JP3221057B2 - Alignment device - Google Patents

Alignment device

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JP3221057B2
JP3221057B2 JP13666992A JP13666992A JP3221057B2 JP 3221057 B2 JP3221057 B2 JP 3221057B2 JP 13666992 A JP13666992 A JP 13666992A JP 13666992 A JP13666992 A JP 13666992A JP 3221057 B2 JP3221057 B2 JP 3221057B2
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chromatic aberration
projection lens
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alignment
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7049Technique, e.g. interferometric

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、レチクル(マスク)上
に形成されたパターンをウエハ上を転写する投影レンズ
を備えた半導体露光装置のアライメント(位置合わせ)
装置に関するものであり、特に、レチクルのパターンを
ウエハ上に転写するための露光光とは異なる波長のアラ
イメント光により、レチクルとウエハとの相対的な位置
合わせを行うアライメント装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to alignment of a semiconductor exposure apparatus having a projection lens for transferring a pattern formed on a reticle (mask) onto a wafer.
The present invention relates to an apparatus, and more particularly to an alignment apparatus for performing relative positioning between a reticle and a wafer by using alignment light having a wavelength different from exposure light for transferring a reticle pattern onto a wafer.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来において、投影対物レンズを通して
ウエハ上のアライメントマークを検出して、レチクルと
ウエハとのアライメントを行う装置は、露光光と異なる
波長光のアライメント光により、ウエハ上に塗布された
レジストが感光しないような配慮がなされていた。
2. Description of the Related Art Conventionally, an apparatus for aligning a reticle with a wafer by detecting an alignment mark on the wafer through a projection objective lens has been applied on a wafer by alignment light having a wavelength different from exposure light. Care was taken not to expose the resist.

【0003】しかしながら、露光光とは異なる波長のア
ライメント光に基づいてアライメントを行っているた
め、投影レンズにより色収差が発生する問題があり、こ
の色収差を補正するためのものとして、特開平3-3224号
公報、特公平1-40490 号公報が提案されている。特開平
3-3224号公報では、投影レンズの入射瞳位置の光軸中心
に1枚の補正レンズを配置することにより、露光光とは
異なる波長光のアライメント光による色収差を補正して
いる。これにより、ウエハマークからの±1次回折光を
検出してアライメントを行っている。
However, since alignment is performed based on alignment light having a wavelength different from that of the exposure light, there is a problem that chromatic aberration is generated by the projection lens. And Japanese Patent Publication No. 1-40490 are proposed. JP
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-3224, chromatic aberration due to alignment light having a wavelength different from the exposure light is corrected by disposing one correction lens at the center of the optical axis at the entrance pupil position of the projection lens. Thus, the alignment is performed by detecting the ± 1st-order diffracted light from the wafer mark.

【0004】また、特公平1-40490 号公報では、レチク
ルと投影レンズとの間の露光光路外あるいは露光光路内
に補正光学系を配置して、アライメント光が投影レンズ
を介することによる色収差を補正している。そして、投
影レンズを介してウエハ上に形成されるレチクルマーク
像とウエハマークとを検出してアライメントを行ってい
る。
In Japanese Patent Publication No. 1-40490, a correction optical system is arranged outside or in an exposure light path between a reticle and a projection lens to correct chromatic aberration caused by alignment light passing through the projection lens. are doing. Then, alignment is performed by detecting a reticle mark image formed on the wafer and the wafer mark via the projection lens.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記特開平3-3224号公
報では、投影レンズの入射瞳の中心に色収差補正用の補
正レンズを配置し、この補正レンズは露光光に対し悪影
響を及ばさない程度に小さく構成されている。しかしな
がら、アライメント精度を向上させるためには、ウエハ
マークを構成する回折格子のピッチをより微細にする必
要があるにも係わらず、投影レンズの入射瞳では、ウエ
ハマーク(回折格子)のピッチを小さくすればする程、
検出光としての±1次光の間隔が広がるため、補正レン
ズを小さくすることができないという原理的に欠点を有
している。その結果、補正レンズが露光光に対して悪影
響を及ぼす程大きくなってしまう。よって、より高精度
なアライメントには対応できない問題を抱えている。
In JP-A-3-3224, a correction lens for correcting chromatic aberration is arranged at the center of the entrance pupil of the projection lens, and this correction lens does not adversely affect the exposure light. It is configured as small as possible. However, in order to improve the alignment accuracy, it is necessary to make the pitch of the wafer mark (diffraction grating) small at the entrance pupil of the projection lens, although it is necessary to make the pitch of the diffraction grating forming the wafer mark finer. The more you do,
Since the interval of ± first-order light as the detection light is widened, there is a defect in principle that the correction lens cannot be reduced in size. As a result, the correction lens becomes so large that it adversely affects the exposure light. Therefore, there is a problem that it cannot cope with higher-precision alignment.

【0006】また、上記特公平1-40490 号公報では、レ
チクルと投影レンズとの間の露光光路外あるいは露光光
路内に補正光学系を配置することによって、投影レンズ
の軸上色収差を補正することが原理的に可能としてい
る。しかしながら、アライメント光は露光光よりも波長
が長いため、投影レンズを介してウエハマークの像を見
ると、投影レンズの倍率色収差によって、レチクル上で
は露光領域内にウエハマーク像が入り込んでしまう場合
がある。この場合には、レチクルと投影レンズとの間で
の露光光路外に設けられた傾角可変な平行平面板によ
り、投影レンズの倍率色収差を補正してウエハマーク像
を露光領域外へシフトさせることが可能である。ところ
が、この平行平面板が露光の1部を遮光してしまうた
め、この場合には対応できない。
In Japanese Patent Publication No. 1-40490, the longitudinal chromatic aberration of the projection lens is corrected by disposing a correction optical system outside or within the exposure light path between the reticle and the projection lens. Is possible in principle. However, since the alignment light has a longer wavelength than the exposure light, when the image of the wafer mark is viewed through the projection lens, the wafer mark image may enter the exposure area on the reticle due to chromatic aberration of magnification of the projection lens. is there. In this case, the chromatic aberration of magnification of the projection lens can be corrected and the wafer mark image can be shifted to the outside of the exposure area by the parallel flat plate having a variable tilt angle provided outside the exposure optical path between the reticle and the projection lens. It is possible. However, this parallel plane plate shields a part of the exposure, so that this case cannot be dealt with.

【0007】さらに、レチクル及び投影レンズを介して
アライメントを行う、所謂スルーザレチクル(TTR)
方式、あるいは投影レンズを介してアライメントを行
う、所謂スルーザレンズ(TTL)方式を採用する際に
は、レチクル上方あるいは下方に配置された反射鏡を介
して基板(ウエハ)のアライメントマークからの光を取
り出しているものの、投影レンズの倍率色収差によって
レチクル側の露光領域内側へウエハマーク像がシフトす
る傾向がある場合には、上記反射鏡等が露光光の1部を
遮ってしまう恐れがあり、アライメント光学系の配置条
件が厳しくなる。
A so-called through-the-reticle (TTR) for performing alignment via a reticle and a projection lens.
When a so-called through-the-lens (TTL) method for performing alignment through a projection lens or a so-called through-the-lens (TTL) method is used, light from an alignment mark on a substrate (wafer) is passed through a reflector disposed above or below the reticle. However, if the wafer mark image tends to shift to the inside of the exposure area on the reticle side due to the chromatic aberration of magnification of the projection lens, there is a possibility that the reflector or the like may block a part of the exposure light, The arrangement condition of the alignment optical system becomes severe.

【0008】また、投影レンズは露光波長光に対しては
十分に色収差(軸上色収差と倍率色収差)が補正されて
いるものの、露光光とは別波長のアライメント光に対す
る色収差(軸上色収差と倍率色収差)まで補正すると、
投影レンズの設計及び製造がより困難なものとなる。特
に、エキシマ光源を露光光としするエキシマ用の投影レ
ンズでは、石英、蛍石等の極限られた硝材に制約され、
しかもエキシマ光源の出力が高く、色収差のために、石
英、蛍石等の硝材を接合することが困難であり、露光光
とは異なる波長のアライメント光に対する色収差まで補
正することが難しく、投影レンズの設計及び製造をより
困難なものとしていた。
Although the projection lens is sufficiently corrected for chromatic aberration (on-axis chromatic aberration and lateral chromatic aberration) with respect to exposure wavelength light, chromatic aberration (on-axis chromatic aberration and magnification) with respect to alignment light having a wavelength different from that of the exposure light is used. Chromatic aberration)
The design and manufacture of the projection lens becomes more difficult. In particular, in an excimer projection lens that uses an excimer light source as exposure light, it is limited by extremely limited glass materials such as quartz and fluorite.
Moreover, the output of the excimer light source is high, and it is difficult to bond glass materials such as quartz and fluorite due to chromatic aberration, and it is difficult to correct chromatic aberration for alignment light having a wavelength different from that of the exposure light. This made design and manufacturing more difficult.

【0009】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
ものであり、比較的簡素な構成であるにもかかわらず、
投影レンズの軸上色収差を補正すると同時に倍率色収差
をコントロールすることにより、アライメント光学系の
配置を容易にしながら、投影レンズの設計及び製造を容
易できる高性能なアライメント装置を提供することを目
的としている。
The present invention has been made in view of the above problems, and has a relatively simple structure.
It is an object of the present invention to provide a high-performance alignment apparatus capable of simplifying the design and manufacture of a projection lens while simplifying the arrangement of an alignment optical system by correcting longitudinal chromatic aberration of a projection lens and controlling lateral chromatic aberration at the same time. .

【0010】なお、本発明で言う倍率色収差とは横方向
の色収差の事であり、これは、投影レンズを通過するこ
とによってガウス像面上で結像する露光光と同じ波長の
軸外光と、投影レンズを通過することによって上記ガウ
ス像面もしくはこれの前後で結像する露光光とは別波長
のアライメント光と、の双方の主光線が上記ガウス像面
上で交差する各交差位置間のズレを定義するものであ
る。そして、倍率色収差量(横の色収差量)ΔTとは、
投影レンズを通過することによってガウス像面上で結像
する露光光と同じ波長の軸外光における主光線が上記ガ
ウス像面で交差する交差位置から上記ガウス像面上での
投影対物レンズの光軸位置までの距離をδ 1 、投影レン
ズを通過することによって上記ガウス像面もしくはこれ
の前後で結像する露光光とは別波長のアライメント光に
おける主光線が上記ガウス像面で交差する交差位置から
上記ガウス像面上での投影対物レンズの光軸位置までの
距離をδ2 とするとき、ΔT=|δ2−δ1 |で定義さ
れるものである。
The chromatic aberration of magnification referred to in the present invention is defined as a lateral direction.
Chromatic aberration, which can pass through the projection lens.
And the same wavelength as the exposure light that forms an image on the Gaussian
By passing off-axis light and passing through the projection lens,
Wavelength different from the exposure light that forms an image at or near the image plane
And the chief rays of both are aligned with the Gaussian image plane
It defines the deviation between the intersection positions
You. The lateral chromatic aberration (lateral chromatic aberration) ΔT is
Image on Gaussian image plane by passing through projection lens
The chief ray of off-axis light of the same wavelength as the exposure light
From the position of intersection at the Gauss image plane
The distance to the optical axis position of the projection objective is δ 1, Projection len
The Gaussian image plane or
To alignment light of a different wavelength from the exposure light that forms an image before and after
From the intersection of the chief ray at the Gaussian image plane
Up to the optical axis position of the projection objective lens on the Gaussian image plane
Distance δTwoΔT = | δTwo−δ1Defined by |
It is what is done.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1による発明は、上記の目的を達成するた
めに、レチクル上に形成された所定のパターンを露光光
によって基板上に転写する投影レンズを備えた露光装置
に設けられ、前記レチクルと前記基板との相対的な位置
合わせを行うアライメント装置において、前記露光光と
は異なる波長光のアライメント光を前記投影レンズを介
して前記基板上に形成されたアライメントマークに照射
する光照射手段と、該アライメントマークからの光を前
記投影レンズを介して検出する検出手段とを有し、前記
レチクルと前記基板との間に、照射光に対して投影レン
ズの軸上色収差と倍率色収差とは反対方向の軸上色収差
と倍率色収差とを発生させる照射光補正光学素子と、検
出光に対して投影レンズの倍率色収差とは反対方向の倍
率色収差を発生させる検出光補正光学素子とを設け、前
記照射光補正光学素子は、前記照射光のもとで前記アラ
イメントマークの仮想的な像が投影レンズにより前記レ
チクル側に投影される第1の位置での前記投影レンズの
軸上色収差量と同等な軸上色収差量を発生させるととも
に前記第1の位置での前記投影レンズの倍率色収差量以
上の倍率色収差量を発生させて、前記露光光のもとで前
記アライメントマーク像が投影レンズにより前記レチク
ル上に投影される第2の位置を境界として含む非露光領
域の周辺側へ照射光路を偏向させ、検出光補正光学素子
は、前記第1の位置での前記投影レンズの倍率色収差量
以上の倍率色収差量を発生させて、前記第2の位置を境
界として含む非露光領域の周辺側へ検出光路を偏向させ
るようにしたものである。
In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to claim 1 is directed to a method in which a predetermined pattern formed on a reticle is formed on a substrate by exposure light to achieve the above-mentioned object. Provided in an exposure apparatus having a projection lens for transferring, in an alignment apparatus for performing relative positioning between the reticle and the substrate, the alignment light of wavelength light different from the exposure light through the projection lens Light irradiating means for irradiating an alignment mark formed on the substrate, and detecting means for detecting light from the alignment mark via the projection lens, and irradiating light between the reticle and the substrate An irradiation light correcting optical element for generating axial chromatic aberration and lateral chromatic aberration in directions opposite to the axial chromatic aberration and lateral chromatic aberration of the projection lens, and projecting the detection light A detection light correction optical element for generating a magnification chromatic aberration in a direction opposite to the magnification chromatic aberration of the lens, wherein the irradiation light correction optical element is configured to project a virtual image of the alignment mark under the irradiation light by a projection lens. An axial chromatic aberration equivalent to the axial chromatic aberration of the projection lens at the first position projected on the reticle side is generated, and the chromatic aberration of magnification is equal to or greater than the chromatic aberration of magnification of the projection lens at the first position. Generating an amount of light, deflecting an irradiation optical path to a peripheral side of a non-exposure area including a second position where the alignment mark image is projected on the reticle by the projection lens under the exposure light as a boundary, and detecting The light correcting optical element generates a chromatic aberration of magnification equal to or larger than the chromatic aberration of magnification of the projection lens at the first position, and moves toward a peripheral side of a non-exposure area including the second position as a boundary. The Idemitsu path is obtained so as to deflect.

【0012】また、同じように上記目的を達成するた
め、請求項2による発明は、レチクル上に形成された所
定のパターンを露光光によって基板上に転写する投影レ
ンズを備えた露光装置に設けられ、前記レチクルと前記
基板との相対的な位置合わせを行うアライメント装置に
おいて、前記露光光とは異なる波長光のアライメント光
を前記投影レンズを介して前記基板上に形成されたアラ
イメントマークに照射する光照射手段と、該アライメン
トマークからの光を前記投影レンズを介して検出する検
出手段とを有し、前記レチクルと前記基板との間に、照
射光に対して投影レンズの倍率色収差とは反対方向の倍
率色収差を発生させる照射光補正光学素子と、検出光に
対して投影レンズの軸上色収差と倍率色収差とは反対方
向の軸上色収差と倍率色収差とを発生させる検出光補正
光学素子とを設け、前記照射光補正光学素子は、前記照
射光のもとで前記アライメントマークの仮想的な像が投
影レンズにより前記レチクル側に投影される第1の位置
での前記投影レンズの倍率色収差量以上の倍率色収差量
を発生させて、前記露光光のもとで前記アライメントマ
ーク像が投影レンズにより前記レチクル上に投影される
第2の位置を境界として含む非露光領域の周辺側へ照射
光路を偏向させ、検出光補正光学素子は、前記第1の位
置での前記投影レンズの軸上色収差量と同等な軸上色収
差量を発生させるとともに前記第1の位置での前記投影
レンズの倍率色収差量以上の倍率色収差量を発生させ
て、前記第2の位置を境界として含む非露光領域の周辺
側へ検出光路を偏向させるようにしたものである。
According to another aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus having a projection lens for transferring a predetermined pattern formed on a reticle onto a substrate by exposure light. An alignment apparatus for performing relative positioning between the reticle and the substrate, wherein an alignment light having a wavelength different from the exposure light is applied to an alignment mark formed on the substrate via the projection lens. Irradiating means, and detecting means for detecting light from the alignment mark through the projection lens, between the reticle and the substrate, a direction opposite to the chromatic aberration of magnification of the projection lens with respect to the irradiation light. An irradiation light correction optical element that generates lateral chromatic aberration of magnification, and axial chromatic aberration and magnification of detection light that are opposite to the axial chromatic aberration and lateral chromatic aberration of the projection lens. A detection light correction optical element for generating chromatic aberration, wherein the irradiation light correction optical element is configured to project a virtual image of the alignment mark on the reticle side by a projection lens under the irradiation light. A chromatic aberration of magnification equal to or larger than the chromatic aberration of magnification of the projection lens at the position of, and the second position where the alignment mark image is projected on the reticle by the projection lens under the exposure light is used as a boundary. The detection light correcting optical element deflects the irradiation optical path to the peripheral side of the non-exposure area including the non-exposure area, and generates the same amount of axial chromatic aberration as the amount of axial chromatic aberration of the projection lens at the first position. A chromatic aberration of magnification equal to or greater than the chromatic aberration of magnification of the projection lens at the position of, and deflects the detection optical path to the peripheral side of the non-exposure area including the second position as a boundary. It is.

【0013】[0013]

【作 用】露光光とは異なる波長光のアライメント光
(レーザ光)を投影レンズを介してウエハ上のアライメ
ントマーク(回折格子)に照射し、ウエハ上のアライメ
ントマークからの回折光を投影レンズを介して検出する
際に、投影レンズには軸上色収差と倍率色収差とが発生
する。このため、本発明では、レチクルとウエハとの間
に、照射用のアライメント光と検出用のアライメント光
の内、一方のアライメント光に対する軸上色収差を補正
しながら倍率色収差をコントロールする第1光学素子
と、他方のアライメント光に対する倍率色収差をコント
ロールする第2光学素子とを独立に設けている。
[Operation] An alignment light (laser light) having a wavelength different from the exposure light is irradiated onto an alignment mark (diffraction grating) on a wafer through a projection lens, and the diffraction light from the alignment mark on the wafer is projected onto the projection lens. During detection through the projection lens, axial chromatic aberration and lateral chromatic aberration occur in the projection lens. For this reason, in the present invention, a first optical element that controls lateral chromatic aberration while correcting axial chromatic aberration for one of alignment light for irradiation and alignment light for detection between a reticle and a wafer. And a second optical element for controlling the chromatic aberration of magnification with respect to the other alignment light are provided independently.

【0014】これにより、アライメント光に対する投影
レンズの軸上色収差を補正しながら倍率色収差のコント
ロールが可能となるので、投影レンズではアライメント
光に対する色収差の補正の必要が原理的になくなり、投
影レンズの設計及び製造が格段に容易となる。しかも、
投影レンズに倍率色収差が存在していてもアライメント
光路を露光光路外へ任意に偏向できるため、アライメン
ト光学系の配置の条件を緩和させることができる。
This makes it possible to control the chromatic aberration of magnification while correcting the axial chromatic aberration of the projection lens with respect to the alignment light, so that the projection lens does not need to correct the chromatic aberration with respect to the alignment light in principle. And the manufacture becomes much easier. Moreover,
Even if chromatic aberration of magnification exists in the projection lens, the alignment optical path can be arbitrarily deflected to the outside of the exposure optical path, so that the arrangement condition of the alignment optical system can be relaxed.

【0015】また、ウエハマークの回折格子のピッチを
微細にして高精度なアライメントを行う際にも、上記の
補正光学素子が露光光路中に占める割合を格段に小さく
することが原理的に可能となるため、露光光に対して悪
影響を及ぼすことない。よって、レチクル上の微細なパ
ターンがウエハ上に忠実に転写させることが可能とな
る。
Further, even when the pitch of the diffraction grating of the wafer mark is made fine and high-precision alignment is performed, the ratio of the correction optical element in the exposure optical path can be greatly reduced in principle. Therefore, there is no adverse effect on the exposure light. Therefore, a fine pattern on the reticle can be faithfully transferred onto the wafer.

【0016】[0016]

【実施例】さて、図1は本発明による第1実施例の概略
構成図を示しており、図1を参照しながら、本発明の第
1実施例を説明する。所定の回路パターンが形成された
レチクル(マスク)2とウエハ(基板)4とは、露光光
のもとで投影レンズ(投影対物レンズ)1に関して共役
に配置されており、レチクル2及びウエハ4は、不図示
の2次元的に移動可能なステージに保持されている。不
図示ではあるが投影レンズ1の上方には、照明光学系が
設けられており、この照明光学系からは露光光として、
例えばエキシマ光(λ=249nm:KrF又はλ=193nm:ArF)が
レチクル2上を均一照明し、レチクル2上の回路パター
ンが投影レンズ1によりウエハ上に転写される。
FIG. 1 is a schematic block diagram of a first embodiment of the present invention. The first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A reticle (mask) 2 on which a predetermined circuit pattern is formed and a wafer (substrate) 4 are arranged conjugate with respect to a projection lens (projection objective lens) 1 under exposure light. , Are held on a two-dimensionally movable stage (not shown). Although not shown, an illumination optical system is provided above the projection lens 1, and from this illumination optical system, as exposure light,
For example, excimer light (λ = 249 nm: KrF or λ = 193 nm: ArF) uniformly illuminates the reticle 2, and the circuit pattern on the reticle 2 is transferred onto the wafer by the projection lens 1.

【0017】ここで、投影レンズ1はレチクル側とウエ
ハ側とでテレセントリックとなるように構成されている
とともに、露光光としてのエキシマ光に対して良好に色
収差が補正されている。レチクル2及びウエハ4上に
は、アライメント用の回折格子マークRMX ,WMX
それぞれ形成されている。
Here, the projection lens 1 is configured to be telecentric on the reticle side and the wafer side, and chromatic aberration is well corrected for excimer light as exposure light. On the reticle 2 and the wafer 4, the diffraction grating mark RM X for alignment, WM X are formed.

【0018】さて、ウェハ4はステップアンドリピート
方式で2次元移動する不図示のステージ上に吸着され、
ウェハ4上の1つのショット領域に対するレチクル2の
転写露光が終了すると、次のショット位置までステッピ
ングされる。不図示のレチクルステージの一部には、レ
チクル2の水平面内でのX方向、Y方向及び回転(θ)
方向の位置を検出するためのレーザ光波干渉式測長器
(以下、干渉計とする)からのレーザビームを反射する
移動鏡が固定されている。この干渉計はX方向、Y方
向、θ方向の位置を独立に検出するために3本の測長用
レーザビームを有するが、ここでは説明を簡単にするた
め図示を省略してある。レチクルステージの移動ストロ
ークは数ミリメートル以下であり、干渉計の検出分解能
は、例えば0.01μm程度に定められている。
The wafer 4 is adsorbed on a stage (not shown) which moves two-dimensionally in a step-and-repeat manner.
When the transfer exposure of the reticle 2 to one shot area on the wafer 4 is completed, stepping is performed to the next shot position. A part of a reticle stage (not shown) includes an X direction, a Y direction, and a rotation (θ) of the reticle 2 in a horizontal plane.
A movable mirror that reflects a laser beam from a laser light wave interferometer (hereinafter referred to as an interferometer) for detecting a position in a direction is fixed. This interferometer has three laser beams for length measurement for independently detecting the positions in the X, Y, and θ directions, but is not shown here for simplicity. The moving stroke of the reticle stage is several millimeters or less, and the detection resolution of the interferometer is set to, for example, about 0.01 μm.

【0019】一方、不図示のウェハステージの一部にも
ウェハ4の水平面内でのX方向、Y方向の位置を検出す
るための干渉計からのレーザビームを反射する移動鏡が
固定されている。この干渉計もX方向、Y方向の位置を
独立に検出するために2本の測長用レーザビームを有す
るが、ここでは説明を簡単にするため図示を省略してあ
る。レチクルステージのX方向、Y方向、θ方向の駆動
は不図示の駆動モータで行なわれ、ウェハステージの2
次元移動もレチクルステージの駆動モータとは独立の駆
動モータで行なわれる。
On the other hand, a moving mirror that reflects a laser beam from an interferometer for detecting the position of the wafer 4 in the X and Y directions in the horizontal plane is also fixed to a part of the wafer stage (not shown). . This interferometer also has two laser beams for length measurement for independently detecting the positions in the X and Y directions, but is not shown here for simplicity. The reticle stage is driven in the X, Y, and θ directions by a drive motor (not shown).
The dimensional movement is also performed by a drive motor independent of the drive motor of the reticle stage.

【0020】次に、図1に示した露光装置のアライメン
ト系について説明する。アライメント用の照射光は、露
光光とは異なる波長光を発するレーザ光源10、例えば63
3nmの光を発するHe-Ne レーザから射出される光束は、
光路分割部材としての半透過鏡11により光束LB1 と光
束LB2 とにそれぞれ分割される。半透過鏡11を透過し
た光束LB1 は、第1光変調器としての第1音響光学素
子13a(以下、AOM13a と称する。)を介する一方で、
半透過鏡11を反射した光束LB2 は、反射鏡12を介した
後、第2光変調器としての第2音響光学素子13b(以下、
AOM13b と称する。)を介する。
Next, the alignment system of the exposure apparatus shown in FIG. 1 will be described. The irradiation light for alignment is a laser light source 10 emitting light having a wavelength different from the exposure light, for example, 63.
The luminous flux emitted from a He-Ne laser emitting 3 nm light is
Are each divided into a light beam LB 1 and the light beam LB 2 by half mirror 11 as an optical path splitting member. The light beam LB 1 transmitted through the semi-transmissive mirror 11 passes through a first acousto-optical element 13a (hereinafter, referred to as AOM 13a) as a first light modulator, while
The light beam LB 2 reflected by the semi-transmissive mirror 11 passes through the reflecting mirror 12 and then passes through a second acousto-optical element 13b (hereinafter, referred to as a second optical modulator).
AOM13b. Through).

【0021】ここで、AOM13a は、周波数f1 の高周
波信号でドライブされ、AOM13bは、周波数f2 (f
2 =f1 −Δf)の高周波信号でドライブされる。そし
て、ドライブ周波数f1 、f2 と周波数差Δfとの関係
は、f1 >>Δf、f2 >>Δfであるのが望ましく、
Δfの上限は後述するアライメント用の光電検出器の応
答性によって決まる。
Here, the AOM 13a is driven by a high frequency signal having a frequency f 1 , and the AOM 13b is driven by a frequency f 2 (f
2 = f 1 −Δf). The relationship between the drive frequencies f 1 and f 2 and the frequency difference Δf is desirably f 1 >> Δf, f 2 >> Δf,
The upper limit of Δf is determined by the responsiveness of an alignment photoelectric detector described later.

【0022】さて、AOM13a 及びAOM13b を介した
光束LB1 ,LB2 は、半透過鏡14により各々透過光と
反射光とに分割され、この半透過鏡14を反射した各光束
LB 1 ,LB2 は集光レンズ15によって集光される。こ
の集光位置には、紙面方向にピッチを有する参照用の基
準の回折格子16上が配置されており、相対的な周波数差
がΔfとなる2つの光束LB1 ,LB2 によって、回折
格子16上には流れる干渉縞が形成される。そして、回折
格子16を介した回折光が光電検出器17にて光電検出され
る。この検出された参照信号(基準信号)は、回折格子
16上に形成された流れる干渉縞の明暗変化の周期に応じ
た正弦波状の交流信号(光ビート信号)となる。
Now, via AOM13a and AOM13b
Luminous flux LB1, LBTwoAre transmitted light by the semi-transmissive mirror 14, respectively.
Each light flux that is divided into reflected light and reflected by this semi-transmissive mirror 14
LB 1, LBTwoAre condensed by the condenser lens 15. This
The light-collecting position of
The quasi-diffraction grating 16 is arranged on the
Fluxes LB such that is Δf1, LBTwoBy diffraction
On the grating 16, a flowing interference fringe is formed. And diffraction
Diffracted light passing through the grating 16 is photoelectrically detected by the photoelectric detector 17.
You. The detected reference signal (reference signal) is a diffraction grating
Depending on the period of the light-dark change of the flowing interference fringes formed on 16
It becomes a sinusoidal AC signal (optical beat signal).

【0023】一方、半透過鏡14を通過した2つの光束L
1 ,LB2 は、アライメント用対物レンズ18,反射鏡
19を介して、レチクル2の露光領域外に設けられたレチ
クルマークRMX 上に集光される。このとき、レチクル
マークRMX 上には光束LB 1 ,LB2 との周波数差Δ
fにより流れる干渉縞が形成される。レチクルマークR
X は、図2に示す如く、レチクル2の露光領域2aの
外において、X方向(計測方向)にピッチを有する回折
格子で構成されている。また、レチクルマークRMX
隣接した位置に透過窓WI(以下、レチクル窓と称す
る。)が形成されている。
On the other hand, two light beams L passing through the semi-transmissive mirror 14
B1, LBTwoIs the objective lens 18 for alignment and the reflecting mirror
A reticle provided outside the exposure area of the reticle 2 via
Kulmark RMXFocused on top. At this time, the reticle
Mark RMXLuminous flux LB on top 1, LBTwoAnd frequency difference Δ
An interference fringe flowing due to f is formed. Reticle mark R
MXIs the exposure area 2a of the reticle 2, as shown in FIG.
Outside, diffraction with pitch in X direction (measurement direction)
It is composed of a lattice. Also, reticle mark RMXWhen
A transmissive window WI (hereinafter referred to as a reticle window)
You. ) Is formed.

【0024】従って、アライメント系の対物レンズ18に
よってレチクル上に集光する照射光LB1 ,LB2 は、
レチクルマークRMX のみならず、レチクル窓WIも同
時にカバーするように所定の交差角を持った2方向で照
明する。ここで、まずレチクルマークRMX を所定の交
差角で照明する光束LB1 ,LB2 ついて図3を参照し
ながら説明する。光束LB1 がレチクルマークRMX
斜めに照射すると、光束LB2 の光路を逆に辿る方向
(正反射方向)に光束LB 1 の0次光DBR1(0) が点線
で示す如く発生し、また光束LB1 の光路を逆に辿る方
向に光束LB1 の1次光DBR1(+1)が点線で示す如く
発生する。
Therefore, the objective lens 18 of the alignment system
Therefore, the irradiation light LB condensed on the reticle1, LBTwoIs
Reticle mark RMXNot only the reticle window WI
Illuminate in two directions with a certain intersection angle to cover
I will tell. Here, first, reticle mark RMXThe given exchange
Luminous flux LB illuminated at the difference angle1, LBTwoReferring to FIG.
I will explain it. Luminous flux LB1Is the reticle mark RMXTo
When irradiated obliquely, the light flux LBTwoDirection to follow the light path of
Light beam LB (specular reflection direction) 10th order optical DBR1(0) is a dotted line
And the luminous flux LB1Tracing the light path in reverse
Luminous flux LB in the direction1Primary light DBR1(+1) as shown by the dotted line
appear.

【0025】一方、光束LB2 がレチクルマークRMX
を斜めに照射すると、光束LB1 の光路を逆に辿る方向
(正反射方向)に光束LB2 の0次光LBR2(0) が一点
鎖線で示す如く発生し、また光束LB2 の光路を逆に辿
る方向に光束LB2 の−1次光LBR2(−1)が一点鎖線
で示す如く発生する。ここで、レチクルマークRMX
ピッチPR は、アライメント光の波長をλとし、照射光
LB1 ,LB2 の交差角2θR とするとき、sin2θR
λ/PR の関係を満足するように設定されている。な
お、図1及び図3中には、0次光DBR2(0) と+1次光
DBR1(+1)とを検出光DBR1として示し、0次光DB
R1(0) と−1次光DBR2(−1)とを検出光DBR2として
示している。
On the other hand, the luminous flux LB 2 has the reticle mark RM X
When the irradiated obliquely, the direction following the optical path of the light beam LB 1 Conversely (specular direction) to the light beam LB 2 of the zero-order light LB R2 (0) is generated as indicated by the dashed line, also the optical path of the light beam LB 2 a Conversely, a minus first order light beam LB R2 (−1) of the light beam LB 2 is generated as shown by a dashed line. Here, the pitch P R of the reticle mark RM X is the wavelength of the alignment light and lambda, when the crossing angle 2 [Theta] R of the irradiation light LB 1, LB 2, sin2θ R =
It is set so as to satisfy the relation of λ / P R. 1 and 3, the zero-order light DB R2 (0) and the + 1st-order light DB R1 (+1) are shown as the detection light DB R1 , and the zero-order light DB R1.
R1 (0) and −1st order light DB R2 (−1) are shown as detection light DB R2 .

【0026】再び図1に戻って、光束LB1 の光路を逆
に辿る検出光DBR1(1次光LBR1(+1)及び0次光L
R2(0) )は、再び反射鏡19、対物レンズ18、半透過鏡
13を介した後、対物レンズ18の瞳と共役な位置に設けら
れた光電検出器20aに達する。そして、この光電検出器
20aにてレチクルマークRMX からの位置信号(光ビー
ト信号)が検出される。これと同時に、光束LB2 の光
路を逆に辿る検出光DBR2(−1次光DBR2(−1)と0
次光DBR1(0) )は、再び反射鏡19、対物レンズ18、半
透過鏡14を介した後、対物レンズ18の瞳と共役な位置に
設けられた光電検出器20bに達する。そして、この光電
検出器20bにてレチクルマークRMX からの位置信号
(光ビート信号)が検出される。ここで、光電検出器20
a,20bにて、この検出されたレチクル2の位置信号
は、レチクルマークRMX 上に形成された流れる干渉縞
の明暗変化の周期に応じた正弦波状の交流信号(光ビー
ト信号)となる。
Returning to FIG. 1, the detection light DB R1 (the first-order light LB R1 (+1) and the zero-order light L which follow the optical path of the light beam LB 1 in the reverse direction
B R2 (0)) is again a reflecting mirror 19, an objective lens 18, and a semi-transmitting mirror.
After passing through 13, the light reaches the photoelectric detector 20a provided at a position conjugate with the pupil of the objective lens 18. And this photoelectric detector
Position signal from the reticle mark RM X (optical beat signal) is detected at 20a. At the same time, the detection light DB follows the optical path of the light beam LB 2 on the opposite R2 (-1 order light DB R2 (-1) 0
The secondary light DB R1 (0)) again passes through the reflecting mirror 19, the objective lens 18, and the semi-transmissive mirror 14, and then reaches the photoelectric detector 20b provided at a position conjugate with the pupil of the objective lens 18. Then, the position signal from the reticle mark RM X (optical beat signal) is detected by the photoelectric detector 20b. Here, the photoelectric detector 20
a, at 20b, the position signal of the detected reticle 2 is a sinusoidal AC signal corresponding to the period of dark change of the interference fringes flowing formed on the reticle mark RM X (optical beat signal).

【0027】次に、レチクルマークRMX に隣接して設
けられたレチクル窓WIを所定の交差角を持った2方向
で照明する光束LB1 ,LB2 ついて説明する。レチク
ル窓WIを所定の交差角θR を持った2方向で照明する
光束LB1 ,LB2 は、図1に示す如く、レチクル窓W
Iをそのまま通過し、投影レンズ3に対し軸外から入射
する。
Next, luminous fluxes LB 1 and LB 2 for illuminating reticle window WI provided adjacent to reticle mark RM X in two directions having a predetermined intersection angle will be described. The luminous fluxes LB 1 and LB 2 illuminating the reticle window WI in two directions with a predetermined intersection angle θ R are, as shown in FIG.
It passes through I as it is and enters the projection lens 3 from off-axis.

【0028】ここで、投影レンズ3は露光光に対して十
分に色収差補正されているものの、露光光と異なる波長
のアライメント光に対しては色収差補正されていない。
このため、投影レンズ3の瞳(入射瞳)面P上には、図
4に示す如く、投影レンズ3の光軸の中心を通る計測方
向(X方向)に沿って、それぞれ互いに異なるピッチを
有する3つの回折格子GXA1 〜GXA3(補正光学素子)が
透明な円形状の基板1上に配置されている。回折格子G
XA3 は投影レンズ3の光軸Ax0 上に、回折格子GXA1
及びGXA2 は回折格子GXA3(投影レンズ3の光軸)に関
して左右対称にそれぞれ設けられている。そして、各回
折格子GXA1 〜GXA3 は、GXA2 ,GXA 3 ,GXA1 の順
に回折格子のピッチが密となるように計測方向(X方
向)に沿って配列されている。なお、本実施例における
回折格子GXA1 〜GXA3(補正光学素子)の具体的な構成
及び機能については後で詳述する。
Here, the projection lens 3 is sufficiently corrected for chromatic aberration with respect to the exposure light, but is not corrected for the alignment light having a wavelength different from that of the exposure light.
For this reason, on the pupil (entrance pupil) plane P of the projection lens 3, as shown in FIG. 4, the pitches are different from each other along the measurement direction (X direction) passing through the center of the optical axis of the projection lens 3. Three diffraction gratings G XA1 to G XA3 (correction optical elements) are arranged on a transparent circular substrate 1. Diffraction grating G
XA3 is on the optical axis Ax 0 of the projection lens 3, a diffraction grating G XA1
And G XA2 are respectively provided symmetrically with respect to the diffraction grating G XA3 (optical axis of the projection lens 3). Then, the diffraction gratings G XA1 ~G XA3 is, G XA2, G XA 3, the pitch of the diffraction grating in the order of G XA1 are arranged along the measuring direction (X direction) so as to close. The specific configuration and function of the diffraction gratings G XA1 to G XA3 (correction optical elements) in this embodiment will be described later in detail.

【0029】さて、図1に戻って、投影レンズ3に対し
て軸外から入射して、投影レンズの瞳(入射瞳)に達し
た照射光LB1 ,LB2 は、それぞれ回折格子GXA1
びG XA2(照射光補正光素子)により、各々の補正角
θ1 ,θ2 だけ補正するように偏向(回折)されて、ウ
エハ4上に形成されているウエハマークWMx を所定の
交差角を持った2方向で照射する。すると、ウエハマー
クWMx 上には、流れる干渉縞が形成される。ここで、
ウエハマークWMx は、図5に示す如く、1ショット領
域WMx 外のストリートラインSL上において、X方向
(計測方向)にピッチを有する回折格子で構成されてい
る。
Now, returning to FIG.
Incident off the axis and reaches the pupil (entrance pupil) of the projection lens.
Irradiation light LB1, LBTwoIs the diffraction grating GXA1Passing
And G XA2(Irradiation light correction optical element)
θ1, ΘTwoIs deflected (diffracted) to correct only
Wafer mark WM formed on Eha 4xThe given
Irradiate in two directions with crossing angles. Then the wafermer
Ku WMxOn top, flowing interference fringes are formed. here,
Wafer mark WMxIs a one shot area as shown in FIG.
Area WMxX direction on outside street line SL
(Differential direction)
You.

【0030】さて、図6に示す如く、照射光LB1 ,L
2 がウエハマークWMx を所定の交差角を持った照射
することにより、照射光LB1 の−1次光DBW1(−1)
と照射光LB2 の+1次光DBW2(+1)とが、ウエハ4
面に対し法線方向(投影レンズ6の光軸と平行な方向)
に発生する。ここで、ウエハマークWMx のピッチPW
は、アライメント光の波長をλとし、照射光LB1 ,L
2 の交差角2θW とするとき、sin θW =λ/PW
関係を満足するように設定されている。なお、図1及び
図6中では、−1次光DBW1(−1)と+1次光DB
W2(+1)とを検出光DBW として示している。
Now, as shown in FIG. 6, the irradiation light LB 1 , L
By B 2 irradiates the wafer mark WM x having a predetermined crossing angle, the irradiation light LB 1 -1 order light DB W1 (-1)
And the +1 order light DB W2 (+1) of the irradiation light LB 2
Normal direction to the surface (direction parallel to the optical axis of the projection lens 6)
Occurs. Here, the pitch P W of the wafer mark WM x
Is the irradiation light LB 1 , L
When the crossing angle 2 [Theta] W of B 2, is set so as to satisfy a relation of sin θ W = λ / P W . In FIGS. 1 and 6, the −1st order light DB W1 (−1) and the + 1st order light DB
And W2 (+1) are indicated as the detection light DB W.

【0031】図1に戻って、ウエハマークWMx の法線
方向に発生する検出光DBW (−1次光LBW1(−1)及
び+1次光LBW2(+1))は、投影レンズ3の主光線の
光路上を進行し、投影レンズ6の瞳Pの中心に設けられ
た回折格子GXA3(検出光補正光学素子)により補正角θ
3 だけ偏向(回折)された後、再びレチクル窓WI、反
射鏡19、対物レンズ18、半透過鏡14を介して光電検出器
21に達する。なお、光電検出器21は、上述した光電検出
器20a,20b と同様に対物レンズ18(あるいは投影レンズ
3)の瞳共役な位置に設けられている。
[0031] Returning to FIG. 1, the detection light DB W generated in the normal direction of the wafer mark WM x (-1 order light LBW 1 (-1) and + 1st-order light LBW 2 (+1)) is the projection lens 3 Travels on the optical path of the principal ray of light, and is corrected by a diffraction grating G XA3 (detection light correction optical element) provided at the center of the pupil P of the projection lens 6.
After being deflected by three (diffraction), the photoelectric detector again passes through the reticle window WI, the reflecting mirror 19, the objective lens 18, and the semi-transmitting mirror 14.
Reach 21. Incidentally, the photoelectric detector 21 is provided at a pupil conjugate position of the objective lens 18 (or the projection lens 3), similarly to the photoelectric detectors 20a and 20b described above.

【0032】以上の如く、本発明の第1実施例における
基本構成によって、光電検出器17にて得られた参照信
号、光電検出器20a,20b にて得られたレチクル2の位置
情報を含んだレチクル位置信号と、光電検出器21にて得
られたウエハ4の位置情報を含んだウエハ位置信号とが
それぞれ検出される。そこで、レチクル2とウエハ4と
の相対的な位置合わせについて説明する。光電検出器17
からの光電信号(正弦波交流信号)を基本信号として、
光電検出器20a,20b にて得られるレチクルマークRMX
からの回折光の光電信号(正弦波交流信号)との位相差
φr を不図示の位相検出系で検出する。同様にして、光
電検出器20にて得られるウエハマークWMx からの回折
光の光電信号と基本信号との位相差φw を位相検出系に
て検出する。そして、位相差φr とφw の差を求めれ
ば、レチクル2とウェハ4のX方向のずれ量がわかる。
この検出方式は所謂光ヘテロダイン方式と呼ばれ、レチ
クル2とウエハ4とが、レチクルマークの1ピッチ以内
かつウエハマークの1/2ピッチ以内の位置誤差範囲内
であれば、静止状態であっても高分解能で位置ずれ検出
できるため、レチクル2のパターンをウェハ4のレジス
トへ露光している間に微小な位置ずれが生じないように
クローズド・ループの位置サーボをかけるのに好都合で
ある。この検出方式では、φr −φw が零(又は所定
値)になるようにレチクル2又はウェハ4を移動させて
アライメントを完了させた後、引き続きそのアライメン
ト位置でレチクル2とウェハ4とが相対移動しないよう
にサーボ・ロックをかけることができる。
As described above, according to the basic configuration of the first embodiment of the present invention, the reference signal obtained by the photoelectric detector 17 and the position information of the reticle 2 obtained by the photoelectric detectors 20a and 20b are included. A reticle position signal and a wafer position signal including the position information of the wafer 4 obtained by the photoelectric detector 21 are respectively detected. Therefore, the relative positioning between the reticle 2 and the wafer 4 will be described. Photoelectric detector 17
Photoelectric signal (sine wave AC signal) from
Reticle mark RM X obtained by photoelectric detectors 20a and 20b
A phase difference phi r the photoelectric signal of the diffracted light from (AC sinusoidal wave signal) detected by the phase detection system (not shown). Similarly, to detect a phase difference phi w of the photoelectric signal and the basic signal of the diffracted light from the wafer mark WM x obtained by the photoelectric detector 20 by the phase detecting system. Then, if the difference between the phase differences φ r and φ w is obtained, the amount of displacement between the reticle 2 and the wafer 4 in the X direction can be determined.
This detection method is called a so-called optical heterodyne method. If the reticle 2 and the wafer 4 are within a position error range within one pitch of the reticle mark and within one-half pitch of the wafer mark, even in a stationary state. Since the positional deviation can be detected with high resolution, it is convenient to apply a closed-loop position servo so that a minute positional deviation does not occur during the exposure of the pattern on the reticle 2 to the resist on the wafer 4. In this detection method, after phi r -.phi w is moving the reticle 2 or the wafer 4 to complete the alignment to be zero (or a predetermined value), subsequently the reticle 2 and the wafer 4 at the alignment position relative Servo lock can be applied to prevent movement.

【0033】尚、本実施例ではステップアンドリピート
方式の露光時、ウェハ上の各ショット領域へのウェハス
テージの移動は、干渉系の計測値に基づいて行ない、2
つの光束LB1 、LB2 の照射領域内にウエハマークW
x が±1/2ピッチの精度で位置決めされたら、不図
示の位相検出系からの情報のみに基づいてレチクルステ
ージ、又はウェハステージを不図示のサーボ系でサーボ
制御することができる。このときレチクルステージやウ
ェハステージの駆動をDCモータで行ない、位相差φr
−φw に対応したアナログ電圧をD/Aコンバータ等で
作り出し、このアナログ電圧をDCモータのサーボ回路
に偏差電圧として直接印加することもできる。このサー
ボは、そのショット領域の露光終了時まで行なわれる。
In this embodiment, during the exposure of the step-and-repeat method, the movement of the wafer stage to each shot area on the wafer is performed based on the measured value of the interference system.
Wafer mark W in the irradiation area of two light beams LB 1 and LB 2
When Mx is positioned with an accuracy of ± 1/2 pitch, the reticle stage or wafer stage can be servo-controlled by a servo system (not shown) based only on information from a phase detection system (not shown). At this time, the reticle stage and the wafer stage are driven by a DC motor, and the phase difference φ r
An analog voltage corresponding to -.phi w produced by D / A converter or the like, the analog voltage can be applied directly as a deviation voltage to the servo circuit of the DC motor. This servo is performed until the exposure of the shot area is completed.

【0034】このようにすると、干渉計の計測値に応じ
たサーボではないので、干渉計のビーム光路の空気密度
のゆらぎ等によるステージの微小ゆらぎを低減させるこ
とが可能である。そのため、不図示の位相検出系からサ
ーボ制御が可能な位相差情報が得られた時点で、ウェハ
ステージ側の干渉計の計測値をウェハステージ側のサー
ボ系から切り離してウェハステージのモータへの印加電
圧を零にし、上述のアナログ電圧をレチクルステージ側
のサーボ系に印加する。
In this case, since the servo is not based on the measurement value of the interferometer, it is possible to reduce the minute fluctuation of the stage due to the fluctuation of the air density in the beam path of the interferometer. Therefore, when phase difference information capable of servo control is obtained from a phase detection system (not shown), the measurement value of the interferometer on the wafer stage side is separated from the servo system on the wafer stage side and applied to the motor of the wafer stage. The voltage is reduced to zero, and the above-described analog voltage is applied to the servo system on the reticle stage side.

【0035】このようにすると露光動作中に、特にウェ
ハステージ側で発生する微小ゆらぎは押えられ、ゆるや
かなドリフト的な微動にすることができ、レチクルステ
ージを高速に追従移動させることで、レチクルとウェハ
との相対位置ずれをほぼ零に保つことが可能である。こ
のため露光されたパターンの線幅の太りや解像低下がな
く、極めて忠実な転写が達成される。
In this way, during the exposure operation, the minute fluctuation generated particularly on the wafer stage side is suppressed, and it is possible to make a gentle drift-like fine movement. By moving the reticle stage at high speed, the reticle stage can be moved. It is possible to keep the relative displacement with respect to the wafer almost zero. Therefore, there is no increase in the line width of the exposed pattern and no reduction in resolution, and extremely faithful transfer is achieved.

【0036】なお、光電検出器20a,20b にて得られる干
渉ビート信号の周波数の2つの交流信号は、信号の性質
上はどちらも同じものであり、これらの内、どちらを不
図示の位相検出系へ送ってもよい。ただし、本実施例で
のレチクルからの光情報は、光束LB1 ,LB2 との0
次回折光と1次回折光との干渉で作られることから、1
次光と0次光の光強度(光量)が大きく異なると位相差
計測時にオフセットが生じることも考えられる。そこ
で、光電検出器20a,20b からの2つの信号の和(又は
差)を演算するアナログ回路を通した後に、光電検出器
17からの基準信号との間で位相差φr を計測するとよ
い。もちろん、光電検出器20a,20b からの2つの信号又
は両者を合成した信号のうちのいずれか1つを使うよう
に切換え式にしてもよい。
Incidentally, the two AC signals having the frequency of the interference beat signal obtained by the photoelectric detectors 20a and 20b are the same in terms of the nature of the signals. It may be sent to the system. However, the optical information from the reticle in the present embodiment is 0% of the light fluxes LB 1 and LB 2.
Since it is created by the interference between the first-order diffracted light and the first-order diffracted light, 1
If the light intensity (light amount) of the next-order light and the zero-order light is largely different, an offset may be generated at the time of measuring the phase difference. Therefore, after passing through an analog circuit that calculates the sum (or difference) of the two signals from the photoelectric detectors 20a and 20b,
It is preferable to measure the phase difference φ r between the reference signal from the reference signal 17 and the reference signal from the reference signal 17. Of course, a switching type may be used so as to use either one of the two signals from the photoelectric detectors 20a and 20b or a signal obtained by combining the two signals.

【0037】次に本発明の第1実施例の特徴的な構成で
ある回折格子GXA1 〜GXA3(補正光学素子)の具体的な
構成、並びに機能について説明する。
Next, the specific configuration and functions of the diffraction gratings G XA1 to G XA3 (correction optical elements) which are the characteristic configurations of the first embodiment of the present invention will be described.

【0038】図1に示す如く、投影レンズ3の瞳位置に
は、回折格子GXA1 〜GXA3 が計測方向(X方向)に沿
って配列されているが、今、回折格子GXA1 〜GXA3
配列されていない場合について考える。投影レンズ3
は、露光光に対する色収差補正はなされているものの、
レーザ光源10からの露光光とは別波長のアライメント光
に対する色収差補正はなされていない。そこで、ウエハ
マークWMx 上の位置Aを所定の交差角を持った2方向
で照射する光束LB1 ,LB2 の投影レンズ8に対する
結像関係ついて見る。
As shown in FIG. 1, at the pupil position of the projection lens 3, diffraction gratings G XA1 to G XA3 are arranged along the measurement direction (X direction), but now, diffraction gratings G XA1 to G XA3. Are not arranged. Projection lens 3
Has been corrected for chromatic aberration for the exposure light,
No chromatic aberration correction is performed on the alignment light having a different wavelength from the exposure light from the laser light source 10. Therefore, the image forming relationship of the light beams LB 1 and LB 2 irradiating the position A on the wafer mark WM x in two directions with a predetermined intersection angle with respect to the projection lens 8 will be described.

【0039】今、アライメント光のもとで投影レンズ3
によりレチクル側に逆投影されるウエハマークWMx
位置Aの仮想的な像を考えると、照射光束LB1 ,LB
2 の光路を逆方向に進行する光線、及び照射光束L
1 ,LB2 により得られる検出光(回折光)の光路D
W を進行する光線は、点線で示す如く、投影レンズ3
による色収差によってレチクル2の上方の位置B1 で交
差し、この交差位置にウエハマークWMx の位置Aの仮
想的な像が形成される。
Now, the projection lens 3 under the alignment light
Given a virtual image of the position A of the wafer mark WM x being backprojected the reticle side, the irradiation light beam LB 1, LB
The light beam traveling in the opposite direction through the optical path 2 and the irradiation light beam L
Optical path D of detection light (diffraction light) obtained by B 1 and LB 2
Rays traveling through B W, as shown by the dotted line, the projection lens 3
Intersect at a position above B 1 of the reticle 2 by chromatic aberration due to a virtual image of a position A in the wafer mark WM x This intersection is formed.

【0040】一方、露光光のもとで投影レンズ3により
レチクル側に逆投影されるウエハマークWMx の位置A
の像を考えると、このウエハマークWMx の像は位置B
0 に形成される。従って、露光光によるウエハマークW
x の像の結像位置B0 に対して、Z方向(投影レンズ
の光軸方向)には、投影レンズ3の軸上色収差(以下、
単に軸上色収差と称する。)がΔLだけ発生しており、
X方向(投影レンズ3の光軸Ax 0 に垂直な方向)に
は、投影レンズ3の倍率色収差(以下、単に倍率色収差
と称する。)が露光領域側へΔTだけ発生している。
On the other hand, under the exposure light, the projection lens 3
Wafer mark WM projected back to reticle sidexPosition A
Considering the image of the wafer mark WMxImage is position B
0Formed. Therefore, the wafer mark W by the exposure light
MxPosition B of the image0In the Z direction (projection lens
In the optical axis direction), the axial chromatic aberration of the projection lens 3 (hereinafter, referred to as the chromatic aberration).
It is simply referred to as axial chromatic aberration. ) Occurs by ΔL,
X direction (optical axis Ax of projection lens 3) 0In the direction perpendicular to
Is the chromatic aberration of magnification of the projection lens 3 (hereinafter simply referred to as chromatic aberration of magnification).
Called. ) Occurs to the exposure region side by ΔT.

【0041】但し、倍率色収差量(横の色収差量)ΔT
は、図1に示す如く、投影レンズ3を通過することによ
ってガウス像面(レチクル2)上で結像する露光光と同
じ波長の軸外光における主光線が上記ガウス像面(レチ
クル2)で交差する交差位置B0 から上記ガウス像面
(レチクル2)上での投影対物レンズ3の光軸位置oま
での距離をδ1 、投影レンズ3を通過することによって
上記ガウス像面(レチクル2)もしくはこれの前後で結
像する露光光とは別波長のアライメント光における主光
線が上記ガウス像面(レチクル2)で交差する交差位置
1 から上記ガウス像面(レチクル2)上での投影対物
レンズ3の光軸位置oまでの距離をδ2 とするとき、Δ
T=|δ2 −δ1 |で定義されるものである。
However, the chromatic aberration of magnification (lateral chromatic aberration) ΔT
As shown in FIG. 1, the principal ray of the off-axis light having the same wavelength as the exposure light that forms an image on the Gaussian image plane (reticle 2) by passing through the projection lens 3 is reflected on the Gaussian image plane (reticle 2). The distance from the crossing position B 0 to the optical axis position o of the projection objective lens 3 on the Gaussian image plane (reticle 2) is δ 1 , and the Gaussian image plane (reticle 2) by passing through the projection lens 3 or the projection objective from intersection B 1 on the Gaussian image plane (reticle 2) of the principal ray in another wavelength of alignment light and exposure light image before and after this crossing by the Gaussian image plane (reticle 2) When the distance to the optical axis position o of the lens 3 is δ 2 , Δ
T = | δ 2 −δ 1 |.

【0042】従って、軸上色収差によりアライメント光
学系の振動や傾きが大きな検出誤差となり、高精度かつ
安定したアライメントを達成することかできなくなるば
かりか、レチクルマークRMX に隣接して設けられたレ
チクル窓WIを大きくせざるを得なくなる。また、位置
1 は、倍率色収差によって位置B0 に対して左側(露
光領域側)にΔTだけシフトしているため、レチクル2
を真上から見た時には、交差位置B1 はレチクルの露光
領域内に入り込んでしまう。この結果、ウエハマークW
X からのアライメント光の取り出しが困難となる。
[0042] Therefore, the vibration or inclination of the alignment optical system by axial chromatic aberration becomes large detection error, highly accurate and stable not only can not or to achieve alignment, the reticle which is provided adjacent to the reticle mark RM X The window WI must be enlarged. Further, since the position B 1 is shifted to the left (toward the exposure area) from the position B 0 by ΔT due to the chromatic aberration of magnification, the reticle 2
When viewed from above, the intersection B 1 represents intrudes into the exposure area of the reticle. As a result, the wafer mark W
Taken out of alignment light from the M X becomes difficult.

【0043】本発明は以上の問題を克服するために、第
1実施例では、まず照射光(LB1,LB2 )に対する軸
上色収差(ΔL)と倍率色収差(ΔT)とを同時に補正
する機能を有する回折格子GXA1 ,GXA2 (照射光補正
光学素子)を投影レンズの瞳(入射瞳)面の中心に対称
となる位置に設けている。回折格子GXA1 ,GXA2 (照
射光補正光学素子)は、互いに異なるピッチを有するよ
うに形成されている。従って、ウエハマークWMX へ向
かう照射光LB1 は、回折格子GXA1 にて回折されるこ
とにより補正角θ1 だけ偏向され、同じくウエハマーク
WMX に向かう照射光LB2 は、回折格子GXA2 にて回
折されることにより、補正角θ2 だけ偏向される。但
し、各補正角の関係は、θ2 <θ1 である。
In order to overcome the above-described problems, the present invention first provides a function of simultaneously correcting axial chromatic aberration (ΔL) and chromatic aberration of magnification (ΔT) with respect to irradiation light (LB 1 , LB 2 ). The diffraction gratings G XA1 and G XA2 (irradiation light correcting optical elements) are provided at positions symmetric with respect to the center of the pupil (entrance pupil) plane of the projection lens. The diffraction gratings G XA1 and G XA2 (irradiation light correcting optical elements) are formed to have mutually different pitches. Accordingly, the irradiation light LB 1 directed to the wafer mark WM X is deflected by the correction angle θ 1 by being diffracted by the diffraction grating G XA1 , and the irradiation light LB 2 directed to the wafer mark WM X is also converted to the diffraction grating G XA2. Are deflected by the correction angle θ 2 . However, the relationship between the correction angles is θ 21 .

【0044】この結果、照射光LB1 と照射光LB2
の光路とが補正されるため、照射光LB1,LB2 はレチ
クル窓WI上のみならずウエハマークWMX 上でも所定
の交差角が維持された状態で交差する。よって、露光光
とは別波長の照射光(LB1,LB2 )に対しても投影レ
ンズ3に関して見掛け上、レチクル2とウエハ4との共
役関係が維持される。
As a result, the optical paths of the irradiation light LB 1 and the irradiation light LB 2 are corrected, so that the irradiation light LB 1 and LB 2 have a predetermined intersection angle not only on the reticle window WI but also on the wafer mark WM X. Intersect with the state maintained. Therefore, the conjugate relationship between the reticle 2 and the wafer 4 is apparently maintained with respect to the projection lens 3 with respect to the irradiation light (LB 1 , LB 2 ) having a different wavelength from the exposure light.

【0045】また、ウエハマークWMX からの回折した
検出光DBW に対する倍率色収差(ΔT)を補正するよ
うな回折格子GXA3(検出光補正光学素子)が投影レン
ズ3の瞳面Pの中心位置に設けられている。これによ
り、投影レンズ3の主光線の光路上を進行してレチクル
窓WIに向かうウエハマークWMX からの検出光DBW
は回折格子GXA3 にて回折されることによって補正角θ
3 だけ偏向される。この結果、検出光DBW の光路が補
正されるため、検出光DBW は、テレセントリック性が
維持された状態でレチクル窓WIを垂直に入射した後、
レチクル窓WIでの照射光LB1,LB2 の交差位置を通
過して、アライメント用対物レンズ19の光軸上に沿って
進行し、最終的に光電検出器21に達する。なお、各補正
角の関係は、θ2<θ3 <θ1 となる。
Further, the center position of the pupil plane P of the diffraction grating G XA3 (detection light correction optical element) is the projection lens 3 so as to correct the lateral chromatic aberration ([Delta] T) with respect to the diffracted detection beam DB W from the wafer mark WM X It is provided in. Thereby, the detection light DB W from the wafer mark WM X which travels through optical path of the principal ray of the projection lens 3 toward the reticle window WI
Is the correction angle θ by being diffracted by the diffraction grating G XA3 .
Deflected by three . As a result, the optical path of the detection light DB W is corrected, the detection light DB W is incident to the reticle window WI vertically in a state in which telecentricity is maintained,
The light passes through the intersection of the irradiation lights LB 1 and LB 2 at the reticle window WI, travels along the optical axis of the alignment objective lens 19, and finally reaches the photoelectric detector 21. Note that the relationship between the correction angles is θ 231 .

【0046】以上にて説明した如く、補正光学素子とし
ての回折格子GXA1 〜GXA3 の回折作用によって、投影
レンズ3の色収差(軸上色収差や倍率色収差)を良好に
補正するように各アライメント光の光路をそれぞれ所定
の角度(補正角)θ1 ,θ2 ,θ3 だけ偏向させてい
る。これにより、投影レンズ3の倍率色収差によってレ
チクル2の露光領域内に入り込んでしまう問題や軸上色
収差による問題を解消できるため、投影レンズの設計及
び製造を容易にしながらも、アライメント光学系の配置
の自由度の格段なる向上が達成できる高性能なアライメ
ント装置が実現できる。
As described above, each alignment light is corrected so that chromatic aberration (axial chromatic aberration and chromatic aberration of magnification) of the projection lens 3 is properly corrected by the diffraction action of the diffraction gratings G XA1 to G XA3 as correction optical elements. Are deflected by predetermined angles (correction angles) θ 1 , θ 2 , and θ 3, respectively. Thereby, the problem of entering the exposure area of the reticle 2 due to the chromatic aberration of magnification of the projection lens 3 and the problem of axial chromatic aberration can be solved. It is possible to realize a high-performance alignment device capable of achieving a remarkable improvement in the degree of freedom.

【0047】ここで、補正光学素子としての回折格子G
XA1 〜GXA3 のピッチをそれぞれP XA1 ,PXA2 ,P
XA3 とし、アライメント光の波長をλa とするとき、補
正角と各回折格子のピッチとには以下の関係が成立す
る。 PXA1 =mλa /sin θ1 ・・・・・ (1) PXA2 =mλa /sin θ2 ・・・・・ (2) PXA3 =mλa /sin θ3 ・・・・・ (3) 但し、mは回折光の次数(整数)である。
Here, a diffraction grating G as a correction optical element
XA1~ GXA3Pitch of P XA1, PXA2, P
XA3And the wavelength of the alignment light is λaAnd when
The following relationship holds between the conformal angle and the pitch of each diffraction grating
You. PXA1= Mλa/ Sin θ1... (1) PXA2= Mλa/ Sin θTwo..... (2) PXA3= Mλa/ Sin θThree(3) where m is the order (integer) of the diffracted light.

【0048】従って、回折格子GXA1 〜GXA3 による補
正角θ1 ,θ2 ,θ3 は、図1から明らかな如く、θ2
<θ3 <θ1 の関係となっており、上記(1)式〜
(3)式より、回折格子GXA1 〜GXA3 のピッチは、P
XA2 >PXA3 >PXA1 の関係となっている。よって、本
実施例では、図2に示す如く、回折格子GXA2 ,回折格
子GXA3 ,回折格子GXA1 の順で格子のピッチが密とな
るように構成されている。
[0048] Thus, the correction angle theta 1 by the diffraction grating G XA1 ~G XA3, θ 2, θ 3 is, as is clear from FIG. 1, theta 2
31 , and the above formula (1)
From the equation (3), the pitch of the diffraction gratings G XA1 to G XA3 is P
XA2> and has a relationship of P XA3> P XA1. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the pitch of the grating is configured to be dense in the order of the diffraction grating G XA2, diffraction gratings G XA3, diffraction grating G XA1.

【0049】また、透明な円形状の基板1上に形成され
る補正光学素子としての回折格子G XA1 〜GXA3 は、石
英ガラス等の材質の基板1をエッチング処理して、位相
型回折格子となるように構成されている。この時、アラ
イメント光路を偏向させるm次回折光の回折効率を高く
するには、位相型回折格子の段差dは、アライメント光
の波長をλa とし、アライメント波長光に対する基板の
屈折率をna 、整数をmとすると、 d=(2m+1)λa /2(na −1)・・・・・・(4) を満足するように構成することが望ましい。
[0049] Also, a transparent circular substrate 1 is formed.
Grating G as correction optical element XA1~ GXA3The stone
Etching the substrate 1 made of a material such as British glass
It is constituted so that it may become a type diffraction grating. At this time, Ara
The diffraction efficiency of m-order diffracted light that deflects the optical path
The step d of the phase type diffraction grating is
Wavelength of λaAnd the alignment wavelength of the substrate
Refractive index is na, And an integer m, d = (2m + 1) λa/ 2 (na-1) It is desirable to configure so as to satisfy (4).

【0050】この場合、回折格子は、露光光に対しても
回折作用を持つので、投影レンズ3の結像機能に悪影響
を及ぼす恐れがある。このため、回折格子上には、露光
光を反射させて、アライメント光を透過させる波長分別
機能を有する薄膜を蒸着等により形成することがより好
ましい。また、アライメント光に対する回折効率が若干
低下するものの、露光光に対する回折効率をほぼ零にす
るには、位相型回折格子の段差dは、露光光の波長をλ
e とし、露光光に対する基板の屈折率をne 、整数をm
とすると、 d=λme /(ne −1)・・・・・・(5) を満足するように構成することが望ましい。
In this case, the diffraction grating is also capable of
Diffraction has an adverse effect on the imaging function of the projection lens 3
May be affected. Therefore, on the diffraction grating,
Wavelength classification that reflects light and transmits alignment light
It is more preferable to form a functional thin film by evaporation or the like.
Good. Also, the diffraction efficiency for alignment light is slightly
Although it decreases, the diffraction efficiency for exposure light is reduced to almost zero.
In order to achieve this, the step d of the phase type diffraction grating makes the wavelength of the exposure light λ
eAnd the refractive index of the substrate with respect to the exposure light is neAnd the integer m
Then, d = λme/ (Ne-1) It is desirable to configure so as to satisfy (5).

【0051】このように、本発明による第1実施例で
は、ウエハマークWMX を2方向で照射する照射光LB
1 ,LB2 に対し投影レンズ3の軸上色収差と倍率色収
差とを補正する回折格子GXA1 ,GXA2 と、ウエハマー
クWMX からの検出光DBW に対し投影レンズ3の倍率
色収差を補正する回折格子GXA3 とを投影対物レンズ3
の瞳位置あるいはそれの近傍の同一平面上に独立に配置
している。
As described above, in the first embodiment of the present invention, the irradiation light LB for irradiating the wafer mark WM X in two directions is provided.
1, the diffraction grating for correcting the axial chromatic aberration and lateral chromatic aberration of the projection lens 3 to LB 2 G XA1, and G XA2, to correct the lateral chromatic aberration of the projection lens 3 to detect light DB W from the wafer mark WM X Projection objective lens 3 with diffraction grating G XA3
Pupil position or on the same plane near the pupil position.

【0052】このため、仮にウエハマークWMX の位置
を計測方向(X方向)に対して垂直方向(Y方向)にず
らしてウエハマークWMX を打ち変えるために、アライ
メント光学系をY方向へ移動させた場合、あるいは異な
る露光領域サイズのレチクルを使用することによってレ
チクル上でのレチクルマークRMX 及びレチクル窓WI
の位置が計測方向(X方向)に移動する場合にも、常に
アライメントのための照射光LB1 ,LB2 とウエハマ
ークWMX からの検出光DBW とが、投影レンズ3の瞳
(入射瞳)位置を通過する位置は不変とすることが原理
的に可能である。よって、本実施例における補正光学素
子GXA1 〜GXA3 は、ウエハマークWM X を打ち変え及
び異なるサイズのレチクルを使用した場合にも、十分に
対応することが可能となる。
Therefore, if the wafer mark WM is temporarilyXPosition of
In the direction (Y direction) perpendicular to the measurement direction (X direction)
Washi mark WMXArai to break
When the optical system is moved in the Y direction,
By using a reticle with an exposure area size
Reticle mark RM on tickleXAnd reticle window WI
When the position moves in the measurement direction (X direction),
Irradiation light LB for alignment1, LBTwoAnd wafer
WMXDetection light DB fromWIs the pupil of the projection lens 3
It is the principle that the position passing through the (entrance pupil) position is not changed
It is possible. Therefore, the correction optical element in the present embodiment
Child GXA1~ GXA3Is the wafer mark WM XChange
And reticles of different sizes
It is possible to respond.

【0053】また、補正光学素子としての回折格子G
XA1 〜GXA3 は、照射光LB1 ,LB 2 と検出光DBW
とが投影レンズの瞳位置を通過する部分だけに形成すれ
ば良い。従って、補正光学素子としての回折格子GXA1
〜GXA3 は、露光光に対する影響を殆ど無視できる程、
投影レンズの瞳面において占める割合を極めて小さくす
ることが原理的に可能となる。
Also, a diffraction grating G as a correction optical element
XA1~ GXA3Is the irradiation light LB1, LB TwoAnd detection light DBW
Is formed only at the part that passes through the pupil position of the projection lens.
Good. Therefore, the diffraction grating G as a correction optical elementXA1
~ GXA3Has a negligible effect on the exposure light,
Minimize the proportion of the projection lens in the pupil plane
In principle.

【0054】さらに、より高い精度のアライメントを行
うために、ウエハマークWMX (回折格子)のピッチを
微細にするとレチクルマークRMX 及びウエハマークW
X を2方向から照射する照射光LB1 ,LB2 の交差
角が大きくなるが、この場合、アライメント光学系中の
対物レンズ18とAOM13a との間の照射光LB1 の光
路、及びアライメント光学系中の対物レンズ18とAOM
13b との間の照射光LB 2 の光路中に交差角可変手段と
しての傾角可変な平行平面板を各々配置し、この平行平
面板の傾角を変化させれば、交差角を可変にすることが
可能となる。このとき、投影レンズ3の瞳面Pを通過す
る照射光LB1 ,LB2 の位置が、図1においては計測
方向(X方向)において変化ため、これに対応できる補
正光学素子を有する別の透明の円形基板と交換可能に設
けても良い。
Further, a higher precision alignment is performed.
In order to save the wafer mark WMX(Diffraction grating) pitch
Finer reticle mark RMXAnd wafer mark W
MXLight LB for irradiating light from two directions1, LBTwoIntersection of
The angle increases, but in this case,
Irradiation light LB between objective lens 18 and AOM 13a1Light of
Lens and AOM in path and alignment optics
Illumination light LB between 13b TwoVariable intersection angle means in the optical path of
The parallel flat plates whose tilt angle is variable
By changing the tilt angle of the face plate, the intersection angle can be made variable
It becomes possible. At this time, the light passes through the pupil plane P of the projection lens 3.
Irradiation light LB1, LBTwoIs measured in Fig. 1.
Since it changes in the direction (X direction), an auxiliary
Replaceable with another transparent circular substrate with positive optics
You may.

【0055】なお、本実施例では説明を簡単にするため
に、X方向をアライメントする例を示しているが、レチ
クルマークRMX とレチクル窓WIとが設けられている
非露光領域と隣合った非露光領域にY方向にピッチを有
するレチクルマークとこれに隣接してレチクル窓とを設
け、これらの上方に第2のアライメント光学系を設けれ
ば、Y方向でのアライメントができることは言うまでも
ない。このとき、補正光学素子としての回折格子は、Y
方向に沿って上記回折格子GXA1 〜GXA3 と同様な回折
格子を設ければ良い。
[0055] In order to simplify the explanation in this embodiment, an example is shown to align the X-direction, was Tonaria' the unexposed regions and the reticle mark RM X and the reticle window WI are provided Needless to say, if a reticle mark having a pitch in the Y direction and a reticle window adjacent to the reticle window are provided in the non-exposure area and a second alignment optical system is provided above them, alignment in the Y direction can be performed. At this time, the diffraction grating as a correction optical element has Y
A diffraction grating similar to the diffraction gratings G XA1 to G XA3 may be provided along the direction.

【0056】さらに、本実施例では、照射光LB1 ,L
2と検出光DBW とに対応する回折格子GXA1 〜G
XA3 を設けているが、各々の回折格子においてピッチ方
向に沿って次第にピッチを異ならせしてめて、個々の照
射光LB1 ,LB2 と検出光DBW とをレチクルと共役
な位置で各々集光させる構成を採用しても良い。この構
成は、以下に述べる各実施例でも採用することができ
る。次に、本発明による第2実施例を図7を参照しなが
ら説明する。図7〜図10において、第1実施例と同一
の機能を有する部材には同じ符号を付している。図7の
(a)は、X方向(メリジオナル方向)と平行なXZ平
面側から投影レンズ3を見た時の投影レンズ3を介する
アライメント光の様子を示したものでり、図7の(b)
は、図7の(a)と垂直な方向、すなわち計測方向(Y
方向あるいはサジタル方向)と平行なYZ平面側から投
影レンズを見た時の投影レンズ3を介するアライメント
光の様子を示したものである。
Further, in this embodiment, the irradiation light LB 1 , L
Diffraction gratings G XA1 -G corresponding to B 2 and detection light DB W
Are provided XA3, but each with progressively Umate and with different pitches, the reticle position conjugate with one individual irradiation light LB, LB 2 and the detection light DB W along the pitch direction in each diffraction grating A configuration for condensing light may be adopted. This configuration can be employed in each of the embodiments described below. Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. 7 to 10, members having the same functions as in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. FIG. 7A shows a state of alignment light passing through the projection lens 3 when the projection lens 3 is viewed from the XZ plane side parallel to the X direction (meridional direction), and FIG. )
Is the direction perpendicular to FIG. 7A, that is, the measurement direction (Y
(Direction or sagittal direction) when the projection lens is viewed from the YZ plane side parallel to the projection lens 3.

【0057】第2実施例におけるレチクル2上の回折格
子のウエハマークWMY 及びこれに隣接したレチクル窓
WIは、図8の如く、第1実施例のそれらと比べると、
同じ露光領域2a外に設けられているものの、ウエハマ
ークWMY の回折格子の配列方向(ピッチ方向)は、第
1実施例と直交したY方向となっている。つまり、本実
施例では、Y方向を計測方向としている例を示してい
る。
[0057] The reticle window WI adjacent to the wafer mark WM Y and its diffraction grating on the reticle 2 in the second embodiment, as shown in FIG. 8, as compared with those of the first embodiment,
Although provided outside the same exposure area 2a, the arrangement direction (the pitch direction) of the diffraction grating of the wafer mark WM Y has a Y-direction orthogonal to the first embodiment. That is, this embodiment shows an example in which the Y direction is set as the measurement direction.

【0058】不図示であるが、レチクル2の上方には、
レチクルマークRMY 及びウエハマークWMY を照射及
び検出するための第1実施例と同様な構成のアライメン
ト光学系が設けられている。また、投影レンズの瞳(入
射瞳)位置には、補正光学素子としての回折格子
YA1 ,GYA2 ,GYA3 を有する透明な円形状の基板1
上が設けられている。そして、照射光補正光学素子とし
ての回折格子GYA1,GYA2 は、計測方向(Y方向)に
沿って、瞳中心を挟んで互いに反対方向を向くように形
成されており、また検出光補正光学素子としての回折格
子GYA3 は、非計測方向(X方向)にピッチを有するよ
うに瞳中心に形成されている。
Although not shown, above the reticle 2,
Reticle mark RMYAnd wafer mark WMYIrradiation
Of the same configuration as in the first embodiment for detecting
G optical system is provided. Also, the pupil of the projection lens (input
Diffraction grating as correction optical element
G YA1, GYA2, GYA3Transparent circular substrate 1 having
The top is provided. And, as an irradiation light correction optical element,
Diffraction grating GYA1, GYA2In the measurement direction (Y direction)
Along the pupil center so that they face in opposite directions.
Diffraction grating as a detection light correction optical element
Child GYA3Has a pitch in the non-measurement direction (X direction)
It is formed at the center of the pupil.

【0059】なお、レチクルマークRMY 及びウエハマ
ークWMY への照射、及びこれらからの回折光による検
出については、第1実施例と同様なので説明を省略す
る。さて、本発明では、図7の(b)に示す如く、アラ
イメント光学系からの2つの照射光LB1 ,LB2 は、
所定の交差角を持った2方向でレチクル窓WIを照射さ
れると、投影レンズ3の瞳面P上に形成された回折格子
YA1 ,GYA2 による回折作用により互いに反対方向へ
補正角θ1 だけ偏向されて、ウエハマークWMY 上を所
定の2方向で照射することになる。ここで、ウエハマー
クWMY は、図10に示す如く、ウエハ上の1ショット
領域4aの外のストリートラインSL上に形成されてお
り、ウエハ4のY方向の位置を計測するためにY方向に
ピッチを有している。
The irradiation on the reticle mark RM Y and the wafer mark WM Y and the detection by the diffracted light therefrom are the same as those in the first embodiment, and the description is omitted. Now, in the present invention, as shown in FIG. 7B, two irradiation lights LB 1 and LB 2 from the alignment optical system are
When the reticle window WI is irradiated in two directions having a predetermined intersection angle, the correction angles θ 1 are set in opposite directions by the diffraction effect of the diffraction gratings G YA1 and G YA2 formed on the pupil plane P of the projection lens 3. only being deflected, so that the irradiated on the wafer mark WM Y at two predetermined directions. Here, as shown in FIG. 10, the wafer mark WM Y is formed on the street line SL outside the one shot area 4a on the wafer, and in the Y direction to measure the position of the wafer 4 in the Y direction. It has a pitch.

【0060】ウエハマークWMY に対して法線方向に発
生する回折光DBW は、投影レンズの瞳面Pの中心に設
けられた回折格子GYA3 、レチクル窓WIを介して、不
図示ではあるが図1に示す如きアライメント光学系の検
出系に達する。一方、図7の(b)と垂直な方向では、
図7の(a)に示す如く、アライメント光学系からの2
つの照射光LB1 ,LB2 は、同一光路上を進行するよ
うに投影レンズ3に対し軸外から入射し、投影レンズ3
の瞳面Pの中心に達する。この位置には、回折格子G
YA1 ,GYA2 ,GYA3 は計測方向(Y方向)に沿って配
列されているため、図7の(a)では、これらが同一な
位置に設けられたように見えるが、照射光LB1 ,LB
2 は、回折格子GYA1 ,GYA2 により補正角θ2 だけ偏
向されて、軸外に設けられたウエハマークWMY を垂直
に照射する。そして、ウエハマークWMY から垂直方向
に発生する検出用の回折光DBW は、投影レンズの瞳面
の中心に設けられた回折格子GXA3により再び補正角
θ2 だけ偏向されて、レチクル窓WIを介して、不図示
のアライメント光学系の検出系に達する。
The diffracted light DB W generated in the direction normal to the wafer mark WM Y is not shown via a diffraction grating G YA3 provided at the center of the pupil plane P of the projection lens and a reticle window WI. Reaches the detection system of the alignment optical system as shown in FIG. On the other hand, in the direction perpendicular to FIG.
As shown in FIG.
The two irradiation lights LB 1 and LB 2 enter the projection lens 3 from off-axis so as to travel on the same optical path, and
To the center of the pupil plane P. In this position, the diffraction grating G
YA1, G YA2, since G YA3 is being arranged along the measuring direction (Y-direction), in the FIG. 7 (a), the looks like these were provided in the same position, the irradiation light LB 1, LB
2 is deflected by the correction angle θ 2 by the diffraction gratings G YA1 and G YA2 , and irradiates the off-axis wafer mark WM Y vertically. The diffraction light DB W for detection generated in the vertical direction from the wafer mark WM Y is again deflected by the correction angle θ 2 by the diffraction grating GXA 3 provided at the center of the pupil plane of the projection lens, and the reticle window WI , Reaches a detection system of an alignment optical system (not shown).

【0061】このように、照射光補正光学素子として機
能する回折格子GYA1 ,GYA2 は、計測方向(Y方向)
と平行なYZ平面側から見た時には、照射光LB1 ,L
2 を補正角θ1 だけ偏向させ、これと同時にX方向と
平行なXZ平面側から見た時には、補正角θ2 だけ偏向
させる機能を有している。これを換言すれば、回折格子
YA1 ,GYA2 は、投影レンズ3の軸上色収差量ΔLを
補正するするように、Y方向(計測方向)側では照射光
LB1 ,LB2 を補正角θ1 だけ偏向させ、これと同時
に投影レンズ3の倍率色収差量ΔTを補正するように、
X方向では照射光LB1 ,LB2 を補正角θ2 だけ偏向
さている。
As described above, the diffraction gratings G YA1 and G YA2 functioning as irradiation light correcting optical elements are arranged in the measurement direction (Y direction).
When viewed from the YZ plane side parallel to, the irradiation light LB 1 , L
B 2 correction angle theta 1 only to deflect the which A when viewed from the X direction parallel to the XZ plane side at the same time, has a function of deflecting by a correction angle theta 2. In other words, the diffraction gratings G YA1 and G YA2 correct the irradiation light LB 1 and LB 2 on the Y direction (measurement direction) side so as to correct the axial chromatic aberration ΔL of the projection lens 3. only 1 is deflected, this and to correct lateral chromatic aberration ΔT of the projection lens 3 at the same time,
In the X direction, the irradiation lights LB 1 and LB 2 are deflected by the correction angle θ 2 .

【0062】また、検出光補正光学素子として機能する
回折格子GYA3 は、投影レンズ3の倍率色収差量ΔTを
補正するように、X方向において検出光DBW を補正角
θ2 だけ偏向さている。次に、本実施例における補正光
学素子としての回折格子GYA1 ,GYA2 ,GYA 3 の配置
について説明する。本実施例の回折格子GYA1
YA2 ,GYA3 が第1実施例と異なる点は、まず、これ
らが配列されている方向がY方向であり、また照射光補
正光学素子としての回折格子GYA1 ,GYA2 のピッチが
等しく、両者の格子の配列方向が互いに反対方向に傾い
ている点である。これは照射光LB1 ,LB2 を、Y方
向(計測方向)側において互いに反対方向に補正角θ1
だけ偏向させ、X方向側において補正角θ2 だけ偏向さ
せるためである。
[0062] The diffraction grating G YA3 functioning as the detection light correcting optical element, so as to correct the magnification chromatic aberration ΔT of the projection lens 3, and is deflected by a correction angle theta 2 of the detection light DB W in the X direction. Next, explaining the arrangement of the diffraction grating G YA1, G YA2, G YA 3 as the correction optical element in the present embodiment. The diffraction grating G YA1 ,
G YA2 and G YA3 are different from the first embodiment in that the arrangement direction is the Y direction, and that the pitches of the diffraction gratings G YA1 and G YA2 as the irradiation light correcting optical element are equal. The point is that the arrangement directions of both lattices are inclined in directions opposite to each other. This irradiation light LB 1, LB 2, the correction angle theta 1 with each other in opposite directions in the Y-direction (measuring direction) side
This is for deflecting only by the correction angle θ 2 on the X direction side.

【0063】ここで、回折格子GYA1 〜GYA3 のピッチ
をそれぞれPYA1 ,PYA2 ,PYA3 とし、アライメント
光の波長をλa 、Y方向に対する回折格子GYA1 YA2
の傾きをθ4 とするとき、補正角と各回折格子のピッチ
とには以下の関係が成立する。 tan θ4 =sin θ2 /sin θ1 ・・・・・・ (6) PYA1 =PYA2 =mλa cos θ4 /sin θ1 ・・・・・・(7) PYA3 =mλa /sin θ2 ・・・・・・(8) 但し、mは回折次数(整数)である。
[0063] Here, the diffraction grating G YA1 ~G pitch of YA3 and P YA1, P YA2, P YA3 respectively, the wavelength of the alignment light lambda a, the diffraction grating with respect to the Y direction G YA1 G YA2
Is the inclination of θ 4 , the following relationship is established between the correction angle and the pitch of each diffraction grating. tan θ 4 = sin θ 2 / sin θ 1 (6) P YA1 = P YA2 = mλ a cos θ 4 / sin θ 1 (7) P YA3 = mλ a / sin θ 2 (8) where m is the diffraction order (integer).

【0064】本実施例における補正光学素子の回折格子
YA1 〜GYA3 も、第1実施例と同様に、投影レンズ3
の瞳(入射瞳)面P上に配置されているため、瞳面Pの
大きさに対してこれらの大きさを極めて小さくすること
が可能であるため、露光光に対する影響を無視すること
ができるが、これらの格子の段差が上述の条件(4)あ
るいは条件(5)を満足することが望ましい。
As in the first embodiment, the diffraction gratings G YA1 to G YA3 of the correction optical element in this embodiment are also different from the projection lens 3.
Are arranged on the pupil (entrance pupil) plane P, the size of the pupil plane P can be made extremely small with respect to the size of the pupil plane P, so that the influence on the exposure light can be ignored. However, it is desirable that the steps of these gratings satisfy the above condition (4) or condition (5).

【0065】以上の如く、第2実施例においても第1実
施例と同様に、投影レンズ3の色収差(軸上色収差や倍
率色収差)を補正するように照射光及び検出光の光路を
独立にコントロールできるため、第1実施例と同様な効
果を達成することができる。なお、第2実施例では説明
を簡単にするために、Y方向をアライメントする例を示
しているが、レチクルマークRMY とレチクル窓WIと
が設けられている非露光領域と隣合った非露光領域にX
方向にピッチを有するレチクルマークとこれに隣接して
レチクル窓とを設け、これらの上方に第2のアライメン
ト光学系を設ければ、X方向でのアライメントができる
ことは言うまでもない。このとき、補正光学素子として
の回折格子は、X方向に沿って上記回折格子GYA1 〜G
YA3 と同様な回折格子を設ければ良い。
As described above, in the second embodiment, similarly to the first embodiment, the optical paths of the irradiation light and the detection light are independently controlled so as to correct the chromatic aberration (axial chromatic aberration and chromatic aberration of magnification) of the projection lens 3. Therefore, the same effects as in the first embodiment can be achieved. In order in the second embodiment to simplify the explanation, an example is shown for alignment in the Y direction, the non-exposure Tonaria' the unexposed regions and the reticle mark RM Y and the reticle window WI are provided X in area
Obviously, if a reticle mark having a pitch in the direction and a reticle window adjacent to the mark are provided, and a second alignment optical system is provided above the reticle mark, alignment in the X direction can be performed. At this time, the diffraction grating as a correction optical element is provided along the X-direction with the diffraction gratings G YA1 to G YA1 to
What is necessary is just to provide the diffraction grating similar to YA3 .

【0066】次に、本発明による第3実施例は、第1実
施例と第2実施例との補正光学素子を組み合わせた例を
示しており、図11を参照しながら説明する。図11に
示す如く、レチクル2は、露光領域2aの外側におい
て、X方向の検出用のレチクルマークRMXA、Y方向の
検出用のレチクルマークRMYA及びこれらに隣接して設
けられたレチクル窓WI1 からなる第1のレチクルマー
ク群を有している。
Next, a third embodiment according to the present invention shows an example in which the correction optical elements of the first embodiment and the second embodiment are combined, and will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 11, the reticle 2 has a reticle mark RM XA for detection in the X direction, a reticle mark RM YA for detection in the Y direction, and a reticle window WI provided adjacent thereto outside the exposure region 2a. It has a first reticle mark group consisting of 1.

【0067】一方、このレチクル2は、この第1のレチ
クルマーク群(RMXA,RMYA,WI1 )と対向する露
光領域2aの外側にも、X方向の検出用のレチクルマー
クRMXB、Y方向の検出用のレチクルマークRMYB及び
これらに隣接して設けられたレチクル窓WI2 からなる
第2のレチクルマーク群を有している。そして、不図示
であるが、各マーク群に対してアライメント光を照射す
るための第1及び第2のアライメント光学系が各マーク
群に対応して2つ設けられておいる。ここで、不図示の
第1のアライメント光学系について第1実施例の図1を
基本として説明すれば、レチクル2とウエハ4とに対す
る各々XY方向の2次元的な位置情報を得るために、ま
ず図1の紙面と直交した方向にもう1組のAOMを配置
されており、レーザ光源10からの光束を4分割して、こ
の各々の光束を2組のAOMへ導くように構成されてい
る。そして、各AOMにより、互いに光周波数を持った
2組の照射光を半透過鏡14、対物レンズ18、反射鏡19を
介して第1のレチクルマーク群に対して、所定の交差角
を持った4方向で照射される。一方、図1に示した検出
系(20a,20b,21) は、本実施例においては、図12に示
す如き構成を有している。光電検出器20a 及び20b はX
方向検出用のレチクルマークRMXAからの検出光を、光
電検出器20c 及び20d はY方向検出用のレチクルマーク
RMYAからの検出光をそれぞれ検出するように構成され
ている。また、光電検出器21a は図14に示す如きX方
向検出用のウエハマークWMXAからの検出光を、光電検
出器21b はY方向検出用のウエハマークWMYAからの検
出光をそれぞれ検出するように構成されている。
On the other hand, this reticle 2 has reticle marks RM XB , Y for detection in the X direction outside the exposure area 2 a facing this first reticle mark group (RM XA , RM YA , WI 1 ). and a second reticle mark group consisting of the reticle window WI 2 provided adjacent to the direction of the reticle mark RM YB for detection and these. Although not shown, two first and second alignment optical systems for irradiating each mark group with alignment light are provided corresponding to each mark group. Here, a first alignment optical system (not shown) will be described based on FIG. 1 of the first embodiment. First, in order to obtain two-dimensional position information in the XY directions with respect to the reticle 2 and the wafer 4, first, Another set of AOMs is arranged in a direction orthogonal to the paper surface of FIG. 1, and is configured to divide a light beam from the laser light source 10 into four and guide each light beam to two sets of AOMs. Then, each of the AOMs has a predetermined crossing angle with respect to the first reticle mark group via the semi-transmissive mirror 14, the objective lens 18, and the reflecting mirror 19, for two sets of irradiation lights having optical frequencies mutually. Irradiated in four directions. On the other hand, the detection system (20a, 20b, 21) shown in FIG. 1 has a configuration as shown in FIG. 12 in this embodiment. The photoelectric detectors 20a and 20b are X
The detection light from the reticle mark RM XA for direction detection, the photoelectric detector 20c and 20d are configured to detect the detection light from the reticle mark RM YA for Y-direction detection, respectively. The photoelectric detector 21a detects the detection light from the wafer mark WM XA for X-direction detection as shown in FIG. 14, and the photoelectric detector 21b detects the detection light from the wafer mark WM YA for Y-direction detection as shown in FIG. Is configured.

【0068】なお、第2のアライメント光学系も第1の
アライメント光学系と同様に構成されており、図11中
において、Ax1 は第1のアライメント光学系の光軸、
Ax 2 は第2のアライメント光学系の光軸をそれぞれ示
している。さて、第1アライメント光学系からの照射光
LBXA1 ,LBXA2 は、レチクルマークRMXAに対して
所定の交差角を持つように第1のレチクルマーク群をカ
バーするように照射され、同じく第1アライメント光学
系からの照射光LBYA1 ,LBYA2 は、レチクルマーク
RMYAに対して所定の交差角を持つように第1のレチク
ルマーク群をカバーするように照射される。この時、照
射光LBXA1 ,LBXA2 を含む平面と照射光LBYA1
LBYA2 を含む平面とは互いに直交している。
Note that the second alignment optical system is also a first alignment optical system.
The configuration is the same as that of the alignment optical system.
In Ax1Is the optical axis of the first alignment optical system,
Ax TwoIndicates the optical axis of the second alignment optical system, respectively.
are doing. Now, the irradiation light from the first alignment optical system
LBXA1, LBXA2Is the reticle mark RMXAAgainst
Cover the first reticle mark group so as to have a predetermined intersection angle.
Irradiated in a bar, also the first alignment optics
Light LB from the systemYA1, LBYA2Is the reticle mark
RMYAThe first reticle has a predetermined intersection angle with respect to
Is applied so as to cover the mark group. At this time,
Light LBXA1, LBXA2Plane and irradiation light LBYA1,
LBYA2Are perpendicular to each other.

【0069】そして、各照射光LBXA1 ,LBXA2 の逆
光路を辿る各レチクルマークRMXAからの回折光、及び
各照射光LBYA1 ,LBYA2 の逆光路を辿る各レチクル
マークRMYAからの回折光は、図12に示す如く、不図
示のアライメント光学系中の対物レンズの瞳(入射瞳)
と共役な位置に設けられた光電検出器(20a,20b,20c,20
d) にて検出することにより、レチクル2のXY方向の
2次元的な位置情報が得られる。
Then, the diffracted light from each reticle mark RM XA following the reverse optical path of each irradiation light LB XA1 and LB XA2 , and the diffraction from each reticle mark RM YA following the reverse optical path of each irradiation light LB YA1 and LB YA2. As shown in FIG. 12, light is incident on a pupil (entrance pupil) of an objective lens in an unillustrated alignment optical system.
Photoelectric detectors (20a, 20b, 20c, 20
By detecting at d), two-dimensional position information of the reticle 2 in the X and Y directions can be obtained.

【0070】一方、第2アライメント光学系からの照射
光LBXB1 ,LBXB2 は、レチクルマークRMXBに対し
て所定の交差角を持つように第2のレチクルマーク群を
カバーするように照射され、同じく第2アライメント光
学系からの照射光LBYB1 ,LBYB2 は、レチクルマー
クRMYBに対して所定の交差角を持つように第1のレチ
クルマーク群をカバーするように照射される。この時、
照射光LBXB1 ,LB XB2 を含む平面と照射光L
YB1 ,LBYB2 を含む平面とは互いに直交している。
そして、各照射光LBXB1 ,LBXB2 の逆光路を辿る各
レチクルマークRMXBからの回折光、及び各照射光LB
YB1 ,LBYB2 の逆光路を辿る各レチクルマークRMYB
からの回折光は、図12に示す如く、不図示のアライメ
ント光学系中の対物レンズの瞳と共役な位置に設けられ
た各々光電検出器(20a,20b,20c,20d) にてレチクル2の
XY方向の2次元的な位置情報が検出される。
On the other hand, irradiation from the second alignment optical system
Light LBXB1, LBXB2Is the reticle mark RMXBAgainst
The second reticle mark group so as to have a predetermined intersection angle
Irradiated to cover, also the second alignment light
Irradiation light LB from academic systemYB1, LBYB2Is a reticle mer
KRMYBThe first retic so that it has a predetermined intersection angle
Irradiation is performed so as to cover the mark group. At this time,
Irradiation light LBXB1, LB XB2Plane and irradiation light L
BYB1, LBYB2Are perpendicular to each other.
And each irradiation light LBXB1, LBXB2Follow the back light path of each
Reticle mark RMXBLight and each irradiation light LB
YB1, LBYB2Reticle mark RM following the back light path ofYB
As shown in FIG. 12, the diffracted light from
At the position conjugate with the pupil of the objective lens in the
Of the reticle 2 with the photoelectric detectors (20a, 20b, 20c, 20d)
Two-dimensional position information in the XY directions is detected.

【0071】さて、レチクル窓WI1 を通過した照射光
LBXA1 ,LBXA2 及び照射光LB YA1 ,LBYA2 は、
不図示の投影レンズの瞳面Pに達する。これと同時に、
レチクル窓WI2 を通過した照射光LBXB1 ,LBXB2
及び照射光LBYB1 ,LBYB 2 も、不図示の投影レンズ
の瞳面Pに達する。投影レンズの瞳面Pには、図13に
示す如く、透過性の円形基板1上において照射光補正光
学素子としての回折格子が瞳中心に対し対称となるよう
にX,Y方向に沿って並列的に形成されている。
Now, the reticle window WI1Irradiation light passing through
LBXA1, LBXA2And irradiation light LB YA1, LBYA2Is
The light reaches the pupil plane P of the projection lens (not shown). At the same time,
Reticle window WITwoLight LB that has passed throughXB1, LBXB2
And irradiation light LBYB1, LBYB TwoAlso not shown projection lens
To the pupil plane P. FIG. 13 shows the pupil plane P of the projection lens.
As shown in FIG.
So that the diffraction grating as the optical element is symmetric with respect to the pupil center
Are formed in parallel along the X and Y directions.

【0072】そして、回折格子GXA1 ,GXA2 は、第1
実施例と同様に投影レンズの軸上色収差と倍率色収差を
補正するように、第1のアライメント光学系からの照射
光LBXA1 ,LBXA2 をそれぞれ偏向させるとともに、
回折格子GXB1 ,GXB2も、第1実施例と同様に投影レ
ンズの軸上色収差と倍率色収差を補正するように、第2
のアライメント光学系からの照射光LBXB1 ,LBXB2
をそれぞれ偏向させる。また、回折格子GYA1 ,GYA2
は、第2実施例と同様に投影レンズの軸上色収差と倍率
色収差を補正するように、第1のアライメント光学系か
らの照射光LB YA1 ,LBYA2 をそれぞれ偏向させると
ともに、回折格子GYB1 ,GYB2 も、第2実施例と同様
に投影レンズの軸上色収差と倍率色収差を補正するよう
に、第2のアライメント光学系からの照射光LBYB1
LBYB2 をそれぞれ偏向させる機能を有している。
Then, the diffraction grating GXA1, GXA2Is the first
As in the embodiment, the axial chromatic aberration and the lateral chromatic aberration of the projection lens are reduced.
Irradiation from the first alignment optical system so as to correct
Light LBXA1, LBXA2And deflect each,
Diffraction grating GXB1, GXB2In the same manner as in the first embodiment,
To correct the axial chromatic aberration and the lateral chromatic aberration of the lens.
Light LB from the alignment optical systemXB1, LBXB2
Are respectively deflected. Also, the diffraction grating GYA1, GYA2
Represents the axial chromatic aberration and magnification of the projection lens as in the second embodiment.
The first alignment optical system is used to correct chromatic aberration.
Irradiation light LB YA1, LBYA2When each is deflected
In both cases, diffraction grating GYB1, GYB2Is also the same as in the second embodiment.
To correct axial chromatic aberration and chromatic aberration of magnification of the projection lens
The irradiation light LB from the second alignment optical systemYB1,
LBYB2Have the function of deflecting the respective light.

【0073】ここで、第1及び第2のアライメント光学
系からのX方向を検出のための照射光(LBXA1 ,LB
XA2 ,LBXB1,LBXB2 )に対して偏向機能を有する
各回折格子とピッチとの関係は、回折格子GXA1 のピッ
チをGPXA1 とし、回折格子GXA2 のピッチをG
XA2 、回折格子GXB1 のピッチをGPXB1 、回折格子
XB 2のピッチをGPXB2 とするとき、以下の如くな
る。
Here, irradiation light (LB XA1 , LB) for detecting the X direction from the first and second alignment optical systems is used.
XA2 , LBXB1 , LBXB2 ), the relationship between each diffraction grating having a deflection function and the pitch is as follows: the pitch of the diffraction grating G XA1 is GP XA1, and the pitch of the diffraction grating G XA2 is G.
P XA2, pitch GP XBl diffraction grating G XBl, when the the GP XB2 pitch of the diffraction grating G XB 2, becomes as follows.

【0074】 GPXA1(=GPXB1)<GPXA2(=GPXB2)・・・・・・(9) また、第1及び第2のアライメント光学系からのY方向
を検出のための照射光(LBYA1 ,LBYA2 ,L
YB1 ,LBYB2 )に対して偏向機能を有する各回折格
子のピッチ方向は、投影レンズの瞳中心に対して互いに
反対方向に傾いている。
GP XA1 (= GP XB1 ) <GP XA2 (= GP XB2 ) (9) Irradiation light for detecting the Y direction from the first and second alignment optical systems ( LB YA1 , LB YA2 , L
The pitch directions of the diffraction gratings having a deflecting function with respect to B YB1 and LB YB2 ) are inclined in directions opposite to each other with respect to the pupil center of the projection lens.

【0075】従って、図13に示した如き照射光補正光
学素子としての回折格子の配置によって、各アライメン
ト光学系からの照射光の光路補正されて、ウエハ上に形
成された各ウエハマークを所定の2方向で照射すること
になる。すなわち、第1のアライメント光学系からの照
射光LBXA1 ,LBXA2 は、図13に示す如く、ウエハ
マークWMXAを2方向で照射し、第1のアライメント光
学系からの照射光LBYA1 ,LBYA2 は、ウエハマーク
WMYAを所定の2方向で照射する。これによって、各ウ
エハマークWMXA,WMYAからの回折光の内で検出用の
回折光が投影レンズの瞳中心へ向かう。
Accordingly, by arranging the diffraction grating as the irradiation light correcting optical element as shown in FIG. 13, the optical path of the irradiation light from each alignment optical system is corrected, and each wafer mark formed on the wafer is adjusted to a predetermined position. Irradiation is performed in two directions. That is, as shown in FIG. 13, the irradiation lights LB XA1 and LB XA2 from the first alignment optical system irradiate the wafer mark WM XA in two directions, and the irradiation lights LB YA1 and LB from the first alignment optical system. YA2 irradiates wafer mark WM YA in two predetermined directions. As a result, of the diffracted light from each of the wafer marks WM XA and WM YA , the diffracted light for detection goes to the center of the pupil of the projection lens.

【0076】一方、第2のアライメント光学系からの照
射光LBXB1 ,LBXB2 は、ウエハマークWMXBを照射
し、第2のアライメント光学系からの照射光LBYB1
LB YB2 は、ウエハマークWMYBを所定の2方向で照射
する。これによって、各ウエハマークWMXA,WMYA
らの回折光の内で検出用の回折光が投影レンズの瞳中心
へ向かう。
On the other hand, the illumination from the second alignment optical system
Light LBXB1, LBXB2Is the wafer mark WMXBIrradiate
And the irradiation light LB from the second alignment optical systemYB1,
LB YB2Is the wafer mark WMYBIrradiates in two predetermined directions
I do. Thereby, each wafer mark WMXA, WMYAOr
Among these diffracted lights, the diffracted light for detection is the pupil center of the projection lens
Head to.

【0077】投影レンズの瞳中心には、図13に示す如
く、X方向にピッチを有する検出光補正光学素子として
の回折格子G3 が設けられており、この回折格子G
3 は、投影レンズの倍率色収差を補正するように、ウエ
ハマークWMXA,WMYAからの検出用の回折光と、ウエ
ハマークWMXA,WMYAからの回折光の内で検出用の回
折光とを偏向させて、各アライメント光学系へ導く。従
って、これらの検出光は、図12に示す如く、不図示の
各アライメント光学系の対物レンズの瞳共役に設けられ
た光電検出器(21a,21b)にてウエハマークのXY方向の
2次元的な位置情報が検出される。
At the center of the pupil of the projection lens, as shown in FIG. 13, a diffraction grating G 3 as a detection light correcting optical element having a pitch in the X direction is provided.
3, so as to correct the chromatic aberration of magnification of the projection lens, the wafer mark WM XA, and the diffracted light for detecting from the WM YA, wafer marks WM XA, and the diffracted light for detecting among the diffracted light from WM YA Is deflected and guided to each alignment optical system. Accordingly, as shown in FIG. 12, these detection lights are two-dimensionally moved in the XY directions of the wafer mark by photoelectric detectors (21a, 21b) provided at the pupil conjugate of the objective lens of each alignment optical system (not shown). Location information is detected.

【0078】以上の如く、第3実施例においても第1及
び第2実施例と同様に、投影レンズ3の色収差(軸上色
収差や倍率色収差)を補正するように照射光及び検出光
の光路を独立にコントロールできるため、第1及び第2
実施例と同様な効果を達成することができる。なお、本
実施例においても、補正光学素子としての各回折格子
(GXA1,GXA2,GXB1,GXB2)は、上記段差の条件(4)
あるいは条件(5)を満足することが望ましい。
As described above, in the third embodiment, similarly to the first and second embodiments, the optical paths of the irradiation light and the detection light are corrected so as to correct the chromatic aberration (axial chromatic aberration and chromatic aberration of magnification) of the projection lens 3. Because it can be controlled independently, the first and second
The same effect as that of the embodiment can be achieved. Note that, also in the present embodiment, each diffraction grating (G XA1 , G XA2 , G XB1 , G XB2 ) as the correction optical element is set to satisfy the above-mentioned step condition (4).
Alternatively, it is desirable to satisfy the condition (5).

【0079】次に、本発明による第4実施例を図15を
参照しながら説明する。本実施例では、照射光補正光学
素子の回折格子GXA1 ,GXA2 と検出光補正光学素子の
回折格子GXA3 が配置される位置は実施例1と同様であ
るが、各回折格子のピッチが第1実施例のものよりも小
さく構成されており、これにより、照射光路と検出光路
とをより露光領域外へ偏向させている。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the position of the diffraction grating G XA3 is placed in the diffraction grating G XA1, G XA2 and detecting light correcting optical element of the irradiation light correcting optical element is the same as the first embodiment, the pitch of the diffraction grating It is configured smaller than that of the first embodiment, thereby deflecting the irradiation light path and the detection light path further out of the exposure area.

【0080】ここで、第15図中におけるB1 はアライ
メント光のもとでウエハマークWM X 上の位置Aが投影
レンズ3により仮想的に結像される位置(軸上色収差と
倍率色収差とが発生した状態)、B0は露光光のもとで
ウエハマークWMX 上の位置Aが投影レンズ3により結
像される位置(色収差が発生していない状態)、B2
投影レンズ3の軸上色収差を補正しながら、これの倍率
色収差を過剰に補正している状態でウエハマークWMX
上の位置Aが投影レンズ3により結像される位置であ
る。
Here, B in FIG.1Is Arai
Wafer mark WM under XPosition A above is projected
The position where the image is virtually formed by the lens 3 (the axial chromatic aberration and
A state in which chromatic aberration of magnification occurs), B0Is under the exposure light
Wafer mark WMXThe upper position A is connected by the projection lens 3.
Image position (state in which chromatic aberration does not occur), BTwoIs
While correcting the axial chromatic aberration of the projection lens 3, the magnification
When the chromatic aberration is excessively corrected, the wafer mark WM isX
The upper position A is a position where an image is formed by the projection lens 3.
You.

【0081】以上にて説明した第1〜第3実施例では、
照射光補正光学素子の回折格子GXA 1 ,GXA2 及び検出
光補正光学素子の回折格子GXA3 は、ともに倍率色収差
を補正するように照射光と検出光を偏向させているが、
第4実施例では、照射光補正光学素子の回折格子
XA1 ,GXA2 及び検出光補正光学素子の回折格子G
XA3 は、投影レンズ3の倍率色収差量ΔT以上の倍率色
収差量ΔT’を発生させるように、照射光LB1 ,LB
2 と検出光DBW を偏向させている。すなわち、照射光
補正光学素子の回折格子GXA1 ,GXA2 は、投影レンズ
3の軸上色収差量ΔLと同等の軸上色収差量を発生させ
る(投影レンズ3の軸上色収差を補正する)とともに、
投影レンズ3の倍率色収差量ΔT以上の倍率色収差量Δ
T’を発生させる(投影レンズ3の倍率色収差を過剰補
正する)ように、照射光LB1 ,LB2 をレチクル上で
のより露光領域の外側の位置B2 へそれぞれ補正角
θ1 ’,θ2 ’だけ偏向させている。また、検出光補正
光学素子の回折格子GXA3 は、投影レンズの倍率色収差
量以上の倍率色収差量ΔT’を発生させる(投影レンズ
の倍率色収差を過剰補正する)ように、検出光DBW
レチクル上でのより露光領域外側の位置B2 へ補正角θ
3 ’だけ偏向させている。
In the first to third embodiments described above,
Diffraction grating G XA3 of the diffraction grating G XA 1, G XA2 and detecting light correcting optical element of the irradiation light correcting optical element is both have to deflect the irradiation light and the detection light so as to correct the chromatic aberration of magnification,
In the fourth embodiment, the diffraction gratings G XA1 and G XA2 of the irradiation light correction optical element and the diffraction grating G of the detection light correction optical element
XA3 emits light LB 1 , LB so as to generate a magnification chromatic aberration amount ΔT ′ equal to or larger than the magnification chromatic aberration amount ΔT of the projection lens 3.
2 that deflects the detection light beam DB W. That is, the diffraction gratings G XA1 and G XA2 of the irradiation light correction optical element generate an axial chromatic aberration amount equivalent to the axial chromatic aberration amount ΔL of the projection lens 3 (correct the axial chromatic aberration of the projection lens 3), and
Magnification chromatic aberration ΔT equal to or larger than magnification chromatic aberration ΔT of projection lens 3
In order to generate T ′ (excessively correcting the chromatic aberration of magnification of the projection lens 3), the irradiation lights LB 1 and LB 2 are respectively corrected to the positions B 2 outside the exposure area on the reticle at the correction angles θ 1 ′ and θ. It is deflected by 2 '. Also, the diffraction grating G XA3 of the detection light correction optical element reticle-detects the detection light DB W so as to generate a magnification chromatic aberration amount ΔT ′ equal to or larger than the magnification chromatic aberration amount of the projection lens (excessively correcting the magnification chromatic aberration of the projection lens). The correction angle θ to the position B 2 outside the exposure area above
3 'has only deflected.

【0082】これにより、レチクルマークRMX 及びレ
チクルWIをより露光領域外側へ設けることができ、ア
ライメント光路を偏向させるための反射鏡18が露光領域
を遮光しないための配置条件を緩和させることができ
る。さらに、本実施例では、以下に述べる利点を有す
る。スルーザレチクル(TTR)方式では、レチクル上
のレチクルマークRMX を回路パターン領域の極近傍に
設けるとともに、ウエハ上のウエハマークWMX をショ
ット領域(例えばストリートラインST内)に設けて、
アライメント位置と露光位置とを一致させたダイ・バイ
・ダイ(D/D)アライメント法が容易に実現できる。
この場合、ウエハ上のマークWMX をアライメントする
時には、レジストの感光が起こらないものの、露光時に
は、ウエハマークWMX からのアライメント光を取り出
すためのレチクル窓を介した露光光がウエハ上のマーク
上のレジストを感光させてしまう恐れがある。その結
果、現像後にプロセスに通すと、ウエハマークWMX
破壊されてしまい、次の露光工程では、そのマークを使
用することができない場合がある。
[0082] Thus, it is possible to provide the more exposed areas outside the reticle mark RM X and the reticle WI, reflecting mirror 18 for deflecting the alignment light path can mitigate the arrangement conditions for not shielding the exposed area . Further, this embodiment has the following advantages. The through-the-reticle (TTR) system, provided with a reticle mark RM X on the reticle very close to the circuit pattern area, provided the wafer mark WM X on the wafer in the shot area (for example, street line within ST),
A die-by-die (D / D) alignment method in which the alignment position and the exposure position are matched can be easily realized.
In this case, when the alignment mark WM X on the wafer, although the resist of the photosensitive does not occur at the time of exposure, exposure light through the reticle window for taking out the alignment light from the wafer mark WM X is the mark on the wafer May be exposed. As a result, when passed through a process after the development, the wafer mark WM X is destroy anything, the next exposure step, it may not be able to use the mark.

【0083】これに対し、第4実施例では、レチクル窓
WIをより露光領域外側へ設けることが原理的に可能と
なり、ウエハマークWMX の保護ができる。なお、第4
実施例でも、補正光学素子が投影レンズの瞳面に設けら
れているため、第1実施例〜第3実施例と同様な効果を
達成できることは言うまでもない。さらに、本実施例に
おいても、補正光学素子としての各回折格子(GXA1,G
XA2,GXA3)は、条件(4)もしくは条件(5)の段差の
条件を満足することが好ましい。
[0083] In contrast, in the fourth embodiment, by providing the more exposed areas outside the reticle window WI becomes theoretically possible, it is the protection of the wafer mark WM X. The fourth
In the embodiment, since the correction optical element is provided on the pupil plane of the projection lens, it is needless to say that the same effects as those of the first to third embodiments can be achieved. Further, also in this embodiment, each diffraction grating (G XA1 , G
XA2, G XA3) preferably satisfies the conditions of the step of the condition (4) or the condition (5).

【0084】次に、本発明による第5実施例を図16を
参照しながら説明する。露光光とは異なる波長光を発す
るレーザ光源30からの光束は反射鏡31、対物レンズ32、
反射鏡33を介して、レチクル2上を斜入射する。レチク
ル上には、図17に示す如く、レチクル窓WIと、これ
と隣接して設けられた透過型の回折格子GR が設けられ
ている。また、レチクル2と投影レンズ3との間には、
図18の(a)に示す如く、照射光補正光学素子の回折
格子GXA11が形成された円形状の透過型の基板1aが配
置されており、投影レンズ3の瞳位置には、図18の
(b)に示す如く、検出光補正光学素子の回折格子G
XA12, GXA13が瞳中心に対し対称となるようにX方向に
沿って形成された円形状の透過型の基板1bが配置され
ている。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A light beam from a laser light source 30 that emits light having a wavelength different from the exposure light is reflected by a reflecting mirror 31, an objective lens 32,
The light is obliquely incident on the reticle 2 via the reflecting mirror 33. On reticle, as shown in FIG. 17, the reticle window WI, diffraction grating G R of the transmission type provided adjacent are provided therewith. Also, between the reticle 2 and the projection lens 3,
As shown in FIG. 18A, a circular transmission-type substrate 1a on which a diffraction grating G XA11 of an irradiation light correction optical element is formed is arranged. As shown in (b), the diffraction grating G of the detection light correcting optical element
A circular transmission type substrate 1b formed along the X direction is arranged so that XA12 and G XA13 are symmetrical with respect to the center of the pupil.

【0085】さて、レーザ光源30からの光束LBは、
レチクル上のレチクル窓WIを介し、照射光補正光学素
子の回折格子GXA11により、投影レンズの倍率色収差量
以上の倍率色収差量ΔT’を発生させるように、補正角
θ11だけ偏向される。その後、投影レンズ3の瞳中心を
介して、ウエハ4上に形成されたウエハマークWMX
垂直に照射する。そして、このウエハマークから発生す
る±1次回折光DB(+1),DB(−1)は、それぞれ投
影レンズ3の瞳面Pに達する。そして、検出光補正光学
素子の回折格子GXA12,GXA13により、投影レンズ3の
軸上色収差量ΔLと倍率色収差量ΔTに対し同等の軸上
色収差量ΔLと倍率色収差量ΔTとを発生させる(投影
レンズ3の軸上色収差と倍率色収差とを補正する)よう
に、+1次回折光DB(+1)と−1次回折光DB(−
1)とをそれぞれ補正角θ12,θ13だけ偏向させる。その
後、+1次回折光DB(+1)と−1次回折光DB(-1)
とはレチクル2上に形成された透過型の回折格子GR
を所定の2方向で照射し、この回折格子GR によって回
折される。そして、+1次回折光DB(+1)と−1次
回折光DB(−1)との照射により、回折格子GR の法線
方向に発生する回折光同士が互いに干渉しながら反射鏡
33,対物レンズ32を介して、光検出器34にて光電検出さ
れる。
Now, the light beam LB from the laser light source 30 is
Through a reticle window WI on the reticle, by the diffraction grating G XA11 of the irradiation light correcting optical element, so as to generate a magnification chromatic aberration amount [Delta] T 'above lateral chromatic aberration of the projection lens, it is deflected by a correction angle theta 11. Then, through the pupil center of the projection lens 3 and illuminates the wafer mark WM X formed on the wafer 4 vertically. The ± first-order diffracted lights DB (+1) and DB (−1) generated from the wafer mark reach the pupil plane P of the projection lens 3 respectively. Then, the diffraction gratings G XA12 and G XA13 of the detection light correction optical element generate the axial chromatic aberration ΔL and the lateral chromatic aberration ΔT equivalent to the axial chromatic aberration ΔL and the lateral chromatic aberration ΔT of the projection lens 3 ( The + 1st-order diffracted light DB (+1) and the -1st-order diffracted light DB (−) correct the axial chromatic aberration and the lateral chromatic aberration of the projection lens 3).
1) are deflected by correction angles θ 12 and θ 13 , respectively. After that, the + 1st-order diffracted light DB (+1) and the -1st-order diffracted light DB (-1)
The irradiated onto the diffraction grating G R of the transmission type formed on the reticle 2 in the predetermined two directions, it is diffracted by the diffraction grating G R. Then, + 1 by irradiation of order diffracted light DB and (+1) -1-order diffracted light DB (-1), the reflector while diffracted light each other interfere with each other occurring in the normal direction of the diffraction grating G R
33, photoelectrically detected by a photodetector 34 via an objective lens 32.

【0086】ここで、ウエハ4の位置検出は、不図示の
ウエハ4を載置しているウエハステージを走査させるこ
とにより、光検出器34では、ウエハ4の位置に対応した
強度信号が得られ、この強度信号を検出することにより
ウエハの位置決めが達成される。以上の如く、本実施例
では、照射光補正光学素子の回折格子GXA11と検出光補
正光学素子の回折格子GXA12,GXA13とで発生させてい
る倍率色収差量を異ならせしめているため、照射光と検
出光との分離を容易にすることができる。
Here, the position of the wafer 4 is detected by scanning a wafer stage on which the wafer 4 (not shown) is mounted, so that the photodetector 34 can obtain an intensity signal corresponding to the position of the wafer 4. The positioning of the wafer is achieved by detecting the intensity signal. As described above, in the present embodiment, the amount of chromatic aberration of magnification generated by the diffraction grating G XA11 of the irradiation light correction optical element and the diffraction gratings G XA12 and G XA13 of the detection light correction optical element is made different. Light and detection light can be easily separated.

【0087】また、本実施例においても第1〜第4実施
例と同様に、補正光学素子としての回折格子GXA11〜G
XA13は、照射光LB1 ,LB2 と検出光DBW とが通過
する部分だけに形成すれば良いので、補正光学素子とし
ての回折格子GXA11〜GXA13は、露光光に対する影響を
殆ど無視できる程、投影レンズの瞳面において占める割
合を極めて小さくすることが原理的に可能となる。さら
に、回折格子GXA11〜GXA13は、前述した段差の条件
(4)または条件(5)を満足することがより好まし
い。
In this embodiment, as in the first to fourth embodiments, diffraction gratings G XA11 to G XA11 to G XA11 to G XA as correction optical elements are used.
XA13 since the irradiation light LB 1, LB 2 and the detection light DB W may be formed only in a portion that passes through the diffraction grating G XA11 ~G XA13 as correcting optical element can hardly ignore the influence on the exposure light In principle, it becomes possible in principle to make the ratio of the projection lens occupying the pupil plane extremely small. Further, it is more preferable that the diffraction gratings G XA11 to G XA13 satisfy the condition (4) or the condition (5) of the step.

【0088】なお、第1実施例〜第4実施例では、互い
に異なる光周波数の回折光を被検マークに対し2方向で
照射して、このマークから回折されるビート干渉光を光
電検出してアライメントを行う、所謂ヘテロダインアラ
イメント方式を採用しているが、第5実施例に示した如
く、被検マークに対し光を照射して、このマークから回
折される2つの回折光を干渉させて、ウエハの位置に応
じた光強度を光電検出してアライメントを行う、所謂ホ
モダインアライメント方式を採用した場合にも、本発明
は有効であることは言うまでもない。また、第5実施例
のレーザ光源を、例えば互いに直交した方向で僅かに異
なる光周波数差を持った光束を供給するゼーマンレーザ
に交換し、ビート干渉光を光電検出するヘテロダイン方
式のアライメントを行っても良い。
In the first to fourth embodiments, the target mark is irradiated with diffracted light beams having different optical frequencies in two directions, and the beat interference light diffracted from the mark is photoelectrically detected. The so-called heterodyne alignment method for performing alignment is adopted. However, as shown in the fifth embodiment, light is irradiated to a test mark to cause interference between two diffracted lights diffracted from the mark. It is needless to say that the present invention is also effective when a so-called homodyne alignment method in which alignment is performed by photoelectrically detecting the light intensity corresponding to the position of the wafer is adopted. In addition, the laser light source of the fifth embodiment is replaced with, for example, a Zeeman laser that supplies light beams having slightly different optical frequency differences in directions orthogonal to each other, and a heterodyne type alignment for photoelectrically detecting beat interference light is performed. Is also good.

【0089】さらに、第1実施例〜第4実施例では、照
射光補正光学素子と検出光補正光学素子とを、レチクル
とウエハとの間で分離して設け、照射光と検出光とに対
し独立に機能するようしているが、被検マークに対し2
方向で照射している照射光路を逆に辿るビート干渉光
(照射光LB1 の0次光と照射光LB2 の−2次光また
は照射光LB2 の0次光と照射光LB2 の+2次光)を
光電検出するようにすれば、検出光補正光学素子を省略
することも可能である。
Further, in the first to fourth embodiments, the irradiation light correction optical element and the detection light correction optical element are provided separately between the reticle and the wafer, and the irradiation light correction optical element It works independently, but 2
Beat interference light following the irradiation optical path is irradiated in the direction reversed (irradiation light LB 1 of the zero-order light and the irradiation light LB 2 of -2 order light or the irradiation light LB 2 0 order light and the irradiation light LB 2 +2 If the next light is photoelectrically detected, the detection light correction optical element can be omitted.

【0090】また、第1実施例〜第5実施例では、TT
R方式のアライメントを行っているが、本発明はこれに
限るものではなく、例えば、レチクル2と投影レンズ3
との間に反射鏡を配置するとともにこの反射鏡の反射方
向にアライメント光学系を配置して、投影レンズ3を介
してウエハマークをアライメントするTTR方式のアラ
イメントを行えることは言うまでもない。
In the first to fifth embodiments, TT
Although the alignment of the R type is performed, the present invention is not limited to this. For example, the reticle 2 and the projection lens 3
Needless to say, a TTR type alignment for aligning the wafer mark via the projection lens 3 can be performed by arranging a reflecting mirror between the mirror and the reflecting mirror and arranging an alignment optical system in the reflecting direction of the reflecting mirror.

【0091】また、本実施例による第1実施例〜第5実
施例では、照射光路と検出光路とのアライメント光路を
コントロールする補正光学素子として回折格子を設けて
いるが、これの代わりに、楔上の微小なプリズムを設け
ても良い。このとき、露光光に対するプリズムによる影
響を軽減させるためには、露光光が照明される側のプリ
ズム面には、露光光を反射させ、アライメント光を透過
させる波長分別機能を持つ薄膜を蒸着させることが望ま
しい。
In the first to fifth embodiments of the present embodiment, a diffraction grating is provided as a correction optical element for controlling an alignment optical path between an irradiation optical path and a detection optical path. An upper minute prism may be provided. At this time, in order to reduce the influence of the prism on the exposure light, a thin film having a wavelength separation function of reflecting the exposure light and transmitting the alignment light is deposited on the prism surface on the side where the exposure light is illuminated. Is desirable.

【0092】また、補正光学素子としてフレネルゾーン
プレートとして機能させるように構成しても良い。例え
ば図4,図9に示した如き補正光学素子GXA11〜GXA13
をそれぞれ図19,図20に示す如くRを中心とした同
心円状のフレネルゾーンプレートとして構成しても良
い。ここで、図19,図20に示す各補正光学素子GXA
11〜GXA13は中心Rから半径方向に離れるに従ってピッ
チが密となるように構成されているため、レンズ作用を
有している。これにより、レチクル窓でのビームの広が
りを抑えることができる。この場合、フレネルゾーンプ
レートは、先に述べた条件(4)または条件(5)を満
足することが好ましい。
Further, a configuration may be adopted in which a correction optical element functions as a Fresnel zone plate. For example, correction optical elements G XA11 to G XA13 as shown in FIGS.
May be configured as concentric Fresnel zone plates centered on R as shown in FIGS. 19 and 20, respectively. Here, each correction optical element G XA shown in FIGS.
11 to G XA13 have a lens function because they are configured so that their pitches become denser as they move away from the center R in the radial direction. Thereby, the spread of the beam at the reticle window can be suppressed. In this case, it is preferable that the Fresnel zone plate satisfies the condition (4) or the condition (5) described above.

【0093】なお、図19,図20に示した補正光学素
子GXA11〜GXA13を応用して図13の如く組み合わせて
も良い。さて、次に本発明による第6実施例について図
21及び図22を参照しながら説明する。
The correction optical elements G XA11 to G XA13 shown in FIGS. 19 and 20 may be combined as shown in FIG. Next, a sixth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS.

【0094】本実施例は、先に述べた第1乃至第5実施
例のレーザ干渉によるアライメントと異なり、ウエハマ
ークWMx の像を検出する画像アライメント系に応用し
た例を示す。先に説明した図1に示す第1実施例に対し
て本実施例が異なる点は、半透過鏡14の反射方向に照明
光学系(40〜45)を設け、半透過鏡14の反射方向に像検
出光学系(46,47) を設けた点である。
[0094] This embodiment is different from the alignment by laser interference of the first to fifth embodiment described above shows an example of applying an image alignment system for detecting an image of the wafer mark WM x. This embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 1 described above in that an illumination optical system (40 to 45) is provided in the reflection direction of the semi-transmissive mirror 14, and The point is that an image detecting optical system (46, 47) is provided.

【0095】図21に示す如く、光源30から発する例え
ば可視光は、σ絞り41、フィルター42を介することによ
り所定の波長域の光にされた後、レンズ43,視野絞り4
4, レンズ34,半透過鏡14,対物レンズ18、反射鏡19,
レチクル窓WI及び投影レンズ3を介してウエハ4上の
ウエハマークWMx を均一に照明する。そして、このウ
エハマークWMx からの反射光は、投影レンズ3,レチ
クル窓WI,反射鏡19,対物レンズ18、半透過鏡14,結
像レンズ46を介してCCDまたは撮像管等の像検出器47
上に結像される。
As shown in FIG. 21, for example, visible light emitted from the light source 30 is converted into light in a predetermined wavelength range by passing through a σ stop 41 and a filter 42, and then the lens 43 and the field stop 4 are turned on.
4, lens 34, semi-transmissive mirror 14, objective lens 18, reflecting mirror 19,
Through the reticle window WI, and the projection lens 3 to uniformly illuminate the wafer mark WM x on the wafer 4. Then, reflected light from the wafer mark WM x is the projection lens 3, the reticle window WI, reflecting mirror 19, the objective lens 18, half mirror 14, an image detector such as a CCD or pickup tube through the imaging lens 46 47
Imaged on top.

【0096】ここで、本実施例の投影レンズ3の瞳位置
Pには、図4に示した如き回折格子GXA1 ,GXA2 ,G
XA3 が配置されており、これらによってアライメント光
に対する投影レンズの軸上色収差並びに倍率色収差が補
正される。具体的には、投影レンズ3の光軸Ax0 に対
し偏心した位置(軸外の位置)に設けられた第1の回折
格子GXA1 ,GXA2 は、投影レンズ3の軸上色収差量Δ
Lと同等な軸上色収差量を補正する共に、投影レンズ3
の倍率色収差ΔTを補正するように、ウエハマークWM
x からの広がる反射光LB1 ,LB2 をそれぞれθ 1
θ2 だけ偏向させている。また、投影レンズ3の光軸A
0 に対し偏心した位置(軸上の位置)に設けられた第
2の回折格子GXA3 は、投影レンズ3の倍率色収差ΔT
を補正するように、ウエハマークWMx から垂直方向に
進む反射光LB3 をθ3 だけ偏向させている。
Here, the pupil position of the projection lens 3 of this embodiment
P has a diffraction grating G as shown in FIG.XA1, GXA2, G
XA3Are arranged, and the alignment light is
Of axial and lateral chromatic aberration of the projection lens
Corrected. Specifically, the optical axis Ax of the projection lens 30To
The first diffraction provided at the eccentric position (off-axis position)
Grid GXA1, GXA2Is the axial chromatic aberration amount Δ of the projection lens 3.
L, and corrects the amount of axial chromatic aberration equivalent to L.
To correct the lateral chromatic aberration ΔT of
xReflected light LB from1, LBTwoTo θ 1,
θTwoIs only deflected. Also, the optical axis A of the projection lens 3
x0The eccentric position (position on the shaft)
2 diffraction grating GXA3Is the chromatic aberration of magnification ΔT of the projection lens 3
To correct the wafer mark WMxVertically from
Forward reflected light LBThreeTo θThreeIs only deflected.

【0097】従って、補正位置B0 (露光光のもとでウ
エハマークWMx の像が投影レンズ3により逆投影され
る位置)には、回折格子GXA1 ,GXA2 ,GXA3 によっ
て補正されたウエハマークWMx の像が形成されるた
め、像検出器47によって高精度なアライメントが達成で
きる。ここで、本実施例による画像アライメント系を図
22を参照しながら簡単に説明する。
[0097] Therefore, the correction position B 0 (a position where the image of the wafer mark WM x under exposure light is back projected by the projection lens 3) is corrected by the diffraction grating G XA1, G XA2, G XA3 since the image of the wafer mark WM x are formed, highly accurate alignment can be achieved by the image detector 47. Here, the image alignment system according to the present embodiment will be briefly described with reference to FIG.

【0098】図22(a)に示す如く、レチクル2上の
レチクル窓WI内にはウエハマークWMx の像が形成さ
れており、この時、像検出器47では図22(b)に示す
如き信号が得られる。このため、レチクル窓WI内に形
成されるウエハマークWMx 像の中心cに対するレチク
ル窓Wの両端間の中心eとのずれ量Δがレチクル2とウ
エハ4とのズレに対応する。
[0098] As shown in FIG. 22 (a), is in the reticle window WI of the reticle 2 and an image of the wafer mark WM x is formed, this time, as shown in FIG. 22 in the image detector 47 (b) A signal is obtained. Therefore, the amount of deviation Δ between the center c of the reticle window W and the center e of the image of the wafer mark WM x formed in the reticle window WI corresponds to the deviation between the reticle 2 and the wafer 4.

【0099】従って、このずれ量Δが零となるようにウ
エハ2を保持している不図示のウエハステージを移動さ
せることにより、アライメントが達成される。以上の如
く、回折格子GXA1 ,GXA2 ,GXA3 によってウエハマ
ークWMx の像の位置を補正できるため、像検出器47に
よる高精度な画像アライメントが達成できる。
Accordingly, the alignment is achieved by moving the wafer stage (not shown) holding the wafer 2 so that the deviation amount Δ becomes zero. As mentioned above, it is possible to correct the position of the image of the wafer mark WM x by the diffraction grating G XA1, G XA2, G XA3 , high precision image alignment by the image detector 47 can be achieved.

【0100】尚、本実施例による画像アライメントは、
図15の如く、投影レンズ3の倍率色収差量ΔT以上の
倍率色収差量ΔT’を発生させて、ウエハマークWMx
からの反射光LB1 〜LB3 をより露光領域外へ偏向さ
せる機能を回折格子GXA1 ,GXA2 ,GXA3 に持たせた
場合にも適応できることは言うまでもない。
The image alignment according to the present embodiment is as follows.
As shown in FIG. 15, a magnification chromatic aberration amount ΔT ′ equal to or larger than the magnification chromatic aberration amount ΔT of the projection lens 3 is generated, and the wafer mark WM x
Diffraction more functions to deflect the exposure area outside the reflected light LB 1 ~LB 3 from the grating G XA1, G XA2, it is needless to say that can be adapted to the case which gave a G XA3.

【0101】[0101]

【発明の効果】以上の如く、本発明によれば、比較的簡
素な構成であるにもかかわらず、投影レンズの軸上色収
差を補正しながら、倍率色収差をコントロールできるた
め、アライメント光学系の配置を容易にしながら、投影
レンズの設計及び製造を容易できる高性能なアライメン
ト装置を達成することができる。
As described above, according to the present invention, the chromatic aberration of magnification can be controlled while correcting the axial chromatic aberration of the projection lens, despite having a relatively simple structure. And a high-performance alignment apparatus that can easily design and manufacture the projection lens while simplifying the process.

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

【図1】本発明による第1実施例の概略構成図。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a first embodiment according to the present invention.

【図2】本発明による第1実施例のレチクルの様子を示
す平面図。
FIG. 2 is a plan view showing a state of the reticle of the first embodiment according to the present invention.

【図3】本発明による第1実施例のレチクルマークに光
を照射した時に回折光が発生する様子を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a state in which diffracted light is generated when light is applied to the reticle mark of the first embodiment according to the present invention.

【図4】本発明による第1実施例の投影レンズの瞳面上
に形成されている回折格子の様子を示す平面図
FIG. 4 is a plan view showing a state of a diffraction grating formed on a pupil plane of the projection lens of the first embodiment according to the present invention.

【図5】本発明による第1実施例のウエハマークに光を
照射した時に回折光が発生する様子を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing how diffracted light is generated when light is irradiated on a wafer mark according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明による第1実施例のレチクルにより露光
されるウエハ上のショット領域の様子を示す平面図。
FIG. 6 is a plan view showing a shot area on a wafer exposed by the reticle of the first embodiment according to the present invention.

【図7】本発明による第2実施例の概略構成図。FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a second embodiment according to the present invention.

【図8】本発明による第2実施例のレチクルの様子を示
す平面図。
FIG. 8 is a plan view showing a reticle according to a second embodiment of the present invention.

【図9】本発明による第2実施例の投影レンズの瞳面上
に形成されている回折格子の様子を示す平面図
FIG. 9 is a plan view showing a state of a diffraction grating formed on a pupil plane of a projection lens according to a second embodiment of the present invention.

【図10】本発明による第2実施例のレチクルにより露
光されるウエハ上のショット領域の様子を示す平面図。
FIG. 10 is a plan view showing a shot area on a wafer exposed by a reticle according to a second embodiment of the present invention.

【図11】本発明による第3実施例におけるアライメン
ト系の1部を示す斜示図。
FIG. 11 is a perspective view showing a part of an alignment system according to a third embodiment of the present invention.

【図12】本発明による第3実施例における検出器の様
子を示す平面図。
FIG. 12 is a plan view illustrating a state of a detector according to a third embodiment of the present invention.

【図13】本発明による第3実施例の投影レンズの瞳面
上に形成されている回折格子の様子を示す平面図。
FIG. 13 is a plan view showing a state of a diffraction grating formed on a pupil plane of a projection lens according to a third embodiment of the present invention.

【図14】本発明による第3実施例のレチクルにより露
光されるウエハ上のショット領域の様子を示す平面図。
FIG. 14 is a plan view showing a shot area on a wafer exposed by a reticle according to a third embodiment of the present invention.

【図15】本発明による第4実施例の概略構成図。FIG. 15 is a schematic configuration diagram of a fourth embodiment according to the present invention.

【図16】本発明による第5実施例の概略構成図。FIG. 16 is a schematic configuration diagram of a fifth embodiment according to the present invention.

【図17】本発明による第5実施例のレチクルの様子を
示す平面図。
FIG. 17 is a plan view showing a reticle according to a fifth embodiment of the present invention.

【図18】本発明による第5実施例におけるレチクルと
ウエハとの間に設けられている回折格子の様子を示す平
面図。
FIG. 18 is a plan view showing a state of a diffraction grating provided between a reticle and a wafer in a fifth embodiment according to the present invention.

【図19】図4に示した補正光学素子をフレネルゾーン
プレートとした場合の構成を示す平面図。
FIG. 19 is a plan view showing a configuration in which the correction optical element shown in FIG. 4 is a Fresnel zone plate.

【図20】図9に示した補正光学素子をフレネルゾーン
プレートとした場合の構成を示す平面図。
FIG. 20 is a plan view showing a configuration in which the correction optical element shown in FIG. 9 is a Fresnel zone plate.

【図21】本発明による第6実施例の概略構成図。FIG. 21 is a schematic configuration diagram of a sixth embodiment according to the present invention.

【図22】本実施例による第6実施例の画像アライメン
トを説明するための図。
FIG. 22 is a view for explaining image alignment of a sixth embodiment according to the present embodiment.

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

1,1a,1b・・・・透明基板、2・・・・レチクル、3・・・・投影レ
ンズ、10,30・・・・ レーザ光源、11, 14・・・・半透過鏡、13
a,13b ・・・・光変調器(AOM1,AOM2)、15・・・・集光レ
ンズ、16・・・・基準回折格子、18・・・・対物レンズ、12,19,
31,33・・・・ 反射鏡、17,20a,20b,20c,20d,21,21a,21b,34
・・・・光電検出器、2a・・・・露光領域、4a・・・・ショット領
域、WI, WI1,WI2 ・・・・レチクル窓、RMXA, RM
YA, RMXB, RMYB・・・・レチクルマーク、WMXA, WM
YA, WMXB, WMYB・・・・ウエハマーク、GXA1,GXA2,G
YA1,GYA2,GXB1,GXB2,GYB1,GYB2,GXA11, GXA12・・
・・照射光補正光学素子、GXA3,G3,GYA13・・・・検出光補
正光学素子、LB1,LB2,LBXA1,LBXA2,LBYA1,L
YA2,LBXB1,LBXB2,LBYB1,LBYB2 ・・・・照射光、
DBR , DBW ・・・・検出光
1, 1a, 1b ··· transparent substrate, 2 ··· reticle, 3 ··· projection lens, 10, 30 ··· laser light source, 11, 14 ··· semi-transmissive mirror, 13
a, 13b ··· Optical modulator (AOM 1 , AOM 2 ), 15 ··· Condenser lens, 16 ··· Reference diffraction grating, 18 ··· Objective lens, 12, 19,
31,33 ・ ・ ・ ・ Reflector, 17,20a, 20b, 20c, 20d, 21,21a, 21b, 34
····· Photoelectric detector, 2a ··· Exposure area, 4a ··· Shot area, WI, WI 1 , WI 2 ··· Reticle window, RM XA , RM
YA , RM XB , RM YB ... Reticle mark, WM XA , WM
YA , WM XB , WM YB ... ・ Wafer mark, G XA1 , G XA2 , G
YA1, G YA2, G XB1, G XB2, G YB1, G YB2, G XA11, G XA12 ··
..Irradiation light correction optical elements, G XA3 , G 3 , G YA13 .... Detection light correction optical elements, LB 1 , LB 2 , LB XA1 , LB XA2 , LB YA1 , L
B YA2 , LB XB1 , LB XB2 , LB YB1 , LB YB2 ...
DB R , DB W ··· Detection light

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】レチクル上に形成された所定のパターンを
露光光によって基板上に転写する投影レンズを備えた露
光装置に設けられ、前記レチクルと前記基板との相対的
な位置合わせを行うアライメント装置において、 前記露光光とは異なる波長光のアライメント光を前記投
影レンズを介して前記基板上に形成されたアライメント
マークに照射する光照射手段と、該アライメントマーク
からの光を前記投影レンズを介して検出する検出手段と
を有し、 前記レチクルと前記基板との間に、照射光に対して投影
レンズの軸上色収差と倍率色収差とは反対方向の軸上色
収差と倍率色収差とを発生させる照射光補正光学素子
と、検出光に対して投影レンズの倍率色収差とは反対方
向の倍率色収差を発生させる検出光補正光学素子とを設
け、 前記照射光補正光学素子は、前記照射光のもとで前記ア
ライメントマークの仮想的な像が投影レンズにより前記
レチクル側に投影される第1の位置での前記投影レンズ
の軸上色収差量と同等な軸上色収差量を発生させるとと
もに前記第1の位置での前記投影レンズの倍率色収差量
以上の倍率色収差量を発生させて、前記露光光のもとで
前記アライメントマーク像が投影レンズにより前記レチ
クル上に投影される第2の位置を境界として含む非露光
領域の周辺側へ照射光路を偏向させ、 検出光補正光学素子は、前記第1の位置での前記投影レ
ンズの倍率色収差量以上の倍率色収差量を発生させて、
前記第2の位置を境界として含む非露光領域の周辺側へ
検出光路を偏向させることを特徴とするアライメント装
置。
1. An alignment apparatus provided in an exposure apparatus having a projection lens for transferring a predetermined pattern formed on a reticle onto a substrate by exposure light, and performing relative positioning between the reticle and the substrate. A light irradiating unit that irradiates an alignment light having a wavelength different from the exposure light to an alignment mark formed on the substrate via the projection lens, and emits light from the alignment mark through the projection lens Irradiating light for generating axial chromatic aberration and chromatic aberration of magnification between the reticle and the substrate in directions opposite to the axial chromatic aberration and the chromatic aberration of magnification of the projection lens with respect to the illuminating light. A correction optical element, and a detection light correction optical element for generating a chromatic aberration of magnification in a direction opposite to a chromatic aberration of magnification of the projection lens with respect to the detection light; The positive optical element has an on-axis equivalent to an on-axis chromatic aberration of the projection lens at a first position where a virtual image of the alignment mark is projected on the reticle side by the projection lens under the irradiation light. A chromatic aberration amount is generated, and a chromatic aberration of magnification greater than or equal to a chromatic aberration of magnification of the projection lens at the first position is generated, and the alignment mark image is projected on the reticle by the projection lens under the exposure light. The irradiation light path is deflected to the peripheral side of the non-exposure area including the second position as a boundary, and the detection light correction optical element adjusts the chromatic aberration of magnification equal to or more than the chromatic aberration of magnification of the projection lens at the first position. Raise
An alignment apparatus, wherein a detection optical path is deflected to a peripheral side of a non-exposure area including the second position as a boundary.
【請求項2】レチクル上に形成された所定のパターンを
露光光によって基板上に転写する投影レンズを備えた露
光装置に設けられ、前記レチクルと前記基板との相対的
な位置合わせを行うアライメント装置において、 前記露光光とは異なる波長光のアライメント光を前記投
影レンズを介して前記基板上に形成されたアライメント
マークに照射する光照射手段と、該アライメントマーク
からの光を前記投影レンズを介して検出する検出手段と
を有し、 前記レチクルと前記基板との間に、照射光に対して投影
レンズの倍率色収差とは反対方向の倍率色収差を発生さ
せる照射光補正光学素子と、検出光に対して投影レンズ
の軸上色収差と倍率色収差とは反対方向の軸上色収差と
倍率色収差とを発生させる検出光補正光学素子とを設
け、 前記照射光補正光学素子は、前記照射光のもとで前記ア
ライメントマークの仮想的な像が投影レンズにより前記
レチクル側に投影される第1の位置での前記投影レンズ
の倍率色収差量以上の倍率色収差量を発生させて、前記
露光光のもとで前記アライメントマーク像が投影レンズ
により前記レチクル上に投影される第2の位置を境界と
して含む非露光領域の周辺側へ照射光路を偏向させ、 検出光補正光学素子は、前記第1の位置での前記投影レ
ンズの軸上色収差量と同等な軸上色収差量を発生させる
とともに前記第1の位置での前記投影レンズの倍率色収
差量以上の倍率色収差量を発生させて、前記第2の位置
を境界として含む非露光領域の周辺側へ検出光路を偏向
させることを特徴とするアライメント装置。
2. An alignment apparatus provided in an exposure apparatus having a projection lens for transferring a predetermined pattern formed on a reticle onto a substrate by exposure light, and performing relative positioning between the reticle and the substrate. A light irradiating unit that irradiates an alignment light having a wavelength different from the exposure light to an alignment mark formed on the substrate via the projection lens, and emits light from the alignment mark through the projection lens Detecting means for detecting, between the reticle and the substrate, an irradiation light correction optical element for generating irradiation chromatic aberration of magnification in a direction opposite to the magnification chromatic aberration of the projection lens, and detection light A detection light correction optical element for generating axial chromatic aberration and lateral chromatic aberration in directions opposite to the axial chromatic aberration and lateral chromatic aberration of the projection lens; The positive optical element has a chromatic aberration of magnification equal to or greater than a chromatic aberration of magnification of the projection lens at a first position where a virtual image of the alignment mark is projected by the projection lens toward the reticle under the irradiation light. Generating an alignment mark image under the exposure light, deflecting an irradiation light path to a peripheral side of a non-exposure area including a second position where the alignment mark image is projected on the reticle by a projection lens as a boundary, and correcting the detection light. The optical element generates an amount of axial chromatic aberration equivalent to the amount of axial chromatic aberration of the projection lens at the first position, and reduces the amount of chromatic aberration of magnification equal to or greater than the amount of chromatic aberration of magnification of the projection lens at the first position. An alignment apparatus, wherein the detection light path is generated to deflect a detection optical path to a peripheral side of a non-exposure area including the second position as a boundary.
【請求項3】前記照射光補正光学素子と前記検出光補正
光学素子とは、前記投影レンズの瞳面内もしくはその近
傍の面内に配置されていることを特徴とする請求項1ま
たは請求項2記載のアライメント装置。
3. The projection light correcting optical element and the detection light correcting optical element are disposed in a pupil plane of the projection lens or in a plane near the pupil plane. 3. The alignment apparatus according to 2.
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