とで位置を
分離しておく方がよい。
FIG. 11 shows a grid mark arrangement according to the third embodiment of the present invention. In particular, a grid mark formed in a street line of a wafer W is formed into a two-dimensional grid to save space. . In FIG. 11, on the reticle R, a grid mark RMYa for the Y direction and a grid mark RMXa for the X direction are provided at fixed intervals in the Y direction. 2
The dimensional lattice WMxy is set to be located. The two-dimensional lattice WMxy converts a minute rectangular dot pattern into the X direction and the Y direction.
They are arranged at a predetermined pitch in both directions. At the time of actual alignment, it is better to separate the positions of the alignment system for the X direction and the alignment system for the Y direction as shown in FIG.

【0057】ただし、X方向アライメント用の2本のビ
ームとY方向アライメント用の2本のビームとを互いに
相補的な偏光状態にしておけば、2次元格子WMxyか
ら垂直に発生する干渉光を偏光特性で分離することがで
きるので、同一の対物レンズ23を介して4本のビーム
(X方向用の2本とY方向用の2本)を同時に格子マー
クへ照射することも可能である。
However, if the two beams for the X-direction alignment and the two beams for the Y-direction alignment are set in mutually complementary polarization states, the interference light generated perpendicularly from the two-dimensional grating WMxy will be polarized. Since the beams can be separated by characteristics, it is possible to irradiate four beams (two beams for the X direction and two beams for the Y direction) to the lattice mark simultaneously via the same objective lens 23.

【0058】このように、2次元格子WMxyをウェハ
上のショット領域に沿った走査方向全体に設けること
で、かなりの省スペース化がはかれるとともに、走査露
光中の2次元のアライメント補正が可能になる。ちなみ
にウェハ上の一般的なストリートライン領域は幅(図1
1のY方向の寸法)が70μm程度確保されている。2
次元格子WMxyの矩形ドットの寸法を4μm角(すな
わちピッチ8μm)とすると、Y方向には8個の矩形ド
ットが形成でき、これは実用上、ほぼ十分な計測精度が
期待できる。また図11中のレチクル側の格子マークR
MYa、RMXaもウェハ側と同様の2次元格子にする
ことも可能である。
As described above, by providing the two-dimensional grating WMxy in the entire scanning direction along the shot area on the wafer, considerable space can be saved and two-dimensional alignment correction during scanning exposure can be performed. . By the way, the general street line area on the wafer is the width (Fig. 1
1 (dimension in the Y direction) is about 70 μm. 2
If the size of the rectangular dots of the dimensional lattice WMxy is 4 μm square (that is, the pitch is 8 μm), eight rectangular dots can be formed in the Y direction, which can be expected to have practically sufficient measurement accuracy. Also, the lattice mark R on the reticle side in FIG.
MYa and RMXa can also be two-dimensional lattices similar to those on the wafer side.

【0059】図12は、本発明の第4の実施例による格
子マーク配置を示し、レチクルRのパターン領域PAの
外側の走査露光方向に延びたストリートライン領域内に
1次元、又は2次元の格子マークRML1〜RML4、
RMR1〜RMR3をX方向に飛び飛びに設ける。ウェ
ハW上にもそれらと対応した位置に1次元、又は2次元
の格子マークをX方向に飛び飛びに設ける。これらマー
クRML1〜RML4とマークRMR1〜RMR3と
は、互いに入れ子状態で配置され、アライメント系の2
本の対物レンズ23R、23LがY方向に離れて並んで
いるものとすると、X方向の走査露光のときに対物レン
ズ23R、23Lのいずれか一方が常に格子マークから
の干渉光を入射できるように設定されている。例えば、
図12の位置からレチクルRが左右に移動すると、対物
レンズ23Lを介して格子マークRML1 と、これに対
応したウェハ上の格子マークとがアライメントされ、対
物レンズ23Lからの2本(又は4本)の送光ビームの
照射領域が格子マークRML1 からはずれる直前に、格
子マークRMR1が対物レンズ23Rからの送光ビーム
の照射点に達する。従って、次のサイクルでは、格子マ
ークRMR1と、これに対応したウェハ上の格子マーク
とが対物レンズ23Rを介してアライメントされる。以
下同様にして、走査露光の信号に伴って対物レンズ23
R、23Lを交互に切り換えてアライメントしていく。
本実施例では、格子マークRML1からRMR1への切
り換えの際、対物レコンズ23でを介して得られる干渉
ビート光と、対物レンズ23Rを介して得られる干渉ビ
ート光とが、時間的にわずかの間だけ同時に存在するよ
うに各マークを配置してある。
FIG. 12 shows a grid mark arrangement according to the fourth embodiment of the present invention, in which a one-dimensional or two-dimensional grid is arranged in a street line area extending in the scanning exposure direction outside the pattern area PA of the reticle R. Marks RML1 to RML4,
RMR1 to RMR3 are provided at intervals in the X direction. On the wafer W, one-dimensional or two-dimensional lattice marks are provided at positions corresponding to the ones at intervals in the X direction. The marks RML1 to RML4 and the marks RMR1 to RMR3 are arranged in a nested state with each other.
Assuming that the objective lenses 23R and 23L are arranged apart from each other in the Y direction, one of the objective lenses 23R and 23L can always receive the interference light from the lattice mark during scanning exposure in the X direction. Is set. For example,
When the reticle R moves right and left from the position shown in FIG. 12, the lattice mark RML1 and the corresponding lattice mark on the wafer are aligned via the objective lens 23L, and two (or four) from the objective lens 23L are aligned. Immediately before the irradiation area of the transmitted light beam deviates from the lattice mark RML1, the lattice mark RMR1 reaches the irradiation point of the transmitted light beam from the objective lens 23R. Therefore, in the next cycle, the grid mark RMR1 and the corresponding grid mark on the wafer are aligned via the objective lens 23R. Similarly, the objective lens 23 is moved in accordance with the scanning exposure signal.
R and 23L are alternately switched for alignment.
In the present embodiment, when switching from the grating mark RML1 to the RMR1, the interference beat light obtained through the objective lens 23 and the interference beat light obtained through the objective lens 23R are separated from each other by a short time. Each mark is arranged so as to exist only at the same time.

【0060】この実施例のように格子マークを配置する
と、X方向に関する格子マークと格子マークとの間に他
のマーク、例えばウェハのグローバルアライメント(E
GA)用のマークを配置することができる。図13は、
本発明の第5の実施例による投影露光装置の構成を示
し、図3の構成と異なる点はレチクルR(及びウェハ
W)の走査方向に複数のアライメント系の対物レンズ2
3A、23B、23C、23Dを並べたことにある。レ
チクルR、及びウェハW上の格子マークの配置は、先の
図4、図8、図11、図12のいずれの方法でかまわな
い。
When the grid marks are arranged as in this embodiment, another mark, for example, a global alignment (E) of the wafer, is placed between the grid marks in the X direction.
GA) marks can be arranged. FIG.
The configuration of a projection exposure apparatus according to a fifth embodiment of the present invention is different from the configuration of FIG. 3 in that a plurality of objective lenses 2 of an alignment system are arranged in a scanning direction of a reticle R (and a wafer W).
3A, 23B, 23C, and 23D are arranged. The arrangement of the reticle R and the lattice mark on the wafer W may be any of the methods shown in FIGS. 4, 8, 11, and 12.

【0061】この図13の場合、4つの対物レンズ23
A〜23Dはそれぞれ格子マーク上の異なる位置で発生
する干渉ビート光を入射して、レチクルRとウェハWの
走査移動中のアライメントを行なうが、走査位置によっ
ては、両脇の対物レンズ23A、23Dのいずれか一方
のみしか使えないこともある。そこで、1つのアライメ
ントシーケンスとして、例えばレチクルRが図13中の
左側から右側へ走査される場合は、レチクルRの走査位
置に応じて対物レンズ23A、対物レンズ23B…の順
で使用するアライメント系の数や位置を変えることもで
きる。また、図13のように複数のアライメント系が同
時に使えるときは、図12に示した格子マークRML1
〜RML4と格子マークRMR1〜RMR3とを入れ子
の関係にしなくても、ほぼ連続的にアライメントのため
の信号を得ることができる。
In the case of FIG. 13, the four objective lenses 23
A to 23D each receive interference beat light generated at a different position on the lattice mark to perform alignment during the scanning movement of the reticle R and the wafer W, but depending on the scanning position, the objective lenses 23A and 23D on both sides. Sometimes only one of them can be used. Therefore, as one alignment sequence, for example, when the reticle R is scanned from the left side to the right side in FIG. 13, the alignment system used in the order of the objective lens 23A, the objective lens 23B... You can change the number and position. When a plurality of alignment systems can be used at the same time as shown in FIG. 13, the lattice mark RML1 shown in FIG.
RRML4 and the lattice marks RMR1 to RMR3 do not need to be nested, and signals for alignment can be obtained almost continuously.

【0062】そのためには、例えは対物レンズ23A〜
23Dの走査方向(X方向)の間隔と、格子マークRM
L1〜RML4のX方向の間隔とを異ならせておけばよ
い。以上、上述の実施例によれば、レチクル(マスク)
とウェハ(感光基板)との相対的な位置ずれ量をアライ
メントセンサーで常時検出しながら、レチクルとウェハ
の一方を速度制御モードで走査し、他方はアライメント
センサーで得られる位置ずれ量が所定値になるようにサ
ーボ(トラッキング)制御モードで走査するため、速度
制御モードで走査される側に仮りに速度むらが生じたと
しても、走査方向の倍率誤差(走査方向の転写像寸法の
伸び縮み)はアライメントセンサーで決まる計測精度程
度に押え込むことが可能である。このため、ウェハ上の
1つのショット領域そのものが、ウェハプロセスの影
響、又はそのショット露光時の走査むら等によって走査
露光方向に非線形に伸縮していたとしても、常にアライ
メントセンサーからの計測信号を基準としてトラッキン
グ走査する限り、その1つのショット領域内の全面で極
めて高い、重合わせ精度を得ることができる。また図1
2に示す実施例のように、格子マークを走査方向に飛び
石状に配置すれば、何層にも及ぶIC製造工程におい
て、マークの打ち替えを行なったときのスペースを省く
ことができる。飛び石状の格子マークの間隔をあまり広
くしなければ、1つの格子マークの検出終了から次の格
子マークの検出開始までの間にデッドタイムが生じたと
しても、そのデッドタイムをレーザ干渉計の空気揺らぎ
の周期よりも短くすることが可能となり、格子マークを
走査露光の範囲に渡って連続して設けたのと同等の精度
が得られる。すなわち、いずれの格子マークからも干渉
ビート光が得られないデットタイムの間は、ウェハステ
ージ用のレーザ干渉計、もしくはレチクルステージ用の
レーザ干渉計にもとづいて各ステージを移動させても、
従来の装置ほど空気揺らぎに影響されないといった利点
がある。さらに図13に示した実施例のように、複数の
アライメントセンサーを走査露光方向に配置して、格子
マークを走査方向に飛び石状に設ける場合でも、各アラ
イメントセンサーの間隔と格子マークの間隔とを異なる
値に設定すれば、常にどれかのアライメントセンサーが
位置ずれ量を検出するか、もしくはいずれのアライメン
トセンサーもマークを検出しないデットタイムを極めて
短くすることができ、従来の方式よりもアライメント精
度、重ね合わせ精度を向上させることができる。尚、上
述の走査露光中のアライメント方式は、従来のステップ
&スキャン方式の露光装置にもそのまま応用できるもの
である。
For this purpose, for example, the objective lenses 23A to 23A
23D scanning direction (X direction) interval and grid mark RM
What is necessary is just to make the space | interval of X direction of L1-RML4 different. As described above, according to the above-described embodiment, the reticle (mask)
One of the reticle and the wafer is scanned in the speed control mode while the relative displacement between the reticle and the wafer (photosensitive substrate) is always detected by the alignment sensor. Since the scanning is performed in the servo (tracking) control mode, even if there is speed unevenness on the side scanned in the speed control mode, the magnification error in the scanning direction (expansion and contraction of the transferred image size in the scanning direction) It can be held down to the measurement accuracy determined by the alignment sensor. Therefore, even if one shot area on the wafer itself expands and contracts non-linearly in the scanning exposure direction due to the influence of the wafer process or uneven scanning during the exposure of the shot, the measurement signal from the alignment sensor is always used as a reference. As long as tracking scanning is performed, extremely high registration accuracy can be obtained over the entire surface within one shot area. FIG.
As in the embodiment shown in FIG. 2, if the grid marks are arranged in a stepping manner in the scanning direction, it is possible to save space when replacing the marks in an IC manufacturing process involving multiple layers. If the interval between the stepping stone-shaped grid marks is not made too wide, even if a dead time occurs between the end of the detection of one grid mark and the start of the detection of the next grid mark, the dead time is reduced by the air of the laser interferometer. It is possible to make the period shorter than the fluctuation period, and it is possible to obtain the same accuracy as when the grid marks are continuously provided over the range of the scanning exposure. That is, during the dead time during which no interference beat light is obtained from any of the grating marks, even if each stage is moved based on the laser interferometer for the wafer stage or the laser interferometer for the reticle stage,
There is an advantage that it is not affected by air fluctuation as compared with the conventional device. Further, even when a plurality of alignment sensors are arranged in the scanning exposure direction and the grid marks are provided in the scanning direction as in the embodiment shown in FIG. If different values are set, any alignment sensor can always detect the amount of misalignment, or the dead time during which neither alignment sensor detects a mark can be extremely short. Overlay accuracy can be improved. The above-described alignment method during scanning exposure can be applied to a conventional step-and-scan type exposure apparatus as it is.

【0063】[0063]

【発明の効果】以上のように本発明の走査露光装置によ
れば、その走査中露光中にも、ほぼ連続してアライメン
ト誤差を得ることができる。
As described above, according to the scanning exposure apparatus of the present invention, an alignment error can be obtained almost continuously even during exposure during scanning.

【0064】また、その得られたアライメント誤差に基
づいてマスクと基板との相対的な位置合わせを行うこと
によって、その走査中に生ずるマスクパターンとウェハ
上のパターンとの整合状態からのずれを許容範囲内に押
え込むことができる。
Further, by performing relative positioning between the mask and the substrate on the basis of the obtained alignment error, deviation from the alignment state between the mask pattern and the pattern on the wafer during the scanning is allowed. It can be held down within the range.

【0065】したがって、露光前のアライメント用の走
査を極力不要にすることができる。
Therefore, it is possible to minimize the need for scanning for alignment before exposure.

【0066】また、走査露光中のアライメント精度、重
ね合わせ精度を向上させることができる。
Further, the alignment accuracy and the overlay accuracy during the scanning exposure can be improved.

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

【図1】従来のステップ&スキャン露光装置におけるア
ライメント方式を説明する斜視図。
FIG. 1 is a perspective view illustrating an alignment method in a conventional step & scan exposure apparatus.

【図2】図1のアライメント方式で得られるアライメン
ト用の信号波形を示す波形図。
FIG. 2 is a waveform chart showing an alignment signal waveform obtained by the alignment method of FIG. 1;

【図3】本発明の実施例による投影式走査露光装置の構
成を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a projection scanning exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図4】図3の装置によるアライメント方式を説明する
斜視図。
FIG. 4 is a perspective view illustrating an alignment method using the apparatus of FIG.

【図5】図3の装置のアライメント系の構成を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an alignment system of the apparatus shown in FIG. 3;

【図6】図3の装置で使用されるレチクルとウェハの各
格子マークの配置を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing an arrangement of a reticle used in the apparatus shown in FIG. 3 and lattice marks of a wafer.

【図7】図5のアライメント系の動作原理を説明する
図。
FIG. 7 is a view for explaining the operation principle of the alignment system of FIG. 5;

【図8】第2の実施例によるマーク配置を有するレチク
ルの平面図。
FIG. 8 is a plan view of a reticle having a mark arrangement according to a second embodiment.

【図9】図8のマーク配置を部分的に拡大して示す平面
図。
9 is a plan view showing the mark arrangement of FIG. 8 in a partially enlarged manner.

【図10】ベースライン計測の方式を説明するための
図。
FIG. 10 is a diagram for explaining a baseline measurement method.

【図11】第3の実施例によるマーク配置を説明する
図。
FIG. 11 is a view for explaining mark arrangement according to a third embodiment.

【図12】第4の実施例にるマーク配置を説明する図。FIG. 12 is a view for explaining mark arrangement according to a fourth embodiment.

【図13】第5の実施例による装置構成を説明する図。FIG. 13 is a view for explaining an apparatus configuration according to a fifth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

R レチクル RMa、RMb、RMXa、RMYa、RMXb、RM
Yb レチクル格子マーク WMa、WMb、WMYa、WMXa、WMxy ウェ
ハ格子マーク W ウェハ PL 投影光学系 1 レチクルブラインド 6 レチクルステージ 8 レチクルステージ駆動モータ 9 ウェハステージ 10 ウェハステージ駆動モータ 11 レーザ干渉計 12 ウェハステージ駆動制御部 20 レーザ光源 23 アライメント用対物レンズ 27 位置ずれ量検出部
R Reticle RMa, RMb, RMXa, RMYa, RMXb, RM
Yb reticle grating mark WMa, WMb, WMYa, WMXa, WMxy Wafer grating mark W wafer PL Projection optical system 1 reticle blind 6 reticle stage 8 reticle stage drive motor 9 wafer stage 10 wafer stage drive motor 11 laser interferometer 12 wafer stage drive control Unit 20 Laser light source 23 Objective lens for alignment 27 Position shift amount detection unit

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】照明光に対してマスクと基板とをそれぞれ
相対移動して、前記マスクのパターンを前記基板上に走
査露光する装置において、 前記基板上の露光範囲のほぼ全域に渡って、所定方向に
沿って形成される回折格子状の基板マークを検出するマ
ーク検出系と、 前記走査露光中、前記マーク検出系によって前記基板マ
ークが連続して検出されるように、前記相対移動の方向
を前記所定方向とほぼ一致させて前記基板を移動する駆
動制御手段とを備えたことを特徴とする走査露光装置。
An apparatus for scanning and exposing a pattern of the mask on the substrate by relatively moving the mask and the substrate with respect to the illuminating light, wherein a predetermined pattern is provided over substantially the entire exposure range on the substrate. A mark detection system for detecting a diffraction grating-shaped substrate mark formed along a direction, and the direction of the relative movement so that the substrate mark is continuously detected by the mark detection system during the scanning exposure. And a drive control means for moving the substrate substantially in the predetermined direction.
【請求項2】前記基板マークは、前記相対移動の方向と
ピッチ方向がほぼ一致する回折要素とを含むことを特徴
とする請求項1に記載の走査露光装置。
2. The scanning exposure apparatus according to claim 1, wherein the substrate mark includes a diffraction element whose pitch direction substantially coincides with the direction of the relative movement.
【請求項3】前記相対移動の方向に直交する方向とピッ
チ方向がほぼ一致する回折要素を含むことを特徴とする
請求項2に記載の走査露光装置。
3. The scanning exposure apparatus according to claim 2, further comprising a diffraction element whose pitch direction substantially coincides with a direction orthogonal to the direction of the relative movement.
【請求項4】前記マーク検出系は、前記基板マークとと
もに、前記マスクのパターン領域のほぼ全域にわたって
前記相対移動の方向に沿って形成された回折格子状のマ
スクマークを検出することを特徴とする請求項1〜3の
いずれか一項に記載の走査露光装置。
4. The mark detection system detects a diffraction grating-like mask mark formed along the direction of the relative movement over substantially the entire pattern area of the mask together with the substrate mark. The scanning exposure apparatus according to claim 1.
【請求項5】前記マスクマークは、前記相対移動の方向
とピッチ方向がほぼ一致する回折要素を含むことを特徴
とする請求項4に記載の走査露光装置。
5. The scanning exposure apparatus according to claim 4, wherein said mask mark includes a diffraction element whose pitch direction substantially coincides with the direction of said relative movement.
【請求項6】前記マスクマークは、前記相対移動の方向
に直交する方向とピッチ方向がほぼ一致する回折要素を
含むことを特徴とする請求項5に記載の走査露光装置。
6. The scanning exposure apparatus according to claim 5, wherein the mask mark includes a diffraction element whose pitch direction substantially coincides with a direction orthogonal to the direction of the relative movement.
【請求項7】前記マスクに形成されるパターンの少なく
とも一部を前記基板上に投影する投影光学系を更に備
え、 前記照明光の照射領域は、前記投影光学系の視野内で、
その長手方向が前記相対移動の方向と直交する方向と一
致することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に
記載の走査露光装置。
7. A projection optical system for projecting at least a part of a pattern formed on the mask onto the substrate, wherein an irradiation area of the illumination light is within a field of view of the projection optical system.
The scanning exposure apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein a longitudinal direction thereof coincides with a direction orthogonal to the direction of the relative movement.
【請求項8】前記投影光学系は円形視野を有し、 前記照射領域は、その中心が前記投影光学系の光軸とほ
ぼ一致するように規定されることを特徴とする請求項7
に記載の走査露光装置。
8. The projection optical system according to claim 7, wherein the projection optical system has a circular visual field, and the irradiation area is defined such that the center thereof substantially coincides with the optical axis of the projection optical system.
3. The scanning exposure apparatus according to claim 1.
【請求項9】マスクを保持するマスクステージと、感光
基板を保持する基板ステージとを備え、前記マスクステ
ージと前記基板ステージとを同期移動させることによっ
て、前記マスクの原画パターンを前記感光基板上に走査
露光する装置において、 前記マスクに照明光を照射するとともに、前記マスク上
における前記照明光の照射領域を、前記投影光学系の光
軸を含み、その長手方向が前記同期移動の方向と直交す
る方向と一致するように規定する照明光学系と、 前記相対移動の方向における前記マスクステージの位置
に応じて切り換えて使用される、マスクマークを検出す
るための複数のアライメント系と、 を備えたことを特徴とする走査露光装置。
9. A mask stage for holding a mask, and a substrate stage for holding a photosensitive substrate, wherein an original pattern of the mask is transferred onto the photosensitive substrate by synchronously moving the mask stage and the substrate stage. In a scanning exposure apparatus, while irradiating the mask with illumination light, an irradiation area of the illumination light on the mask includes an optical axis of the projection optical system, and a longitudinal direction thereof is orthogonal to a direction of the synchronous movement. A plurality of alignment systems for detecting mask marks, which are used by switching according to the position of the mask stage in the direction of the relative movement and which are used to detect a mask mark. A scanning exposure apparatus.
【請求項10】前記複数のアライメント系は、前記相対
移動の方向に離れて配置されることを特徴とする請求項
9に記載の装置。
10. The apparatus according to claim 9, wherein said plurality of alignment systems are arranged apart in the direction of said relative movement.
【請求項11】前記複数のアライメント系は、前記相対
移動の方向と直交する方向に離れて配置されることを特
徴とする請求項9に記載の装置。
11. The apparatus according to claim 9, wherein said plurality of alignment systems are arranged apart in a direction orthogonal to the direction of said relative movement.
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