JP3199042B2 - Semiconductor device manufacturing method and exposure method - Google Patents

Semiconductor device manufacturing method and exposure method

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JP3199042B2
JP3199042B2 JP33891298A JP33891298A JP3199042B2 JP 3199042 B2 JP3199042 B2 JP 3199042B2 JP 33891298 A JP33891298 A JP 33891298A JP 33891298 A JP33891298 A JP 33891298A JP 3199042 B2 JP3199042 B2 JP 3199042B2
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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]

【産業上の利用分野】本発明は基板の位置を検出する方
法に関し、特に露光装置における被転写基板の位検出方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for detecting the position of a substrate, and more particularly to a method for detecting the position of a substrate to be transferred in an exposure apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体製造装置(露光装置、リペ
ア装置、検査装置等)では、チップ回路が作り込まれる
半導体ウェハを、その装置内で高精度に位置決めするこ
とが要求されてきた。特に露光装置にあっては、レチク
ルやマスクの回路パターンをウェハ上の回路パターンと
精密に重ね合わせて露光するために、予めウェハ上の回
路パターンの位置を正確に検出する必要がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a semiconductor manufacturing apparatus (exposure apparatus, repair apparatus, inspection apparatus, etc.), it has been required to position a semiconductor wafer on which a chip circuit is to be formed with high precision in the apparatus. In particular, in an exposure apparatus, it is necessary to accurately detect the position of the circuit pattern on the wafer in advance in order to expose the circuit pattern of the reticle or mask on the circuit pattern on the wafer precisely.

【0003】回路パターンの微細化は、サブミクロン領
域にまで達し、現在では線幅ルール0.4〜0.6μm
程度の16Mbit D−RAM量産用の露光装置が試
作されている。これらの露光装置では、線幅ルールに見
合った位置合わせ技術が必要であり、位置合わせ用のア
ライメントマークの検出センサー単体の精度としては、
線幅ルールの1/10程度をクリアしなければならな
い。このような高い精度を得る1つのアライメント(マ
ーク検出)技術として、ウェハ上の回折格子パターンに
スタティックな干渉縞を照射し、この干渉縞と回折格子
パターンとを相対移動させて、回折格子パターンから生
じる干渉光の強度変化に基づいて、ウェハを位置合わせ
する方法が、例えばアメリカ特許第4,636,077
号に開示されている。この方法は基本的には、回折格子
パターンと干渉縞との相対位置変化量が干渉光の強度変
化(正弦波的なレベル変化)に一義的に対応することを
利用して変位計測を行なうアメリカ特許第3,726,
595号の技術を応用したものである。
[0003] The miniaturization of circuit patterns has reached the submicron region, and the line width rule is currently 0.4 to 0.6 µm.
Exposure apparatuses for mass production of about 16 Mbit D-RAM have been prototyped. These exposure apparatuses require alignment technology that matches the line width rule, and the accuracy of the alignment mark detection sensor alone for alignment is as follows:
About 1/10 of the line width rule must be cleared. As one alignment (mark detection) technique for obtaining such high accuracy, a diffraction grating pattern on a wafer is irradiated with a static interference fringe, and the interference fringe and the diffraction grating pattern are relatively moved to obtain a diffraction grating pattern. A method of aligning a wafer based on a change in the intensity of the generated interference light is disclosed in, for example, US Pat. No. 4,636,077.
Issue. This method basically measures displacement using the fact that the relative position change between the diffraction grating pattern and the interference fringe uniquely corresponds to the intensity change (sinusoidal level change) of the interference light. Patent No. 3,726
No. 595 is applied.

【0004】一方、干渉縞と回折格子パターンとを使っ
た別の位置(変位)計測方法として、特開昭61−21
5905号公報に開示されている通り、干渉縞を回折格
子パターンのピッチ方向に高速に移動させ、回折格子パ
ターンからの干渉ビート光の光電信号(交流)と、干渉
縞の移動速度に対応した参照信号(交流)との位相差か
ら回折格子パターンの位置ずれ(格子ピッチの±1/4
以内、もしくはその整数倍)を検出する技術も知られて
いる。この方法は光ビート信号を使うことからヘテロダ
イン法とも呼ばれ、前述のスタティックな干渉縞を用い
た方法は、これに対してホモダイン法と呼ばれる。ヘテ
ロダイン法では同一周波数の2つの交流信号間(計測信
号と参照信号)の位相差が回折格子パターンの変位と一
義的に対応しており、位相差の計測は簡単なフェーズ・
メータ等であっても極めて高い分解能が得られる。例え
ばウェハ上の回折格子パターンのピッチPを2μm(1
μm幅のラインとスペース)とし、フェーズ・メータの
分解能Δθを±0.5°とすると、ある条件でのヘテロ
ダイン法では格子ピッチPの±1/4が位相差の±18
0°に比例するから、変位計測分解能ΔXは、次の関係
から求まる。
On the other hand, another position (displacement) measuring method using an interference fringe and a diffraction grating pattern is disclosed in JP-A-61-21.
As disclosed in Japanese Patent No. 5905, the interference fringes are moved at high speed in the pitch direction of the diffraction grating pattern, and a reference signal corresponding to the photoelectric signal (AC) of the interference beat light from the diffraction grating pattern and the moving speed of the interference fringes. The position shift of the diffraction grating pattern (± 交流 of the grating pitch) from the phase difference with the signal (AC)
(Or an integral multiple thereof) is also known. This method is also called a heterodyne method because it uses an optical beat signal, and the method using the above-mentioned static interference fringes is called a homodyne method. In the heterodyne method, the phase difference between two AC signals of the same frequency (measurement signal and reference signal) uniquely corresponds to the displacement of the diffraction grating pattern.
An extremely high resolution can be obtained even with a meter or the like. For example, if the pitch P of the diffraction grating pattern on the wafer is 2 μm (1
μm width line and space) and the resolution Δθ of the phase meter is ± 0.5 °, ± 1/4 of the grating pitch P is ± 18 of the phase difference in the heterodyne method under a certain condition.
Since it is proportional to 0 °, the displacement measurement resolution ΔX is obtained from the following relationship.

【0005】ΔX/Δθ=(P/4)/180 従って上記の条件ではΔX≒0.0014μmとなり、
これは極めて高い分解能である。しかも、ある一定時間
(mSecオーダ)の間の信号波形の平均から位相差が
求められるので高い安定性が得られる。さらに信号波形
のレベル変化ではなく、位相変化を求めればよいので、
アライメントにあたってホモダイン法のように信号強度
のばらつきに大きく依存することがない。
ΔX / Δθ = (P / 4) / 180 Therefore, under the above conditions, ΔX ≒ 0.0014 μm, and
This is a very high resolution. In addition, since the phase difference is obtained from the average of the signal waveform during a certain time (mSec order), high stability can be obtained. Furthermore, it is only necessary to find the phase change, not the signal waveform level change.
The alignment does not greatly depend on variations in signal intensity unlike the homodyne method.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】以上、従来のホモダイ
ン法、ヘテロダイン法では、基板上の回折格子パターン
のピッチPの1/2毎に同一の位置ずれ情報が得られる
ため、P/2を1周期とすると、その整数倍の位置ずれ
があった場合には誤った位置合わせをすることになる。
この種のマーク検出法においては、年々回折格子パター
ンのピッチPが微細化することも予想され、現在考えら
れているようにP=2μmとしても、±0.5μmの範
囲内に回折格子パターンをプリアライメントしなければ
ならず、従来の機械的なプリアライメントのみではほと
んど達成不可能なスペックであった。
As described above, in the conventional homodyne method and the heterodyne method, the same displacement information can be obtained every 1/2 of the pitch P of the diffraction grating pattern on the substrate. In the case of a cycle, if there is a displacement of an integral multiple of the period, misalignment will be performed.
In this type of mark detection method, it is expected that the pitch P of the diffraction grating pattern becomes smaller year by year, and even if P = 2 μm as currently considered, the diffraction grating pattern can be formed within a range of ± 0.5 μm. Pre-alignment has to be performed, and the specification is almost impossible to achieve with conventional mechanical pre-alignment alone.

【0007】そこで本発明は、ホモダイン、ヘテロダイ
ン法のように高分解能ではあるが、真のマーク位置ずれ
計測範囲が狭いアライメント系をもつ位置合わせ装置に
おいて、上記問題点を解決しつつ、マーク検出(アライ
メント)動作の長時間化、すなわちアライメントシーケ
ンス上でのスループット低下を極力少なくすることを目
的とする。
Accordingly, the present invention provides an alignment apparatus having an alignment system having a high resolution but a narrow range of true mark misregistration, such as the homodyne and heterodyne methods, while solving the above-mentioned problems while detecting the mark. It is an object of the present invention to minimize the lengthening of the (alignment) operation, that is, the decrease in throughput in the alignment sequence.

【0008】また本発明は、パターンの形状を工夫する
ことにより、検出しやすい格子パターンをえることで、
スループットの向上を目的とする。
Further, the present invention provides a lattice pattern which can be easily detected by devising the shape of the pattern.
The purpose is to improve the throughput.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】 上記の問題点を解決す
るため、本発明では、半導体基板の位置を検出するため
に、前記半導体基板上に複数のラインとスペースとを
定方向に配列することによって構成された格子マークを
形成する半導体装置の製造方法において、前記格子マー
クはアライメント検出系により自動検出可能であるとと
もに、前記複数のラインのうち、前記格子マークの中心
部を構成するライン(M1)が前記配列方向と交差する
方向に関して前記格子マークを構成する他のライン(M
2)よりも長く形成されることによって、前記中心部を
構成するライン(M1)を目視により識別可能とする。
また、別の本発明では、基板上に複数のラインとスペー
スとを所定方向に配列することによって構成された格子
マークを検出し、マスクのパターンを該基板上に露光す
る露光方法において、前記格子マークはアライメント検
出系により自動検出可能であるとともに、前記複数のラ
インのうち、前記格子マークの中心部を構成するライン
(M1)が前記配列方向と交差する方向に関して前記格
子マークを構成する他のライン(M2)よりも長く形成
されることによって、前記中心部を構成するラインを
視により識別可能であって、前記中心部を構成するライ
ン(M1)を使って、目視により前記格子マーク位置を
検出するようにする。
Means for Solving the Problems To solve the above problems, according to the present invention, in order to detect the position of a semiconductor substrate, a plurality of lines and spaces are specified on the semiconductor substrate. In a method of manufacturing a semiconductor device for forming a grid mark formed by arranging in a direction, the grid mark can be automatically detected by an alignment detection system , and a center of the grid mark among the plurality of lines can be detected.
The line (M1) constituting the section intersects the arrangement direction
The other lines (M
By being formed longer than 2), the central part
The constituent line (M1) can be visually identified.
In another aspect of the present invention, a plurality of lines and spaces are formed on a substrate.
A scan detects grating mark which is configured by arranging in a predetermined direction, an exposure method for exposing a pattern of a mask onto a substrate, together with the grating mark can be automatically detected by the alignment detection system, said plurality No
Of the grid lines that constitute the center of the grid mark
(M1) is the case with respect to the direction crossing the arrangement direction.
Formed longer than other lines (M2) constituting child marks
By being, an identifiable by eyes <br/> view of the line constituting the center line constituting the center portion
(M1) to visually detect the grid mark position.

【0010】[0010]

【本発明の実施の形態】本実施例においては、2つのマ
ーク検出手段が時間的に連続してマークパターンの検出
動作を行なえるように、マークパターンの構造もしくは
配置を決めておくことで、2つのマーク検出手段を使う
ことによるスループット低下を押えるようにした。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present embodiment, the structure or arrangement of mark patterns is determined in advance so that two mark detecting means can detect a mark pattern continuously in time. A reduction in throughput due to the use of two mark detection means is suppressed.

【0011】ここで本実施例におけるアライメント系の
原理的な構成、作用について図1を参照して説明する。
図1において、ウェハW上には、主マークM2 として回
折格子パターンが形成され、そこから一定距離だけ離れ
て副マークM1 が形成されている。対物光学系としての
投影レンズPLはウェハWとレチクルRとの間に配置さ
れ、露光光の波長のもとでレチクルRとウェハWとを互
いに共役関係にする。アライメント系は、アライメント
用対物レンズOBJ、ビームスプリッタBS1、ミラー
RMレンズ系GL、ビームスプリッタBS2 、及び光電
検出器PED等により構成される。投影レンズPLはウ
ェハW側がテレセントリック系になっている。このアラ
イメント系には、マーク照明光として露光光と異なる波
長の3本のビームLB0 、LB1 、LB2 が入射する。
ビームLB0 は、ビームスプリッタBS2 で反射してレ
ンズ系GLに入射し、投影レンズPLの瞳(入射瞳)E
Pと共役な面EP’の中心を通り、対物レンズOBJに
よって空間中の面IPに集光した後、投影レンズPLの
瞳EPの中心を通って、ウェハW上で再結像する。これ
によってウェハW上にはビームLB0 の円形、又はスリ
ット形のスポット光(第1検出領域)が照射され、この
スポット光とウェハW上のマークM1 とを相対走査する
ことにより、該マークM1 からは散乱光や回折光±DL
が発生する。この反射回折光は投影レンズPL、対物レ
ンズOBJを介してビームスプリッタBS1 で反射さ
れ、正反射光以外の回折、散乱光が瞳EPと共役な光電
検出器PEDの受光面上の受光素子PDa、PDb、又
は受光素子PDc、PDdにより検出される。以上のビ
ームLB0 、ビームスプリッタBS1 、SB2 、レンズ
系GL、対物レンズOBJ、及び受光素子PDa、PD
b、PDc、PDdが本発明の第1マーク検出手段を構
成する。
Here, the principle configuration and operation of the alignment system in the present embodiment will be described with reference to FIG.
In FIG. 1, a diffraction grating pattern is formed as a main mark M2 on a wafer W, and a sub mark M1 is formed at a certain distance from the diffraction grating pattern. The projection lens PL as an objective optical system is arranged between the wafer W and the reticle R, and makes the reticle R and the wafer W conjugate with each other under the wavelength of the exposure light. The alignment system includes an alignment objective lens OBJ, a beam splitter BS1, a mirror RM lens system GL, a beam splitter BS2, a photoelectric detector PED, and the like. The projection lens PL has a telecentric system on the wafer W side. Three beams LB0, LB1, LB2 having different wavelengths from the exposure light are incident on the alignment system as mark illumination light.
The beam LB0 is reflected by the beam splitter BS2 and enters the lens system GL, where the pupil (entrance pupil) E of the projection lens PL is provided.
The light passes through the center of a plane EP ′ conjugate with P and is condensed on a plane IP in space by the objective lens OBJ, and then re-images on the wafer W through the center of the pupil EP of the projection lens PL. As a result, a circular or slit-shaped spot light (first detection area) of the beam LB0 is irradiated onto the wafer W, and the spot light and the mark M1 on the wafer W are relatively scanned, so that the mark M1 Is scattered light or diffracted light ± DL
Occurs. The reflected diffracted light is reflected by the beam splitter BS1 via the projection lens PL and the objective lens OBJ, and the light receiving elements PDa, PDa on the light receiving surface of the photoelectric detector PED in which the diffracted and scattered light other than the specularly reflected light are conjugate to the pupil EP. It is detected by PDb or light receiving elements PDc and PDd. The above beam LB0, beam splitters BS1, SB2, lens system GL, objective lens OBJ, and light receiving elements PDa, PD
b, PDc and PDd constitute the first mark detecting means of the present invention.

【0012】一方、2本の可干渉性ビームLB1 、LB
2 は、波長はビームLB0 とほぼ等しい(厳密には後述
するように数十MHz程度異なる)が、周波数が互いに
数KHz〜数十KHz程度の間で異なっており、ビーム
スプリッタBS2 を介してレンズ系GLに2方向から入
射し、瞳共役面EP’では瞳中心を挟んで点対称の関係
でスポット集光する。その後ビームLB1 、LB2 は対
物レンズOBJを通り、ともに平行光束となって面IP
で交差し、投影レンズPLに入射する。2本のビームL
B1 、LB2 は瞳EP内では再びスポットに集光した
後、投影レンズPLの光軸に関して対称的に傾いた平行
光束となってウェハW上で交差する。この2つのビーム
LB1 、LB2 の交差部分が第2検出領域に相当し、ウ
ェハW上には2つのビームLB1 、LB2 の交差角に応
じたピッチの干渉縞が、周波数差に応じた速度で一方向
に流れることになる。この干渉縞の位置に主マークM2
が存在すると、ビームLB1 の照射によって垂直に発生
する1次回折光と、ビームLB2 の照射によって垂直に
発生する1次回折光とが互いに干渉し、その干渉ビーム
光BTLが投影レンズPLに垂直に入射する。この干渉
ビーム光BTLは対物レンズOBJ、ビームスプリッタ
BS1 を介して光電検出器PEDの光軸上の受光素子P
D0 にスポット光となって集光する。以上、ビームLB
1 、LB2 、ビームスプリッタBS1 、BS2 、レンズ
系GL、対物レンズOBJ、及び受光素子PD0 によっ
て本発明の第2マーク検出手段が構成される。 ここで
面IPはレチクルRと光軸方向にずれているが、これは
ビームLB0 、LB1 、LB2 の露光波長からのずれに
起因した色収差によるものである。また主マークM2 は
図中、左右方向に周期的な構造を有し、回折格子要素は
紙面と垂直な方向に伸びており、ビームLB1 、LB2
のスポット光は瞳EP内で主マークM1 の格子ピッチ方
向に並んでいる。さらにビームLB0 は瞳EP内でスリ
ット状に集光するようにシリンドリカルレンズ等で成形
されて、ビームスプリッタBS2 に入射する。これによ
ってウェハW上でのビームLB0 のスポットは、瞳EP
内の長手方向と直交する方向に伸びたスリット状にな
る。この第1マーク検出手段については、例えば特開昭
61−128106号公報に詳しく開示されている。
On the other hand, two coherent beams LB1, LB
2 has a wavelength substantially equal to that of the beam LB0 (strictly, it differs by about several tens MHz as described later), but has a frequency different from each other by about several KHz to several tens KHz, and has a lens through the beam splitter BS2. The light enters the system GL from two directions, and is focused on the pupil conjugate plane EP ′ in a point-symmetric relationship with respect to the pupil center. After that, the beams LB1 and LB2 pass through the objective lens OBJ, and are converted into parallel light beams, and are converted into the plane IP.
And enters the projection lens PL. Two beams L
B1 and LB2 converge on the spot again in the pupil EP, and then intersect on the wafer W as parallel light beams symmetrically inclined with respect to the optical axis of the projection lens PL. The intersection of the two beams LB1 and LB2 corresponds to a second detection area, and an interference fringe having a pitch corresponding to the intersection angle of the two beams LB1 and LB2 is formed on the wafer W at a speed corresponding to the frequency difference. Will flow in the direction. The main mark M2 is located at the position of this interference fringe.
Is present, the first-order diffracted light vertically generated by the irradiation of the beam LB1 and the first-order diffracted light vertically generated by the irradiation of the beam LB2 interfere with each other, and the interference beam light BTL is vertically incident on the projection lens PL. . This interference beam light BTL is transmitted through the objective lens OBJ and the beam splitter BS1 to the light receiving element P on the optical axis of the photoelectric detector PED.
The light is focused on D0 as a spot light. Above, beam LB
1, LB2, beam splitters BS1 and BS2, lens system GL, objective lens OBJ, and light receiving element PD0 constitute the second mark detecting means of the present invention. Here, the surface IP is shifted from the reticle R in the optical axis direction, but this is due to chromatic aberration caused by the shift of the beams LB0, LB1, and LB2 from the exposure wavelength. The main mark M2 has a periodic structure in the left-right direction in the figure, and the diffraction grating element extends in a direction perpendicular to the plane of the drawing, and the beams LB1, LB2
Are arranged in the lattice pitch direction of the main mark M1 in the pupil EP. Further, the beam LB0 is shaped by a cylindrical lens or the like so as to be condensed in a slit shape in the pupil EP, and is incident on the beam splitter BS2. As a result, the spot of the beam LB0 on the wafer W is shifted to the pupil EP
It has a slit shape extending in a direction perpendicular to the longitudinal direction inside. The first mark detecting means is disclosed in detail in, for example, JP-A-61-128106.

【0013】以上のような第1マーク検出手段と第2マ
ーク検出手段とを用いて、第1マーク検出手段では専ら
副マークM1 を検出して主マークM2 の±P/4の整数
倍の位置ずれを特定するようにし、第2マーク検出手段
では主マークM2 の±P/4以内の位置ずれを検出す
る。ここで本発明では、2つのマーク検出手段の動作順
序は、どちらを先にしてもよい。このように本発明で
は、副アライメント系としての第1マーク検出手段と、
主アライメント系としての第2マーク検出手段とを組み
合わせることで、マーク検出動作を連続させることがで
き、これによってスループットの極端な低下を防止する
とともに、確実な主アライメントを達成するようにした
のである。次に本発明の実施例による位置合わせ装置の
構成を、図2〜図6を参照して説明する。図2は投影露
光装置のアライメント系を示し、レチクルRはレチクル
ステージRST上に固定され、予め投影レンズPLの光
軸AXに対して正確に位置決めされているものとする。
ウェハWは2次元移動可能なステージ16上に載置さ
れ、このステージ16はモータ17、送りネジ18等の
駆動系によって水平面内を高速移動する。ウェハステー
ジ30の座標位置は、レーザ光源30、ビームスプリッ
タ31、ウェハステージ30に固定された移動鏡32、
投影レンズPLに固定された固定鏡33、及び干渉フリ
ンジを光電検出するレシーバ34とで構成されたレーザ
干渉式測長器(干渉計)によって逐次計測される。レシ
ーバ34からの信号は、干渉計カウンタへ送られ、ステ
ージ16の移動量は、例えば0.02μmの分解能で計
測される。
Using the first mark detecting means and the second mark detecting means as described above, the first mark detecting means exclusively detects the sub-mark M1 and sets the position of the main mark M2 to an integral multiple of ± P / 4. The deviation is specified, and the second mark detecting means detects a positional deviation within ± P / 4 of the main mark M2. Here, in the present invention, the order of operation of the two mark detection units may be either order. As described above, in the present invention, the first mark detecting means as the sub-alignment system,
By combining the second mark detection means as the main alignment system, the mark detection operation can be continued, thereby preventing an extremely lower throughput and achieving a reliable main alignment. . Next, the configuration of a positioning device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 shows an alignment system of the projection exposure apparatus. It is assumed that the reticle R is fixed on a reticle stage RST and is accurately positioned in advance with respect to the optical axis AX of the projection lens PL.
The wafer W is placed on a two-dimensionally movable stage 16, and this stage 16 is moved at high speed in a horizontal plane by a driving system such as a motor 17 and a feed screw 18. The coordinate position of the wafer stage 30 is determined by a laser light source 30, a beam splitter 31, a movable mirror 32 fixed to the wafer stage 30,
The measurement is sequentially performed by a laser interferometer (interferometer) including a fixed mirror 33 fixed to the projection lens PL and a receiver 34 for photoelectrically detecting an interference fringe. The signal from the receiver 34 is sent to the interferometer counter, and the amount of movement of the stage 16 is measured with a resolution of, for example, 0.02 μm.

【0014】一方、アライメント用のレーザ光源1から
のビームは、ビーム送光系ABOに入射し、第1マーク
検出系と第2マーク検出系との夫々に適した照明ビーム
LB0 、LB1 、LB2 に変換され、ビームスプリッタ
6X、対物レンズ7X、及びミラー13を介して投影レ
ンズPLの軸外(投影視野の周辺部)位置に入射する。
尚、図2中、2本のビームLB1 、LB0 は、ビームL
B0 をはさんで紙面と垂直な方向に並んでいるため、こ
こでは図示を省略してある。さて、投影レンズPLの瞳
EPの中心を通ったビームLB0 は、ウェハWをテレセ
ントリックに照射するスリット状スポット光となる。こ
のときウェハW上には、例えば図3に示すようなビーム
スポット71が形成され、スポット71の長手方向は投
影レンズPLの光軸AXへ向うように構成されている。
On the other hand, a beam from the laser light source 1 for alignment is incident on a beam transmitting system ABO, and is converted into illumination beams LB0, LB1, LB2 suitable for the first mark detection system and the second mark detection system, respectively. The converted light is incident on the off-axis position (peripheral part of the projection field) of the projection lens PL via the beam splitter 6X, the objective lens 7X, and the mirror 13.
In FIG. 2, the two beams LB1 and LB0 are the beams L
Since they are arranged in a direction perpendicular to the paper surface with B0 interposed therebetween, they are not shown here. Now, the beam LB0 passing through the center of the pupil EP of the projection lens PL becomes a slit-like spot light for irradiating the wafer W telecentrically. At this time, for example, a beam spot 71 as shown in FIG. 3 is formed on the wafer W, and the longitudinal direction of the spot 71 is configured to be directed to the optical axis AX of the projection lens PL.

【0015】そこでステージ16をレーザ干渉計の計測
のもとに、ビームスポット71の長手方向と直交する方
向に走査すると、図3のように副マークM1 がスポット
71を横切るように移動させることができる。本実施例
では副マークM1 は、微小矩形パターンの複数をビーム
スポット71の長手方向に一定ピッチで配列した回折格
子状にし、主マークM2 の回折格子パターンの回折方向
(ピッチ方向)とは直交する方向の周期構造とした。ス
ポット71が副マークM1 と重なった瞬間、副マークM
1 からは図4に示すように格子ピッチ方向に回折光(±
1次光、±2次光……)±DLが発生する。これら回折
光±DLは投影レンズPLを介してミラー13Xで反射
し、対物レンズ7Xを通ってビームスプリッタ6Xで反
射され、光電検出器8X(図1中のPED)に達する。
光電検出器8Xは、図1に示したPEDのように、2系
統のアライメント系の夫々に対した回折光を受けるため
に、瞳共役面で分割された複数の受光素子を備えてい
る。ここでウェハWの共役面(図1中の面IP)は、図
2中ではミラー13Xと対物レンズ7Xとの間に存在す
る。
Therefore, when the stage 16 is scanned in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the beam spot 71 under the measurement of the laser interferometer, the sub mark M1 can be moved across the spot 71 as shown in FIG. it can. In the present embodiment, the sub mark M1 is formed in a diffraction grating shape in which a plurality of minute rectangular patterns are arranged at a constant pitch in the longitudinal direction of the beam spot 71, and is orthogonal to the diffraction direction (pitch direction) of the diffraction grating pattern of the main mark M2. Direction periodic structure. At the moment when the spot 71 overlaps the sub mark M1, the sub mark M
From FIG. 1, the diffracted light (±
Primary light, ± secondary light...) ± DL is generated. These diffracted lights ± DL are reflected by the mirror 13X via the projection lens PL, are reflected by the beam splitter 6X through the objective lens 7X, and reach the photoelectric detector 8X (PED in FIG. 1).
The photoelectric detector 8X, like the PED shown in FIG. 1, includes a plurality of light receiving elements divided by a pupil conjugate plane to receive diffracted light for each of the two alignment systems. Here, the conjugate plane (plane IP in FIG. 1) of the wafer W exists between the mirror 13X and the objective lens 7X in FIG.

【0016】以上図2ではアライメント系、干渉計シス
テムは、X方向のアライメント用の一軸方向のみを示す
が、実際はY方向のアライメント用にも、同一のアライ
メント系と干渉系システムとが設けられている。一方、
アライメントビーム送光系ABOからの2つのビームL
B1 、LB2 は、図1で説明したのと同様に、ウェハW
上では図2中で紙面と垂直な面内で交差する平行光束と
なり、スポット71よりも十分大きな範囲の照射領域
(第2検出領域)を形成する。本実施例では2つのビー
ムLB1 、LB2 の交差照射領域のほぼ中央にスポット
71が位置するように設定されるが、瞳EPの中心にビ
ームLB0 が通りさえすれば、スポット71の位置は交
差照明領域内のどこにあってもよい。ただしその位置関
係は予め別の基準マーク(ウェハステージ上のフィデュ
シャルマーク等)を用いて計測しておく必要がある。さ
て、図5は、図2の装置におけるアライメント系をX−
Y平面でみた配置図である。 He−Ne、Arイオ
ン、He−Cd等のレーザ光源1は露光光と異なる波長
のレーザビームを発振する。このビームは微小回転可能
な1/2波長板2’によって偏光方向がほぼ45°だけ
回転させられ、偏光ビームスプリッタ2により偏光方向
で2つに分けられる。このビームスプリッタ2を透過し
た一方の偏光ビーム(例えばP偏光)はシャッターS1
を通り、ミラー20、ビーム成形光学系21、シリンド
リカルレンズ22から成る第1マーク検出系のビーム送
光系に入射する。シリンドリカルレンズ22からのビー
ムLB0 はビームスプリッタ3で振幅分割され、このビ
ームスプリッタ3を透過したビームLB0 はX方向のア
ライメント対物系を構成するレンズ4X、ミラー5X、
ビームスプリッタ6X、対物レンズ7X、及びミラー1
3Xに入射する。ビームスプリッタ3で反射されたビー
ムLB0 はY方向のアライメント対物系を構成するレン
ズ4Y、ミラー5Y、ビームスプリッタ6Y、対物レン
ズ7Y、及びミラー13Yに入射する。尚、ビームLB
0 についてはビームの主光線のみを示してある。ここで
ビームスプリッタ6X、6Yは図1中のBS1 に相当
し、ウェハW上の副マークM1 、主マークM2 からの回
折光を光電検出器8X、8Yへ分岐する。さて、偏光ビ
ームスプリッタ2で反射された偏光ビーム(例えばS偏
光)はシャッターS2 を通り、AOM(音響光学変調
器)等の2つの周波数変調器MD1 、MD2 、ビームス
プリッタBS3 等で構成された第2マーク検出系のビー
ム送光系21’に入射する。シャッターS2 を通ったビ
ーム送光系21’内で2つに分割され、各ビーム路に変
調器MD1 、MD2 が配置され、周波数変調された2つ
のビームがビームスプリッタBS2 で偏心して合成され
る。変調器MD1 、MD2 は、互いに異なる周波数の高
周波ドライブ信号SF1 、SF2 (数十MHz)で駆動
され、信号SF1 とSF2 の周波数差がビート周波数
(数KHz〜数十KHz)となる。ビームスプリッタB
S3 で合成された2つのビームLB1 、LB2 は、ミラ
ー46で反射され、レンズ47、偏光板2”を通ってビ
ームスプリッタ3に入射する。ビームスプリッタ3にお
ける2本のビームLB1 、LB2 の入射面は、ビームL
B0 の入射面と直交し、2本のビームLB1 、LB2 は
偏光板2”によってビームLB0 の偏光方向と合わされ
た後、ビームスプリッタ3で振幅分割されて、X方向ア
ライメント対物系とY方向アライメント対物系との夫々
に分岐する。尚、図5中では、ビームスプリッタ3を透
過してY方向アライメント対物系へ進む2つのビームL
B1 、LB2 の図示を省略してある。またビームLB1
、LB2 は主光線のみを示し、レンズ47からレンズ
4X(又は4Y)までの間では、平行光束となって交差
し、レンズ47と送光系21’の間では主光線が互いに
平行となっている。従って、レンズ47とレンズ4X
(又は4Y)との間に、ウェハW(又は面IP)と共役
な面(交差位置)が存在し、この位置に適宜、照明領域
を制限するためのアパーチャを設けるとよい。さらにシ
ャッタS1 、S2 は、いずれか一方のマーク検出系を有
効とするように、ビームを択一的に遮ぎるものであり、
同時に開放されることはない。ところで、この種のヘテ
ロダイン法では、基準となる参照信号が必要であり、本
実施例では、図5中のビームスプリッタBS3 から分岐
した2つのビームLB1、LB2 をレンズによって平行
光束に変換するとともに、参照用基準格子板Rに所定の
交差角で2方向から入射させる。基準格子板RG上には
ビート周波数で流れる干渉縞ができ、光電素子PDRは
同一次数の回折光が干渉した干渉ビート光を受光して参
照信号(ビート周波数の交流信号)9Rを出力する。こ
の参照信号9Rは電気系ユニット90に入力し、第2マ
ーク検出系によるマーク位置検出の際に使われる。電気
系ユニット90にはプリアンプ9A、9B、9C等を介
して光電検出器8X、8Yからの各出力信号が入力する
(8Xからの信号用のプリアンプは省略してある)。こ
の電気系ユニット90はシャッターS1、S2 の切り換
え制御と連動して、第1マーク検出系(スポット71を
用いたステージスキャンアライメント系)と第2マーク
検出系(干渉縞を用いたヘテロダイン・アライメント
系)とのいずれか一方を用いて副マークM1 又は主マー
クM2 の位置検出を行なう。こうして検出されたマーク
位置情報は主制御装置91に受け渡され、ステージコン
トローラ92を介してステージ16の駆動系(モータ1
7)の制御に使われる。尚、電気系ユニット90内に
は、光電検出器8X、8Yの中央の受光素子PD0 (図
1参照)からの信号を増幅するプリアンプ9Aからの出
力と、参照信号9Rとの位相差を±180°の範囲内で
計測するデジタル・フェーズ・メータ(もしくはフーリ
エ変換による位相差演算ソフトウェア)等が設けれると
ともに、受光素子PDa、PDbの信号を増幅するプリ
アンプ9Bからの信号波形、もしくは受光素子PDc、
PDdの信号を増幅するプリアンプ9Cからの信号波形
を、干渉計カウンタからの計数パルス(例えばステージ
70の0.02μmの移動毎に発生するパルス)に応答
してデジタル値に変換するA/D変換器と、その波形を
記憶するメモリ等が設けられている。
In FIG. 2, the alignment system and the interferometer system show only one axial direction for alignment in the X direction. However, the same alignment system and interference system are actually provided for alignment in the Y direction. I have. on the other hand,
Two beams L from the alignment beam transmitting system ABO
B1 and LB2 are the same as those described with reference to FIG.
In the above, a parallel light flux intersects in a plane perpendicular to the paper surface in FIG. 2, and forms an irradiation area (second detection area) in a range sufficiently larger than the spot 71. In the present embodiment, the spot 71 is set so as to be located substantially at the center of the cross irradiation area of the two beams LB1 and LB2. However, as long as the beam LB0 passes through the center of the pupil EP, the position of the spot 71 becomes the cross illumination. It can be anywhere in the area. However, the positional relationship must be measured in advance using another reference mark (such as a fiducial mark on a wafer stage). FIG. 5 shows an alignment system in the apparatus of FIG.
FIG. 3 is a layout view as viewed on a Y plane. A laser light source 1 such as He-Ne, Ar ion, or He-Cd oscillates a laser beam having a wavelength different from that of the exposure light. This beam is rotated by approximately 45 ° in the polarization direction by a half-rotatable half-wave plate 2 ′, and is split into two in the polarization direction by the polarization beam splitter 2. One polarized beam (for example, P-polarized light) transmitted through the beam splitter 2 is applied to a shutter S1.
Passes through the mirror 20, a beam shaping optical system 21, and a cylindrical lens 22 to enter a first mark detection system beam transmission system. The beam LB0 from the cylindrical lens 22 is amplitude-divided by the beam splitter 3, and the beam LB0 transmitted through the beam splitter 3 is divided into a lens 4X, a mirror 5X, and an X-direction alignment objective system.
Beam splitter 6X, objective lens 7X, and mirror 1
It is incident on 3X. The beam LB0 reflected by the beam splitter 3 is incident on a lens 4Y, a mirror 5Y, a beam splitter 6Y, an objective lens 7Y, and a mirror 13Y constituting an alignment objective system in the Y direction. In addition, beam LB
For 0, only the chief ray of the beam is shown. Here, the beam splitters 6X and 6Y correspond to BS1 in FIG. 1, and split the diffracted light from the sub mark M1 and the main mark M2 on the wafer W to the photoelectric detectors 8X and 8Y. Now, the polarized beam (for example, S-polarized light) reflected by the polarized beam splitter 2 passes through a shutter S2, and is composed of two frequency modulators MD1, MD2 such as an AOM (acousto-optic modulator) and a beam splitter BS3. The light enters the beam transmitting system 21 'of the two-mark detection system. The beam is split into two in a beam transmitting system 21 'that has passed through a shutter S2, and modulators MD1 and MD2 are arranged in each beam path. The two frequency-modulated beams are eccentrically combined by a beam splitter BS2. The modulators MD1 and MD2 are driven by high-frequency drive signals SF1 and SF2 (several tens of MHz) having mutually different frequencies, and the frequency difference between the signals SF1 and SF2 becomes the beat frequency (several KHz to several tens KHz). Beam splitter B
The two beams LB1 and LB2 combined in S3 are reflected by the mirror 46, and enter the beam splitter 3 through the lens 47 and the polarizing plate 2 ". The incident surface of the two beams LB1 and LB2 in the beam splitter 3 Is the beam L
The two beams LB1 and LB2, which are orthogonal to the plane of incidence of B0, are matched with the polarization direction of the beam LB0 by the polarizing plate 2 ", are amplitude-divided by the beam splitter 3, and are subjected to the X-direction alignment objective system and the Y-direction alignment objective. The two beams L that pass through the beam splitter 3 and travel to the Y-direction alignment objective system in FIG.
Illustrations of B1 and LB2 are omitted. Beam LB1
, LB2 indicate only the principal ray, and from the lens 47 to the lens 4X (or 4Y), they intersect as a parallel light flux, and between the lens 47 and the light transmission system 21 ', the principal rays become parallel to each other. I have. Therefore, the lens 47 and the lens 4X
(Or 4Y), there is a plane (intersecting position) conjugate to the wafer W (or plane IP), and an aperture for restricting the illumination area may be appropriately provided at this position. Further, the shutters S1 and S2 selectively block the beam so as to enable one of the mark detection systems.
They are not released at the same time. By the way, in this type of heterodyne method, a reference signal serving as a reference is required. In this embodiment, the two beams LB1 and LB2 branched from the beam splitter BS3 in FIG. The light is incident on the reference grid plate R for reference from two directions at a predetermined intersection angle. Interference fringes flowing at the beat frequency are formed on the reference grating plate RG, and the photoelectric element PDR receives the interference beat light interfered by the diffracted lights of the same order and outputs a reference signal (AC signal of the beat frequency) 9R. The reference signal 9R is input to the electric system unit 90, and is used at the time of mark position detection by the second mark detection system. Each output signal from the photoelectric detectors 8X, 8Y is input to the electric system unit 90 via preamplifiers 9A, 9B, 9C and the like (the preamplifier for the signal from 8X is omitted). The electric system unit 90 operates in conjunction with the switching control of the shutters S1 and S2 to operate a first mark detection system (a stage scan alignment system using the spot 71) and a second mark detection system (a heterodyne alignment system using interference fringes). ) Is used to detect the position of the sub mark M1 or the main mark M2. The mark position information detected in this way is transferred to the main controller 91, and is transmitted to the drive system (motor 1) of the stage 16 via the stage controller 92.
Used for control of 7). In the electric system unit 90, the phase difference between the output from the preamplifier 9A for amplifying the signal from the light receiving element PD0 (see FIG. 1) at the center of the photoelectric detectors 8X and 8Y and the reference signal 9R is ± 180. A digital phase meter (or phase difference calculation software by Fourier transform) or the like for measuring within the range of ° is provided, and a signal waveform from the preamplifier 9B for amplifying a signal of the light receiving elements PDa and PDb, or a light receiving element PDc,
A / D conversion for converting a signal waveform from the preamplifier 9C for amplifying the signal of the PDd into a digital value in response to a count pulse from the interferometer counter (for example, a pulse generated every time the stage 70 moves 0.02 μm). And a memory for storing its waveform.

【0017】図6は、上記の装置によってアライメント
されるウェハW上の副マークM1 と主マークM2 との配
置を示す。主マークM2 は副マークM1 の長手方向と同
一方向に伸びた複数本のラインとスペースとを、副マー
クM1 の位置検出方向と同一方向にピッチPで並べたも
のである。主マークM2 の検出方向(ピッチ方向)のマ
ーク中心は、副マークM1 の中心からdだけ離れている
ものとする。このような主マークM2 、副マークM1 を
一組として、ウェハW上の各ショット領域毎に予め形成
しておく。図6では、ビームLB0 によるスポット71
と2本のビームLB1 、LB2 による照明領域(第2検
出領域)DAとが、主マーク、副マークの右側に位置す
るように示されている。そこで図6のような位置関係か
らウェハWを右側へ移動させる。この際、シャッターS
1 を開き、シャッターS2 を閉じて、スポット71のみ
をウェハW上に照射する。こうして、副マークM1 がス
ポット71を横切り、所定の光電信号波形(受光素子P
Da、PDbからの信号)が電気系ユニット90内のメ
モリに記憶されると、直ちにシャッターS1 とS2 の開
閉状態を切りかえて、照明領域DAをウェハW上に形成
する。この間、ウェハWは右方向に移動を続け、スポッ
ト71と副マークM1 との各中心が一致した位置からd
だけ移動した位置で停止する。図7は、ウェハWが停止
した状態を示し、照明領域DAと主マークM2 とがほぼ
±P/4以内にアライメントされる。照明領域DAは、
ここではシャープな矩形をしているが、これはビームL
B1 、LB2 の送光路中でウェハWと共役な位置に矩形
のアパーチャが設けられているからである。また照明領
域DAはここでは主マークM2 の全体の大きさを包含す
るサイズに決められているが、主マークM2 の方は照明
領域DAよりも大きくなってもよい。さらに照明領域D
A内に包含される主マークM2 の回折格子の本数は、干
渉ビート光のS/N比が十分良好になる程度(例えば3
本以上)にする必要がある。
FIG. 6 shows the arrangement of the sub mark M1 and the main mark M2 on the wafer W which are aligned by the above-mentioned apparatus. The main mark M2 is formed by arranging a plurality of lines and spaces extending in the same direction as the longitudinal direction of the sub mark M1 at the pitch P in the same direction as the direction of detecting the position of the sub mark M1. It is assumed that the mark center in the detection direction (pitch direction) of the main mark M2 is separated from the center of the sub mark M1 by d. Such a set of the main mark M2 and the sub mark M1 is formed in advance for each shot area on the wafer W. In FIG. 6, the spot 71 by the beam LB0 is shown.
And an illumination area (second detection area) DA by the two beams LB1 and LB2 are shown to be located on the right side of the main mark and the sub mark. Therefore, the wafer W is moved rightward from the positional relationship as shown in FIG. At this time, the shutter S
1 is opened, the shutter S2 is closed, and only the spot 71 is irradiated onto the wafer W. Thus, the sub-mark M1 traverses the spot 71, and a predetermined photoelectric signal waveform (light receiving element P
As soon as the signals from Da and PDb) are stored in the memory in the electric system unit 90, the open / close state of the shutters S1 and S2 is switched to form the illumination area DA on the wafer W. During this time, the wafer W continues to move rightward, and from the position where the centers of the spot 71 and the sub mark M1 coincide, d
Stop at the position just moved. FIG. 7 shows a state in which the wafer W is stopped, and the illumination area DA and the main mark M2 are aligned within approximately ± P / 4. The illumination area DA is
Here, it is a sharp rectangle, but this is the beam L
This is because a rectangular aperture is provided at a position conjugate with the wafer W in the light transmission paths of B1 and LB2. Further, here, the illumination area DA is determined to have a size including the entire size of the main mark M2, but the main mark M2 may be larger than the illumination area DA. Further illumination area D
The number of diffraction gratings of the main mark M2 included in A is such that the S / N ratio of the interference beat light becomes sufficiently good (for example, 3).
Book).

【0018】照明領域DA内には、回折格子の長手方向
と一致して伸びた明暗の干渉縞が、格子ピッチ方向にP
/2の間隔で交互に形成され、この干渉縞が図7に矢印
で示すように一方向に流れている。干渉縞のピッチを格
子ピッチPの1/2にしたのは、干渉ビート光を最もレ
ベルの強い±1次回折光同志の干渉として取り出すため
であり、2本のビームLB1 、LB2 のウェハWへの入
射角θを、sinθ=λ/Pとすることで達成される。
In the illumination area DA, bright and dark interference fringes extending in the longitudinal direction of the diffraction grating extend in the grating pitch direction.
The interference fringes are formed alternately at intervals of / 2, and flow in one direction as indicated by arrows in FIG. The reason why the pitch of the interference fringes is set to 1/2 of the grating pitch P is to take out the interference beat light as the strongest interference between the ± 1st-order diffracted lights, and the two beams LB1 and LB2 are applied to the wafer W. This is achieved by setting the incident angle θ to sin θ = λ / P.

【0019】干渉ビート光は光電検出器の中央の受光素
子PD0 に受光され、ビート周波数の交流信号を計測信
号として発生する。電気系ユニット90は、この計測信
号と参照信号9Rとの位相差(±180°)を検出し、
これによって所定の基準点に対する主マークM2 の±P
/4以内の位置ずれ量を求める。この所定の基準点は、
本実施例では参照回折格子RGに相当し、位相差が零の
ときは参照格子RGと主マークM2 とが正確に一致した
ことになる。図8は、ウェハW上の1つのショット領域
CPに付随したストリートライン上のマークを、X、Y
方向に関して計測する際のステージ16の移動の様子を
示す図である。ウェハW上の各ショット領域CPには、
ショット中心CCを原点とする直交座標軸の夫々の上
に、X方向用の主マークM2xとY方向用の主マークM2y
とが形成される。主マークM2xのX方向の両側にはdだ
け離れて副マークM1xが形成され、主マークM2yのY方
向の両側にはdだけ離れて副マークM1yが形成される。
副マークM1x、M1yを主マークの両側に設けたのは、マ
ーク検出時のステージ16の移動方向の正負(ピッチ方
向の正負)を任意に選べるようにするためである。もち
ろん、図6に示すように主マークに対して副マークを1
つにしてもよい。一方、投影レンズPLを介したレチク
ルRの投影像は、通常光軸AXを中心とした矩形の領域
RSAであり、当然投影レンズPLの円形の視野IF内
に包含される。ここで光軸AXを原点としてXY座標系
を定めると、X軸とY軸はステージ16のレーザ干渉計
の測長軸(レーザビーム中心線)と一致しており、2本
のビームLB1 、LB2 によるX方向用の照明領域DA
xはY軸上で視野IFの周辺部に位置し、Y方向用の照
明領域DAyはX軸上で視野IFの周辺部に位置する。
まず、図8に示すような関係で視野IFとショット領域
CPとが位置するものとすると、主マークM2yの中心点
が位置P1aを通って位置P1b(照明領域DAyの中心)
で停止するようにレーザ干渉計に従ってステージ16を
移動させる。位置P1aでは図6のような位置関係にな
り、ここからY方向に位置P1bまで移動させると、図7
のような位置関係になる。このとき、主マークM2xの方
は、位置P2a、P2bの軌跡に沿って移動し、ショット中
心CCは位置P3a、P3bの軌跡に沿って進む。そして照
明領域DAy内で主マークM2yのY方向の位置ずれ量
(±P/4以内)が求まると、次に主マークM2xが位置
P2bから位置P2cを通ってP2d(照明領域DAxの中
心)で停止するようにステージ16を移動させる。位置
P2cでは主マークM2x、副マークM1xが図6の位置関係
にあり、ここからX方向に位置P2dまで移動させると、
図7の位置関係になる。
The interference beat light is received by the light receiving element PD0 at the center of the photoelectric detector, and generates an AC signal having a beat frequency as a measurement signal. The electric system unit 90 detects the phase difference (± 180 °) between the measurement signal and the reference signal 9R,
As a result, ± P of the main mark M2 with respect to a predetermined reference point
A position shift amount within / 4 is obtained. This predetermined reference point is
In the present embodiment, this corresponds to the reference diffraction grating RG, and when the phase difference is zero, it means that the reference grating RG and the main mark M2 exactly match. FIG. 8 shows the marks on the street line attached to one shot area CP on the wafer W as X, Y.
FIG. 9 is a diagram showing a state of movement of a stage 16 when measuring in a direction. In each shot area CP on the wafer W,
A main mark M2x for the X direction and a main mark M2y for the Y direction are placed on each of the orthogonal coordinate axes having the origin at the shot center CC.
Are formed. A sub-mark M1x is formed on both sides of the main mark M2x in the X direction at a distance of d, and a sub-mark M1y is formed on both sides of the main mark M2y in the Y direction at a distance of d.
The reason why the sub-marks M1x and M1y are provided on both sides of the main mark is that the sign of the moving direction of the stage 16 when the mark is detected (positive or negative in the pitch direction) can be arbitrarily selected. Of course, as shown in FIG.
It may be one. On the other hand, the projected image of the reticle R via the projection lens PL is usually a rectangular area RSA centered on the optical axis AX, and is naturally included in the circular field IF of the projection lens PL. Here, when the XY coordinate system is defined with the optical axis AX as the origin, the X axis and the Y axis coincide with the length measuring axis (laser beam center line) of the laser interferometer of the stage 16, and the two beams LB1 and LB2 Illumination area DA for X direction
x is located at the periphery of the field of view IF on the Y axis, and the illumination area DAy for the Y direction is located at the periphery of the field of view IF on the X axis.
First, assuming that the field of view IF and the shot area CP are positioned in a relationship as shown in FIG. 8, the center point of the main mark M2y passes through the position P1a to the position P1b (the center of the illumination area DAy).
The stage 16 is moved according to the laser interferometer so as to stop. At the position P1a, the positional relationship is as shown in FIG. 6, and when the position is moved to the position P1b in the Y direction from FIG.
It becomes such a positional relationship. At this time, the main mark M2x moves along the locus of the position P2a, P2b, and the shot center CC advances along the locus of the position P3a, P3b. When the amount of displacement (within ± P / 4) of the main mark M2y in the Y direction within the illumination area DAy is determined, the main mark M2x then passes from the position P2b to the position P2c at P2d (the center of the illumination area DAx). The stage 16 is moved so as to stop. At the position P2c, the main mark M2x and the sub mark M1x are in the positional relationship shown in FIG.
The positional relationship is as shown in FIG.

【0020】そして、位置P2dで主マークM2xのX方向
の位置ずれ量を求める。こうして1つのショット領域C
PのX、Y方向の位置が特定されると、同様に次のショ
ット領域CPの位置計測のためにステージ16が移動す
る。もし、そのショット領域CPをただちに露光する場
合は、主マークM2xの照明領域DAx内でのX方向の位
置ずれ量が求まった時点で、そのずれ量が所定の許容範
囲内に納まるようにステージ16をX方向に微動(±P
/4以内)させるとともに、ステージ16をY方向に一
定量だけ送り込む。
Then, the amount of displacement of the main mark M2x in the X direction at the position P2d is obtained. Thus, one shot area C
When the position of X in the X and Y directions is specified, the stage 16 is similarly moved to measure the position of the next shot area CP. If the shot area CP is to be exposed immediately, the stage 16 is moved so that, when the amount of displacement of the main mark M2x in the X direction within the illumination area DAx is determined, the amount of displacement falls within a predetermined allowable range. In the X direction (± P
/ 4) and the stage 16 is fed by a fixed amount in the Y direction.

【0021】この動作の直前で、ショット中心CCは位
置P3cを通って位置P3dにあり、主マークM2xがX方向
に正確にアライメントされると、位置P3dのショット中
心CCはY軸上に位置することになる。従って、X方向
のアライメント後、ステージ16をレーザ干渉計に従っ
てY方向に一定量だけ送り込めば、ショット中心CCと
光軸AX(投影領域PSAの中心)とが正確に一致する
ことになり、その後露光を行なえばよい。
Immediately before this operation, the shot center CC is at the position P3d through the position P3c, and when the main mark M2x is accurately aligned in the X direction, the shot center CC at the position P3d is located on the Y axis. Will be. Therefore, after the alignment in the X direction, if the stage 16 is sent by a fixed amount in the Y direction according to the laser interferometer, the shot center CC and the optical axis AX (the center of the projection area PSA) will be exactly coincident. Exposure may be performed.

【0022】尚、Y方向への送り込み量は、主マークM
2yが停止した位置P1bでのステージ16のY座標値をY
a、計測された±P/4以内の位置ずれ量をΔY、そし
て主マークM2xが停止した位置P2dでのステージ16の
Y座標値(位置P1dのY座標値と同一)をYbとする
と、Yb−(Ya−ΔY)で求めることができる。図9
は、図8におけるマーク位置検出動作をステージ16の
移動速度と時間の関係で表わしたグラフである。時刻0
でステージ16がある位置に停止していたとすると、こ
こから目標となる主マークM2 (又は副マークM1 )の
方向へ加速し、副マークM1 の信号波形の取り込み開始
位置x1 の手前で、ある一定速度に減速し、取り込み終
了位置x2 までの間に、電気系ユニット90内のメモリ
に、副マークM1 の信号波形を記憶する。取り込み開始
位置x1 、終了位置x2 は、ウェハのグローバルアライ
メント(プリアライメント)の結果に基づいて予測され
る副マークの予測位置xp を基準に設定される。位置x
2 を通ったステージ16は引き続き移動し、予測位置x
p からdだけ先の停止予定位置x5 で停止するべく制御
されていく。電気系ユニット90は位置x2 の通過後、
信号波形を高速演算処理し、副マークM1 の実際の位
置、マーク実測位置x3 を演算時間のT1 の間に算出す
る。時間T1 はステージ16が停止予定位置x5 に達す
る前に終了するように設定されている。主制御装置91
は、予測位置xp と実測位置x3 との差Δxだけ、停止
予定位置x5 を修正した停止実位置x6 (新たな目標
値)を求め、ステージ16の振動を修正制御する。これ
によってステージ16が位置x6 に停止すると、主マー
クM2 の中心は所定の基準点に対して±P/4以内に位
置決めされる。その後、照明領域DAを用いて、±P/
4以内の位置ずれ量が計測される。尚、シャッターS1
、S2 の切り換えは、図9の位置x2 からx6 までの
間で行なう。また時刻0から位置x1 までの時間は、例
えば図8中の位置P2bから位置P2cまで主マークM2xが
移動する時間であり、図9中の位置x1 から位置x6 ま
での時間は、図8中の位置P2cからP2dまで主マークM
2xが移動する時間である。以上のように、本実施例では
一連のステージ移動によって主アライメントと副アライ
メントのマーク検出が行なえるので、ウェハのアライメ
ントシーケンスにおける時間のロスが極めて少ないとい
った利点がある。また副マークの実測位置を求める演算
処理速度を高速にすればする程、副マークM1 と主マー
クM2 との計測方向の間隔dは短くでき、より一層の時
間短縮ができる。また図9では副マーク検出のためにス
テージ速度を最高速よりも低くしたが、信号波形のデジ
タル化、メモリへの記憶等のハードウェア上の処理時間
が十分追従すれば、最高速のまま副マークM1 の波形を
取り込めることは明らかである。
The feed amount in the Y direction depends on the main mark M
The Y coordinate value of the stage 16 at the position P1b where 2y stops is represented by Y
a, the measured positional deviation within ± P / 4 is ΔY, and the Y coordinate value of the stage 16 at the position P2d where the main mark M2x stops (the same as the Y coordinate value at the position P1d) is Yb. − (Ya−ΔY). FIG.
9 is a graph showing the mark position detection operation in FIG. 8 in relation to the moving speed of the stage 16 and time. Time 0
If the stage 16 is stopped at a certain position, it accelerates in the direction of the target main mark M2 (or sub-mark M1), and reaches a certain fixed position before the start position x1 of the signal waveform of the sub-mark M1. The signal waveform of the sub mark M1 is stored in the memory in the electric system unit 90 until the speed is reduced to the fetch end position x2. The fetch start position x1 and the end position x2 are set on the basis of the predicted position xp of the sub mark predicted based on the result of the wafer global alignment (pre-alignment). Position x
The stage 16 that has passed through 2 continues to move to the predicted position x
It is controlled to stop at the expected stop position x5 ahead of p by d. After the electric unit 90 passes through the position x2,
The signal waveform is subjected to high-speed arithmetic processing, and the actual position of the sub-mark M1 and the measured position x3 of the mark are calculated during the calculation time T1. The time T1 is set to end before the stage 16 reaches the expected stop position x5. Main controller 91
Calculates the actual stop position x6 (new target value) obtained by correcting the expected stop position x5 by the difference Δx between the predicted position xp and the actual measured position x3, and corrects and controls the vibration of the stage 16. Thus, when the stage 16 stops at the position x6, the center of the main mark M2 is positioned within ± P / 4 with respect to a predetermined reference point. Then, using the illumination area DA, ± P /
An amount of displacement within four is measured. The shutter S1
, S2 is switched between positions x2 and x6 in FIG. The time from time 0 to the position x1 is, for example, the time when the main mark M2x moves from the position P2b to the position P2c in FIG. 8, and the time from the position x1 to the position x6 in FIG. Main mark M from position P2c to P2d
2x is the time to move. As described above, in this embodiment, since the marks of the main alignment and the sub-alignment can be detected by a series of stage movements, there is an advantage that the time loss in the wafer alignment sequence is extremely small. Also, the higher the processing speed for calculating the actual measurement position of the sub-mark, the shorter the distance d between the sub-mark M1 and the main mark M2 in the measurement direction can be, and the time can be further reduced. In FIG. 9, the stage speed is set lower than the maximum speed for detecting the sub mark. However, if the processing time on hardware such as digitization of the signal waveform and storage in the memory sufficiently follows, the sub speed is maintained at the maximum speed. Obviously, the waveform of the mark M1 can be captured.

【0023】ところで副マークM1 は、主マークM2 の
位置を±P/4以内で特定するために使われるものであ
るから、スポット71を用いた副マークM1 の検出系の
精度は、それに見合ったものであればよい。例えばピッ
チPが2μmであれば、副マークM1 の位置検出精度は
余裕を見積るとしても、±0.2μm程度であれば十分
である。そこで副マークM1 を主マークM2 のプリアラ
イメント用に使う場合は、光電検出器8X、8Yの受光
素子PDa、PDbからの信号波形のデジタルサンプリ
ングを、例えばステージ16の0.08μmの移動毎に
粗くしてもよい。この場合、0.02μm毎の干渉計パ
ルスによるサンプリングにくらべて、ステージ16を4
倍にスピードアップさせる(実際はステージの最高速度
で制限される)ことができる。
Since the sub-mark M1 is used to specify the position of the main mark M2 within ± P / 4, the accuracy of the detection system of the sub-mark M1 using the spot 71 is commensurate with it. Anything should do. For example, if the pitch P is 2 .mu.m, the position detection accuracy of the sub-mark M1 is sufficient if the margin is about. ± .0.2 .mu.m. Therefore, when the sub-mark M1 is used for pre-alignment of the main mark M2, digital sampling of signal waveforms from the light receiving elements PDa and PDb of the photoelectric detectors 8X and 8Y is roughly performed every time the stage 16 moves 0.08 μm, for example. May be. In this case, the stage 16 is moved four times as compared with the sampling by the interferometer pulse every 0.02 μm.
Double the speed (actually limited by the maximum speed of the stage).

【0024】また、副マークM1 とスポット71の幅が
ほぼ等しいものとして、副マークM1 の幅が2μm程度
の場合、例えば0.02μm毎の干渉計パルスを分周し
て0.2μm毎のパルスを作り、この0.2μm単位の
パルスの発生毎に、受光素子PDa、PDbからの信号
レベルを所定のスライスレベルと比較し、信号レベルが
スライスレベルよりも大きくなっている部分のパルス列
を求め、そのパルス列の中心のパルスが得られた位置を
副マークM1 の位置としてもよい。
Further, assuming that the width of the sub mark M1 is substantially equal to that of the spot 71, when the width of the sub mark M1 is about 2 μm, for example, the frequency of the interferometer pulse every 0.02 μm is divided and the pulse Each time a pulse of 0.2 μm is generated, the signal level from the light receiving elements PDa and PDb is compared with a predetermined slice level, and a pulse train where the signal level is higher than the slice level is obtained. The position where the pulse at the center of the pulse train is obtained may be set as the position of the sub mark M1.

【0025】次に本発明の第2の実施例によるアライメ
ント動作を説明する。第2の実施例はアライメント時間
をさらに短縮する方法であり、主マークM2 、副マーク
M2 は第1の実施例と同様の構造、配置であるものとす
る。第1の実施例では相対移動中に副アライメント結果
を算出するが、第2の実施例では、これを待たずに適当
な位置に位置決めして主アライメントをおこなう。つま
り、副アライメントの処理を行いつつ、主アライメント
動作を行い、主アライメント(±P/4以内のずれ検出
動作)が終了するまでに副アライメントの演算処理を終
わらせる。そして、主アライメントの結果に対して、副
アライメントの結果をフィードバックしてやることによ
り、主アライメントを行う照明領域DAと主マークの位
置関係が±P/4以上ずれていても正しい結果が得られ
るようにする。こうすることにより、第1の実施例で副
アライメント処理速度を高めるのと同様の効果が得られ
る。
Next, an alignment operation according to a second embodiment of the present invention will be described. The second embodiment is a method for further shortening the alignment time, and it is assumed that the main mark M2 and the sub-mark M2 have the same structure and arrangement as the first embodiment. In the first embodiment, the result of the sub-alignment is calculated during the relative movement. In the second embodiment, the main alignment is performed by positioning at an appropriate position without waiting. In other words, the main alignment operation is performed while the sub-alignment processing is being performed, and the sub-alignment calculation processing is completed before the main alignment (the deviation detection operation within ± P / 4) is completed. By feeding back the result of the sub-alignment with respect to the result of the main alignment, a correct result can be obtained even if the positional relationship between the illumination area DA for the main alignment and the main mark is shifted by ± P / 4 or more. I do. By doing so, the same effect as increasing the sub-alignment processing speed in the first embodiment can be obtained.

【0026】上記のことを図10を参照して説明する。
主制御装置91、ステージコントローラ92は、グロー
バルアライメントの結果から割り出した主マークM2 、
副マークM1 の位置情報に基づいて、ステージ16を移
動させ、図9と同様に位置x1 、x2 の間で副マークM
1 の波形を取り込み、副マークM1 の予測位置xP から
間隔dだけ離れた主マークM2 の予測位置、すなわち停
止予定位置x5 でステージ16を停止させる。
The above will be described with reference to FIG.
The main controller 91 and the stage controller 92 determine the main marks M2,
The stage 16 is moved based on the position information of the sub mark M1, and the sub mark M is moved between the positions x1 and x2 as in FIG.
The stage 16 is stopped at the predicted position of the main mark M2 which is separated from the predicted position xP of the sub-mark M1 by the interval d, that is, the expected stop position x5.

【0027】電気系ユニット90は位置x2 を通った直
後、副マークM1 の位置(図9中のx3 )を求める演算
を開始する。一方、電気系ユニット90内のフェーズ・
メータはステージ16が位置x5 に停止した直後から時
間T2 の間に、主マークM2からの干渉ビート光の光電
信号と参照信号9Rとの位相差、すなわち±P/4以内
の位置ずれ量を求める。この時間T2 の終了までに、副
マークM1 の位置を特定しておく。ここで副マークM1
の予測位置xp に対して、実測位置がΔHだけずれてい
たとすると、主制御装置91は、nを整数(零を含む)
として、
Immediately after passing through the position x2, the electric system unit 90 starts the calculation for obtaining the position of the sub mark M1 (x3 in FIG. 9). On the other hand, the phase
The meter obtains the phase difference between the photoelectric signal of the interference beat light from the main mark M2 and the reference signal 9R, that is, the amount of positional deviation within ± P / 4 during the time T2 immediately after the stage 16 stops at the position x5. . By the end of the time T2, the position of the sub mark M1 is specified. Here the sub mark M1
Assuming that the actual measurement position is shifted by ΔH with respect to the predicted position x p, main controller 91 sets n to an integer (including zero).
As

【0028】[0028]

【数1】 (Equation 1)

【0029】の計算を行ない、さらに主アライメント結
果である±P/4以内の位置ずれ量をΔFとして、最終
的な位置ずれ量を、n・(P/2)+ΔFとして算出す
る。以上、本実施例では時間T2 の終了までに副マーク
M1 の位置算出が終了しているものとしたが、時間T1
が終了する前に時間T2 が終了してしまっても一向にさ
しつかえない。ただし、次のマーク位置計測のためにス
テージ16をスタートさせるタイミングは、主マークM
2 の位置特定のための位相差検出が完了する時間T2 以
降でなければならない。
Then, the amount of positional deviation within ± P / 4, which is the main alignment result, is set as ΔF, and the final amount of positional deviation is calculated as n · (P / 2) + ΔF. As described above, in the present embodiment, the position calculation of the sub-mark M1 has been completed by the end of the time T2.
Even if the time T2 ends before the end of the operation, it is possible to avoid this. However, the timing for starting the stage 16 for the next mark position measurement is based on the main mark M
2 must be after the time T2 when the phase difference detection for specifying the position is completed.

【0030】次に本発明の第3の実施例によるマーク検
出動作を説明する。先の第1、第2実施例では、副→主
アライメントの順序であったが、逆に主→副アライメン
トでも良い。つまり、図7の状態で先に主マークM2 に
よるアライメントを行った後、図6の状態まで副マーク
M1 を移動させて副アライメントを行う。そして、副ア
ライメントの結果を基に主アライメント時の±P/4以
上のずれを補正する。この方法だと、副アライメント処
理時間が多少長くても良い。なぜならば、X→Y方向の
順でアライメントする場合、Xアライメント後にYアラ
イメントの動作に移る時間、Yアライメント後に次のシ
ョット領域のアライメント位置へ移る時間、又は露光位
置に移る時間は、いずれも図6中の間隔dの移動時間よ
りも長いからである。以上のことをグラフ化したものが
図11である。ステージ16は主マークM2 の予測位置
x5 、すなわち停止予定位置通りに止まる。そして時間
T2 の間で主マークM2 の±P/4以内の位置ずれを求
める。このとき、位置x5 はウェハWのグローバルアラ
イメントの精度に依存した位置ずれをともなうが、±2
μm以内に押えることは容易であり、この程度のずれで
あれば、照明領域DAと主マークM2 とがせいぜい1ピ
ッチ分ずれるだけなので、干渉ビート光のS/N比(信
号振幅)はほとんど変化しない。従ってこのずれ(プリ
アライメント又はグローバルアライメント精度)を見込
んで、照明領域DAに対する主マークM2 の全体のサイ
ズを大きめにしておけばよい。
Next, a mark detecting operation according to a third embodiment of the present invention will be described. In the first and second embodiments, the order of the sub-> main alignment is used, but the order of the main-> sub-alignment may be reversed. That is, after performing the alignment using the main mark M2 in the state of FIG. 7 first, the sub-alignment is performed by moving the sub-mark M1 to the state of FIG. Then, a deviation of ± P / 4 or more during the main alignment is corrected based on the result of the sub-alignment. With this method, the sub-alignment processing time may be slightly longer. This is because when performing alignment in the order of X → Y, the time required to move to the Y alignment operation after the X alignment, the time required to move to the alignment position in the next shot area after the Y alignment, or the time required to move to the exposure position are all shown in FIG. This is because it is longer than the movement time of the interval d in 6. FIG. 11 is a graph of the above. The stage 16 stops at the predicted position x5 of the main mark M2, that is, the expected stop position. Then, a displacement within ± P / 4 of the main mark M2 during the time T2 is determined. At this time, the position x5 has a position shift depending on the accuracy of the global alignment of the wafer W, but ± 2.
It is easy to keep the distance within μm, and if the deviation is as large as this, the illumination area DA and the main mark M2 are shifted at most by one pitch, so that the S / N ratio (signal amplitude) of the interference beat light changes substantially. do not do. Therefore, in consideration of this deviation (pre-alignment or global alignment accuracy), the entire size of the main mark M2 with respect to the illumination area DA may be increased.

【0031】さて、主マークM2 の±P/4以内の位置
ずれが求まったら、スポット71を照射して副マークM
1 をこのスポット71の方向へ移動させ、位置x1 とx
2 の間の加速期間中に副マークM1 の信号波形を取り込
み、時間T1 で副マークM1の位置を特定して、第2実
施例と同様に、n・(P/2)+ΔFの演算により主マ
ークM2 の中心位置を正確に決定する。
When the position deviation of the main mark M2 within ± P / 4 is determined, the spot 71 is irradiated to the sub mark M2.
1 in the direction of the spot 71, and the positions x1 and x
2, the signal waveform of the sub-mark M1 is fetched during the acceleration period, the position of the sub-mark M1 is specified at time T1, and the calculation of n. (P / 2) +. DELTA.F is performed as in the second embodiment. The center position of the mark M2 is accurately determined.

【0032】本実施例では、複数ケ所のマークを次々に
検出する場合、ステージ16の停止期間は時間T2 のみ
でよいため、いままでの実施例のうち、最も処理時間が
短い(スループットが高い)といった利点がある。尚、
図11では、ステージ16の加速中に位置x1 、x2 の
間で信号波形の取り込みをするとしたが、第1、第2実
施例と同様にステージ16の定速度移動中であってもよ
く、これは主マークM2 と副マークM1 との間隔dとス
テージ16の運動特性(加速度、最高速度等)によるも
のである。図12は、主マークM2 の検出動作の高速化
を説明する図で、図12(A)は主マークM2 からの干
渉ビート光の計測信号波形であり、図12(B)は参照
信号9Rの波形である。照明領域DA内に主マークM2
が精密に停止した直後の時刻t1 から一定時間後の時刻
t2 までの間で、計測信号と参照信号の波形を、同一時
間軸のクロックパルスのもとでA/D変換器によりデジ
タルサンプリングし、メモリ内に記憶する。そして、記
憶された2つの波形を、フーリエ変換等の演算手法によ
りソフトウェアで処理して位相差Δθを求めるように構
成する。こうすると、時刻t2 以降はステージ16を移
動させることができるため、主マークM2 の±P/4以
内のずれ量が算出される前に、ステージ16をスタート
させることで、スループットの向上が図れる。
In this embodiment, when detecting a plurality of marks one after another, the stop period of the stage 16 only needs to be the time T2, so that the processing time is shortest (highest throughput) among the previous embodiments. There are advantages. still,
In FIG. 11, the signal waveform is captured between the positions x1 and x2 during the acceleration of the stage 16. However, as in the first and second embodiments, the signal waveform may be captured while the stage 16 is moving at a constant speed. Is based on the distance d between the main mark M2 and the sub mark M1 and the motion characteristics (acceleration, maximum speed, etc.) of the stage 16. 12A and 12B are diagrams for explaining the speeding up of the detection operation of the main mark M2. FIG. 12A shows the measurement signal waveform of the interference beat light from the main mark M2, and FIG. 12B shows the waveform of the reference signal 9R. It is a waveform. The main mark M2 in the illumination area DA
From the time t1 immediately after the precise stop of time to the time t2 after a fixed time, the waveforms of the measurement signal and the reference signal are digitally sampled by the A / D converter under the same time axis clock pulse, Store in memory. Then, the two stored waveforms are processed by software using an arithmetic technique such as Fourier transform or the like to obtain the phase difference Δθ. In this way, since the stage 16 can be moved after the time t2, the throughput can be improved by starting the stage 16 before the deviation amount of the main mark M2 within ± P / 4 is calculated.

【0033】ここで2つの信号波形の周波数(ビート周
波数)を20KHz程度にして、サンプリングする波形
上の周期数を20〜40程度にすると、時刻t1 からt
2 までの時間は、1〜2mSecと極めて短くなる。も
ちろんその後のソフト演算には、高速演算プロセッサー
を用いても5〜10mSec程度が必要であるが、その
時間はステージ16の移動と並行させることができるた
め、見かけ上5〜10mSecの待ち時間は表に現われ
ない。
If the frequency (beat frequency) of the two signal waveforms is set to about 20 KHz and the number of cycles on the sampled waveform is set to about 20 to 40, the time from time t1 to time t1
The time up to 2 is extremely short, 1-2 mSec. Of course, the subsequent software operation requires about 5 to 10 mSec even if a high-speed operation processor is used. However, since the time can be set in parallel with the movement of the stage 16, the apparent waiting time of 5 to 10 mSec is not shown. Does not appear in

【0034】次に本発明の第4の実施例によるマーク構
造と光電検出の様子を、図13、図14、図15を参照
して説明する。 図13(A)は、主マークM2 と副マ
ークM1 とを、主マークM2 の格子ピッチPと同程度に
接近させ、副マークM1 そのものを、主マークM2 の1
本の格子として形成したものである。この場合、副マー
クM1 の計測方向の幅を、主マークM2 の格子幅と同一
にしておく。このようにすると、副マークM1 も干渉ビ
ート光の発生に寄与し得る。図13(B)は副マークM
1 を主マークM2 の中央の格子として配置したもので、
副マークM1 の中心と主マークM2 の中心とは一致して
いる。ここでも副マークM1 は干渉ビート光の発生に寄
与するようなピッチ関係、線幅に設定されている。
Next, a description will be given of a mark structure and photoelectric detection according to a fourth embodiment of the present invention with reference to FIGS. FIG. 13A shows that the main mark M2 and the sub-mark M1 are brought close to each other to the same degree as the grid pitch P of the main mark M2, and the sub-mark M1 itself is set to one of the main marks M2.
It is formed as a book lattice. In this case, the width of the sub mark M1 in the measurement direction is set to be the same as the grid width of the main mark M2. In this case, the sub mark M1 can also contribute to the generation of interference beat light. FIG. 13B shows the sub mark M
1 is arranged as the central grid of the main mark M2,
The center of the sub mark M1 coincides with the center of the main mark M2. Also in this case, the sub mark M1 is set to have a pitch relationship and a line width that contribute to the generation of interference beat light.

【0035】図14は、副マークM1 を回折格子にする
代わりに、単純な線条にした変形例を示す。図14
(A)は、図6に示したものと同じマーク配置であり、
図14(B)は図13(A)と、図14(C)は図13
(B)とそれぞれ同じマーク配置である。ここでは、副
マークM1 の線幅を、主マークM2 の1本の格子幅と同
一にしてあり、主マークM2 の1本の格子として働く。
FIG. 14 shows a modification in which the sub-mark M1 is formed as a simple line instead of a diffraction grating. FIG.
(A) shows the same mark arrangement as that shown in FIG.
FIG. 14 (B) is FIG. 13 (A) and FIG. 14 (C) is FIG.
The mark arrangement is the same as that of FIG. Here, the line width of the sub-mark M1 is made equal to the width of one grid of the main mark M2, and functions as one grid of the main mark M2.

【0036】以上、図13(A)、(B)、及び図14
(B)、(C)の構造によれば、アライメントマークと
してウェハ上に占める面積が少なくて済むといった利点
がある。また図13(B)、図14(C)のマーク構造
では、主マークM2 の中心が目視観察時に見つけ易いと
いった利点もある。ところで図13(B)の構造では、
スポット71が照明領域DAの中央にあるため、副マー
クM1 がスポット71の下を通過した後、逆方向にステ
ージ16を移動させて副アライメントの結果からステー
ジ16を±P/4以内に停止させる必要がある。
FIGS. 13A and 13B and FIG.
According to the structures (B) and (C), there is an advantage that the area occupied on the wafer as an alignment mark can be reduced. Further, the mark structures shown in FIGS. 13B and 14C also have an advantage that the center of the main mark M2 can be easily found at the time of visual observation. By the way, in the structure of FIG.
Since the spot 71 is located at the center of the illumination area DA, after the sub mark M1 passes below the spot 71, the stage 16 is moved in the opposite direction to stop the stage 16 within ± P / 4 based on the result of the sub alignment. There is a need.

【0037】また、図14のマーク構造の場合、副マー
クM1 とスポット71が相対移動すると、副マークM1
の両側の直線エッジから散乱光が発生するので、これを
先の図1中に示した受光素子PDc、PDdで検出し、
ステージ16の移動に伴って干渉計パルスでデジタル・
サンプリングすればよい。さて、図15は光電検出器8
X、8Yでの光電検出の様子を示し、図15(A)は各
受光素子PDa、PDb、PDc、PDdの配置を示
す。受光素子PD0は瞳共役面上の中心(光軸上)に位
置し、主マークM2 の格子ピッチ方向には受光素子PD
0 を挾んで2つの受光素子PDc、PDdが配置され
る。そして、受光素子PDa、PDbは3つの受光素子
PDc、PDd、PD0 を、ピッチ方向と直交する方向
で挾み込むように配置される。
In the case of the mark structure shown in FIG. 14, when the sub mark M1 and the spot 71 move relatively, the sub mark M1
Scattered light is generated from the straight edges on both sides of the light-receiving element, and this is detected by the light-receiving elements PDc and PDd shown in FIG.
As the stage 16 moves, the digital
What is necessary is just to sample. By the way, FIG.
The state of photoelectric detection in X and 8Y is shown, and FIG. 15A shows the arrangement of the light receiving elements PDa, PDb, PDc and PDd. The light receiving element PD0 is located at the center (on the optical axis) on the pupil conjugate plane, and is positioned in the lattice pitch direction of the main mark M2.
Two light receiving elements PDc and PDd are arranged so as to sandwich 0. The light receiving elements PDa and PDb are arranged so as to sandwich the three light receiving elements PDc, PDd and PD0 in a direction orthogonal to the pitch direction.

【0038】図15(B)は、副マークM1 の検出のた
めにビームLB0 のみをウェハ上に照射したとき、スポ
ット71の照射領域内に副マークM1 や他のパターンエ
ッジが存在しなかった場合の受光素子上での反射光の分
布を示す。この場合、ビームLB0 は系の瞳中心を通し
てウェハWの反射面へテレセントリックに照射されるた
めに、0次光100のみが光電検出器の中央へ戻ってく
る。
FIG. 15B shows a case where when only the beam LB0 is irradiated on the wafer for detecting the sub mark M1, the sub mark M1 and other pattern edges do not exist in the irradiation area of the spot 71. 2 shows the distribution of reflected light on the light receiving element of FIG. In this case, since the beam LB0 is applied telecentrically to the reflection surface of the wafer W through the center of the pupil of the system, only the zero-order light 100 returns to the center of the photoelectric detector.

【0039】ところがスポット71と、図6、又は図1
3中の副マークM1 とが重なると、図15(C)のよう
に0次光100の両脇に1次光±DL1 、2次光±DL
2 、3次光±DL3 等の高次回折光が戻ってくる。これ
ら高次光は受光素子PDa、PDbによって受光され
る。また図14中の副マークM1 、あるいは主マークM
2 内の格子がスポット71と重なると、図15(d)の
ように、0次光100の長手方向に広がるエッジ散乱光
101a、101bが戻ってくる。この散乱光101
a、101bは受光素子PDc、PDdで受光される。
However, the spot 71 and FIG. 6 or FIG.
When the sub mark M1 in FIG. 3 overlaps, the primary light ± DL1 and the secondary light ± DL are placed on both sides of the zero-order light 100 as shown in FIG.
2, higher-order diffracted lights such as the third-order light ± DL3 return. These higher-order lights are received by the light receiving elements PDa and PDb. The sub mark M1 or the main mark M in FIG.
When the grating in 2 overlaps with the spot 71, the edge scattered lights 101a and 101b that spread in the longitudinal direction of the zero-order light 100 return as shown in FIG. This scattered light 101
a and 101b are received by the light receiving elements PDc and PDd.

【0040】一方、2本のビームLB1 、LB2 による
照明領域DA内に主マークM2 が存在せず、単なる反射
面になっていると、2本のビームLB1 、LB2 の各正
反射光(0次光)BL0 が、図15(E)に示すように
受光素子PDc、PDdに戻ってくる。そして照明領域
DA内に主マークM2 が位置すると、図15(F)に示
すように受光素子PD0 の位置に干渉ビート光BTLが
戻ってくる。これら受光素子PD0 、PDa、PDb、
PDc、PDdは同一半導体基板上に絶縁層を介して独
立に形成されたフォトダイオード、PINフォトダイオ
ード等である。
On the other hand, if the main mark M2 does not exist in the illumination area DA formed by the two beams LB1 and LB2 and is merely a reflection surface, the regular reflection light (0th order) of the two beams LB1 and LB2 The light BL0 returns to the light receiving elements PDc and PDd as shown in FIG. When the main mark M2 is located in the illumination area DA, the interference beat light BTL returns to the position of the light receiving element PD0 as shown in FIG. These light receiving elements PD0, PDa, PDb,
PDc and PDd are photodiodes and PIN photodiodes independently formed on the same semiconductor substrate via an insulating layer.

【0041】尚、ビームLB1 、LB2 の正反射光BL
0 は、受光素子PDc、PDdの位置に戻ってくるとし
たが、これは必ずしも必要なことではない。次に本発明
のいくつかのウェハアライメントシーケンスについて、
図16を参照して説明するが、このシーケンスのための
マーク構造、マーク検出(ステージスキャン)動作は、
前述の実施例のいずれを用いてもよい。
The specularly reflected light BL of the beams LB1 and LB2
Although 0 is assumed to return to the positions of the light receiving elements PDc and PDd, this is not always necessary. Next, for some wafer alignment sequences of the present invention,
As will be described with reference to FIG. 16, the mark structure and the mark detection (stage scan) operation for this sequence are as follows.
Any of the embodiments described above may be used.

【0042】この種のステッパーでは、ウェハW上の複
数のショット領域CPnに対して順次ステッピングを行
なって露光を繰り返していく。そして露光動作の前には
必ずウェハのアライメントを実行する。このアライメン
トのシーケンスには大きく分けて、各ショット毎にマー
ク位置を検出するダイ・バイ・ダイ(又はフィールド・
バイ・フィールド)アライメント方式と、ウェハ上の代
表的な数ケ所のショットのマーク位置を検出するグロー
バルアライメント方式との2種類がある。
In this type of stepper, a plurality of shot areas CPn on the wafer W are sequentially stepped and the exposure is repeated. Before the exposure operation, the alignment of the wafer is always executed. This alignment sequence is roughly divided into die-by-die (or field-by-die) for detecting a mark position for each shot.
There are two types: a (by-field) alignment method and a global alignment method for detecting mark positions of several typical shots on a wafer.

【0043】ダイ・バイ・ダイアライメント方式、グロ
ーバルアライメント方式のいずれの方式にしても、主マ
ークM2 を用いたマーク位置検出が適用できるが、この
場合、副マークM1 を用いた副アライメント(±P/4
以内への位置決め)動作も2種類考えられる。1つは副
アライメント手段(第1検出手段)のみを使ってウェハ
上の複数ケ所のマークの位置をまとめて計測しておく方
法であり、もう1つは主アライメントすべきショット毎
に副アライメントを行なう方法である。前者の方法は、
言ってみればグローバルアライメント的な方法であり、
後者はダイ・バイ・ダイアライメント的な方法である。
従って主アライメント手段と副アライメント手段との2
つ持つステッパーでは、組み合わせとして4通りのシー
ケンスが考えられる。図16(A)は主アライメント、
副アライメントともグローバル方式のシーケンスを表わ
し、副マークM1 を用いた副アライメント(マーク位置
検出)はウェハ上の●印の4ショットCP1 、CP2 、
CP3 、CP4 で行ない、主マークM2を用いた主アラ
イメントはウェハ上の○印の8ショットCP1 〜CP8
で行なう。ここでショットCP1 、CP2 、CP3 、C
P4 は直交座標系の軸上のウェハ周辺に位置したもので
あり、同時に8つのショットCP1 〜CP8 はウェハ中
心からほぼ等しい距離に位置している。これら各ショッ
トへのステージの移動は、実線と破線の各矢印で表わさ
れ、まず初めにオリフラに近いショットCP1 、左端の
ショットCP2 、上端のショットCP3 、及び右端のシ
ョットCP4 の順に、X、Y方向の各副マークM1x、M
1yの位置を計測する。その後、その計測結果に基づいて
ウェハ上のショット配列座標とステージの移動座標系と
が、ウェハ上のどの点でも±P/4以下の精度で対応付
けられるような統計演算処理を行なう。そして、引き続
き、もしくはその演算処理と並行して、副アライメント
の最後のショットCP4 からCP5 、CP3 、CP6 …
…CP1、CP6 の順に反時計回りに主マークM2 を用
いた主アライメントを行なう。
In any of the die-by-die alignment method and the global alignment method, the mark position detection using the main mark M2 can be applied. In this case, the sub-alignment (± P / 4
(Positioning within) operation can also be considered. One is to collectively measure the positions of a plurality of marks on the wafer using only the sub-alignment means (first detection means), and the other is to perform sub-alignment for each shot to be main-aligned. The way to do it. The former method is
In other words, it is a global alignment method,
The latter is a die-by-die alignment method.
Therefore, two of the main alignment means and the sub-alignment means
In a stepper having one, four types of sequences can be considered as combinations. FIG. 16A shows the main alignment,
The sub-alignment also represents a global sequence, and the sub-alignment (mark position detection) using the sub-mark M1 is performed by four shots CP1, CP2,
The main alignment using the main mark M2 is performed by CP3 and CP4, and the eight shots CP1 to CP8 indicated by the circle mark on the wafer
Perform in. Here, shots CP1, CP2, CP3, C
P4 is located around the wafer on the axis of the orthogonal coordinate system, and at the same time, the eight shots CP1 to CP8 are located at substantially equal distances from the center of the wafer. The movement of the stage to each of these shots is represented by solid and dashed arrows. First, a shot CP1 close to the orientation flat, a leftmost shot CP2, an uppermost shot CP3, and a rightmost shot CP4 in the order of X, Each sub mark M1x, M in the Y direction
Measure the position of 1y. Thereafter, based on the measurement result, a statistical calculation process is performed so that the shot arrangement coordinates on the wafer and the stage movement coordinate system are associated with any point on the wafer with an accuracy of ± P / 4 or less. Then, or in parallel with the arithmetic processing, the last shots CP4 to CP5, CP3, CP6,.
The main alignment using the main mark M2 is performed counterclockwise in the order of CP1 and CP6.

【0044】この主アライメントによる8つのショット
CP1 〜CP8 のX、Y方向の各位置ずれ量(±P/4
以下)と、副アライメントによる位置計測結果とに基づ
いて、ウェハ上の全ショット領域の各中心点と投影レン
ズの光軸との相対位置関係が精密に特定され、後はレー
ザ干渉計の読み値に基づいてステージをステッピングさ
せる。この図16(A)のシーケンスはもっとも高速で
ある。また、8つのショットCP1 〜CP8 の各位置は
±P/4以下で精密に求まるので、この値を用いて、特
開昭61−44429号公報に開示されたエンハンスト
・グローバル・アライメント(E.G.A)法による最
小二乗近似を行ない、ショット配列の規則性を決定する
と、極めて高いアライメント精度が得られる。
The displacement amounts (± P / 4) in the X and Y directions of the eight shots CP1 to CP8 due to this main alignment.
Based on the position measurement results by the sub-alignment and the sub-alignment, the relative positional relationship between each center point of all shot areas on the wafer and the optical axis of the projection lens is precisely specified. The stage is stepped on the basis of. The sequence in FIG. 16A is the fastest. Further, since the positions of the eight shots CP1 to CP8 can be precisely determined at ± P / 4 or less, the enhanced global alignment (E.G.) disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-44429 is used by using these values. If the least squares approximation by the method A) is performed to determine the regularity of the shot array, extremely high alignment accuracy can be obtained.

【0045】図16(B)は、図16(A)と同様にウ
ェハ上の4つのショットCP1 、CP2 、CP3 、CP
4 については副アライメント手段によって副マークM1
のみを位置計測し、その計測結果に基づいてステップア
ンドリピートの露光ショット順に主アライメントを行な
うものである。この場合、各ショット領域の主マークM
2 に対するステッピング精度は±P/4以内に納められ
ている必要がある。この図16(B)は副アライメント
をグローバル式で使い、主アライメントをダイ・バイ・
ダイ方式で使ったことになる。
FIG. 16B shows four shots CP1, CP2, CP3, and CP on the wafer similarly to FIG.
For 4, the sub mark M 1 is set by the sub alignment means.
Only the position is measured, and the main alignment is performed in the step and repeat exposure shot order based on the measurement result. In this case, the main mark M of each shot area
The stepping accuracy for 2 must be within ± P / 4. In FIG. 16B, the sub-alignment is used in a global manner, and the main alignment is die-by-by.
This means that the die method was used.

【0046】図16(C)は、露光動作前にウェハ上の
代表的な8つのショットCP1 〜CP8 の各々について
副アライメントと主アライメントとを行なうものであ
る。図16(D)は、ステップアンドリピートの露光動
作時のステッピング毎に、各ショットの副マークM1 と
主マークM2 とをともに検出する方式で、完全ダイ・バ
イ・ダイ方式である。
FIG. 16C shows a sub-alignment and a main alignment for each of the eight representative shots CP1 to CP8 on the wafer before the exposure operation. FIG. 16D shows a method of detecting both the sub mark M1 and the main mark M2 of each shot at every stepping in the step-and-repeat exposure operation, which is a complete die-by-die method.

【0047】以上、図16(A)、(B)、(C)、
(D)に示した計測ショット数は、各ウェハプロセス
と、それに対する主アライメント手段、副アライメント
手段の各能力に応じて変えると良い。また副アライメン
ト手段はビームLB0 のスポット71を使うため、ビー
ムウェストの範囲(光軸方向の長さ)が狭いので、副ア
ライメント時には各副マークM1 を走査する時点でフォ
ーカス合わせ(ステージ16内のZステージの上下動)
を行なうのがよいが、主アライメント手段は2つのビー
ムLB1 、LB2 の交差領域内であれば、どの面でもき
れいな干渉縞ができるために、比較的焦点範囲が広くと
れ、フォーカス合わせを省略することができる。
As described above, FIGS. 16 (A), (B), (C),
The number of measurement shots shown in (D) may be changed according to each wafer process and the respective capabilities of the main alignment means and the sub-alignment means for the same. Further, since the sub-alignment means uses the spot 71 of the beam LB0, the range of the beam waist (length in the optical axis direction) is narrow. Therefore, at the time of sub-alignment, the focusing (Z in the stage 16) is performed at the time of scanning each sub-mark M1. Stage up and down movement)
However, if the main alignment means is within the intersecting region of the two beams LB1 and LB2, a clear interference fringe can be formed on any surface, so that the focal range can be relatively widened and the focus adjustment can be omitted. Can be.

【0048】尚、図16(A)、(B)、(C)、
(D)のいずれのシーケンスソフトウェアも、主制御装
置91内に予め記憶されており、オペレータの選択によ
り、いずれか1つを選ぶことができる。また多数枚のウ
ェハをロット管理する場合、同一ロット内の最初の数枚
のウェハと後のウェハとでは、シーケンスを変えるよう
にしてもよい。
FIG. 16A, FIG. 16B, FIG.
Any of the sequence software (D) is stored in the main controller 91 in advance, and any one of them can be selected by an operator. When lot management is performed on a large number of wafers, the sequence may be changed between the first few wafers and the subsequent wafers in the same lot.

【0049】図17は本発明のその他の実施例による位
置合わせ装置を組み込んだステッパーを示し、図2中の
部材と同じものは同一符号にしてある。第2のマーク検
出手段(主アライメント)は、レチクルRの上方に配置
した対物レンズOBJ1 、ミラーRM、第2対物レンズ
OBJ2 、ビームスプリッタBS1 、送光光学系11
0、及び受光光学系112で構成されたTTR(スルー
ザレチクル)方式によっても同様の効果が得られる。こ
こで対物レンズOBJ1 、ミラーRMは図中矢印のよう
に水平移動可能に設けられ、レチクルR上の窓の位置に
応じて観察位置を変えることができる。
FIG. 17 shows a stepper incorporating a positioning device according to another embodiment of the present invention, and the same members as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. The second mark detection means (main alignment) includes an objective lens OBJ1, a mirror RM, a second objective lens OBJ2, a beam splitter BS1, a light transmitting optical system 11 disposed above the reticle R.
A similar effect can be obtained by a TTR (through-the-reticle) system including the light receiving optical system 112 and the light receiving optical system 112. Here, the objective lens OBJ1 and the mirror RM are provided so as to be horizontally movable as indicated by arrows in the figure, and the observation position can be changed according to the position of the window on the reticle R.

【0050】TTR方式の場合、投影レンズPLを介し
てレチクルRとウェハWとを互いに共役関係にした状態
でレチクルRの窓とウェハW上のマークWMとを同時に
観察するためには、送光光学系110からのアライメン
ト用ビームの波長を露光光の波長と同一、もしくは近似
させる必要がある。また、TTR方式でも露光光と異な
る波長のアライメント用ビームを用いる場合、投影レン
ズPLの色収差量だけ、レチクルRとウェハWとの共役
関係がずれるので、送光光学系110の内部、又は対物
レンズOBJ1 に2重焦点化部材を設け、アライメント
用ビームを2焦点化すればよい。
In the case of the TTR system, in order to simultaneously observe the window of the reticle R and the mark WM on the wafer W in a state where the reticle R and the wafer W are in a conjugate relationship with each other via the projection lens PL, light transmission is required. It is necessary that the wavelength of the alignment beam from the optical system 110 be the same as or approximate to the wavelength of the exposure light. In the case of using an alignment beam having a wavelength different from that of the exposure light even in the TTR method, the conjugate relationship between the reticle R and the wafer W is deviated by the amount of chromatic aberration of the projection lens PL. A double focusing member may be provided in OBJ1 so that the alignment beam is double focused.

【0051】また同じTTR方式でも、レチクルRの上
方に別波長のアライメント用ビームと露光光とを分離す
るダイクロイックミラーDMを45°に斜設し、対物レ
ンズOBJ1 を露光光路外から光路内へのぞませる構造
でも同様に主アライメント系が構成できる。この場合、
対物レンズOBJ1 は図中上下方向に平行移動可能に構
成され、露光動作中もレチクルRのマーク(窓)とウェ
ハW上のマークとを検出し続けることができる。一方、
第1のマーク検出手段(副アライメント系)としては、
投影レンズPLに近接したオフ・アクシス方式のアライ
メント系を使うことができる。投影レンズPLの下端に
斜設されたミラーPM、対物レンズOBJ4 、ビームス
プリッタBS1 、送光系113、及び受光系114によ
ってオフ・アクシス・アライメント系が構成される。送
光系113内には対物レンズOBJ4 の瞳(開口絞り
面)に広帯域な波長分布をもつ光源像を結像する系が設
けられ、ウェハW上のマーク像は受光系114内の撮像
素子(CCD等)によって撮像される。その画像信号は
所定の画像解析回路、ソフトウェア等によって処理さ
れ、マーク中心の位置が求められる。このようなオフ・
アクシス方式では、投影レンズPLを介さない系である
ため、アライメント用照明光の波長帯域は、露光域以外
のところで広く使え、レジスト層の影響を受けにくいと
いった利点がある。また、送光系113と対物レンズO
BJ4 を介してウェハWへスリット状のビームを投射す
る方式でも、そのビームを多波長化(互いに波長の異な
る赤色域の半導体レーザ、発光ダイオード等の複数個を
同時点灯)することができ、レジストの影響の少ない、
スポット走査が可能である。また以上のTTR方式、オ
フ・アクシス方式のいずれとも、副アライメント系と主
アライメント系とで対物レンズを共用させることもでき
る。 以上、本発明の各実施例では、主アライメント系
をヘテロダイン干渉アライメント方式で説明したが、ホ
モダイン干渉アライメント方式にしても同様の効果が得
られる。ホモダイン方式のためには、図5中に示した2
つの周波数シフターMD1 、MD2 の各ドライブ信号S
F1 、SF2 を全く同一の周波数にするだけでよい。こ
の場合は、ウェハW上に静止した干渉縞が形成され、こ
の干渉縞に対してウェハ上の主マークM2 を±P/4の
範囲内に位置決めすることになる。さらに受光素子PD
0 から得られる光電信号は、主マークM2 がP/2移動
する毎に正弦波状に直流レベルが変化することになり、
従って、このレベルが±P/4以内のある一定値(例え
ば振幅の中心)に安定するようにウェハステージ16を
サーボ制御することになる。
In the same TTR system, a dichroic mirror DM for separating an alignment beam of another wavelength and exposure light is inclined at 45 ° above the reticle R, and the objective lens OBJ1 is moved from outside the exposure optical path to the inside of the optical path. A main alignment system can be similarly configured with the structure to be inclined. in this case,
The objective lens OBJ1 is configured to be able to move in parallel in the vertical direction in the figure, and can continue to detect the mark (window) of the reticle R and the mark on the wafer W during the exposure operation. on the other hand,
As the first mark detection means (sub-alignment system),
An off-axis type alignment system close to the projection lens PL can be used. An off-axis alignment system is configured by the mirror PM, the objective lens OBJ4, the beam splitter BS1, the light transmitting system 113, and the light receiving system 114 which are obliquely provided at the lower end of the projection lens PL. The light transmission system 113 is provided with a system for forming a light source image having a broadband wavelength distribution on the pupil (aperture stop surface) of the objective lens OBJ4. CCD or the like). The image signal is processed by a predetermined image analysis circuit, software, or the like, and the position of the mark center is obtained. Such off-
In the Axis system, since the system does not pass through the projection lens PL, there is an advantage that the wavelength band of the illumination light for alignment can be widely used outside the exposure region and is not easily affected by the resist layer. Further, the light transmitting system 113 and the objective lens O
Even in the method of projecting a slit-shaped beam onto the wafer W via the BJ4, the beam can be made to have multiple wavelengths (a plurality of semiconductor lasers, light-emitting diodes, etc. in the red region having different wavelengths are simultaneously turned on), and the resist can be used. Less affected by
Spot scanning is possible. In both the TTR method and the off-axis method, the objective lens can be shared by the sub-alignment system and the main alignment system. As described above, in each embodiment of the present invention, the main alignment system is described by the heterodyne interference alignment method, but the same effect can be obtained by the homodyne interference alignment method. For the homodyne method, the 2 shown in FIG.
Drive signals S of the two frequency shifters MD1 and MD2
It is only necessary that F1 and SF2 have exactly the same frequency. In this case, a stationary interference fringe is formed on the wafer W, and the main mark M2 on the wafer is positioned within the range of ± P / 4 with respect to this interference fringe. Further, the light receiving element PD
0, the DC level of the photoelectric signal changes sinusoidally every time the main mark M2 moves by P / 2.
Therefore, the servo control of the wafer stage 16 is performed so that this level is stabilized at a certain value (for example, the center of the amplitude) within ± P / 4.

【0052】このようなホモダイン方式であっても、静
止した干渉縞と主マークM2 とが合致したときのステー
ジ16の座標位置を記憶するようにすれば、上述の各実
施例と全く同様のシーケンスが実現できる。またホモダ
イン方式の場合、静止した干渉縞に対して主マークM2
を移動させることによって、光電信号の正弦波状のレベ
ル変化が得られるから、ステージ16を移動させつつ、
受光素子PD0 からの光電信号をレーザ干渉計からの計
測パルス(±0.02μm毎のアップダウンパルス)に
応答してデジタル・サンプリングし、一度波形を記憶さ
せることもできる。この場合、記憶した波形のうちの特
定の一周期内で振幅中心(又はボトム、ピーク)をデジ
タル演算で求め、その振幅中心に対応したステージ16
の位置を求めればよい。この方法だと、副マークM1 を
ステージ走査によって検出する副アライメントから、ス
テージを停止させることなく連続して主アライメント
(主マークM1 の信号波形検出)へ移行することができ
る。もちろん、その逆のシーケンスも可能であることは
図11で説明した通りである。ところで、全ての実施例
について言えることだが、アライメント信号処理系の電
気系ユニット90に取り込まれる受光素子PD0 からの
信号は適切なゲインをかけて処理上不都合の生じない強
度にする必要がある。先の実施例で副アライメント動作
はビームLB0 のスポット71と副マークM1 とを相対
移動させるため、信号強度が不適切な場合、再度同じ動
作を繰り返さなければならないが、ヘテロダイン法によ
る主アライメントは2本のビームLB1 、LB2 の照明
領域DA内に主マークM2 を静止させて行う。この際、
ステージ16を完全に静止させるためには、照明領域D
Aと主マークM2 とが重なってからある程度の時間を要
する。この時間内で図12のような計測信号の取り込み
を始め、これを基にゲインをかけることによりゲイン設
定に要する時間ロスを零にすることが可能となる。この
ことを図18を用いて簡単に説明する。図18はステー
ジ16の停止時の様子を誇張して示したサーボ特性の一
例で、横軸は時間t、縦軸は停止目標位置に対する偏差
を表わす。ステージ16が目標位置に接近して、照明領
域DA内に主マークM2 のほぼ全体が入り込むと、受光
素子PD0 からの計測信号(交流)は、ほぼ安定した振
幅になる。そこでステージコントローラ91は、レーザ
干渉計のカウント値が目標値に対して±数十カウント以
内になった時刻Ts1 から、電気系ユニット90内のメ
モリに受光素子PD0 の信号波形を取り込むような指令
を出力する。そして、信号波形の数波のボトム、ピーク
の値(振幅)をチェックし、これが所定の振幅に近づく
ように、図5中のプリアンプ9Aのゲインを切りかえ
る。このゲイン切りかえを時刻Ts2 までの間に行な
い、引き続き、位相差検出のための波形サンプリングを
行なう。ここで時刻Ts1 からTs2 までは、ステージ
コントローラ91がステージの完全な停止を確認する時
間であり、ステージによっても異なるが、十mSec〜
数十mSec程度必要である。
Even in such a homodyne system, if the coordinate position of the stage 16 when the stationary interference fringe and the main mark M2 match is stored, the sequence exactly the same as in each of the above-described embodiments is stored. Can be realized. In the case of the homodyne method, the main mark M2
Is moved, a sine-wave level change of the photoelectric signal is obtained.
It is also possible to digitally sample the photoelectric signal from the light receiving element PD0 in response to a measurement pulse (up / down pulse every ± 0.02 μm) from the laser interferometer and store the waveform once. In this case, the center of the amplitude (or the bottom or peak) is determined by digital calculation within a specific period of the stored waveform, and the stage 16 corresponding to the center of the amplitude is determined.
Is obtained. According to this method, it is possible to continuously shift from the sub alignment in which the sub mark M1 is detected by scanning the stage to the main alignment (detection of the signal waveform of the main mark M1) without stopping the stage. Of course, the reverse sequence is also possible as described in FIG. By the way, as can be said for all the embodiments, the signal from the light receiving element PD0 taken into the electric system unit 90 of the alignment signal processing system needs to be applied with an appropriate gain so as to have a strength that does not cause processing inconvenience. In the previous embodiment, since the sub-alignment operation relatively moves the spot 71 of the beam LB0 and the sub-mark M1, if the signal strength is inappropriate, the same operation must be repeated again. This is performed while the main mark M2 is stationary within the illumination area DA of the beams LB1 and LB2. On this occasion,
In order to completely stop the stage 16, the illumination area D
It takes some time after A and the main mark M2 overlap. Within this time, the measurement signal as shown in FIG. 12 is started, and by applying a gain based on the measurement signal, the time loss required for gain setting can be reduced to zero. This will be briefly described with reference to FIG. FIG. 18 shows an example of the servo characteristics exaggerating the state when the stage 16 is stopped. The horizontal axis represents time t, and the vertical axis represents the deviation from the target stop position. When the stage 16 approaches the target position and almost the entire main mark M2 enters the illumination area DA, the measurement signal (AC) from the light receiving element PD0 has a substantially stable amplitude. Therefore, the stage controller 91 issues a command to load the signal waveform of the light receiving element PD0 into the memory in the electric system unit 90 from the time Ts1 when the count value of the laser interferometer is within ± several tens counts from the target value. Output. Then, bottom and peak values (amplitude) of several waves of the signal waveform are checked, and the gain of the preamplifier 9A in FIG. 5 is switched so that the value approaches a predetermined amplitude. This gain switching is performed until time Ts2, and waveform sampling for phase difference detection is subsequently performed. Here, the time from time Ts1 to Ts2 is a time for the stage controller 91 to confirm the complete stop of the stage, and it depends on the stage.
About several tens mSec is required.

【0053】また、この方式はホモダイン法にもそのま
ま適用できることは明らかである。ところで、ステージ
16の静定の確認は、受光素子PD0 からの信号と受光
素子PDRからの参照信号との位相変化をチェックする
ことでも可能である。ヘテロダイン方式の場合、主マー
クM2 が照明領域DAに対して移動すると、ドップラー
効果によって受光素子PD0 からの信号の周波数が、本
来のビート周波数からわずかに変化し、参照信号との間
で一定時間内の信号周期数に差が生じる。そこでこの周
波数の差がある範囲内に納ったことをもって、ステージ
が静定したとみなすこともできる。
It is clear that this method can be applied to the homodyne method as it is. By the way, confirmation of the stabilization of the stage 16 can also be performed by checking the phase change between the signal from the light receiving element PD0 and the reference signal from the light receiving element PDR. In the case of the heterodyne method, when the main mark M2 moves with respect to the illumination area DA, the frequency of the signal from the light receiving element PD0 slightly changes from the original beat frequency due to the Doppler effect, and is within a certain period of time with the reference signal. In the number of signal periods. Therefore, when the difference between the frequencies falls within a certain range, it can be considered that the stage is settled.

【0054】以上、本実施例によれば、検出可能範囲は
広いが、ある一瞬には基板上の1点(又は1ケ所)のみ
からの光情報(スリット状スポット内からの散乱、回折
光、CCDの1画素分の発光光)しか検出できない第1
マーク検出手段と、実効的な検出可能範囲は狭いが基板
上のマークの全体からの光情報を同時に取り込む第2マ
ーク検出手段とを組み合わせ、この2つのマーク検出手
段を一連のマーク検出動作において時系列的にあるいは
ほぼ同時に使用するようにしたので、アライメントシー
ケンス上の時間的なロスが極めて少なく、スループット
低下が少なく押えられるといった効果がある。
As described above, according to the present embodiment, the detectable range is wide, but light information (scattering from inside a slit-like spot, diffracted light, The first that can detect only the light emitted by one CCD pixel)
The mark detecting means is combined with the second mark detecting means which simultaneously captures optical information from the entire mark on the substrate although the effective detectable range is narrow, and these two mark detecting means are used in a series of mark detecting operations. Since they are used sequentially or almost simultaneously, there is an effect that a time loss in the alignment sequence is extremely small and a decrease in throughput is suppressed.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上本発明によれば、格子マークを構成
する複数のラインのうち、格子マークの中心部を構成す
るライン(M1)を、格子マークの配列方向と交差する
方向に関して前記格子マークを構成する他のライン(M
2)よりも長く形成したため、目視によりマークの認識
が容易となる。
As described above, according to the present invention, a lattice mark is formed.
Of the center of the grid mark
Line (M1) intersects the arrangement direction of the grid marks
The other lines (M
Since the mark is formed longer than 2), the mark can be easily recognized visually.

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

【図1】本発明の実施例の原理を説明する図。FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of an embodiment of the present invention.

【図2】第1の実施例による装置の構成を説明する図。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of an apparatus according to the first embodiment.

【図3】第1マーク検出手段によるマーク検出と副マー
クの構造を示す図。
FIG. 3 is a diagram illustrating mark detection by a first mark detection unit and a structure of a sub mark.

【図4】副マークからの光情報の発生を説明する図。FIG. 4 is a diagram illustrating generation of optical information from a sub mark.

【図5】第1の実施例におけるアライメント系の全体構
成を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing an overall configuration of an alignment system according to the first embodiment.

【図6】主マークの構造と、副アライメント、主アライ
メントの様子とを説明する図。
FIG. 6 is a view for explaining the structure of a main mark and the state of sub-alignment and main alignment.

【図7】主マークの構造と、副アライメント、主アライ
メントの様子とを説明する図。
FIG. 7 is a view for explaining the structure of a main mark and the state of sub-alignment and main alignment.

【図8】1つのショットに対するアライメント時のステ
ージの動きを説明する図。
FIG. 8 is a view for explaining the movement of the stage at the time of alignment for one shot.

【図9】第1の実施例におけるステージの動きを示す速
度特性のグラフ。
FIG. 9 is a graph of speed characteristics showing the movement of a stage in the first embodiment.

【図10】第2の実施例によるステージの動きを示す速
度特性のグラフ。
FIG. 10 is a graph of speed characteristics showing the movement of the stage according to the second embodiment.

【図11】第3の実施例によるステージの動きを示す速
度特性のグラフ。
FIG. 11 is a graph of speed characteristics showing the movement of a stage according to the third embodiment.

【図12】ヘテロダイン干渉法における位相差計測の様
子を示す波形図。
FIG. 12 is a waveform chart showing a state of phase difference measurement in heterodyne interferometry.

【図13】第4の実施例によるマーク構造の変形例を示
す図。
FIG. 13 is a diagram showing a modification of the mark structure according to the fourth embodiment.

【図14】第4の実施例によるマーク構造の変形例を示
す図。
FIG. 14 is a diagram showing a modification of the mark structure according to the fourth embodiment.

【図15】図13、図14の各マークを検出時の光電検
出器上での受光光の様子を示す図。
FIG. 15 is a diagram showing a state of received light on a photoelectric detector when each mark of FIGS. 13 and 14 is detected.

【図16】(A)、(B)、(C)、(D)副アライメ
ントと主アライメントとを組み合わせた代表的なウェハ
アライメントシーケンスを説明する図。
16A, 16B, 16C, and 16D are views for explaining a typical wafer alignment sequence combining sub-alignment and main alignment.

【図17】第5の実施例による装置の構成を示す図。FIG. 17 is a diagram showing a configuration of an apparatus according to a fifth embodiment.

【図18】ステージの停止時の特性を模式的に表わした
グラフである。
FIG. 18 is a graph schematically showing characteristics when the stage is stopped.

【主要部分の符号の説明】[Description of Signs of Main Parts]

R・・・レチクル、W・・・ウェハ、PL・・・投影レ
ンズ、M1 ・・・副マーク、M2 ・・・主マーク、LB
0 、LB1 、LB2 ・・・ビーム、DA・・・照明領
域、BTL・・・干渉ビート光、1・・・レーザ光源、
OBJ、OBJ1 、OBJ4 、7X、7Y・・・対物レ
ンズ、PED、8X、8Y・・・光電検出器、PD0 、
PDa、PDb、PDc、PDd・・・受光素子、16
・・・ステージ
R: reticle, W: wafer, PL: projection lens, M1: sub mark, M2: main mark, LB
0, LB1, LB2: beam, DA: illumination area, BTL: interference beat light, 1: laser light source,
OBJ, OBJ1, OBJ4, 7X, 7Y: objective lens, PED, 8X, 8Y: photoelectric detector, PD0,
PDa, PDb, PDc, PDd: light receiving element, 16
···stage

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 21/30 525B (56)参考文献 特開 昭60−66820(JP,A) 特開 昭60−66819(JP,A) 特開 昭60−66818(JP,A) 特開 昭63−3416(JP,A) 特開 昭59−51529(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03F 7/20 G03F 9/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI H01L 21/30 525B (56) References JP-A-60-66820 (JP, A) JP-A-60-66819 (JP, A) JP-A-60-66818 (JP, A) JP-A-63-3416 (JP, A) JP-A-59-51529 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/027 G03F 7/20 G03F 9/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体基板の位置を検出するために、前記
半導体基板上に複数のラインとスペースとを所定方向に
配列することによって構成された格子マークを形成する
半導体装置の製造方法において、 前記格子マークはアライメント検出系により自動検出可
能であるとともに、前記複数のラインのうち、前記格子
マークの中心部を構成するラインが前記配列方向と交差
する方向に関して前記格子マークを構成する他のライン
よりも長く形成されることによって、前記中心部を構成
するラインを目視により識別可能であることを特徴とす
る半導体装置の製造方法。
1. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a grid mark formed by arranging a plurality of lines and spaces in a predetermined direction on the semiconductor substrate in order to detect a position of the semiconductor substrate. The grid mark can be automatically detected by an alignment detection system , and among the plurality of lines, the grid
The line forming the center of the mark intersects the arrangement direction
Other lines that make up the grid mark in the direction of
The central part is formed by being formed longer than
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a line to be processed can be visually identified.
【請求項2】基板上に複数のラインとスペースとを所定
方向に配列することによって構成された格子マークを検
出し、マスクのパターンを該基板上に露光する露光方法
において、 前記格子マークはアライメント検出系により自動検出可
能であるとともに、前記複数のラインのうち、前記格子
マークの中心部を構成するラインが前記配列方向と交差
する方向に関して前記格子マークを構成する他のライン
よりも長く形成されることによって、前記中心部を構成
するラインを目視により識別可能であって、 前記中心部を構成するラインを使って、目視により前記
格子マーク位置を検出することを特徴とする露光方法。
2. An exposure method for detecting a lattice mark formed by arranging a plurality of lines and spaces in a predetermined direction on a substrate and exposing a pattern of a mask on the substrate, wherein the lattice mark is aligned. The detection system can automatically detect , and among the plurality of lines, the grid
The line forming the center of the mark intersects the arrangement direction
Other lines that make up the grid mark in the direction of
The central part is formed by being formed longer than
An exposure method, wherein a line to be detected can be visually identified, and the grid mark position is visually detected using a line constituting the central portion .
【請求項3】前記中心部を構成するラインを目視で観察
することにより、前記格子マークの中心を検出可能であ
ることを特徴とする請求項2記載の露光方法。
3. The exposure method according to claim 2, wherein the center of said lattice mark can be detected by visually observing a line constituting said central portion .
【請求項4】前記格子マークにアライメント光を照射
し、該アライメント光に対して前記基板を移動させるこ
とによって得られる前記格子マークからの該アライメン
ト光の強度変化に基づいて、前記格子マークの位置に関
する情報を自動的に求めることを特徴とする請求項2又
は請求項3に記載の露光方法。
4. A position of the lattice mark based on a change in intensity of the alignment light from the lattice mark obtained by irradiating the lattice mark with alignment light and moving the substrate with respect to the alignment light. 4. The exposure method according to claim 2, wherein information about the exposure is automatically obtained.
【請求項5】前記格子マークにアライメント光を照射
し、前記格子マークからの該アライメント光の位置情報
に基づいて、前記格子マークの位置に関する情報を求め
ることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の露光
方法。
5. The method according to claim 2, wherein the grid mark is irradiated with alignment light, and information on the position of the grid mark is obtained based on positional information of the alignment light from the grid mark. 3. The exposure method according to 3.
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