JP3448812B2 - Mark detection apparatus, exposure apparatus having the same, and method of manufacturing semiconductor element or liquid crystal display element using the exposure apparatus - Google Patents

Mark detection apparatus, exposure apparatus having the same, and method of manufacturing semiconductor element or liquid crystal display element using the exposure apparatus

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JP3448812B2
JP3448812B2 JP2002173800A JP2002173800A JP3448812B2 JP 3448812 B2 JP3448812 B2 JP 3448812B2 JP 2002173800 A JP2002173800 A JP 2002173800A JP 2002173800 A JP2002173800 A JP 2002173800A JP 3448812 B2 JP3448812 B2 JP 3448812B2
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体素子、液晶表示素
子等を製造する工程で使用される各種製造装置、検査装
置に組み込まれたマーク検知装置、及びそれを有する露
光装置、及びその露光装置を用いた半導体素子又は液晶
表示素子の製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to various manufacturing apparatuses used in the process of manufacturing semiconductor elements, liquid crystal display elements, etc., a mark detection apparatus incorporated in an inspection apparatus, an exposure apparatus having the same, and an exposure apparatus therefor. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor element or a liquid crystal display element using the.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、半導体素子、液晶表示素子等
の製造工程では、半導体素子が作り込まれるウェハ、又
は液晶表示素子が作り込まれるガラスプレートに形成さ
れたアライメント用のマークを検出して、ウェハやプレ
ートを所望の位置に精密に位置決めする技術、いわゆる
アライメント技術が重要な課題となっている。特にウェ
ハやプレート上に精密な微細パターンを重ね合わせ露光
するアライナー、ステッパー等では、全工程で十数回〜
20回程度の重ね合わせ作業が必要であり、各重ね合わ
せ毎のアライメント精度を高めることが要求されてい
る。アライメント精度は、一般に絶対誤差と再現性とに
よって評価され、その両者がいずれも十分に小さいこと
が必要である。実際のアライナー、ステッパーではウェ
ハやプレート上にフォトレジスト(厚さ0.5〜2μm程
度)が塗布された状態で、そのレジスト層の下にあるマ
ークパターン(凹凸段差形状)を光学的に検出してい
る。通常、ウェハ等のプロセスにおいては下地にアルミ
ニウム層が蒸着された上にレジスト層が塗布されたり、
マークパターンの凹凸段差の程度が極めて小さくなった
りするので、光学的なマークパターンの検出系、すなわ
ちアライメント装置はウェハ上の層構造によって精度が
大きく変化することが知られている。そこでこのような
アライメント装置を組み込んだステッパーの構成を図1
を参照して説明する。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a manufacturing process of a semiconductor element, a liquid crystal display element, etc., an alignment mark formed on a wafer in which a semiconductor element is formed or a glass plate in which a liquid crystal display element is formed is detected. A technique for precisely positioning a wafer or a plate at a desired position, a so-called alignment technique, has become an important issue. Especially for aligners and steppers that superimpose and expose precise fine patterns on wafers and plates, dozens of times
It is necessary to perform the overlaying work about 20 times, and it is required to improve the alignment accuracy for each overlaying. The alignment accuracy is generally evaluated by the absolute error and the reproducibility, and both of them need to be sufficiently small. With an actual aligner or stepper, the mark pattern (unevenness step shape) under the resist layer is optically detected while the photoresist (thickness: 0.5 to 2 μm) is applied on the wafer or plate. ing. Usually, in processes such as wafers, a resist layer is applied on the aluminum layer deposited on the base,
It is known that the degree of unevenness of the mark pattern becomes extremely small, and therefore the accuracy of the optical mark pattern detection system, that is, the alignment apparatus, varies greatly depending on the layer structure on the wafer. Therefore, the structure of a stepper incorporating such an alignment device is shown in FIG.
Will be described with reference to.

【0003】投影レンズ1によって所定の倍率で投影す
べきパターン領域を備えたレチクル(マスク)3は、レ
チクルホルダー2により周辺部で保持される。レチクル
ホルダー2は投影レンズ1の光軸AXと垂直な面内で
x、y方向に微動可能に設けられ、レチクル3の中心点
が光軸AXと極力一致するように、レチクルアライメン
ト系RAによって位置決めされる。投影レンズ1の物体
面側に位置するレチクル3のパターンは、像面側に位置
するウェハ12上に結像投影される。このとき、露光用
のレチクル照明光はg線(波長436nm)、i線(波長
365nm)、エキシマレーザ(波長248nm、193n
m)等の紫外線が使われる。ウェハ12は2次元(x、
y方向)に移動するステージ11上に載置され、アライ
メント時、又は露光時の夫々で所定の経路に沿って運動
する。またステージ11上にはウェハ12とほぼ同じ高
さで基準マーク板FMが固定され、アライメント系の各
種チェックに使われる。さらにステージ11の周辺に
は、ステージ11のx方向とy方向との各移動量を計測
するレーザ干渉計13からのビームを反射するための移
動鏡10が固定されている。そしてステージ11はモー
タ14によって2次元に駆動される。ステージ制御ユニ
ット17は干渉計13による測長値に基づいてモータ1
4の駆動を制御する。
A reticle (mask) 3 having a pattern area to be projected at a predetermined magnification by the projection lens 1 is held by a reticle holder 2 at the peripheral portion. The reticle holder 2 is provided so that it can be finely moved in the x and y directions in a plane perpendicular to the optical axis AX of the projection lens 1, and is positioned by a reticle alignment system RA so that the center point of the reticle 3 coincides with the optical axis AX as much as possible. To be done. The pattern of the reticle 3 located on the object plane side of the projection lens 1 is image-projected onto the wafer 12 located on the image plane side. At this time, the reticle illumination light for exposure is g-line (wavelength 436 nm), i-line (wavelength 365 nm), excimer laser (wavelength 248 nm, 193 n).
m) etc. ultraviolet rays are used. The wafer 12 is two-dimensional (x,
It is mounted on the stage 11 that moves in the y direction) and moves along a predetermined path during alignment or during exposure. A reference mark plate FM is fixed on the stage 11 at substantially the same height as the wafer 12 and used for various checks of the alignment system. Further, a movable mirror 10 for reflecting a beam from a laser interferometer 13 that measures the amount of movement of the stage 11 in the x direction and the y direction is fixed around the stage 11. Then, the stage 11 is two-dimensionally driven by the motor 14. The stage control unit 17 controls the motor 1 based on the length measurement value by the interferometer 13.
4 drive is controlled.

【0004】さて、露光に先立ってレチクル3とウェハ
12とを相対的に位置合わせする必要があるが、そのた
めにここでは、投影レンズ1を介してウェハ12上のマ
ーク(又は基準マーク板FM上のマーク)を検出するT
TL・アライメント系5と、投影レンズ1の投影光路
(鏡筒)の外部に固設されたオフ・アクシス・アライメ
ント系9とが設けられている。一般に投影レンズ1は特
定の1つの波長に対してのみ収差補正されているので、
投影レンズ1を通してウェハマークを検出するTTL・
アライメント系では、アライメント用照明光としてスペ
クトル幅の狭いレーザ光源6が使われる。そのレーザ光
源6からのビームはTTL・アライメント系5内の各光
学素子を通り、レチクル3と投影レンズ1との間の空間
に斜設されたミラー5aで偏向されて、投影レンズ1の
投影視野の周辺部に入射する。投影レンズ1が両側テレ
セントリックであるとすると、そのミラー5aから投影
レンズ1に向うビームの主光線は光軸AXと平行にな
り、さらに投影レンズ1からウェハ12に向うビームも
光軸AXと平行になる。
Before the exposure, it is necessary to relatively align the reticle 3 and the wafer 12 with each other. For that purpose, here, the mark on the wafer 12 (or the reference mark plate FM) is projected through the projection lens 1. Mark) is detected
A TL / alignment system 5 and an off-axis alignment system 9 fixed outside the projection optical path (lens barrel) of the projection lens 1 are provided. In general, since the projection lens 1 is aberration-corrected only for one specific wavelength,
TTL that detects the wafer mark through the projection lens 1
In the alignment system, the laser light source 6 having a narrow spectral width is used as the illumination light for alignment. The beam from the laser light source 6 passes through each optical element in the TTL / alignment system 5, is deflected by a mirror 5a obliquely provided in the space between the reticle 3 and the projection lens 1, and the projection field of the projection lens 1 is projected. Incident on the periphery of. Assuming that the projection lens 1 is telecentric on both sides, the chief ray of the beam directed from the mirror 5a to the projection lens 1 is parallel to the optical axis AX, and the beam directed from the projection lens 1 to the wafer 12 is also parallel to the optical axis AX. Become.

【0005】さて、ウェハ12上の特定位置にマークが
形成され、このマークをTTL・アライメント系5のレ
ーザビームが照射すると、マークからはその段差形状に
応じて散乱光や回折光が発生する。この散乱光や回折光
は投影レンズ1を介してTTL・アライメント系5へ逆
進し、送光系と受光系とを分離するビームスプリッター
で反射(又は透過)されて光電センサー(フォトマル、
シリコンフォトダイオード等)に受光される。このTT
L・アライメント系5は、ウェハ上のマーク、又はその
周辺部で正規反射された光成分は遮光し、散乱光や回折
光のみを抽出する空間フィルターを含む。またここで
は、TTL・アライメント系5からウェハ12上に投射
されるレーザビームの断面形状は、マークの形状に合わ
せてスリット状にするが、微小円形スポットでもよい。
When a mark is formed at a specific position on the wafer 12 and the mark is irradiated with the laser beam of the TTL / alignment system 5, scattered light or diffracted light is generated from the mark according to the step shape. The scattered light and the diffracted light travel backward through the projection lens 1 to the TTL / alignment system 5, and are reflected (or transmitted) by a beam splitter that separates the light transmitting system and the light receiving system, and the photoelectric sensor (photomul,
It is received by a silicon photodiode or the like). This TT
The L / alignment system 5 includes a spatial filter that shields the light component that is normally reflected by the mark on the wafer or the peripheral portion thereof and extracts only scattered light or diffracted light. Further, here, the sectional shape of the laser beam projected onto the wafer 12 from the TTL / alignment system 5 is a slit shape according to the shape of the mark, but it may be a minute circular spot.

【0006】TTL・アライメント系5によるマーク位
置の検出は、レーザビームの投射点をマークが横切るよ
うに、ステージ11をx方向、又はy方向に移動し、そ
の間に光電センサー7から出力される信号をアライメン
ト制御ユニット4内の波形メモリに記憶した後、その波
形を解析することによって行なわれる。通常、図1のよ
うなTTL・アライメント系では、先端のミラー5aが
レチクル3のパターン領域の外側であって、かつ投影レ
ンズ1の投影視野内に位置するように固定されているた
め、レーザビームとウェハマークとが合致するマーク検
出位置と、レチクル3のパターン領域の投影像とウェハ
12上のショット領域とが合致する露光位置とは、予め
定められた一定量(ベースライン量)だけずれている。
そのためマーク検出位置に対して、そのわずかなずれ量
分だけステージ11を補正して位置決めすることが必要
になる。このような方式は、俗にサイト・バイ・サイト
方式(又はフィールド・バイ・フィールド方式)と呼ば
れている。
To detect the mark position by the TTL / alignment system 5, the stage 11 is moved in the x direction or the y direction so that the mark crosses the projection point of the laser beam, and a signal output from the photoelectric sensor 7 during that time. Is stored in the waveform memory in the alignment control unit 4, and then the waveform is analyzed. Usually, in the TTL / alignment system as shown in FIG. 1, since the mirror 5a at the tip is fixed outside the pattern area of the reticle 3 and within the projection field of the projection lens 1, the laser beam The mark detection position where the mark and the wafer mark match, and the exposure position where the projected image of the pattern region of the reticle 3 and the shot region on the wafer 12 match are deviated by a predetermined constant amount (baseline amount). There is.
Therefore, it is necessary to correct and position the stage 11 with respect to the mark detection position by a slight shift amount. Such a method is generally called a site-by-site method (or field-by-field method).

【0007】一方、オフ・アクシス・アライメント系9
を使ったウェハアライメントも、そのベースライン量が
大きくなるだけで、基本的なシーケンスはTTL・アラ
イメント系を使ったサイト・バイ・サイト方式と同じに
なる。ところがオフ・アクシス・アライメント系9は、
投影レンズ1とは無関係に単独にウェハマークを検出す
るため、マーク検出用の照明光の波長に関する制約がな
い。そのため、図1のようにハロゲンランプ15からの
照明光のうち、500nm〜800nm程度の広帯域の光
(レジストに対して非感光性)を光ファイバー16を介
してオフ・アクシス・アライメント系9に導びき、その
広帯域の波長特性の照明光でウェハ12を照射する。こ
のようにすると、レジスト層とウェハ面との干縞により
生ずる干渉縞による悪影響が低減されるため、結像方式
でも高精度なアライメント(マーク検出)が期待でき
る。そこでオフ・アクシス・アライメント系9は、ウェ
ハ12上のマークを含む局所領域からの反射光を入射
し、送光系と受光系とを分離するビームスプリッタを介
して、マークの像をテレビカメラ(撮像管、又はCC
D)8の撮像面上に結像する。テレビカメラ8はマーク
像のコントラストに対応した画像信号を発生するので、
その画像信号をアライメント制御ユニット4内の画像解
析回路で処理することによってマーク位置を検出する。
On the other hand, off-axis alignment system 9
In the wafer alignment using, the basic sequence becomes the same as the site-by-site method using the TTL alignment system, only the baseline amount increases. However, the off-axis alignment system 9
Since the wafer mark is detected independently of the projection lens 1, there is no restriction on the wavelength of the illumination light for mark detection. Therefore, of the illumination light from the halogen lamp 15, as shown in FIG. The wafer 12 is illuminated with the illumination light having the broadband wavelength characteristic. In this way, the adverse effect due to the interference fringes generated by the dry stripes between the resist layer and the wafer surface is reduced, so that highly accurate alignment (mark detection) can be expected even in the imaging method. Therefore, the off-axis alignment system 9 receives the reflected light from the local area including the mark on the wafer 12 and passes the beam splitter that separates the light transmitting system and the light receiving system to display the image of the mark on the television camera ( Camera tube or CC
D) An image is formed on the image pickup surface of 8. Since the TV camera 8 generates an image signal corresponding to the contrast of the mark image,
The mark position is detected by processing the image signal in the image analysis circuit in the alignment control unit 4.

【0008】アライメント制御ユニット4は、TTL・
アライメント系5によるマーク位置検出結果、又はオフ
・アクシス・アライメント9によるマーク位置検出結果
に基づいて、ウェハステージ11の露光時の座標位置を
各ベースライン量も加味して演算し、その演算結果をス
テージ制御ユニット17に送る。尚、TTL・アライメ
ント系5のベースライン量は、基準マーク板FM上の基
準マークをレチクルアライメント系RAとTTL・アラ
イメント系5との夫々で検出したときのステージ11の
座標位置の差に基づいて決定され、オフ・アクシス・ア
ライメント系9のベースライン量は基準マークをレチク
ルアライメント系RAとオフ・アクシス・アライメント
系9との夫々で検出したときのステージ11の座標位置
の差に基づいて決定される。
The alignment control unit 4 includes a TTL /
Based on the mark position detection result by the alignment system 5 or the mark position detection result by the off-axis alignment 9, the coordinate position at the time of exposure of the wafer stage 11 is calculated in consideration of each baseline amount, and the calculation result is calculated. Send to the stage control unit 17. The baseline amount of the TTL / alignment system 5 is based on the difference between the coordinate positions of the stage 11 when the fiducial marks on the fiducial mark plate FM are detected by the reticle alignment system RA and the TTL / alignment system 5, respectively. The baseline amount of the off-axis alignment system 9 is determined based on the difference in the coordinate position of the stage 11 when the fiducial mark is detected by the reticle alignment system RA and the off-axis alignment system 9, respectively. It

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】図1に示した装置で
は、TTL・アライメント系5は投影レンズ1の投影視
野を介してウェハ12上のマークを検出する構成である
ので、ベースライン量は極めて安定していると言える。
さらにTTL・アライメント系5は、レーザビームを照
明光として使用しているため、段差が極めて小さいマー
クであっても十分な検出能力をもつことが確かめられて
いる。一方、オフ・アクシス・アライメント系9は照明
光がブロードバンド(白色)光であるため、特にメタル
ウェハ(表面に金属層が蒸着されたウェハ)上のマーク
を検出したときに優れたアライメント精度が得られると
いう特徴がある。反面、オフ・アクシス・アライメント
系は投影レンズ1と無関係に設けられているため、ベー
スライン量は必然的にTTL・アライメント系5よりも
大きくなり、1枚のウェハをアライメントするに際し
て、TTL・アライメント系5とオフ・アクシス・アラ
イメント系9とを併用するとなると、アライメント処理
のためのステージ11の移動距離、移動回数が増大し、
スループットの低下を招くことになる。特にTTL・ア
ライメント系5は、投影レンズ1の投影視野内の周辺
(軸外)にマーク検出範囲(スリット状ビームの寸法範
囲)が設定されるため、そのマーク検出方向は円形の投
影視野内で放射方向に延びた線に対してほぼ直交する方
向(接線方向)に定められている。これは、TTL・ア
ライメント系5のレーザ光源6をHe−Ne等の非感光
性の波長域(630nm)のレーザービームにした場合、
そのビームをスリット状にしたときの方向を放射方向に
一致させて、マーク検出方向を接線方向にすることで、
投影レンズ1の色収差に起因した誤差(ビーム形状のマ
ーク検出方向に関する非対称性)を最小にするためであ
る。従ってTTL・アライメント系5でx方向とy方向
とのマーク位置検出を行なう場合、x方向用のTTL・
アライメント系のマーク検出位置(スリット状ビーム)
と、y方向用のTTL・アライメント系のマーク検出位
置(スリット状ビーム)とは、投影レンズ1の視野内に
ほぼ90°の関係で互いに分けて配置されていた。すな
わち、x方向とy方向の各マーク検出領域が、かなり離
れていたという問題点があった。
In the apparatus shown in FIG. 1, since the TTL / alignment system 5 is configured to detect the mark on the wafer 12 through the projection field of the projection lens 1, the baseline amount is extremely large. It can be said that it is stable.
Further, since the TTL / alignment system 5 uses the laser beam as the illumination light, it has been confirmed that the TTL / alignment system 5 has sufficient detection ability even for a mark having a very small step. On the other hand, since the off-axis alignment system 9 uses broadband (white) illumination light, excellent alignment accuracy can be obtained especially when a mark on a metal wafer (a wafer having a metal layer deposited on the surface) is detected. It is characterized by being On the other hand, since the off-axis alignment system is provided independently of the projection lens 1, the baseline amount is inevitably larger than that of the TTL / alignment system 5, and when aligning a single wafer, the TTL / alignment system is used. When the system 5 and the off-axis alignment system 9 are used together, the movement distance and the number of movements of the stage 11 for alignment processing increase,
This leads to a decrease in throughput. In particular, in the TTL / alignment system 5, the mark detection range (dimension range of the slit-shaped beam) is set in the periphery (off-axis) in the projection field of the projection lens 1, so that the mark detection direction is within the circular projection field. It is defined in a direction (tangential direction) substantially orthogonal to the line extending in the radial direction. This is when the laser light source 6 of the TTL / alignment system 5 is a laser beam in the non-photosensitive wavelength range (630 nm) such as He-Ne.
By matching the direction when the beam is slitted to the radial direction and making the mark detection direction tangential,
This is to minimize the error (asymmetry of the beam shape with respect to the mark detection direction) due to the chromatic aberration of the projection lens 1. Therefore, when the mark position detection in the x direction and the y direction is performed by the TTL alignment system 5, the TTL
Mark detection position of alignment system (slit beam)
And the mark detection position (slit-shaped beam) of the TTL / alignment system for the y direction are arranged in the visual field of the projection lens 1 so as to be separated from each other by a relationship of approximately 90 °. That is, there is a problem that the mark detection areas in the x direction and the y direction are considerably separated from each other.

【0010】また近年、ウェハ上のショット領域の配列
の規則性を統計的な手法で決定するエンハンスト・グロ
ーバル・アライメント(E.G.A.)法が着目されて
いるが、E.G.A法ではウェハ上の代表的な数個(3
〜9個)のショット領域の夫々に付随したx方向用、y
方向用の各アライメントマークを順次検出することが行
なわれる。この場合、E.G.A法で指定されるサンプ
ルアライメント・ショット(マーク検出すべきショッ
ト)領域は、ウェハ上でかなり離れたものになる。この
ためTTL・アライメント系でサンプルアライメントシ
ョット領域の各マークを検出するとなると、x方向のマ
ーク検出のためのステージ11の移動とy方向のマーク
検出のためのステージ11の移動とを個別に行なわなけ
ればならず、しかもサンプルアライメントショット領域
(又はその近傍のショット領域)の各マークをオフ・ア
クシス・アライメント系9でも検出するとなると、ステ
ージ11の移動回数はさらにその分だけ増加することに
なり、スループット的にかなり不利になるといった問題
点があった。
In recent years, an enhanced global alignment (E.GA.) method, which determines the regularity of the array of shot areas on a wafer by a statistical method, has attracted attention. G. In method A, several typical (3
Up to 9) shot areas for the x direction, y
The respective alignment marks for directions are sequentially detected. In this case, E. G. The sample alignment shot areas (shots for mark detection) designated by the method A are considerably separated on the wafer. For this reason, when each mark in the sample alignment shot area is detected by the TTL / alignment system, the movement of the stage 11 for detecting the mark in the x direction and the movement of the stage 11 for detecting the mark in the y direction must be performed separately. If the off-axis alignment system 9 also detects each mark in the sample alignment shot area (or in the vicinity of the shot area), the number of movements of the stage 11 will increase correspondingly, and the throughput will increase. However, there was a problem that it became disadvantageous.

【0011】本発明は、この様な問題点を考慮してなさ
れたもので、高精度、かつ高速にウェハ等の対象物に形
成されたマークを検出することを可能とし、しかもマー
ク検出のためのステージの移動回数を減らし、全体とし
てのスループット低下を防止したアライメント装置を得
ることを目的とする。
The present invention has been made in consideration of the above problems, and it is possible to detect a mark formed on an object such as a wafer with high accuracy and high speed, and to detect the mark. It is an object of the present invention to obtain an alignment apparatus in which the number of movements of the stage is reduced and the overall throughput is prevented from decreasing.

【0012】[0012]

【課題を解決する為の手段】請求項1に記載の発明にお
いては、基板(12)上に形成されたマークを、マスク
(3)上のパターンを該基板上に投影する投影レンズ
(1)を介さずに検知するマーク検知装置に、その投影
光学系の投影光路の外部に設けられた光学系(BS1,
OBL,M1)と、前記基板上のマークに対して第1波
長域(ブロードバンド)の照明光を照射して、該照射に
より前記マークから発生した光を前記光学系を介して受
光し、該受光により生じる波形信号を演算処理して前記
マークの位置情報を算出する第1検知系(FIA系,波
形処理用プロセッサー69)と、前記基板上のマークに
対して前記第1波長域とは波長域が異なる第2波長域
(He−Ne)の照明光を照射して、該照射により前記
マークから発生した回折光同士の干渉光を前記光学系を
介して受光し、該受光により生じる波形信号を演算処理
して前記マークの位置情報を算出する第2検知系(LI
A系,波形処理用プロセッサー73)と、を構成した。
In the invention according to claim 1, a projection lens (1) for projecting a mark formed on a substrate (12) onto a pattern on a mask (3) on the substrate. To a mark detection device that detects the optical system (BS1, BS1) provided outside the projection optical path of the projection optical system.
OBL, M1) and the mark on the substrate are irradiated with illumination light in the first wavelength range (broadband), the light generated from the mark by the irradiation is received through the optical system, and the received light is received. A first detection system (FIA system, waveform processing processor 69) for calculating the position information of the mark by arithmetically processing the waveform signal generated by the above, and the first wavelength range for the mark on the substrate is the wavelength range. Illuminating light of a second wavelength range (He-Ne) different from each other, and receiving the interference light of the diffracted light generated from the mark by the irradiation through the optical system, and generating the waveform signal generated by the light reception. A second detection system (LI that calculates the position information of the mark by arithmetic processing)
A system, a processor 73) for waveform processing.

【0013】[0013]

【作用】請求項1に記載の発明によれば、検出波長域の
異なるアライメント系を備えているので、検知対象マー
クに応じて最適な照明波長域を使用することができる。
例えば段差が小さいマークに対してマーク検知を行う場
合と、メタルウェハ上のマークを検知する場合など、種
々の場面に応じて最適なアライメント系を使い分けるこ
とができ、このため高精度なマーク検知が可能となる。
その上、何れもオフアクシスアライメント系としている
ので、波長の制約(投影レンズの色収差に関する制約)
が無い。このため「課題」に記載されているような問題
点(x方向とy方向の各マークの検出領域がかなり離れ
ていたという状態)を解決でき(離さずにすみ)、この
ため高速にマーク検知可能となる。また本実施例のよう
に、対物光学系の視野内の互いに異なる領域に、検出原
理の異なる2つ以上のアライメント受光系の各検出範囲
を設定すれば、例えば同一のマークパターンを異なる検
出原理のアライメント受光系で検出する際、各検出範囲
は互いに分離してはいるが接近しているため、マークパ
ターンをそれぞれの検出範囲のもとに、わずかな移動量
でただちに移すことができる。その移動量は各検出範囲
の大きさ、マークパターンのサイズ等によっても異なる
が、基板上で大きくても500μm前後であり、実用上
は150μm程度まで小さくすることもできる。
According to the first aspect of the invention, since the alignment system having different detection wavelength ranges is provided, it is possible to use the optimum illumination wavelength range according to the detection target mark.
For example, it is possible to use the optimum alignment system according to various situations, such as when detecting a mark with a small step and when detecting a mark on a metal wafer, which enables highly accurate mark detection. It will be possible.
In addition, since both are off-axis alignment systems, there is a restriction on wavelength (a restriction on chromatic aberration of the projection lens).
There is no. Therefore, the problem described in “Problem” (the condition that the detection areas of each mark in the x direction and the y direction are far apart) can be solved (there is no need to separate them), and therefore the mark detection can be performed at high speed. It will be possible. Further, as in this embodiment, if the detection ranges of two or more alignment light receiving systems having different detection principles are set in different areas in the field of view of the objective optical system, for example, the same mark pattern can be detected by different detection principles. When detecting with the alignment light receiving system, since the respective detection ranges are separated from each other but are close to each other, it is possible to immediately move the mark patterns to the respective detection ranges with a small amount of movement. The amount of movement varies depending on the size of each detection range, the size of the mark pattern, etc., but is at most about 500 μm on the substrate, and can be reduced to about 150 μm in practice.

【0014】また、対物光学系の観察視野内を、像観察
する観察系を設けた場合は、その観察領域の大きさを可
変にするようにし、各受光系の検出範囲を個別に観察し
たり、同時に観察したりすることもできる。この際、観
察系に設けられた撮像素子を1つの受光系とし、この受
光系を画像検出方式にしておくと、観察系の倍率を高め
たときは画像検出方式による受光系の検出範囲内で撮像
されたマークパターンを画像解析によって検知すること
ができるとともに、観察系の倍率を低くしたときは、画
像検出方式の受光系の検出範囲の近傍に位置する別の受
光系の検出範囲を同時に観察することができる。
When an observation system for observing an image is provided in the observation visual field of the objective optical system, the size of the observation region is made variable so that the detection range of each light receiving system can be observed individually. You can also observe them at the same time. At this time, if the image pickup device provided in the observation system is one light receiving system and this light receiving system is of an image detection system, when the magnification of the observation system is increased, it is within the detection range of the light detection system by the image detection system. The captured mark pattern can be detected by image analysis, and when the magnification of the observation system is lowered, the detection range of another light receiving system located near the detection range of the light receiving system of the image detection method can be observed simultaneously. can do.

【0015】[0015]

【実施例】本発明の実施例においては、色収差の制約を
受けないオフ・アクシス・アライメント系に2種類のア
ライメントセンサー(マーク検出系)を持たせ、対物光
学系を各アライメントセンサーに対して共用するように
した。図2は、本発明の実施例によるアライメント装置
の全体的な構成を模式的に示す斜視図である。図2にお
いてウェハ上に形成されたマークからの反射光(散乱
光、回折光も含む)は、ミラーM1で反射されて対物レ
ンズOBLに入射した後、ビームスプリッタBS1で分
割される。ビームスプリッタBS1で反射された方の光
は、上段部に配置されたFIA(フィールド・イメージ
・アライメント)系に入射し、図1に示した従来のオフ
・アクシス・アライメント系9と同様にマーク像として
テレビカメラで検出される。一方、ビームスプリッタB
S1を透過した方の光は、下段部に配置されたLIA
(レーザ・インターフェローメトリック・アライメン
ト)系に入射する。このLIA系は詳しくは後述する
が、ウェハ上の回折格子状マークに2本のレーザビーム
を対称的に傾斜させて照射し、回折格子状マークから同
一方向に発生する2つの回折光同志の干渉光を光電検出
する方式であり、特開昭62−56818号公報、特開
平2−116116号公報等に示された技術と同じ原理
に基づくものである。従って図2に示したLIA系の内
部にはx方向検出用の2本のレーザビームと、y方向検
出用の2本のレーザビームとの計4本のビームを対物レ
ンズOBLを介して所定の光学条件でウェハ上に投射す
るための送光系と、x方向回折格子マークからの干渉光
とy方向回折格子マークからの干渉光とを個別に光電検
出するための受光系とが設けられている。
Embodiments In the embodiments of the present invention, an off-axis alignment system that is not restricted by chromatic aberration is provided with two types of alignment sensors (mark detection systems), and the objective optical system is commonly used for each alignment sensor. I decided to do it. FIG. 2 is a perspective view schematically showing the overall configuration of the alignment apparatus according to the embodiment of the present invention. In FIG. 2, the reflected light (including scattered light and diffracted light) from the mark formed on the wafer is reflected by the mirror M1 and enters the objective lens OBL, and then split by the beam splitter BS1. The light reflected by the beam splitter BS1 is incident on the FIA (field image alignment) system arranged on the upper stage, and the mark image is formed in the same manner as the conventional off-axis alignment system 9 shown in FIG. As detected by the TV camera. On the other hand, beam splitter B
The light transmitted through S1 is the LIA arranged in the lower part.
(Laser interferometric alignment) Enters the system. This LIA system will be described later in detail, but two laser beams are symmetrically inclined and irradiated to the diffraction grating mark on the wafer, and the interference of two diffracted lights generated in the same direction from the diffraction grating mark. This is a method for photoelectrically detecting light, and is based on the same principle as the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 62-56818, Japanese Patent Laid-Open No. 2-116116, or the like. Therefore, a total of four beams, that is, two laser beams for detecting the x direction and two laser beams for detecting the y direction, are provided inside the LIA system shown in FIG. 2 through the objective lens OBL. A light transmitting system for projecting onto the wafer under optical conditions and a light receiving system for individually photoelectrically detecting the interference light from the x-direction diffraction grating mark and the interference light from the y-direction diffraction grating mark are provided. There is.

【0016】ここで、対物レンズOBLを介してFIA
系、LIA系の夫々で検出されるウェハ上の観察範囲の
一例を、図3を参照して説明する。図3において円形の
領域は対物レンズOBLのウェハ上での視野領域IFを
表わし、その中心点には対物レンズOBLの光軸AXa
が通る。また図3では中心点を原点として座標軸X、Y
を設定してある。さて、視野領域IF内には大きな矩形
領域PF1と、それよりも小さな矩形領域PF2とが仮
想的に設定される。領域PF1とPF2の各中心は、い
ずれも光軸AXa上に配置され、FIA系内部に設けら
れた変倍光学系によって領域PF1を観察する場合と領
域PF2を観察する場合とが切り替えられる。一方、L
IA系のx方向検出用の2本のビームの交差領域(照射
領域)ALx、ALyは、FIA系の小さな観察領域P
F2からY方向にはずれた位置で、かつFIA系の大き
な観察領域PF1の内部に設定される。一般にウェハ上
に形成されるマークは、スクライブライン(幅100〜
50μm程度)内に存在することが多く、LIA系で検
出されるx方向用、y方向用の各回折格子状マークも5
0〜80μm角程度の面積を有する。そのためLIA系
による照射領域ALx、ALyの面積もそれと同程度の
大きさに設定される。またFIA系による小さい観察領
域PF2は、FIA系のテレビカメラまでの拡大倍率を
高倍にしたときに得られるものであり、このときFIA
系は、領域PF2内に存在するウェハマーク(LIA系
用の回折格子状マークでもよい)の画像信号を用いてF
IA系内部の指標パターンに対する位置ずれ量を検出す
る。ただし、テレビカメラによる観察範囲は領域PF2
であっても、画像信号を使った画像処理範囲は走査ライ
ン(CCDの場合は画素の一例の並び)の何本分かの範
囲、例えば64本分の範囲に限られている。以上のこと
から、対物レンズOBLのウェハ上での視野領域IFの
大きさは直径で数100μm〜1000μm程度あれば
十分であるが、実際にはFIA系の小さい領域PF2と
LIA系の照射領域ALx、ALyとを余裕をもって離
しておいた方が好しいので、ウェハ上での視野領域IF
は最低でも1〜5mm程度にするのが望ましい。尚、対物
レンズOBLはマーク観察時にわずかなフォーカス誤差
が発生したとしても正しいマーク位置計測ができるよう
に、テレセントリック対物光学系にしておく。また、図
3ではLIA系のy方向検出用の照射領域ALyとx方
向検出用の照射領域ALxとをY軸をはさんでX方向に
並べたが、X軸をはさんでY方向に並べてもよく、ある
いは領域PF2をはさんで左右(X方向)又は上下(Y
方向)に分けて配置してもよい。しかしながら、LIA
系によるマーク検出範囲、すなわち照射領域ALx、A
Lyの位置を極力接近させておくと、ウェハ上に形成す
べきx方向用、y方向用の各回折格子状マークのマーク
形成領域の面積が最も小さくなるので、そのことを考慮
すると図3の配置が望ましい。
Here, the FIA is transmitted through the objective lens OBL.
An example of the observation range on the wafer detected by each of the LIA system and the LIA system will be described with reference to FIG. In FIG. 3, the circular area represents the field area IF of the objective lens OBL on the wafer, and the optical axis AXa of the objective lens OBL is located at the center point.
Passes through. Further, in FIG. 3, coordinate axes X and Y are set with the center point as the origin.
Has been set. Now, a large rectangular area PF1 and a smaller rectangular area PF2 smaller than that are virtually set in the visual field area IF. The centers of the regions PF1 and PF2 are both arranged on the optical axis AXa, and switching between the case of observing the region PF1 and the case of observing the region PF2 is performed by the variable power optical system provided inside the FIA system. On the other hand, L
The crossing areas (irradiation areas) ALx and ALy of the two beams for detecting the x direction of the IA system are the small observation area P of the FIA system.
It is set at a position deviated from the F2 in the Y direction and inside the large observation area PF1 of the FIA system. Generally, the marks formed on the wafer are scribe lines (width 100-
The diffraction grating marks for the x direction and the y direction which are detected by the LIA system are often 5 μm.
It has an area of about 0 to 80 μm square. Therefore, the areas of the irradiation areas ALx and ALy by the LIA system are also set to the same size. Further, the small observation area PF2 by the FIA system is obtained when the magnification of the FIA system television camera is increased to a high magnification.
The system uses an image signal of a wafer mark (which may be a diffraction grating mark for LIA system) existing in the area PF2 to perform F
The position shift amount with respect to the index pattern inside the IA system is detected. However, the observation range by the TV camera is the area PF2.
However, the image processing range using the image signal is limited to a range of several scanning lines (in the case of CCD, an example of an array of pixels), for example, a range of 64 lines. From the above, the size of the field of view IF of the objective lens OBL on the wafer is sufficient if the diameter is about several hundreds μm to 1000 μm, but in reality, it is the small region PF2 of the FIA system and the irradiation region ALx of the LIA system. , ALy should be separated from each other with a margin, so the field of view area IF on the wafer
Is preferably at least 1 to 5 mm. The objective lens OBL is a telecentric objective optical system so that the mark position can be accurately measured even if a slight focus error occurs during mark observation. Further, in FIG. 3, the irradiation area ALy for detecting the y direction and the irradiation area ALx for detecting the x direction of the LIA system are arranged in the X direction with the Y axis interposed therebetween, but are arranged in the Y direction with the X axis interposed therebetween. Alternatively, or across the area PF2 left and right (X direction) or up and down (Y
You may divide and arrange | position. However, LIA
Mark detection range by the system, that is, irradiation area ALx, A
If the positions of Ly are made as close as possible, the area of the mark forming regions of the diffraction grating marks for the x direction and the y direction that should be formed on the wafer becomes the smallest, and considering this fact, FIG. Arrangement is desirable.

【0017】ここで、LIA系で検出可能なマーク形状
の一例を図4に示す。図4(A)はウェハ上にマトリッ
ク状に形成された複数のショット領域SAのうちの1つ
と、それに付随したLIA用マーク領域MLの配置を示
し、図4(B)は各マーク領域ML内に形成されたx方
向用マークMLxとy方向用マークMLyとを示す。マ
ーク領域MLは通常、ショット領域SAの外周のスクラ
イブライン内に配置される。従って隣接するショット領
域に付随して形成されるマーク領域MLとの配置的な干
渉をさけるため、図4(A)では、各ショット領域毎に
X方向に伸びた一方のスクライブライン中と、Y方向に
伸びた一方のスクライブライン中との夫々の中央にマー
ク領域MLを配置した。ただしこれは、ショット領域S
Aの中心点CSを通りX軸と平行な中心線LLx上、及
び中心点CSを通りY軸と平行な中心線LLy上の夫々
にマーク領域MLを配置する場合であって、これらの中
心線LLx、LLyの夫々の上、又はそれらの中心線と
平行な線上でショット領域SAをはさむ対称的な位置の
2ケ所にマーク領域MLを配置しなければ、1つのショ
ット領域SAの4辺のスクライブライン中の夫々にマー
ク領域MLを形成できる。
FIG. 4 shows an example of the mark shape that can be detected by the LIA system. FIG. 4A shows the arrangement of one of the plurality of shot areas SA formed in a matrix on the wafer and the associated LIA mark area ML, and FIG. 4B shows the inside of each mark area ML. The mark MLx for the x direction and the mark MLy for the y direction formed in FIG. The mark area ML is usually arranged within a scribe line on the outer periphery of the shot area SA. Therefore, in order to avoid the positional interference with the mark area ML formed accompanying the adjacent shot area, in FIG. 4A, in one scribe line extending in the X direction for each shot area and Y The mark region ML is arranged at the center of each of the scribe lines extending in the direction. However, this is the shot area S
A case where the mark areas ML are arranged on the center line LLx passing through the center point CS of A and parallel to the X axis and on the center line LLy passing through the center point CS and parallel to the Y axis, respectively. Unless the mark areas ML are arranged at two symmetrical positions sandwiching the shot area SA on each of LLx and LLy or on a line parallel to the center line thereof, scribing of four sides of one shot area SA is performed. Mark regions ML can be formed in each of the lines.

【0018】尚、LIA用のマークMLx、MLyを、
FIA系の検出領域PF2内で同時に検出するときは、
図3に示した領域PF2はマーク領域MLを包含する大
きさにする必要がある。またFIA系で検出するマーク
を専用のものとして、マークMLx、MLyと異なる形
状にするときは、そのマークもスクライブライン中に設
けておかなければならない。
The LIA marks MLx and MLy are
When detecting at the same time in the detection area PF2 of the FIA system,
The area PF2 shown in FIG. 3 needs to be sized to include the mark area ML. When the mark detected by the FIA system is dedicated and has a shape different from the marks MLx and MLy, the mark must be provided in the scribe line.

【0019】次に、図5を参照してFIA系の具体的な
構成を説明する。光ファイバー16Aからは非感光性の
ブロードバンド(帯域270nm以上)の照明光が射出さ
れ、この照明光はコンデンサーレンズ20Aを介してウ
ェハ用照明視野絞り板21Aを均一な照度で照明する。
絞り板21Aで制限された照明光はミラー22Aで反射
され、レンズ系23Aを通ってビームスプリッタBS2
に入射する。このビームスプリッタBS2で反射によっ
て分割された光ファイバー16Aからの照明光は、ミラ
ーM2で反射されてビームスプリッタBS1に入射す
る。その後、照明光は対物レンズOBL、ミラーM1を
介してウェハ上の所定領域(例えば図3中の小さな領域
PF2内)を照明する。このウェハ用の照明送光路にお
いて、絞り板21Aはレンズ系23Aと対物レンズOB
Lとの合成系に関してウェハと共役(結像関係)になっ
ている。従ってFIA系によるウェハに対する照明領域
は絞り板21Aに形成された開口形状及び寸法で一義的
に決まる。
Next, the specific structure of the FIA system will be described with reference to FIG. Non-photosensitive broadband (bandwidth 270 nm or more) illumination light is emitted from the optical fiber 16A, and the illumination light illuminates the wafer illumination field diaphragm plate 21A with a uniform illuminance via the condenser lens 20A.
The illumination light limited by the diaphragm plate 21A is reflected by the mirror 22A, passes through the lens system 23A, and the beam splitter BS2.
Incident on. The illumination light from the optical fiber 16A split by reflection by the beam splitter BS2 is reflected by the mirror M2 and enters the beam splitter BS1. After that, the illumination light illuminates a predetermined area (for example, in a small area PF2 in FIG. 3) on the wafer via the objective lens OBL and the mirror M1. In the illumination light transmission path for the wafer, the diaphragm plate 21A includes the lens system 23A and the objective lens OB.
The composite system with L is conjugate with the wafer (imaging relationship). Therefore, the illumination area for the wafer by the FIA system is uniquely determined by the shape and size of the opening formed in the diaphragm plate 21A.

【0020】そして光ファイバー16Aからの照明光に
よって照射されたウェハからは反射光(正規反射光、散
乱光等)が発生し、この反射光はミラーM1、対物レン
ズOBL、ビームスプリッタBS1、ミラーM2を介し
てビームスプリッタBS2に対し、ここで反射光の一部
(約1/2)が検出光学系の方に進む。検出光学系はレ
ンズ系24、ミラー25、指標板26、撮像用のリレー
レンズ系27、31、ミラー28、及びビームスプリッ
タBS3で構成され、ビームスプリッタBS3はウェハ
からの反射光をx方向検出用のテレビカメラ(CCD)
8Xと、y方向検出用のテレビカメラ(CCD)8Yと
の夫々に分け、各テレビカメラ8X、8Yの撮像面上に
ウェハ表面のパターンの像(マーク像)を形成する。
Reflected light (regularly reflected light, scattered light, etc.) is generated from the wafer irradiated with the illumination light from the optical fiber 16A, and the reflected light is reflected by the mirror M1, the objective lens OBL, the beam splitter BS1, and the mirror M2. Through the beam splitter BS2, a part (about 1/2) of the reflected light proceeds toward the detection optical system. The detection optical system includes a lens system 24, a mirror 25, an index plate 26, image pickup relay lens systems 27 and 31, a mirror 28, and a beam splitter BS3. The beam splitter BS3 detects the reflected light from the wafer in the x direction. TV camera (CCD)
8X and a television camera (CCD) 8Y for y-direction detection are separately formed, and an image (mark image) of the pattern on the wafer surface is formed on the image pickup surface of each television camera 8X, 8Y.

【0021】ここで指標板26は、対物レンズOBLと
レンズ系24との合成系に関してウェハと共役に配置さ
れ、さらに指標板26と各テレビカメラ8X、8Yとは
リレー系27、31に関して互いに共役に配置される。
その指標板26は透明板の上にクロム層等で指標パター
ンを形成したものであり、ウェハ上のマークの像が形成
される部分は透明部のままである。従ってカメラ8X、
8Yは指標板26の透明部に結像したウェハマークの空
中像と、指標パターンの像とを同時に受光する。
Here, the index plate 26 is arranged conjugate with the wafer with respect to the combined system of the objective lens OBL and the lens system 24, and the index plate 26 and each of the television cameras 8X and 8Y are conjugated with respect to the relay systems 27 and 31. Is located in.
The index plate 26 is formed by forming an index pattern with a chrome layer or the like on a transparent plate, and the portion where the image of the mark on the wafer is formed remains the transparent portion. So the camera 8X,
8Y simultaneously receives the aerial image of the wafer mark formed on the transparent portion of the index plate 26 and the image of the index pattern.

【0022】ところで、先の図3で示したように、FI
A系には変倍機能が設けられているが、図5の系では指
標板26とテレビカメラ8X、8Yとの間の結像光路中
に変倍光学系30を挿脱可能に設けることで、それに対
応した。またリレー系27、31の光路中には波長フィ
ルター(特定帯域をカットするフィルター)29も挿脱
可能に設けられているが、この波長フィルター29はL
IA系を使用したときにウェハで反射してくる強いレー
ザ光の波長成分をカットするためのものである。
By the way, as shown in FIG.
The system A has a variable magnification function, but in the system of FIG. 5, the variable magnification optical system 30 is removably provided in the image forming optical path between the index plate 26 and the television cameras 8X and 8Y. , Corresponding to it. A wavelength filter (filter that cuts a specific band) 29 is also provided in the optical paths of the relay systems 27 and 31 so that it can be inserted and removed.
This is for cutting the wavelength component of the strong laser light reflected by the wafer when the IA system is used.

【0023】さらに図5の系においては、指標板26を
独立に照明するための照明系が設けられる。この照明系
は光ファイバー16B、コンデンサーレンズ20B、照
明視野絞り板21B、ミラー22B、及びレンズ系23
Bで構成され、レンズ系23Bから射出する照明光は、
ビームスプリッタBS2に関してウェハ照明光路と反対
側からビームスプリッタBS2に入射する。このため光
ファイバー16Bからの照明光はビームスプリッタBS
2で反射してレンズ系24、ミラー25を介して指標板
26に達する。この系で、絞り板21Bはレンズ系23
B、24の合成系に関して指標板26と共役に配置さ
れ、光ファイバー16Bは絞り板21Bをケーラー照明
する。
Furthermore, in the system of FIG. 5, an illumination system for independently illuminating the index plate 26 is provided. This illumination system includes an optical fiber 16B, a condenser lens 20B, an illumination field diaphragm plate 21B, a mirror 22B, and a lens system 23.
The illumination light that is composed of B and is emitted from the lens system 23B is
The beam splitter BS2 enters the beam splitter BS2 from the side opposite to the wafer illumination optical path. Therefore, the illumination light from the optical fiber 16B is emitted from the beam splitter BS.
It is reflected by 2 and reaches the index plate 26 through the lens system 24 and the mirror 25. In this system, the diaphragm plate 21B has a lens system 23.
The composite system of B and 24 is arranged conjugate with the index plate 26, and the optical fiber 16B illuminates the diaphragm plate 21B with Koehler illumination.

【0024】ここで各系の機能を明確にすめため、ビー
ムスプリッタBS1よりもウェハ側の対物レンズOB
L、ミラーM1を共通対物系と呼び、ビームスプリッタ
BS1からミラーM2、ビームスプリッタBS2、レン
ズ系24、ミラー25、及び指標板26までの系をFI
A受光系と呼び、レンズ系27からテレビカメラ8X、
8Yまでの系をFIA検出系と呼び、光ファイバー16
AからビームスプリッタBS2までの系をウェハ照明系
と呼び、さらに光ファイバー16Bからビームスプリッ
タBS2までの系を指標照明系と呼ぶことにする。これ
ら共通対物系、FIA受光系、FIA検出系、ウェハ照
明系、指標照明系の夫々を構成する各光学レンズは、い
ずれも同軸に配置される。
Here, in order to clarify the function of each system, the objective lens OB on the wafer side of the beam splitter BS1
L and the mirror M1 are called a common objective system, and the system from the beam splitter BS1 to the mirror M2, the beam splitter BS2, the lens system 24, the mirror 25, and the index plate 26 is FI.
Called A light receiving system, from the lens system 27 to the TV camera 8X,
The system up to 8Y is called the FIA detection system, and the optical fiber 16
The system from A to the beam splitter BS2 is called a wafer illumination system, and the system from the optical fiber 16B to the beam splitter BS2 is called an index illumination system. Each optical lens forming each of the common objective system, the FIA light receiving system, the FIA detection system, the wafer illumination system, and the index illumination system is coaxially arranged.

【0025】先に図3で説明したように、テレビカメラ
8X、8Yは小さな検出領域PF2を観察するように高
倍率に設定されたとき、指標板26上の指標パターンと
ウェハマーク(MLx、MLy)とを画像解析してx、
y両方向の各位置ずれを検出し、大きな領域PF1を観
察するように低倍率に設定されたときは、単に目視だけ
を目的とするのでテレビカメラ8X、8Yのいずれか一
方だけの画像信号を表示手段(CRT、液晶表示パネル
等)に送って表示するようにしてもよい。
As described above with reference to FIG. 3, when the television cameras 8X and 8Y are set to a high magnification so as to observe the small detection area PF2, the index pattern and the wafer marks (MLx, MLy) on the index plate 26 are set. ) And x for image analysis
y If the low magnification is set so as to detect the misalignment in both directions and to observe the large area PF1, the image signal of only one of the TV cameras 8X and 8Y is displayed because it is only for visual observation. It may be sent to a means (CRT, liquid crystal display panel, etc.) for display.

【0026】ここで指標板26上の指標パターンの配置
例を図6を参照して説明する。指標板26は、透明ガラ
ス板上にクロム層を蒸着してエッチングにより指標パタ
ーンを形成したものであり、図6中で斜線部、又は黒部
で示した部分がクロム層による遮光部である。テレビカ
メラ8X、8YはそれぞれX方向、Y方向に水平走査線
が位置するように互いに90°回転した関係で配置され
るので、撮像面が正方形でない限り、図6に示すように
テレビカメラ8Xの撮像領域PF2xと、テレビカメラ
8Yの撮像領域PF2yとは完全には一致しない。また
図6中の大きな観察領域PF1はテレビカメラ8Xによ
るものである。さて、この指標板26上で、ウェハマー
クのX方向の位置ずれ検出の基準は、X方向の離れた2
ケ所に形成された指標パターン部RX1、RX2であ
り、Y方向の位置ずれ検出の基準はY方向に離れて形成
された2ケ所の指標パターン部RY1、RY2である。
それぞれの指標パターン部RX1、RX2、RY1、R
Y2は、いずれも同じ形状、寸法であり、かつそこには
同一形状の透明スリットパターンが形成されている。ま
た大きな観察領域PF1に切り替えたとき、LIA系に
よる照射領域ALx、ALyの位置が指標板26上で認
識できるように、ターゲットマークTx、Tyが設けら
れている。そして4ケ所の指標パターン部RX1、RX
2、RY1、RY2の内側に、図4に示したウェハマー
クMLx、MLyの領域MLが位置するように、ウェハ
ステージ11を位置決めしてから、テレビカメラ8X、
8Yからの画像信号が解析される。
Here, an example of the arrangement of the index patterns on the index plate 26 will be described with reference to FIG. The index plate 26 is one in which a chrome layer is vapor-deposited on a transparent glass plate and an index pattern is formed by etching. In FIG. 6, a shaded portion or a portion shown by a black portion is a light-shielding portion by the chrome layer. Since the television cameras 8X and 8Y are arranged in such a relationship that they are rotated by 90 ° so that the horizontal scanning lines are located in the X direction and the Y direction, respectively, unless the image pickup surface is a square, the television cameras 8X and 8Y are arranged as shown in FIG. The imaging area PF2x and the imaging area PF2y of the television camera 8Y do not completely match. A large observation area PF1 in FIG. 6 is formed by the television camera 8X. Now, on the index plate 26, the reference for detecting the positional deviation of the wafer mark in the X direction is 2 in the X direction.
The index pattern portions RX1 and RX2 are formed at the two places, and the reference for the misregistration detection in the Y direction is the two index pattern portions RY1 and RY2 that are formed apart in the Y direction.
The respective index pattern portions RX1, RX2, RY1, R
Y2 has the same shape and size, and a transparent slit pattern of the same shape is formed therein. Further, target marks Tx and Ty are provided so that the positions of the irradiation regions ALx and ALy by the LIA system can be recognized on the index plate 26 when switching to the large observation region PF1. And the four index pattern parts RX1 and RX
After positioning the wafer stage 11 so that the regions ML of the wafer marks MLx, MLy shown in FIG. 4 are located inside 2, RY1, RY2, the television camera 8X,
The image signal from 8Y is analyzed.

【0027】図7は指標パターンRX1、RX2、RY
1、RY2の各拡大図であり、ウェハマークMLx、M
Lyの配置例をあわせて示すものである。図7におい
て、X方向に水平走査線をもつテレビカメラ8Xは全水
平走査線のうち特定部分のn本の走査線による領域KX
内に位置する各パターン、マークに対して画像解析を行
なう。走査線領域KX内の両側にはX方向用の指標パタ
ーン部RX1、RX2の夫々に形成された3本の透明ス
リットが、水平走査線と直交するように配置される。ウ
ェハ上のマークMLx、MLyは図7に示すように、指
標パターン部RX1、RX2の間に位置するように設定
される。ここで走査領域KXはX方向用のものであるの
で、ウェハマークとしてはX方向にピッチを有するマー
クMLxが使われる。この際、Y方向にピッチを有する
マークMLyも走査領域KX内に位置するが、このマー
クMLyに対応した画像信号波形は処理のときに無視さ
れる。同様に、Y方向に水平走査線をもつテレビカメラ
8Yは、全走査線のうち特定部分のn本の走査線による
走査領域KY内に位置する指示パターン部RY1、RY
2の各透明スリットと、ウェハ上のマークMLyとを画
像解析する。
FIG. 7 shows index patterns RX1, RX2, RY.
1 and 2 are enlarged views of wafer marks MLx and M.
It also shows an arrangement example of Ly. In FIG. 7, the television camera 8X having horizontal scanning lines in the X direction has an area KX formed by n scanning lines in a specific portion of all horizontal scanning lines.
Image analysis is performed for each pattern and mark located inside. On both sides of the scanning line region KX, three transparent slits formed in each of the index pattern portions RX1 and RX2 for the X direction are arranged so as to be orthogonal to the horizontal scanning line. The marks MLx and MLy on the wafer are set so as to be located between the index pattern portions RX1 and RX2 as shown in FIG. Since the scanning region KX is for the X direction, the mark MLx having a pitch in the X direction is used as the wafer mark. At this time, the mark MLy having a pitch in the Y direction is also located in the scanning region KX, but the image signal waveform corresponding to this mark MLy is ignored during processing. Similarly, in the television camera 8Y having horizontal scanning lines in the Y direction, the instruction pattern portions RY1 and RY located in the scanning area KY by n scanning lines of a specific portion of all scanning lines.
Image analysis is performed on each transparent slit 2 and the mark MLy on the wafer.

【0028】尚、画像信号を解析するコンピュータは、
各テレビカメラの解析に必要な走査線のスタート点と終
了点との設定、解析すべき走査線の本数(最大n本)設
定等を予め決定している。また走査領域KXのX方向の
位置や、走査領域KYのY方向の位置は、ジョイスティ
ック等によって表示画面をモニターしつつマニュアルに
て変更することもできる。そのためには表示画面上に領
域KX、KYの位置を表わすカーソル線、囲み枠線、範
囲指定用の矢印状表示パターン等に応じたビデオ信号を
作り出し、これを各テレビカメラ8X、8Yからの画像
信号とミキシングして表示するのがよい。このとき、そ
れらカーソル線、囲み枠線、矢印等はジョイスティック
操作により表示画面内で任意の位置に移動する。
The computer that analyzes the image signal is
The setting of the start and end points of the scanning lines necessary for the analysis of each television camera, the setting of the number of scanning lines to be analyzed (maximum n), etc. are determined in advance. Further, the position of the scanning region KX in the X direction and the position of the scanning region KY in the Y direction can be changed manually while monitoring the display screen with a joystick or the like. For that purpose, a video signal corresponding to a cursor line indicating the positions of the areas KX and KY, an enclosing frame line, an arrow-shaped display pattern for designating a range, etc. is produced on the display screen, and the video signal is produced from each of the television cameras 8X and 8Y. It is better to mix and display the signal. At this time, the cursor line, the surrounding frame line, the arrow, etc. are moved to arbitrary positions on the display screen by the joystick operation.

【0029】ところで、図5に示した系のうちのウェハ
照明系でウェハを照明すると、そのままだと、ウェハ表
面の反射率に依存した強度の反射光が指標パターン部R
X1、RX2、RY1、RY2に達し、その反射光の一
部が透明スリットを透過してテレビカメラ上でスリット
像となる。このため指標パターン部の下のウェハ上に複
雑なパターンがあったり、反射率が極めて小さかったり
すると、指標パターン部内のスリット像のコントラスト
が低下し、画像信号に基づいた指標パターン(スリッ
ト)の位置計測精度が悪化することがある。
By the way, when the wafer is illuminated by the wafer illumination system of the system shown in FIG. 5, if the wafer is left as it is, the reflected light having the intensity depending on the reflectance of the wafer surface is used as the index pattern portion R.
It reaches X1, RX2, RY1, and RY2, and a part of the reflected light thereof passes through the transparent slit and becomes a slit image on the television camera. Therefore, if there is a complicated pattern on the wafer below the index pattern part or the reflectance is extremely low, the contrast of the slit image in the index pattern part decreases, and the position of the index pattern (slit) based on the image signal is reduced. The measurement accuracy may deteriorate.

【0030】そこで図5に示したように、指標照明系
(光ファイバー16B〜ビームスプリッタBS2までの
系)を設け、指標板26上の指標パターン部RX1、R
X2、RY1、RY2のみを別に照明するように、照明
視野絞り板21B上の対応する位置に開口部(透明部)
を設けるようにする。図8は絞り板21B上での透明部
の配置を示し、透明部QX1は指標パターン部RX1の
みを照明し、透明部QX2、QY1、QY2はそれぞれ
指標パターン部RX2、RY1、RY2のみを照明す
る。このとき各透明部QX1、QX2、QY1、QY2
はいずれも対応する指標パターン部の形状と相似であっ
て、かつ指標パターン部よりも若干小さい寸法になるよ
うに設定されている。
Therefore, as shown in FIG. 5, an index illumination system (a system from the optical fiber 16B to the beam splitter BS2) is provided, and the index pattern portions RX1 and R on the index plate 26 are provided.
An opening (transparent part) is provided at a corresponding position on the illumination field diaphragm plate 21B so that only X2, RY1, and RY2 are separately illuminated.
Should be provided. FIG. 8 shows the arrangement of the transparent parts on the diaphragm plate 21B. The transparent part QX1 illuminates only the index pattern part RX1, and the transparent parts QX2, QY1, QY2 illuminate only the index pattern parts RX2, RY1, RY2, respectively. . At this time, the transparent portions QX1, QX2, QY1, QY2
Are similar to the shape of the corresponding index pattern portion and are set to have a size slightly smaller than the index pattern portion.

【0031】一方、ウェハ照明系内の照明視野絞り21
Aは、図3、又は図6に示したように広い観察領域PF
1の全体を照明する必要があるので、領域PF1に合わ
せた単純な矩形開口(透明部)をもったものでよい。し
かしながら、指標パターン部RX1、RX2、RY1、
RY2のスリット像のコントラストを一定にするため
に、ウェハ表面からの反射光が指標パターン部に達しな
いようにすることが必要なときは、視野絞り21Aの透
明部上に、図8の透明部QX1、QX2、QY1、QY
2の各形状寸法とその配置とを同一にした遮光部を設け
るとよい。すなわち図8の絞り板21Bと相補的な関係
で遮光部と透明部とを形成した絞り板にすればよい。
On the other hand, the illumination field stop 21 in the wafer illumination system.
A is a wide observation area PF as shown in FIG. 3 or FIG.
Since it is necessary to illuminate the entire area of No. 1, it is possible to use a simple rectangular opening (transparent portion) that matches the area PF1. However, the index pattern portions RX1, RX2, RY1,
When it is necessary to prevent the reflected light from the wafer surface from reaching the index pattern portion in order to keep the contrast of the slit image of RY2 constant, the transparent portion of FIG. QX1, QX2, QY1, QY
It is advisable to provide a light-shielding portion having the same shape and size as those in No. 2 above. That is, the diaphragm plate may have a light-shielding portion and a transparent portion in a complementary relationship with the diaphragm plate 21B of FIG.

【0032】図9は図7に示した状態で、走査領域K
X、KY内の一本の走査線に対応してテレビカメラ8
X、8Yが出力する画像信号の波形の一例を示し、図9
(A)はテレビカメラ8Xの画像信号波形VFx、図9
(B)はテレビカメラ8Yの画像信号波形VFyを示
す。まずX方向検出用の走査領域KX内には図7のよう
に各パターン、マークが位置するので、信号波形VFx
には指標パターン部RX1内の3本の透明スリット像強
度に対応した波形部分Vx1、ウェハマークMLyの解析
格子が並ぶ方向に関する像強度に対応した波形部分Vm
y、ウェハマークMLxの解析格子のピッチ方向に関す
る像強度に対応した波形部分Vmx、及び指標パターン部
RX2内の3本のスリット像強度に対応した波形部分V
x2が時系列的に含まれる。同様に信号波形VFyには、
指標パターン部RY2内の3本のスリット像に対応した
波形部分Vy2、ウェハマークMLyの解析格子のピッチ
方向に関する像コントラストに対応した波形部分Vmy、
及び指標ピターン部RY1内の3本のスリット像に対応
した波形部分Vy1が時系列的に含まれる。
FIG. 9 shows the scanning area K in the state shown in FIG.
TV camera 8 corresponding to one scanning line in X and KY
An example of the waveform of the image signal output by X and 8Y is shown in FIG.
(A) is an image signal waveform VFx of the TV camera 8X, FIG.
(B) shows an image signal waveform VFy of the television camera 8Y. First, since each pattern and mark are located in the scanning region KX for detecting the X direction as shown in FIG. 7, the signal waveform VFx
Is a waveform portion Vx1 corresponding to the three transparent slit image intensities in the index pattern portion RX1, and a waveform portion Vm corresponding to the image intensity in the direction in which the analysis grids of the wafer mark MLy are arranged.
y, a waveform portion Vmx corresponding to the image intensity in the pitch direction of the analysis grid of the wafer mark MLx, and a waveform portion V corresponding to the image intensity of three slits in the index pattern portion RX2.
x2 is included in time series. Similarly, in the signal waveform VFy,
A waveform portion Vy2 corresponding to the three slit images in the index pattern portion RY2, a waveform portion Vmy corresponding to the image contrast in the pitch direction of the analysis grid of the wafer mark MLy,
And a waveform portion Vy1 corresponding to the three slit images in the index pattern portion RY1 is included in time series.

【0033】尚、マークMLxのピッチ方向(X方向)
に対応した波形部分Vmx、マークMLyのピッチ方向
(Y方向)に対応した波形部分Vmyは、図9のように多
数のボトム点をもつ繰り返し波形になるが、これは図1
0(A)に示すように各マークのピッチ方向に繰り返し
並ぶ格子のエッジ位置で対物レンズOBLに戻らない反
射光が発生し、図10(B)のようにボトム点になるた
めである。ただし、マークの格子のエッジ部の傾斜がな
だらかだったり、マークの格子を形成する材質の反射率
が下地とくらべて極端に低かったり、あるいは格子自体
の線幅が小さかったりすると、図10(C)のようにマ
ークの格子位置でボトム点となることもある。原理的に
は、マーク格子の本数と同じ数のボトム点が得られてい
るか、マーク格子本数の約2倍の数のボトム点が得られ
ているかを波形処理上のアルゴリズムで判別するように
すれば、マークMLx、MLyの形状、光学的な特徴に
依存することなく信号波形処理が可能である。
The pitch direction of the mark MLx (X direction)
1 and the waveform portion Vmy corresponding to the pitch direction (Y direction) of the mark MLy is a repetitive waveform having a large number of bottom points as shown in FIG.
This is because the reflected light that does not return to the objective lens OBL is generated at the edge position of the grating lined up in the pitch direction of each mark as shown in 0 (A), and becomes the bottom point as shown in FIG. However, if the inclination of the edge portion of the mark lattice is gentle, the reflectance of the material forming the mark lattice is extremely lower than that of the base, or the line width of the lattice itself is small, then FIG. ), It may become the bottom point at the grid position of the mark. In principle, an algorithm for waveform processing should be used to determine whether the number of bottom points is the same as the number of mark grids or the number of bottom points is about twice the number of mark grids. For example, signal waveform processing can be performed without depending on the shapes and optical characteristics of the marks MLx and MLy.

【0034】次に図11を参照してLIA系の具体的な
構成を説明する。LIA系はオフ・アクシス・アライメ
ント系のミラーM1、対物レンズOBL及びビームスプ
リッタBS1からなる共通対物系を介して、対物レンズ
OBLの視野領域IF内に図3で示したようにレーザビ
ームの交差照明領域ALx、ALyを形成するものであ
る。その照明領域ALx、ALyに対してレーザビーム
を送光するために、直線偏光、又は円偏光のHe−Ne
のレーザ光源6を設け、このレーザ光源6からのビーム
LBをシャッター40を介してビームスプリッタBS8
で2分割する。ビームスプリッタBS8を透過したビー
ムは適宜折り返しミラーを介してヘテロダイン2光束化
ユニット41Xに入射する。このユニット41X内には
入射ビームをさらに2つに分割し、分割された2つのビ
ームの夫々を、互いに異なる周波数分だけシフトさせる
2つの周波数シフター(音響光学変調器)と、各周波数
シフターから出力される2本のビームを偏心合成する合
成系とを含んでいる。その合成系によって合成された2
本のビームは、図11に示すようにLB1x、LB2x
となって系の光軸と平行に進み、レンズ系42Xに入射
する。2本のビームLB1x、LB2xはレンズ系42
Xの後側焦点面で所定の角度で交差し、その後側焦点面
に配置されたアパーチャ板43Xを一様に照射する。従
ってアパーチャ板43X上には、2つのビームLB1
x、LB2xの交差によって一次元の干渉縞が生成さ
れ、しかもヘテロダイン2光束化ユニット41X内の1
対の周波数シフターのドライブ周波数が互いに異なるこ
とから、その周波数の差に応じた速度で、一次元の干渉
縞はピッチ方向に流れている。
Next, a specific configuration of the LIA system will be described with reference to FIG. The LIA system is a cross-illumination of laser beams as shown in FIG. 3 in the visual field region IF of the objective lens OBL via a common objective system including a mirror M1 of an off-axis alignment system, an objective lens OBL and a beam splitter BS1. Areas ALx and ALy are formed. In order to send a laser beam to the illumination areas ALx and ALy, linearly polarized light or circularly polarized He-Ne is used.
The laser light source 6 is provided, and the beam LB from the laser light source 6 is transmitted through the shutter 40 to the beam splitter BS8.
Divide into two. The beam transmitted through the beam splitter BS8 is appropriately incident on the heterodyne two-beam conversion unit 41X via a folding mirror. In this unit 41X, the incident beam is further divided into two, and two frequency shifters (acousto-optic modulators) for shifting each of the two divided beams by different frequency and output from each frequency shifter. And a synthesizing system for eccentrically synthesizing the two beams described above. 2 synthesized by the synthesis system
The beams of the book are LB1x and LB2x as shown in FIG.
Becomes parallel to the optical axis of the system and enters the lens system 42X. The two beams LB1x and LB2x are the lens system 42.
The rear focal plane of X intersects at a predetermined angle, and the aperture plate 43X disposed on the rear focal plane is uniformly irradiated. Therefore, two beams LB1 are formed on the aperture plate 43X.
One-dimensional interference fringes are generated by the intersection of x and LB2x, and 1 in the heterodyne two-beam conversion unit 41X is generated.
Since the drive frequencies of the pair of frequency shifters are different from each other, the one-dimensional interference fringes flow in the pitch direction at a speed corresponding to the difference in the frequencies.

【0035】さてアパーチャ板43Xによって制限され
た2本のビームは、ビームスプリッタBS6で一部反射
され、レンズ系44X、ビームスプリッタBS4、BS
1を通って対物レンズOBLに入射し、ウェハ上の照射
領域ALxに達する。ここでアパーチャ板43Xに形成
されるアパーチャは、対物レンズOBLの視野領域IF
の中で、LIA系による照明領域ALxの位置と共役に
なるように配置されている。
The two beams limited by the aperture plate 43X are partially reflected by the beam splitter BS6, and the lens system 44X and the beam splitters BS4, BS are provided.
The light enters the objective lens OBL through 1 and reaches the irradiation area ALx on the wafer. Here, the aperture formed on the aperture plate 43X is the visual field area IF of the objective lens OBL.
Among them, it is arranged so as to be conjugate with the position of the illumination area ALx by the LIA system.

【0036】さて、LIA系による照明領域ALx内に
は、2本のビームLB1x、LB2xがX方向に関して
対称的に傾いて入射しているので、ウェハ上でも一次元
の干渉縞がX方向に流れている。このため照明領域AL
x内にX方向アライメント用のウェハマークMLxが存
在したものとすると、マークMLxのピッチ寸法Pgと
干渉縞のピッチ寸法Piとを所定の比(例えばPg/P
i=2)に設定すると、マークMLxから垂直方向に進
む±1次回折光が発生する。その+1次回折光は例えば
レーザビームLB1xの照射によって得られたものであ
り、−1次回折光はレーザビームLB2xの照射によっ
て得られたものである。この2つの±1次回折光は偏向
方向が同一なので互いに干渉するとともに、2つの周波
数シフターによる周波数の差、すなわちビート周波数で
周期的に干渉強度が変化している。そこでマークMLx
から垂直に発生する±1次回折光を干渉ビート光と呼
ぶ。この干渉ビート光はミラーM1、対物レンズOB
L、ビームスプリッタBS1、BS4、レンズ系44X
を通ってビームスプリッタBS6に達し、ここで分割さ
れて受光用アパーチャ板45Xに達する。受光用アパー
チャ板45Xは、レンズ系44Xと対物レンズOBLと
の合成系に関してウェハと共役(結像関係)に配置さ
れ、ウェハ上の照明領域ALxからの反射光(干渉ビー
ト光)のみを透過するような開口を有する。アパーチャ
板45Xを通った干渉ビート光はミラー46X、レンズ
系47Xを介して光電センサー48Xに達する。この光
電センサー48Xの受光面はレンズ系47Xによるフー
リエ変換面と一致するように配置される。同時に光電セ
ンサー48Xの受光面は対物レンズOBLとレンズ系4
4Xとの間に存在する瞳面(絞り位置、又はウェハ面に
対してフーリエ変換の関係にある面)とも共役になって
いる。
Since the two beams LB1x and LB2x are incident symmetrically with respect to the X direction in the illumination area ALx by the LIA system, one-dimensional interference fringes flow in the X direction even on the wafer. ing. Therefore, the illumination area AL
Assuming that the wafer mark MLx for X-direction alignment exists in x, the pitch dimension Pg of the mark MLx and the pitch dimension Pi of the interference fringes are set to a predetermined ratio (for example, Pg / P).
When i = 2) is set, ± 1st-order diffracted light traveling in the vertical direction from the mark MLx is generated. The + 1st order diffracted light is obtained by irradiating the laser beam LB1x, for example, and the −1st order diffracted light is obtained by irradiating the laser beam LB2x. Since the two ± 1st-order diffracted lights have the same deflection direction, they interfere with each other, and at the same time, the interference intensity changes periodically at the frequency difference between the two frequency shifters, that is, at the beat frequency. So Mark MLx
The ± first-order diffracted light that is generated vertically from is called interference beat light. This interference beat light is reflected by the mirror M1 and the objective lens OB.
L, beam splitters BS1, BS4, lens system 44X
To reach the beam splitter BS6, where it is split and reaches the light-receiving aperture plate 45X. The light-receiving aperture plate 45X is arranged conjugate (imaging relationship) with the wafer with respect to the combined system of the lens system 44X and the objective lens OBL, and transmits only the reflected light (interference beat light) from the illumination area ALx on the wafer. It has such an opening. The interference beat light that has passed through the aperture plate 45X reaches the photoelectric sensor 48X via the mirror 46X and the lens system 47X. The light receiving surface of the photoelectric sensor 48X is arranged so as to coincide with the Fourier transform surface of the lens system 47X. At the same time, the light receiving surface of the photoelectric sensor 48X is the objective lens OBL and the lens system 4
It is also conjugate with a pupil plane existing between 4X and 4X (a diaphragm position or a plane having a Fourier transform relationship with the wafer plane).

【0037】一方、Y方向用のLIA系は、レーザ光源
6からのビームのうちビームスプリッタBS8で分割さ
れた他方のビームを入射して、互いに周波数が異なる2
本のビームLB1y、LB2yを射出するヘテロダイン
2光束化ユニット41Y、2本のビームLB1y、LB
2yをそれぞれ平行光束にしてアパーチャ板43Y上で
交差させるレンズ系42Y、送受光系を分割するビーム
スプリッタBS5、レンズ系44Y、受光用アパーチャ
板45Y、ミラー46Y、フーリエ変換用のレンズ系4
7Y、及び光電センサー48Yで構成され、各部材の光
学的な配置と機能はX方向用のLIA系と全く同一であ
る。ただし、X方向用LIA系と異る点は、ウェハ上で
交差する2本のビームLB1y、LB2yをY方向に対
称的に傾ける必要があることから、ヘテロダイン2光束
化ユニット41YをX方向用LIA系のユニット41X
に対して90°回転させて配置すること、ウェハ上のY
方向用のマークMLyを照明領域ALy内で検出するよ
うに、各アパーチャ板43Y、45Yの各開口を、ウェ
ハ上の照明領域ALyと互いに共役な部分に設けること
である。
On the other hand, in the LIA system for the Y direction, of the beams from the laser light source 6, the other beam split by the beam splitter BS8 is incident, and the frequencies are different from each other.
Heterodyne two-beam conversion unit 41Y for emitting two beams LB1y, LB2y, two beams LB1y, LB
A lens system 42Y that makes 2y parallel light fluxes and intersects each other on the aperture plate 43Y, a beam splitter BS5 that divides the light transmitting / receiving system, a lens system 44Y, a light receiving aperture plate 45Y, a mirror 46Y, and a Fourier transform lens system 4
7Y and photoelectric sensor 48Y, the optical arrangement and function of each member are exactly the same as the LIA system for the X direction. However, the difference from the X-direction LIA system is that the two beams LB1y and LB2y intersecting on the wafer need to be symmetrically tilted in the Y-direction, so that the heterodyne two-beam conversion unit 41Y is arranged in the X-direction LIA. System unit 41X
Position by rotating 90 ° with respect to Y on the wafer
In order to detect the direction mark MLy in the illumination area ALy, each aperture of each aperture plate 43Y, 45Y is provided in a portion of the wafer which is conjugate with the illumination area ALy.

【0038】ところでヘテロダイン方式の場合、マーク
から発生した干渉ビート光はビート周波数で正弦波状に
強度変化し、光電センサー48X、48Yの各出力信号
が、正弦波状の交流信号(ビート周波数)となっている
ので、その出力信号のみからマークMLx、MLyの位
置ずれを知ることはできない。そこで図11のようにビ
ームスプリッタBS4の残りの一面側に、基準信号作成
系を設ける。図11に示したビームスプリッタBS4の
スプリット方向からも明らかなように、レンズ系44X
を通ってきた2本の送光ビームLB1x、LB1yはそ
の一部(1/2)がビームスプリッタBS4を直進して
レンズ系50に入射する。レンズ系50からの2本のビ
ームLB1x、LB2xは、ミラー51、ビームスプリ
ッタBS7を介して透過型回折格子板53X、53Yの
夫々の上で交差し、そこに一次元に流れる干渉縞を作成
する。その格子板53Xは、レンズ系50、44Xに関
して送光用アパーチャ板43Xと共役に配置され、送光
用アパーチャ板43X上の開口部と対応した部分のみに
透過型回折格子(マークMLxと相似)が形成されてい
る。そこで格子板53X上の回折格子のピッチをX方向
にして干渉縞の方向と一致させておくと、格子板53X
上の格子からはビート周波数で振幅変調された干渉ビー
ト光が発生し、それをフーリエ変換用のレンズ系54X
を介して光電センサー55Xで受光することによって、
X方向用LIA系のための基準信号(ビート周波数の正
弦波状の交流)が作られる。
In the case of the heterodyne system, the intensity of the interference beat light generated from the mark changes sinusoidally at the beat frequency, and the output signals of the photoelectric sensors 48X and 48Y become sinusoidal AC signals (beat frequency). Therefore, the positional deviation of the marks MLx and MLy cannot be known only from the output signal. Therefore, as shown in FIG. 11, a reference signal generating system is provided on the remaining one surface side of the beam splitter BS4. As is apparent from the split direction of the beam splitter BS4 shown in FIG. 11, the lens system 44X
A part (1/2) of the two transmitted light beams LB1x and LB1y which have passed through the beam splitter BS4 goes straight to enter the lens system 50. The two beams LB1x and LB2x from the lens system 50 intersect each other on the transmission type diffraction grating plates 53X and 53Y via the mirror 51 and the beam splitter BS7, and create one-dimensional interference fringes there. . The grating plate 53X is arranged in a conjugate with the light-transmitting aperture plate 43X with respect to the lens systems 50 and 44X, and only the portion corresponding to the opening on the light-transmitting aperture plate 43X is a transmissive diffraction grating (similar to the mark MLx). Are formed. Therefore, if the pitch of the diffraction grating on the grating plate 53X is set to the X direction so as to match the direction of the interference fringes, the grating plate 53X
Interfering beat light whose amplitude is modulated at the beat frequency is generated from the upper grating, and is generated by the lens system 54X for Fourier transform.
By receiving light with the photoelectric sensor 55X via
A reference signal (sinusoidal AC with a beat frequency) for the X-direction LIA system is created.

【0039】尚、格子板53X上には、Y方向用のLI
A系からの2本のビームLB1y、LB2yの一部が同
時に交差していることになるが、格子板53上でビーム
LB1y、LB2yが交差する投射領域内は単なる遮光
部(平面)なので、ただちにカットされてしまう。Y方
向用LIA系の基準信号作成系も同様の部材で構成さ
れ、ビームスプリッタBS7を透過したビームLB1
y、LB2yはY方向にピッチを有する透過型回折格子
板53Y上の格子部分で交差し、その格子部分から発生
する干渉ビート光がフーリエ変換用のレンズ系54Yを
介して光電センサー55Yで受光される。ここでも格子
板53Y上にはX方向用の2本のビームLB1x、LB
2xが交差するが、その部分は単なる遮光部となってい
るため、ただちにカットされ、Y方向用の基準信号の作
成にノイズとなることが防止される。
On the lattice plate 53X, the LI for Y direction is used.
Although the two beams LB1y and LB2y from the A system intersect at the same time, the projection area where the beams LB1y and LB2y intersect on the grating plate 53 is simply a light-shielding portion (flat surface), so immediately. It will be cut. The reference signal generating system of the LIA system for Y direction is also composed of the same member, and the beam LB1 transmitted through the beam splitter BS7.
y and LB2y intersect at a grating portion on the transmission type diffraction grating plate 53Y having a pitch in the Y direction, and the interference beat light generated from the grating portion is received by the photoelectric sensor 55Y via the Fourier transform lens system 54Y. It Here again, the two beams LB1x and LB for the X direction are arranged on the lattice plate 53Y.
Although 2x intersects, since that portion is merely a light-shielding portion, it is prevented from being cut immediately and becoming a noise in the creation of the reference signal for the Y direction.

【0040】以上のLIA系の構成のうち、ヘテロダイ
ン2光束化ユニット41X、41Yは、例えば特開平2
−231504号公報に開示されたものがそのまま使え
る。図12(A)、(B)はLIA系のビーム送光路を
模式的に示したものであり、部分的に部材の配置を変更
したり、説明に不要な部材を省略したりしてある。図1
2(A)はアライメント系の光軸AXaとX軸とを含む
面内での送光路を示し、図12(B)は光軸AXaとY
軸とを含む面内での送光路を示す。まずY方向用のLI
A系では、送光用アパーチャ板43Yに2本のビーム
(平行光束)LB1y、LB2yが図12(B)の紙面
内で対称的に傾斜して入射する。このアパーチャ板43
Yの矩形状開口を通った2本のビームLB1y、LB2
yはレンズ系44Yを通って瞳面EPで集光(実際はビ
ームウエストになる)した後、対物レンズOBLを介し
て再び2本の交差するビーム(平行光束)となってマー
クMLyを照明する。2本のビームLB1y、LB2y
は図12(B)では瞳面EP上で光軸AXaをY方向に
はさんだ対称的な位置にスポットとして一度集光され
る。しかしながら図12(A)の方向からみると、2本
のビームLB1y、LB2yは瞳面EPの中央(光軸A
Xaが通る点)でスポットとなって集光しているように
見える。この種の2光束干渉方式のアライメント系で
は、ウェハマークMLx、MLyの格子ピッチ方向、す
なわち計測方向に関しては2本のビームを対称的に傾け
るが、非計測方向(ピッチ方向と直交する方向)に関し
ては傾けない、すなわち対物レンズOBLとウェハとの
間では光軸AXaと平行にしておくのである。このこと
から、図12(A)、(B)によれば、マークMLyか
ら垂直に発生する干渉ビート光も平行光束となり、それ
は瞳面EP上の光軸AXaが通る点でスポットになって
集光する。
Among the above-mentioned LIA system configurations, the heterodyne dual-beam conversion units 41X and 41Y are disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. Hei 2
The one disclosed in Japanese Patent No. 231504 can be used as it is. 12 (A) and 12 (B) schematically show the beam transmission path of the LIA system, in which the arrangement of members is partially changed or members unnecessary for description are omitted. Figure 1
2A shows an in-plane light transmission path including the optical axes AXa and X of the alignment system, and FIG. 12B shows the optical axes AXa and Y.
The light transmission path in a plane including the axis is shown. First, LI for Y direction
In the A system, the two beams (parallel light beams) LB1y and LB2y are incident on the aperture plate 43Y for light transmission while being symmetrically inclined in the plane of FIG. 12 (B). This aperture plate 43
Two beams LB1y and LB2 that have passed through the rectangular aperture of Y
After passing through the lens system 44Y and converging on the pupil plane EP (actually becoming a beam waist), y again becomes two intersecting beams (parallel light beams) via the objective lens OBL and illuminates the mark MLy. Two beams LB1y, LB2y
In FIG. 12B, is once condensed as a spot on the pupil plane EP at a symmetrical position with the optical axis AXa sandwiched in the Y direction. However, when viewed from the direction of FIG. 12A, the two beams LB1y and LB2y are at the center of the pupil plane EP (optical axis A).
It seems that the light is condensed as a spot at the point where Xa passes. In this type of two-beam interference type alignment system, the two beams are symmetrically tilted in the grating pitch direction of the wafer marks MLx, MLy, that is, in the measurement direction, but in the non-measurement direction (direction orthogonal to the pitch direction). Is not tilted, that is, it is kept parallel to the optical axis AXa between the objective lens OBL and the wafer. From this, according to FIGS. 12A and 12B, the interference beat light vertically generated from the mark MLy also becomes a parallel light flux, which is formed as a spot at a point where the optical axis AXa on the pupil plane EP passes. Glow.

【0041】同様にX方向用のLIA系では2本のビー
ムLB1x、LB2xが平行光束となって所定の交差角
で送光用アパーチャ板43Xに入射する。このとき2本
のビームLB1x、LB2xはマークMLxのピッチ方
向に合わせて、図12(A)の紙面内で対称的に傾いて
いる。従ってマークMLxから垂直に発生する干渉ビー
ト光も対物レンズOBLまでは平行光束となって光軸A
Xaと平行に進み、瞳面EP上では光軸AXaの通る点
でスポットになって集光する。
Similarly, in the LIA system for the X direction, the two beams LB1x and LB2x become parallel light beams and enter the light transmitting aperture plate 43X at a predetermined crossing angle. At this time, the two beams LB1x and LB2x are symmetrically inclined in the plane of the paper of FIG. 12A in accordance with the pitch direction of the mark MLx. Therefore, the interference beat light vertically generated from the mark MLx becomes a parallel light beam up to the objective lens OBL, and the optical axis A
The light travels in parallel with Xa, and becomes a spot on the pupil plane EP at a point where the optical axis AXa passes to collect the light.

【0042】このため、マークMLy、MLxの夫々か
らの干渉ビート光を瞳面EPと共役な光電センサー48
Y、48Xで検出するときは、そのままでは両方の干渉
ビート光が混在してしまうので、ウェハと共役な面に受
光用アパーチャ板45Y、45Xを配置し、両方の干渉
ビート光が像面内では分離していることを利用して択一
的に抽出するようにしたのである。
Therefore, the interference beat light from each of the marks MLy and MLx is photoelectric sensor 48 that is conjugate with the pupil plane EP.
When detecting with Y and 48X, since both interference beat lights are mixed as they are, the light receiving aperture plates 45Y and 45X are arranged on the surface conjugate with the wafer, and both interference beat lights are in the image plane. By utilizing the fact that they are separated, they are selectively extracted.

【0043】図13は、以上のようなFIA系、LIA
系の各信号処理回路を模式的に示したもので、図1に示
したアライメント制御ユニット内に設けられる。図13
において、FIA系のテレビカメラ(CCD)8X、8
Yはそれぞれ独立した駆動制御回路60X、60Yによ
ってドライブされ、コンポジットビデオ信号を出力す
る。このビデオ信号はそれぞれ同期分離回路61X、6
1Yに入力し、水平同期信号HSと垂直同期信号VSと
が抽出される。さらに同期分離回路61X、61Yの夫
々から抽出されたビデオ信号はプログラマブル・ゲイン
・コントロール回路(ゲインコントローラ)62X、6
2Yによって所定のゲインが与えられた後、アナログ−
デジタル変換器とメモリ(V−RAM)とを含むデジタ
ル波形記憶部63X、63Yに入力する。
FIG. 13 shows the above-mentioned FIA system and LIA.
The signal processing circuits of the system are schematically shown and are provided in the alignment control unit shown in FIG. FIG.
In, FIA type TV camera (CCD) 8X, 8
Y is driven by independent drive control circuits 60X and 60Y, and outputs a composite video signal. The video signals are synchronized separation circuits 61X and 6X, respectively.
Input to 1Y, the horizontal synchronizing signal HS and the vertical synchronizing signal VS are extracted. Further, the video signals extracted from the sync separation circuits 61X and 61Y are programmable gain control circuits (gain controllers) 62X and 6X.
After a predetermined gain is given by 2Y, analog-
Input to digital waveform storage units 63X and 63Y including a digital converter and a memory (V-RAM).

【0044】一方、同期分離回路61X、61Yの夫々
からの信号HS、VSはサンプリング・クロック生成回
路64X、64Yに入力し、ここでデジタル波形記憶部
63X、63Yに対するデジタル変換やメモリアクセス
等のタイミング・クロックが生成される。このクロック
は、例えばCCDの1本の水平走査期間中に得られるビ
デオ信号を1024画素相当分に分割するように定めら
れ、記憶部63X、63Yには、撮像画面内でn本の水
平走査線分のビデオ波形が取り込まれる。ここでは最大
64本分のビデオ波形が記憶できるものとする。また1
画面内でのビデオ波形の取り込み位置(水平走査線の垂
直方向の位置)を指定するために、取り込み制御回路6
5が設けられ、ここでは信号HS、VSに基づいて取り
込み開始点となる水平走査線がきたとき、生成回路64
X、64Yの夫々にタイミング・クロックを記憶部63
X、63Yへ出力するように指示する。その取り込み開
始点の指定は主制御回路66から送られてくるが、オペ
レータによる目視設定、又はビデオ波形を解析した自動
設定が可能である。
On the other hand, the signals HS and VS from the sync separation circuits 61X and 61Y are input to the sampling clock generation circuits 64X and 64Y, where the timings of digital conversion and memory access to the digital waveform storage units 63X and 63Y. -The clock is generated. This clock is set so as to divide a video signal obtained during one horizontal scanning period of the CCD into, for example, 1024 pixels. Minute video waveform is captured. Here, it is assumed that a maximum of 64 video waveforms can be stored. Again 1
The capture control circuit 6 is used to specify the capture position of the video waveform on the screen (the position of the horizontal scanning line in the vertical direction).
5 is provided here, and when a horizontal scanning line serving as a capture start point comes based on the signals HS and VS, the generation circuit 64 is provided.
Storage unit 63 stores timing clocks for X and 64Y, respectively.
Instruct to output to X and 63Y. The designation of the capture start point is sent from the main control circuit 66, but it can be set visually by the operator or automatically by analyzing the video waveform.

【0045】ところで、テレビカメラ8X、8Yからの
コンポジットビデオ信号はビデオ・コントローラ67で
ミキシング(画面合成)され、テレビモニター(CR
T)68にて表示される。このとき、画面表示上でどの
ようにミキシングするかは主制御回路66からの指示に
よって行なわれ、FIA系によるX方向マーク検出とY
方向マーク検出とを同時にモニターするときは、テレビ
画面を2分割し、分割された夫々に各方向のマーク検出
時の画像を適当にトリミング、又はシフトして表示す
る。またテレビカメラ8X、8Yのいずれか一方の画像
しか表示しないように切り替えることもできる。さらに
取り込み制御回路65は主制御回路66から指定された
取り込み開始点の位置情報に基づいて、テレビモニター
68上にその位置を表わすカーソル線(又は矢印等)に
対応したビデオ信号を作り、これをビデオ・コントロー
ラ67に送出してCCDからのビデオ信号と合成する。
By the way, the composite video signals from the TV cameras 8X and 8Y are mixed (screen composition) by the video controller 67, and the result is displayed on the TV monitor (CR).
T) 68 is displayed. At this time, how to mix on the screen display is performed according to an instruction from the main control circuit 66, and the FIA system detects the X direction mark and the Y direction.
When simultaneously detecting direction mark detection, the television screen is divided into two, and the images at the time of mark detection in each direction are appropriately trimmed or shifted and displayed in each of the divided areas. Further, it is possible to switch so that only one of the images of the television cameras 8X and 8Y is displayed. Further, the capture control circuit 65 creates a video signal corresponding to the cursor line (or arrow) indicating the position on the television monitor 68 based on the position information of the capture start point designated by the main control circuit 66, and outputs this. It is sent to the video controller 67 and combined with the video signal from the CCD.

【0046】さて、デジタル波形記憶部63X、63Y
の夫々に記憶された各ビデオ波形は高速波形処理用のプ
ロセッサー69によって演算処理され、X方向に関する
ウェハマークMLxの指標パターン中心に対する位置ず
れ量、Y方向に関するウェハマークMLyの指標パター
ン中心に対する位置ずれ量が求められる。これら位置ず
れ量の情報は主制御回路66を介してアライメント処理
制御部70に送られ、ウェハ上のショット位置と対応づ
けたアライメントデータとして使われる。またプロセッ
サー69は指標パターン中心の位置(水平走査方向の位
置)を個別に演算により算出し、その結果を主制御回路
66を介して取り込み制御回路65へ送る。これによっ
て制御回路65は、テレビモニター68上でウェハマー
クMLx、又はMLyがアライメントされるべき中心位
置に対応したカーソル線のビデオ信号を作り、ビデオ・
コントローラ67へ送出する。これはテレビモニター6
8を観察しながらウェハステージ11をマニュアルで微
動させて、マークMLx、又はMLyを指標パターンに
対してアライメントするときに便利である。もちろん指
標板26上に指標パターン中心を表わす線やマーカーを
付設しておいてもよいが、それらはマークMLx、ML
yの上、又はその極近傍に配置しないと意味がなく、し
かも信号波形処理範囲内に存在させてはならないことか
ら、そのマーカーの配置には自ずと制約が生じる。
Now, the digital waveform storage units 63X and 63Y
Each of the video waveforms stored in each is processed by the processor 69 for high-speed waveform processing, and the positional deviation amount of the wafer mark MLx in the X direction from the center of the index pattern and the positional deviation of the wafer mark MLy in the Y direction from the center of the index pattern center. The amount is required. Information on the amount of positional deviation is sent to the alignment processing control unit 70 via the main control circuit 66 and used as alignment data associated with the shot position on the wafer. The processor 69 also individually calculates the position of the center of the index pattern (the position in the horizontal scanning direction) and sends the result to the fetch control circuit 65 via the main control circuit 66. As a result, the control circuit 65 creates a video signal of the cursor line corresponding to the center position where the wafer mark MLx or MLy should be aligned on the television monitor 68, and the video signal
It is sent to the controller 67. This is a TV monitor 6
This is convenient when the wafer stage 11 is finely moved manually while observing 8, and the mark MLx or MLy is aligned with the index pattern. Of course, a line or a marker representing the center of the index pattern may be provided on the index plate 26, but these are the marks MLx, ML.
It is meaningless unless it is placed on y or in the immediate vicinity thereof, and since it must not exist within the signal waveform processing range, the placement of the marker is naturally restricted.

【0047】尚、アライメント処理制御部70は図1に
示したステージ制御ユニット17へウェハステージ11
の位置決め目標値を出力するが、これは、レーザ干渉計
13にて計測されるステージ11の停止位置座標値を取
り込み、ステージ11が停止した状態でFIA系にて計
測された位置ずれ量とそのときのステージ停止位置座標
値とに基づいて演算によって求められる。
The alignment processing control unit 70 transfers the wafer stage 11 to the stage control unit 17 shown in FIG.
The positioning target value is output, which is the positional deviation amount measured by the FIA system when the stage 11 is stopped and the stop position coordinate value of the stage 11 measured by the laser interferometer 13 is taken in. And the stage stop position coordinate value at that time.

【0048】一方、LIA系の信号処理系は、X方向の
基準信号を出力する光電センサー55Xと、ウェハマー
クMLxからの干渉ビート光の受光によって計測信号を
出力する光電センサー48Xとの両信号を入力するデジ
タル波形記憶部71X、Y方向用の光電センサー55Y
からの基準信号とウェハマークMLyからの干渉ビート
光を受光する光電センサー48Yの計測信号とを入力す
るデジタル波形記憶部71Y、クロック作成回路72、
及び高速波形処理用プロセッサー73とで構成される。
波形記憶部71X、71Yは、それぞれ基準信号と計測
信号とを個別にデジタル変換し、その波形(いずれも正
弦波状)をメモリ(RAM)内に所定周期分だけ記憶す
る。波形記憶部71X、71Yでのデジタル波形サンプ
リングのタイミングは、クロック作成回路72からのパ
ルスに応答して行なわれ、基準信号と計測信号とのサン
プリングは全く同一のタイミングで行なわれる。ただ
し、X方向用の記憶部71XとY方向用の記憶部71Y
との間でのサンプリング開始は必ずしも一致している必
要はない。そしてプロセッサー73は各記憶部に記憶さ
れた基準信号波形と計測信号波形とをフーリエ積分を用
いてベクトル演算し、両波形の位相差(±180°以
内)を求める。LIA方式では、ウェハ上に生成された
干渉縞のピッチPiに対してウェハマークMLx、ML
yのピッチPgを2倍にした場合、算出された位相差±
Δφはピッチ方向の位置ずれ量±ΔX(又は±ΔY)に
対して4・ΔX/Pg=Δφ/180(又は4・ΔY/
Pg=Δφ/180)の関係にある。
On the other hand, the signal processing system of the LIA system outputs both signals of the photoelectric sensor 55X which outputs the reference signal in the X direction and the photoelectric sensor 48X which outputs the measurement signal by receiving the interference beat light from the wafer mark MLx. Digital waveform storage 71X for input, photoelectric sensor 55Y for Y direction
, A digital waveform storage section 71Y for inputting a reference signal from the photoelectric sensor 48Y for receiving the interference beat light from the wafer mark MLy, a clock generation circuit 72,
And a high-speed waveform processing processor 73.
The waveform storage units 71X and 71Y individually digitally convert the reference signal and the measurement signal, and store the waveform (both of which are sinusoidal) in a memory (RAM) for a predetermined period. The timing of digital waveform sampling in the waveform storage units 71X and 71Y is performed in response to the pulse from the clock generation circuit 72, and the sampling of the reference signal and the measurement signal is performed at exactly the same timing. However, the storage unit 71X for the X direction and the storage unit 71Y for the Y direction
The sampling start between and does not necessarily match. Then, the processor 73 vector-calculates the reference signal waveform and the measurement signal waveform stored in each storage unit by using Fourier integration, and obtains the phase difference (within ± 180 °) of both waveforms. In the LIA method, the wafer marks MLx and ML are compared with the pitch Pi of the interference fringes generated on the wafer.
When the pitch Pg of y is doubled, the calculated phase difference ±
Δφ is 4 · ΔX / Pg = Δφ / 180 (or 4 · ΔY / with respect to the positional deviation amount ± ΔX (or ± ΔY) in the pitch direction)
Pg = Δφ / 180).

【0049】このことから、プロセッサー73は位相差
±Δφを求めるとただちに位置ずれ量ΔX、ΔYを算出
して、それをアライメント処理制御部70へアライメン
トデータとして送出する。次に以上で説明したFIA系
とLIA系の使い方について簡単に述べる。まず先の図
5に示したように、FIA系の観察光学系の光路内にレ
ーザカットフィルター29を配置して低倍状態にする
と、テレビカメラ8X(又は8Y)による観察領域は、
図3、あるいは図6に示したPF1になる。このときL
IA系からのビームが領域ALx、ALyの夫々を照射
しているとすると、テレビモニター68上ではその領域
ALx、ALyも明るく観察される。一般に、LIA系
で用いるビームのウェハ上での照度は、FIA系による
照明光の照度にくらべて格段に強いため、フィルター2
9を挿入しておくことで、テレビモニター68上、すな
わちテレビカメラ8X、8Yの撮像面上ではハレーショ
ンを起すことなく良好なコントラストでLIA系のビー
ム照射領域ALx、ALyが広い領域PF1内で同一に
観察できる。LIA系のレーザ光源6がHe−Neであ
るとすると、その照射領域ALx、ALyは赤色が強く
なるので、テレビカメラ8X、8Y、テレビモニター6
8がいずれもカラーであるときは、モニター画面内で赤
味が強くなって観察される。
From this, the processor 73 calculates the phase difference ± Δφ, immediately calculates the positional deviation amounts ΔX and ΔY, and sends them to the alignment processing control unit 70 as alignment data. Next, how to use the FIA system and the LIA system described above will be briefly described. First, as shown in FIG. 5, when the laser cut filter 29 is placed in the optical path of the FIA observation optical system and the low magnification state is set, the observation area by the television camera 8X (or 8Y) becomes
The PF1 shown in FIG. 3 or 6 is obtained. At this time L
If the beams from the IA system irradiate the areas ALx and ALy, respectively, the areas ALx and ALy are also brightly observed on the television monitor 68. In general, the illuminance on the wafer of the beam used in the LIA system is much stronger than the illuminance of the illumination light by the FIA system.
By inserting 9 in the region PF1 in which the LIA-based beam irradiation regions ALx and ALy are wide with good contrast without causing halation on the television monitor 68, that is, on the imaging surfaces of the television cameras 8X and 8Y. Can be observed. If the LIA laser light source 6 is He-Ne, the irradiation areas ALx and ALy are strongly red, so that the TV cameras 8X and 8Y and the TV monitor 6 are provided.
When all 8 are in color, they are observed as reddish intensified in the monitor screen.

【0050】さらにLIA系のレーザ光源6からのビー
ムは、図11に示すようにシャッター40によって遮へ
い可能となっているので、FIA系によるマーク検出時
あるいはマニュアルによる目視観察時等にウェハが長時
間同一位置に滞在するような場合、シャッター40を閉
じて強いレーザビームの照射によって領域ALx、AL
y内のレジストが感光するのを防止する。He−Neレ
ーザ等のような赤色光では、ウェハ上での照度が極めて
小さければ、ほとんど問題はないが、照度が高くなって
くると、その赤色光に対する感度が完全に零でない限
り、多かれ少なかれ時間とともに感光が進む。そこで図
1に示したステージ制御ユニット17内にウェハステー
ジ11が停止してからの時間を計時するタイマーを設
け、さらにLIA系の照射領域ALx、ALyがステー
ジ停止時にウェハ上に存在するときに、そのタイマーを
起動させ、一定時間経過してもステージ11が移動しな
いときは、図11中のシャッター40を閉じるようにす
るとよい。その場合、シャッター40の開放は次にウェ
ハステージ11が移動した後に行なわれる。
Further, the beam from the LIA laser light source 6 can be shielded by the shutter 40 as shown in FIG. 11, so that the wafer can be used for a long time at the time of mark detection by the FIA system or manual visual observation. When staying at the same position, close the shutter 40 and irradiate a strong laser beam to the areas ALx, ALx.
It prevents the resist in y from being exposed. Red light such as a He-Ne laser causes almost no problem if the illuminance on the wafer is extremely small, but if the illuminance becomes high, the sensitivity to the red light is more or less unless the sensitivity to the red light is completely zero. Photosensitization progresses with time. Therefore, a timer is provided in the stage control unit 17 shown in FIG. 1 to measure the time after the wafer stage 11 is stopped. Further, when the irradiation areas ALx and ALy of the LIA system exist on the wafer when the stage is stopped, If the timer is activated and the stage 11 does not move after a certain period of time, it is preferable to close the shutter 40 in FIG. In that case, the opening of the shutter 40 is performed after the next movement of the wafer stage 11.

【0051】また、FIA系によりマークを画像検出し
て自動アライメントする場合は、図5に示したフィルタ
ー29の代りに変倍光学系30を光路中に挿入して高倍
率の観察系にすることで、テレビカメラ8X(又は8
Y)の観察領域を図3、図6に示したような小さな領域
PF2に切りかえる。この際、テレビカメラ8X、8Y
にはFIA系の光ファイバー16A、16Bからの照明
光の広い波長帯域の全てを使った上質なマーク像が形成
されるので、ビデオ信号を用いた画像処理は極めて良好
に行なわれる。さらにテレビカメラ8X、8Yによる観
察領域PF2内には、LIA系の照射領域ALx、AL
yが存在しないため、画像処理系に何ら影響を与えな
い。またFIA系の観察領域をPF2にして、ウェハマ
ークMLx、MLyの位置を図7に示した状態で計測し
た後、LIA系でそのウェハマークMLx、MLyを引
き続いて計測する場合は、ウェハステージ11をY方向
にわずかに平行移動させて、LIA系の照射領域AL
x、ALyの夫々の直下にマークMLx、MLyを位置
決めすればよい。この場合、テレビカメラ8X、8Yに
よる小さな観察領域PF2内からはマークMLx、ML
yが出てしまい、テレビモニター68上で観察できない
といった不都合もある。そこで、FIA系の小さな観察
領域PF2内でビデオ信号波形を取り込んで記憶部63
X、63Yに記憶し終ると同時に、変倍光学系30とフ
ィルター29とを切り替えるとともに、ウェハステージ
11をY方向に移動させるとよい。このときのステージ
11の移動量は多くても500μm前後である。またテ
レビカメラによってはレーザビームの強い照射領域AL
x、ALyの像を一瞬でも受けると、撮像面に残像とし
て焼き付くこともあるので、変倍光学系30を光路から
はずすとき(低倍にするとき)は、直前にフィルター2
9が挿入されるような構成にするとよい。
When a mark is detected by a FIA system and an image is automatically aligned, a variable-magnification optical system 30 is inserted in the optical path instead of the filter 29 shown in FIG. 5 to provide a high-magnification observation system. Then, TV camera 8X (or 8
The observation area of Y) is switched to the small area PF2 as shown in FIGS. At this time, TV cameras 8X, 8Y
Since a high-quality mark image is formed using the entire wide wavelength band of the illumination light from the FIA optical fibers 16A and 16B, image processing using a video signal is extremely well performed. Furthermore, in the observation area PF2 observed by the television cameras 8X and 8Y, the irradiation areas ALx and AL of the LIA system are
Since y does not exist, it has no effect on the image processing system. When the observation area of the FIA system is set to PF2 and the positions of the wafer marks MLx and MLy are measured in the state shown in FIG. 7, when the wafer marks MLx and MLy are continuously measured by the LIA system, the wafer stage 11 is used. Is slightly translated in the Y direction, and the irradiation area AL of the LIA system is
The marks MLx and MLy may be positioned directly below x and ALy, respectively. In this case, the marks MLx, ML from the inside of the small observation area PF2 by the television cameras 8X, 8Y.
There is also an inconvenience that y is output and it cannot be observed on the TV monitor 68. Therefore, the video signal waveform is captured in the small observation area PF2 of the FIA system and stored in the storage unit 63.
Simultaneously with the completion of storing in X and 63Y, the variable power optical system 30 and the filter 29 may be switched, and the wafer stage 11 may be moved in the Y direction. The movement amount of the stage 11 at this time is about 500 μm at most. Also, depending on the TV camera, the irradiation area AL with strong laser beam
If an image of x or ALy is received even for a moment, it may be burned as an afterimage on the image pickup surface.
9 may be inserted.

【0052】また、LIA系のみを使ってマーク検出す
る場合は、変倍光学系30の代りにフィルター29を光
路に挿入すれば、広い観察領域PF1内でLIA系のビ
ーム照射領域ALx、ALyと、マークMLx、MLy
とが同時に観察できる。この際、FIA系からの照明光
がマークMLx、MLyを同時に照明しているため、L
IA系の各光電センサー48X、49Yはそれによる反
射光も受光することになる。ところがLIA系によりマ
ークから得られる干渉ビート光は、一定のビート周波数
(数KHz〜数十KHz程度)で変調されていること、LI
A系はその変調周期の位相情報のみを検出する(すなわ
ち信号の振幅に依存しない)方式であること、及びLI
A系の照射領域ALx、ALy内のレーザビーム強度に
くらべてFIA系の照明強度は格段に小さいこと等か
ら、実質的にLIA系の検出誤差要因にはならない。
When a mark is detected using only the LIA system, if a filter 29 is inserted in the optical path instead of the variable power optical system 30, the beam irradiation areas ALx and ALy of the LIA system will be generated within the wide observation area PF1. , Mark MLx, MLy
And can be observed at the same time. At this time, since the illumination light from the FIA system illuminates the marks MLx and MLy at the same time, L
The IA type photoelectric sensors 48X and 49Y also receive the reflected light. However, the interference beat light obtained from the mark by the LIA system is modulated at a constant beat frequency (several KHz to several tens KHz).
The A system is a system that detects only the phase information of the modulation period (that is, does not depend on the amplitude of the signal), and LI
Since the illumination intensity of the FIA system is much smaller than the laser beam intensity in the irradiation regions ALx and ALy of the A system, it does not substantially cause a detection error of the LIA system.

【0053】以上、本発明の実施例を説明したが、画像
解析のための観察領域PF2とレーザアライメントのた
めのビーム照射領域ALy、ALxとは、必らずしも図
3(又は図6)に示した配置関係である必要はなく、互
いに分離している限り、大きな観察領域PF1内であれ
ばどこにあってもよい。またFIA系の指標パターン部
RX1、RX2、RY1、RY2は図7に示したように
光軸AXaの位置が対称点とならないようにわずかにず
れて配置されているため、図7のようにマークMLyと
MLxがX方向に並置されている場合以外に、図4
(B)のようにY方向に並置されている場合でも同様に
信号波形を検出することが可能である。
Although the embodiment of the present invention has been described above, the observation area PF2 for image analysis and the beam irradiation areas ALy and ALx for laser alignment are necessarily shown in FIG. 3 (or FIG. 6). It is not necessary to have the arrangement relationship shown in FIG. 2 and it may be located in any large observation area PF1 as long as they are separated from each other. The FIA-based index pattern portions RX1, RX2, RY1, and RY2 are arranged so as to be slightly displaced so that the position of the optical axis AXa does not become a symmetrical point as shown in FIG. In addition to the case where MLy and MLx are juxtaposed in the X direction, FIG.
Even in the case where they are juxtaposed in the Y direction as in (B), the signal waveform can be detected in the same manner.

【0054】さらに図2、図5、図11の夫々に示した
ビームスプリッタBS1は振幅分割形としたが、波面分
割形の偏光ビームスプリッタとし、LIA系からの送光
ビーム(図11中のビームスプリッタBS4からBS1
へ送出されるビーム)とFIA系からの照明光(図5中
のミラーM2からビームスプリッタBS1へ送出される
光)との偏向方向を互いに相補的にしておくと、各アラ
イメント系の光量の利用効率が上がる。
Further, although the beam splitter BS1 shown in each of FIGS. 2, 5 and 11 is an amplitude division type, it is a polarization beam splitter of a wavefront division type and is used as a transmission beam from the LIA system (the beam in FIG. 11). Splitter BS4 to BS1
When the deflection directions of the beam sent to the FIA system and the illumination light from the FIA system (the light sent from the mirror M2 to the beam splitter BS1 in FIG. 5) are complementary to each other, the light amount of each alignment system is used. Increases efficiency.

【0055】図11に示したLIA系では、X方向用の
2本のビームを作成するヘテロダイン2光束化ユニット
41X内の周波数シフターと、Y方向用の2光束化ユニ
ット41Y内の周波数シフターとは、いずれも同一のド
ライブ周波数、すなわち、ビームLB1xとビームLB
1yの周波数は同一、ビームLB2xとビームLB2y
の周波数は同一としたが、それら4本のビームの周波数
を全て異ならせ、さらにX方向で得られるビート周波数
とY方向で得られるビーム周波数とを整数倍の関係にな
いように設定するとよい。このようにすると、X方向用
のマークMLxからの干渉ビート光に、Y方向用の送光
ビーム、又は干渉ビート光が混入しても、信号処理(フ
ーリエ積分等)の段階ではほぼ完全に分離できる。一例
として、元々のビームLBの周波数をf0 としたとき、
ビームLB1xをf0 +80.0MHz、ビームLB2xを
f0 +80.23MHzにしてX方向のビート周波数を23
KHzにし、ビームLB1yをf0 +90.0MHz、ビーム
LB2yをf0 +90.47MHzにしてY方向のビート周
波数を47KHzにするとよい。
In the LIA system shown in FIG. 11, the frequency shifter in the heterodyne two-beam conversion unit 41X for producing two beams for the X direction and the frequency shifter in the two-beam conversion unit 41Y for the Y direction are provided. , Both have the same drive frequency, that is, beam LB1x and beam LB
1y has the same frequency, beam LB2x and beam LB2y
The frequencies of the four beams are the same, but the frequencies of the four beams may be different, and the beat frequency obtained in the X direction and the beam frequency obtained in the Y direction may be set so as not to have an integral multiple relationship. With this arrangement, even if the Y-direction transmission beam or the interference beat light is mixed with the interference beat light from the X-direction mark MLx, it is almost completely separated at the stage of signal processing (Fourier integration, etc.). it can. As an example, when the frequency of the original beam LB is f0,
The beam LB1x is set to f0 +80.0 MHz and the beam LB2x is set to f0 +80.23 MHz to set the beat frequency in the X direction to 23.
It is preferable to set the beam LB1y to f0 +90.0 MHz, the beam LB2y to f0 +90.47 MHz, and the beat frequency in the Y direction to 47 KHz.

【0056】ところで、図5に示したFIA系ではウェ
ハ照明系からの照明光と指標照明系からの照明光とは同
一の波長帯域をもつものとしたが、指標照明系の光ファ
イバー16Bからの照明光は、テレビカメラまでの結像
光学系(27、30、31)が色消しによって収差補正
されている範囲内であれば、ことさら同一にする必要は
ない。また共通対物光学系の対物レンズOBLと結像レ
ンズ系24の合成系も、ウェハへの照明光の波長帯域に
合わせて色消しされていることが必要である。
In the FIA system shown in FIG. 5, the illumination light from the wafer illumination system and the illumination light from the index illumination system have the same wavelength band, but the illumination from the optical fiber 16B of the index illumination system is used. The lights do not need to be particularly the same as long as they are within the range where the imaging optical system (27, 30, 31) up to the television camera is aberration-corrected by achromatism. Further, the combined system of the objective lens OBL of the common objective optical system and the imaging lens system 24 also needs to be achromatic according to the wavelength band of the illumination light to the wafer.

【0057】さらにウェハへの照明光の強度と指標板へ
の照明光の強度とは、独立に調節可能にしておき、テレ
ビカメラ8X、8Yで撮像された画像信号の波形をテレ
ビモニター68に表示する等して確認した上で、双方の
照明強度比を調節するとよい。またこのとき、図13中
のゲイン・コントローラ62X、62Yのゲインをそれ
に応じて最適になるように設定してもよい。
Further, the intensity of the illuminating light to the wafer and the intensity of the illuminating light to the index plate are independently adjustable, and the waveform of the image signal picked up by the television cameras 8X and 8Y is displayed on the television monitor 68. It is advisable to adjust the illumination intensity ratio of both after confirming the above. At this time, the gains of the gain controllers 62X and 62Y in FIG. 13 may be set to be optimum accordingly.

【0058】[0058]

【発明の効果】請求項1に記載の発明によれば、検出波
長域の異なるアライメント系を備えているので、検知対
象マークに応じて最適な照明波長域を使用することがで
きる。例えば段差が小さいマークに対してマーク検知を
行う場合と、メタルウェハ上のマークを検知する場合な
ど、種々の場面に応じて最適なアライメント系を使い分
けることができ、このため高精度なマーク検知が可能と
なる。その上、何れもオフアクシスアライメント系とし
ているので、波長の制約(投影レンズの色収差に関する
制約)が無い。このため「課題」に記載されているよう
な問題点(x方向とy方向の各マークの検出領域がかな
り離れていたという状態)を解決でき(離さずにす
み)、このため高速にマーク検知可能となる。また本実
施例に記載のようにアライメント用の対物光学系の視野
内で、互いに検出方式の異なる2つのアライメント系の
検出範囲が互いに分離すれば、対象物上のマークパター
ンを検出する際、それら2つの検出範囲の間で対象物を
移動させるだけで2つの異なったアライメント系を交互
に使うことができる。このため高速にマーク検出、位置
ずれ計測が可能となる。また実施例のように画像検出方
式を一方のアライメント系に組み込んだ場合は、画像観
察系による観察視野を、対物光学系の視野内で大きな領
域と小さな領域とに切り替えられるようにし、小さな領
域では画像信号を用いたオート・アライメント及び観察
を可能にするとともに、他方のアライメント系の検出範
囲が小さな領域の外に位置するように設定し、大きな領
域では他方のアライメント系によるマークパターンの検
出動作の観察及び画像アライメント系の目視アライメン
トを可能にしたので、効率よくアライメント時のマーク
観察を行なえるといった効果がある。
According to the first aspect of the present invention, since the alignment system having different detection wavelength ranges is provided, the optimum illumination wavelength range can be used according to the detection target mark. For example, it is possible to use the optimum alignment system according to various situations, such as when detecting a mark with a small step and when detecting a mark on a metal wafer, which enables highly accurate mark detection. It will be possible. Moreover, since both are off-axis alignment systems, there are no wavelength restrictions (constraints regarding chromatic aberration of the projection lens). Therefore, the problem described in “Problem” (the condition that the detection areas of each mark in the x direction and the y direction are far apart) can be solved (there is no need to separate them), and therefore the mark detection can be performed at high speed. It will be possible. Further, as described in the present embodiment, if the detection ranges of two alignment systems having different detection methods are separated from each other within the field of view of the alignment objective optical system, they are detected when the mark pattern on the object is detected. Two different alignment systems can be used alternately by simply moving the object between the two detection areas. Therefore, it becomes possible to detect marks and measure displacements at high speed. When the image detection method is incorporated into one of the alignment systems as in the embodiment, the observation field of view of the image observation system can be switched between a large area and a small area within the field of the objective optical system, and In addition to enabling automatic alignment and observation using image signals, the detection range of the other alignment system is set to be located outside the small area, and the detection operation of the mark pattern by the other alignment system is performed in the large area. Since the observation and the visual alignment of the image alignment system are enabled, there is an effect that the marks can be observed efficiently during the alignment.

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

【図1】従来の投影露光装置の構成を示す図FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a conventional projection exposure apparatus.

【図2】本発明の実施例によるアライメント装置の概略
的な構成を示す斜視図
FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of an alignment apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図3】対物光学系の視野領域と各アライメントセンサ
ーの検出範囲とを示す平面図
FIG. 3 is a plan view showing a visual field area of an objective optical system and a detection range of each alignment sensor.

【図4】ウェハ上のマーク配置とマーク構造とを示す平
面図
FIG. 4 is a plan view showing mark arrangement and mark structure on a wafer.

【図5】FIA系の構成を示す斜視図FIG. 5 is a perspective view showing the configuration of a FIA system.

【図6】FIA系の指標パターンの配置を示す平面図FIG. 6 is a plan view showing the arrangement of FIA index patterns.

【図7】指標パターンとウェハマークとの配置例を示す
平面図
FIG. 7 is a plan view showing an arrangement example of index patterns and wafer marks.

【図8】指標照明系の絞り板の構成を示す平面図FIG. 8 is a plan view showing the configuration of the diaphragm plate of the index illumination system.

【図9】FIA系によって検出される画像信号の波形を
示す図
FIG. 9 is a diagram showing a waveform of an image signal detected by the FIA system.

【図10】画像信号の波形とマーク断面の関係を示す図FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a waveform of an image signal and a mark cross section.

【図11】LIA系の構成を示す斜視図FIG. 11 is a perspective view showing the configuration of an LIA system.

【図12】LIA系の送光系を模式的に示す図FIG. 12 is a diagram schematically showing a light transmission system of LIA system.

【図13】FIA系、LIA系の各信号処理回路の構成
を示すブロック図
FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of each signal processing circuit of FIA system and LIA system.

【主要部分の符号の説明】[Explanation of symbols for main parts]

OBL 対物レンズ LIA レーザ・インターフェロメトリック・アライメ
ント系 FIA フィールド・イメージ・アライメント系 MLx、MLy 回折格子状マーク PF1 FIA系の低倍時の観察領域 PF2 FIA系の高倍時の観察領域 ALx、ALy LIA系のビーム照射領域
OBL Objective lens LIA Laser interferometric alignment system FIA Field image alignment system MLx, MLy Diffraction grating mark PF1 FIA system observation area at low magnification PF2 FIA system observation area at high magnification ALx, ALy LIA system Beam irradiation area

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板上に形成されたマークを、マスク上
のパターンを該基板上に投影する投影レンズを介さずに
検知するマーク検知装置において、 前記投影光学系の投影光路の外部に設けられた光学系
と、前記基板上のマークに対して第1波長域の照明光を照射
して、該照射により前記マークから発生した光を前記光
学系を介して受光し、該受光により生じる波形信号を演
算処理して前記マークの位置情報を算出する 第1検知系
と、前記基板上のマークに対して前記第1波長域とは波長域
が異なる第2波長域の照明光を照射して、該照射により
前記マークから発生した回折光同士の干渉光を前記光学
系を介して受光し、該受光により生じる波形信号を演算
処理して前記マークの位置情報を算出する 第2検知系
と、を有することを特徴とするマーク検知装置。
1. A mark detection device for detecting a mark formed on a substrate without using a projection lens for projecting a pattern on a mask onto the substrate, the mark detection device being provided outside a projection optical path of the projection optical system. Illuminating light in the first wavelength range to the optical system and the mark on the substrate.
The light generated from the mark by the irradiation
Light is received through the academic system and the waveform signal generated by the received light is played.
A first detection system that calculates the position information of the mark by arithmetic processing, and the first wavelength range for the mark on the substrate is the wavelength range.
By irradiating the illumination light of the second wavelength range with different
The interference light between the diffracted lights generated from the mark
Receives light through the system and calculates the waveform signal generated by the received light
A second detection system that processes and calculates the position information of the mark, the mark detection device.
【請求項2】 前記第1、第2の検知方式において使用
される照明光はそれぞれ、前記基板上に塗布されたフォ
トレジストに対して非感光性の波長域を有することを特
徴とする請求項1に記載のマーク検知装置。
2. Use in the first and second detection methods
Each of the illuminating light is applied to the substrate coated on the substrate.
It has a wavelength range that is non-photosensitive to the photoresist.
The mark detection device according to claim 1, which is a characteristic .
【請求項3】 マスク上に形成された微細パターンを、
投影光学系を介して基板上に転写する露光装置であっ
て、 請求項1又は2に記載のマーク検知装置を有し、 前記マーク検知装置により得られた前記マークの位置情
報に基づいて、前記マスクと前記基板とを相対的に位置
合わせすることを特徴とする露光装置
3. A fine pattern formed on a mask,
It is an exposure device that transfers onto a substrate via a projection optical system.
And the position information of the mark obtained by the mark detection device , comprising the mark detection device according to claim 1 or 2.
The mask and the substrate relative to each other based on the report.
An exposure apparatus characterized by matching .
【請求項4】 請求項3に記載の露光装置を用いて、前
記マスク上の前記微細パターンを、前記基板上に転写す
る工程を含むことを特徴とする半導体素子又は液晶表示
素子の製造方法
4. Using the exposure apparatus according to claim 3,
Transfer the fine pattern on the mask onto the substrate
Semiconductor device or liquid crystal display characterized by including a step of
Device manufacturing method .
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