JPH02272305A - Aligning device for exposing device - Google Patents

Aligning device for exposing device

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JPH02272305A
JPH02272305A JP1094965A JP9496589A JPH02272305A JP H02272305 A JPH02272305 A JP H02272305A JP 1094965 A JP1094965 A JP 1094965A JP 9496589 A JP9496589 A JP 9496589A JP H02272305 A JPH02272305 A JP H02272305A
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light beam
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beams
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PURPOSE:To miniaturize a device and to eliminate offset between two kinds of optical systems by sharing an optical system member other than two sets of beam forming optical systems to the maximum and switching and using the beam forming optical systems in accordance with the shape of an alignment mark. CONSTITUTION:An illuminating light beam for alignment is emitted from a laser beam source 20 and reaches a polarized beam splitter 22, then the wave surface thereof is splitted to be two light beams, which enter a 1st beam forming optical system 26 and a 2nd beam forming optical system 27 through shutters 24 and 25, pass a beam splitter 29, and enter position detection systems 33X and 33Y through lenses 31X and 31Y and mirrors 32X and 32Y. Then, they enter the entrance pupil PLa of a projecting lens PL through mirrors 33g' and 33g to be projected to wafer W surface as spot light. The beams are switched and used by the shutters 24 and 25 in accordance with the shape of the alignment mark.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体素子や液晶表示素子等の製造に使用さ
れる露光装置に関し、特に回路パターンが形成されたレ
チクル(マスクと同義)と、この回路パターンが転写さ
れる感光基板(ウェハ)とを相対的に位置合わせ(アラ
イメント)する装置に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to an exposure apparatus used for manufacturing semiconductor elements, liquid crystal display elements, etc., and particularly relates to a reticle (synonymous with a mask) on which a circuit pattern is formed, This invention relates to a device that relatively aligns a photosensitive substrate (wafer) onto which a circuit pattern is transferred.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年、半導体素子製造のりソゲラフイエ程では、レチク
ルパターンを高分解能でウェハ上に転写する装置として
、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型露光装
置、所謂ステッパーが多用されるようになっている。こ
の種のステッパーには、レチクルパターンの投影像とウ
ェハ上にマトリックス状に形成された回路パターン(チ
ップ)とを正確に重ね合わせるアライメント光学系とし
て、T T L (Through The Lens
)方式のレーザ・ステップ・アライメント(LSA)系
が設けられている。
In recent years, step-and-repeat reduction projection exposure apparatuses, or so-called steppers, have come into widespread use in semiconductor device manufacturing processes to transfer reticle patterns onto wafers with high resolution. This type of stepper is equipped with a TTL (Through The Lens) as an alignment optical system that accurately overlaps the projected image of the reticle pattern with the circuit pattern (chip) formed in a matrix on the wafer.
) type laser step alignment (LSA) system is provided.

LSA系の構成については、例えば特開昭60−130
742号公報に開示されているので説明は省略するが、
細長い帯状スポット光を投影レンズを介してウェハマー
ク(回折格子マーク)上に照射し、マークから発生する
回折光(又は散乱光)を光電検出するものである。従っ
て、LSA系はマーク検出可能範囲(サーチ範囲)が広
く、しかも高速なアライメント計測が可能となるため、
現在ではLSA系によるエンハンスメント・グローバル
・アライメント(EGA)が、ステッパーのアライメン
ト方式の主流となっている。尚、EGAについては特開
昭61−44429号公報に開示されており、ウェハの
中心及びその外周付近に位置する複数チップの座標値を
計測し、これら計測値から統計的手法により算出したチ
ップ配列に従ってウェハステージをステッピングさせ、
レチクルパターンの投影像とチップとを正確に重ね合わ
せるものである。しかし、LSA系はレジストの塗布む
ら、アルミニウム層のスパッタリングによるウェハの表
面荒れ、或いは各種処理プロセスによる回折格子のエツ
ジ破壊等を要因として光電信号のS/N比が悪くなり、
ランダム誤差の発生によってアライメント計測精度が低
下してしまうこともある。
Regarding the configuration of the LSA system, for example, see
Since it is disclosed in Publication No. 742, the explanation will be omitted, but
A wafer mark (diffraction grating mark) is irradiated with elongated strip-shaped spot light through a projection lens, and diffracted light (or scattered light) generated from the mark is photoelectrically detected. Therefore, the LSA system has a wide mark detectable range (search range) and can perform high-speed alignment measurement.
At present, enhancement global alignment (EGA) using the LSA system is the mainstream alignment method for steppers. EGA is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-44429, which measures the coordinate values of multiple chips located near the center of the wafer and its outer periphery, and calculates the chip arrangement using a statistical method from these measured values. Step the wafer stage according to
The projected image of the reticle pattern and the chip are accurately superimposed. However, in the LSA system, the S/N ratio of the photoelectric signal deteriorates due to factors such as uneven resist coating, wafer surface roughness due to sputtering of the aluminum layer, and edge destruction of the diffraction grating due to various processing processes.
The alignment measurement accuracy may deteriorate due to the occurrence of random errors.

そこで、例えば特開昭61−215905号公報に開示
されたように、ウェハ上に形成された1次元の回折格子
マークを光学的に検出して、そのピッチ情報からウェハ
の位置を高分解能に検出する方式が提案されている。こ
の開示された方式は回折格子マークに対して2方向から
平行なレーザビームを同時に照射して1次元の干渉縞を
作り、この干渉縞を使ってマーク位置を特定するもので
あり、干渉縞を使うことから干渉縞アライメント法とも
呼ばれている。このような干渉縞アライメント法にも2
つの方法があり、2方向から照射されるレーザビームに
一定の周波数差を与えるヘテロダイン法と、周波数差の
ないホモダイン法である。ホモダイン法では回折格子マ
ークと平行に静止した干渉縞が作られ、位置検出にあた
っては回折格子マーク(物体)をそのピッチ方向に微動
させる必要があり、マーク位置は干渉縞を基準として求
められる。これに対してヘテロダイン法ではレーザビー
ムの周波数差(ビート周波数)のため、干渉縞がその線
方向(ピッチ方向)にビート周波数で高速に流れること
になり、マーク位置は干渉縞を基準として求められず、
専ら干渉縞の高速移動に伴う時間的な要素(位相差)を
基準として求めることになる。このヘテロゲイン法或い
はホモダイン法を採用したアライメント光学系(以下、
La5er Interferometric Ali
gnment;L I A系と呼ぶ)は、複数の長い格
子エレメント(バーパターン)が平行に配列された回折
格子マーク(デユーティは1:1)を用いるため、ウェ
ハの表面荒れや各種処理プロセスに対して強く、しかも
マークからの回折光強度に応じた光電信号の位相(正弦
波)が、格子ピッチPの1/2の位置ずれに対して36
0度変化するため、高分解能の計測を行うことが可能と
なっている。
Therefore, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-open No. 61-215905, for example, a one-dimensional diffraction grating mark formed on a wafer is optically detected, and the position of the wafer is detected with high resolution from the pitch information. A method has been proposed. This disclosed method simultaneously irradiates a diffraction grating mark with parallel laser beams from two directions to create one-dimensional interference fringes, and uses these interference fringes to identify the mark position. It is also called interference fringe alignment method because of its use. This interference fringe alignment method also has two
There are two methods: the heterodyne method, which provides a fixed frequency difference between laser beams irradiated from two directions, and the homodyne method, which does not have a frequency difference. In the homodyne method, stationary interference fringes are created parallel to the diffraction grating mark, and in order to detect the position, it is necessary to move the diffraction grating mark (object) slightly in the pitch direction, and the mark position is determined using the interference fringes as a reference. On the other hand, in the heterodyne method, due to the frequency difference (beat frequency) of the laser beams, the interference fringes flow at high speed in the line direction (pitch direction) at the beat frequency, and the mark position is determined based on the interference fringes. figure,
It is determined based exclusively on the temporal element (phase difference) accompanying the high-speed movement of the interference fringes. An alignment optical system (hereinafter referred to as
La5er Interferometric Ali
gnment (referred to as LIA system) uses a diffraction grating mark (duty is 1:1) in which multiple long grating elements (bar patterns) are arranged in parallel, so it is resistant to wafer surface roughness and various processing processes. Moreover, the phase (sine wave) of the photoelectric signal corresponding to the intensity of the diffracted light from the mark is 36° for a positional shift of 1/2 of the grating pitch P.
Since the angle changes by 0 degrees, it is possible to perform high-resolution measurements.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかしながら、上記の如きLIA系は高分解能である反
面、位置ずれ量がP/2ずれる毎に位相差が2πだけ回
って元に戻ることになる。このため、2本のレーザビー
ムによって作られる干渉縞に対して、少なくとも±P/
4内に回折格子マークを位置決め(プリアライメント)
しておかないと、P/2の整数倍のアライメント誤差が
生じるという問題点があった。そこで、このマーク検出
可能範囲(±P/4)が狭いLIA系とは別に、干渉縞
に対してマークを±P/4内にプリアライメントするた
めのアライメント光学系、例えばLSA系を設けること
が考えられる。上述した如(LSA系はサーチ範囲が広
く、高速計測が可能であるため、プリアライメントを行
うのに好適なアライメント光学系であるが、同種の機能
を有するLIA系とLSA系とを別々にステッパーに設
けることは、スペース、コスト、光学調整等の点で極め
て不利となる。特にスペースにおいて、狭いレチクル周
辺にアライメント光学系が集中することは、アライメン
ト光学系を含む全ての設計において不利となる。また、
ウェハ上には1つのチップ(ショット領域)について両
方のアライメント光学系のための回折格子マークを別々
に設けなければならず、マーク面積が増大してしまうと
いう問題もある。
However, although the LIA system as described above has high resolution, the phase difference rotates by 2π and returns to the original state every time the positional shift amount shifts by P/2. Therefore, for the interference fringes created by the two laser beams, at least ±P/
Positioning the diffraction grating mark within 4 (pre-alignment)
If this is not done, there is a problem that an alignment error of an integral multiple of P/2 will occur. Therefore, in addition to the LIA system, which has a narrow mark detectable range (±P/4), it is recommended to provide an alignment optical system, such as an LSA system, to pre-align the mark within ±P/4 with respect to the interference fringes. Conceivable. As mentioned above, the LSA system has a wide search range and is capable of high-speed measurement, so it is an alignment optical system suitable for pre-alignment. It is extremely disadvantageous in terms of space, cost, optical adjustment, etc. Particularly in space, concentration of the alignment optical system around the narrow reticle is disadvantageous in all designs including the alignment optical system. Also,
There is also the problem that diffraction grating marks for both alignment optical systems must be separately provided on the wafer for one chip (shot area), which increases the mark area.

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、レチクル
周辺でのスペースを最小とし、ウェハの表面荒れ等によ
るアライメント精度の低下を防止でき、高速、高精度に
アライメントが可能な位置合わせ装置を得ることを目的
としている。
The present invention has been made in consideration of the above points, and is an alignment device that minimizes the space around the reticle, prevents deterioration of alignment accuracy due to wafer surface roughness, etc., and enables high-speed, high-precision alignment. The purpose is to obtain.

〔課題を解決する為の手段〕[Means to solve problems]

かかる問題点を解決するため本発明においては、レチク
ルRに形成された回路パターンをウェハW上に露光する
装置に設けられ、所定波長のコヒーレントな光ビームを
発生するレーザ光源20を光源とする照明系と、少なく
ともウェハ側がテレセントリックな投影レンズPL[対
物光学系]を含み、光ビームをウェハW上に照射する照
射光学系と、ウェハW上に形成されたLSAマークWM
xs、WMysを含むウェハマークWMx、、WMy〔
位置合わせマーク〕から発生する光情報を投影レンズP
Lを介して受光する光電検出器33iとを有し、光電検
出器33iからの光電信号SDi。
In order to solve this problem, the present invention provides an illumination system that uses a laser light source 20 as a light source, which is installed in an apparatus that exposes a circuit pattern formed on a reticle R onto a wafer W, and generates a coherent light beam of a predetermined wavelength. an irradiation optical system that includes a projection lens PL [objective optical system] that is telecentric at least on the wafer side and irradiates a light beam onto the wafer W; and an LSA mark WM formed on the wafer W.
Wafer mark WMx, WMy including xs, WMys [
The optical information generated from the alignment mark] is projected onto the projection lens P.
A photoelectric detector 33i that receives light via L, and a photoelectric signal SDi from the photoelectric detector 33i.

SDr及び光ビーム信号SDw(検出信号〕に応じて、
レチクルRとウェハWとを相対的に位置合わせする装置
において、照明系内に設けられ、光ビームとして投影レ
ンズPLの入射瞳PLaの略中央を通るスポット光SP
〔第1光束〕と、このスポット光SPの中心に関して略
点対称となるように入射瞳PLaを通るビームLB1p
、LB2p〔第2光束〕とを射出するLSA光学系26
及びLIA光学系27 〔多光束化手段〕と;スポット
光SPとビームLB1p、LB2pとのいずれか一方の
みを入射瞳PLaに通すように切換えるシャッター24
,25[切換手段〕とを設け、位置合わせマークの形状
に応じてスポット光SPとビームLB1p、LB2pと
の切換えを行うように構成する。
According to SDr and optical beam signal SDw (detection signal),
In an apparatus for relatively aligning a reticle R and a wafer W, a spot light SP is provided in an illumination system and passes through approximately the center of an entrance pupil PLa of a projection lens PL as a light beam.
[First luminous flux] and a beam LB1p that passes through the entrance pupil PLa so as to be approximately point symmetrical with respect to the center of the spot light SP.
, LB2p [second light beam].
and an LIA optical system 27 [multi-beam unit]; and a shutter 24 that switches so that only one of the spot light SP and the beams LB1p and LB2p passes through the entrance pupil PLa.
, 25 [switching means], and is configured to switch between the spot light SP and the beams LB1p and LB2p according to the shape of the alignment mark.

〔作 用〕[For production]

本発明では、照明光として対物光学系の瞳面の略中央を
通る第1光束と、第1光束の中心に関して略点対称とな
るように瞳面を通る2本の第2光束とを射出する多光束
化手段(2組のビーム成形光学系)と、第1光束と2本
の第2光束とのいずれか一方のみを対物光学系の瞳面に
通すように切換える切換手段とを設け、感光基板上に形
成された位置合わせマークの形状に応じて、第1光束と
2本の第2光束との切換えを行うように構成している。
In the present invention, a first beam of light passing through approximately the center of the pupil plane of the objective optical system as illumination light, and two second beams of light passing through the pupil plane so as to be approximately point symmetrical with respect to the center of the first beam are emitted. A multi-beam forming means (two sets of beam shaping optical systems) and a switching means for switching so that only one of the first light beam and the two second light beams passes through the pupil plane of the objective optical system are provided. The configuration is such that the first light beam and the two second light beams are switched depending on the shape of the alignment mark formed on the substrate.

この際、本発明ではアライメント光学系が照明光を2分
割して2組の位置検出系(照射光学系と光電検出器とを
含む)にそれぞれ入射させるための光分割器を有するこ
とに着目し、第1光束と2本の第2光束とが互いに略直
交して入射するように光分割器を配置することによって
、この光分制器以降の光学部材(2組の位置検出系)を
共有させるように構成している。このため、レチクル周
辺でのスペースを最小とし、しかも2組のビーム成形光
学系、即ち2種類のアライメント光学系間でのオフセッ
トの発生を防止することができる。また、2組の位置検
出系のどちらか一方で、2種類のアライメント光学系の
光軸が正確に合致するように照明光の光路調整を行えば
、もう一方の位置検出系でのアライメント光学系の光軸
も正確に合致するため、その調整に要する時間も短く済
ませることができる。
At this time, the present invention focuses on the fact that the alignment optical system has a light splitter that splits the illumination light into two and makes them respectively enter two sets of position detection systems (including an irradiation optical system and a photoelectric detector). By arranging the light splitter so that the first light beam and the two second light beams are incident approximately perpendicular to each other, the optical members (two sets of position detection systems) after the light splitter are shared. It is configured to allow Therefore, the space around the reticle can be minimized, and offsets between the two sets of beam shaping optical systems, that is, the two types of alignment optical systems can be prevented from occurring. In addition, if the optical path of the illumination light is adjusted in one of the two position detection systems so that the optical axes of the two types of alignment optical systems match accurately, the alignment optical system of the other position detection system can be adjusted. Since the optical axes of the two lenses also match accurately, the time required for adjustment can be shortened.

〔実 施 例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例によるTTL方式のアライメント
光学系を備えたステッパーの概略的な構成について、第
1図〜第6図を参照して詳述する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a schematic configuration of a stepper equipped with a TTL type alignment optical system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 6.

第2図において、超高圧水銀ランプ、エキシマレーザ装
置等の照明光源lは、g線、i線或いはKrFエキシマ
レーザ光等のレジスト層を感光するような波長(露光波
長)の照明光ILを発生し、この照明光ILはオプチカ
ルインテグレータ(フライアイレンズ)等を有する照明
光学系2に入射する。照明光学系2により光束の一様化
、スペックルの低減化等が行われた照明光ILは、ビー
ムスプリッタ−3及びミラー4を介してメインコンデン
サーレンズCLに至り、レチクルステージR8に載置さ
れたレチクルRのパターン領域PAを均一な照度で照明
する。レチクルRは駆動部5により水平面内で2次元的
(回転も含む)に移動され、その位置はレーザ干渉計6
によって、例えば0.02μm程度の分解能で常時検出
される。尚、レチクルRにはパターン領域PAに付随し
て、レチクルマークRMx、RMy (矩形の透明窓、
RMyのみ図示)が形成されている。さて、パターン領
域PAを通過した照明光ILは、両側(若しくは片側)
テレセントリックな投影レンズPLに入射し、投影レン
ズPLはパターン領域PAに形成された回路パターンの
投影像を、レジスト層が塗布され、その表面が結像面I
Mと略一致するように保持されたウェハW上に投影する
。ウェハWは不図示のウエノいホルダー(θテーブル)
を介してウェハステージWS上に載置され、ウェハステ
ージWSは駆動部7によりステップ・アンド・リピート
方式でX、Y方向に2次元移動し、且つZ方向に微動す
るように構成されている。また、ウェハステージWSの
X、Y方向の位置はレーザ干渉計8によって、例えば0
.02μm程度の分解能で常時検出され、ウェハステー
ジWSの端部にはレーザ干渉計8からのレーザビームを
反射する移動鏡8mが固定されている。
In Fig. 2, an illumination light source l such as an ultra-high pressure mercury lamp or an excimer laser device generates illumination light IL of a wavelength (exposure wavelength) that sensitizes the resist layer, such as g-line, i-line, or KrF excimer laser light. However, this illumination light IL enters an illumination optical system 2 having an optical integrator (fly's eye lens) and the like. The illumination light IL, which has been uniformized in luminous flux and reduced in speckle by the illumination optical system 2, reaches the main condenser lens CL via the beam splitter 3 and mirror 4, and is placed on the reticle stage R8. The pattern area PA of the reticle R is illuminated with uniform illuminance. The reticle R is moved two-dimensionally (including rotationally) within a horizontal plane by the drive unit 5, and its position is determined by the laser interferometer 6.
For example, it is constantly detected with a resolution of about 0.02 μm. Incidentally, the reticle R has reticle marks RMx, RMy (rectangular transparent windows,
RMy (only RMy shown) is formed. Now, the illumination light IL that has passed through the pattern area PA is
The projected image of the circuit pattern formed in the pattern area PA is projected onto the telecentric projection lens PL, and the projection lens PL receives the projected image of the circuit pattern formed in the pattern area PA, the surface of which is coated with a resist layer.
The image is projected onto the wafer W held so as to substantially coincide with M. The wafer W is a wafer holder (θ table) not shown.
The wafer stage WS is placed on a wafer stage WS via a drive unit 7, and the wafer stage WS is configured to move two-dimensionally in the X and Y directions in a step-and-repeat manner and to move slightly in the Z direction. Further, the position of the wafer stage WS in the X and Y directions is determined by a laser interferometer 8, for example, 0.
.. A movable mirror 8m that reflects the laser beam from the laser interferometer 8 is fixed at the end of the wafer stage WS, which is constantly detected with a resolution of about 0.02 μm.

また、ウェハステージWSにはベースライン計測時等で
用いられるフィデューシャル・マークを備えた基準部材
(ガラス基板)10が、ウェハWの表面位置と略一致す
るように設けられている。
Further, a reference member (glass substrate) 10 provided with a fiducial mark used in baseline measurement etc. is provided on the wafer stage WS so as to substantially coincide with the surface position of the wafer W.

この基準部材10にはフィデューシャル・マークとして
、第3A図に示すような光透過性のスリットパターンで
ある十字パターン10aと、光反射性のクロム層で凸凹
により形成された基準マーク(デユーティは1 : 1
)10x、10yとが設けられている。ここで、第3B
図に基準マーク10yの概略的な構成を示す。基準マー
ク10yは複数のドツトマークがX方向に配列された回
折格子マーク(以下、LSAマークと呼ぶ)10ysと
、X方向に伸びた複数本(図中では12本)のバーパタ
ーンとを有し、例えば4μmのライン・アンド・スペー
ス・パターンが形成されるように、LSAマーク10y
sを中心としてY方向に配列されたものである。また、
光透過性の十字パターン10aは、不図示の光ファイバ
ーを用いて基準部材lOの下へ伝送された照明光(露光
光)によって、下方(ウェハステージWS内部)から照
明されるように構成されている。この十字パターンlO
aを透過した照明光は、投影レンズPLを介してレチク
ルRの裏面(パターン面)に十字パターン10aの投影
像を結像する。レチクルマークRMy (或いはRMx
)を透過した照明光は、コンデンサーレンズCL及びミ
ラー4を通って、ビームスプリッタ−3で反射された後
、投影レンズPLの瞳共役面に配置された光電検出器を
含む光量検出系9により受光されるように構成されてい
る。
This reference member 10 has fiducial marks including a cross pattern 10a, which is a light-transmissive slit pattern as shown in FIG. 1 : 1
) 10x and 10y are provided. Here, the third B
The figure shows a schematic configuration of the reference mark 10y. The reference mark 10y has a diffraction grating mark (hereinafter referred to as LSA mark) 10ys in which a plurality of dot marks are arranged in the X direction, and a bar pattern of a plurality of bars (12 in the figure) extending in the X direction, For example, the LSA mark 10y is formed so that a line and space pattern of 4 μm is formed.
They are arranged in the Y direction with s as the center. Also,
The light-transmissive cross pattern 10a is configured to be illuminated from below (inside the wafer stage WS) by illumination light (exposure light) transmitted below the reference member IO using an optical fiber (not shown). . This cross pattern lO
The illumination light that has passed through a forms a projected image of the cross pattern 10a on the back surface (pattern surface) of the reticle R via the projection lens PL. Reticle mark RMy (or RMx
), the illumination light passes through a condenser lens CL and a mirror 4, is reflected by a beam splitter 3, and is then received by a light amount detection system 9 including a photoelectric detector arranged on the pupil conjugate plane of the projection lens PL. is configured to be

さらに、第2図には投影レンズPLの結像面IMに向け
てピンホール或いはスリットの像を形成するための結像
光束11を、光軸AXに対して斜め方向より供給する照
射光学系11aと、その結像光束11のウェハWの表面
での反射光束12を受光する受光光学系11bから成る
斜入射方式の焦点検出系11が設けられている。この焦
点検出系11の構成等については、例えば特開昭60−
168112号公報に開示されており、ウェハ表面の結
像面IMに対する上下方向(Z方向)の位置を検出し、
ウェハWと投影レンズPLとの合焦状態を検出するもの
である。また、投影レンズPLから一定間隔で固定され
、専らウェハマークを検出するオフ・アクシス方式のウ
ェハ・アライメント(WGA)系12,13が、X方向
に関して所定間隔だけ離れて設けられている。WGA系
12.13の構成等については、例えば特開昭60−1
30742号公報に開示されているので説明は省略する
が、ガルバノミラ−等の振動鏡によって細長く伸びた帯
状のスポット光をウェハマーク(回折格子マーク)上で
微小振動させ、マークからの回折光又は散乱光に応じた
光電信号を光電顕微鏡と同様に同期検波するものである
。尚、本実施例では共にX方向に伸びたスポット光をY
方向に微小振動させ、ウェハマークのY方向の位置を検
出するものである。
Furthermore, FIG. 2 shows an irradiation optical system 11a that supplies an imaging light beam 11 for forming a pinhole or slit image toward the imaging surface IM of the projection lens PL from an oblique direction with respect to the optical axis AX. A focus detection system 11 of an oblique incidence type is provided, which includes a light receiving optical system 11b that receives a reflected light flux 12 of the imaging light flux 11 on the surface of the wafer W. Regarding the configuration of this focus detection system 11, for example,
168112, detects the position of the wafer surface in the vertical direction (Z direction) with respect to the imaging plane IM,
This is to detect the in-focus state between the wafer W and the projection lens PL. Further, off-axis wafer alignment (WGA) systems 12 and 13, which are fixed at a constant interval from the projection lens PL and exclusively detect wafer marks, are provided at a prescribed interval in the X direction. Regarding the configuration of WGA system 12.13, etc., see, for example, Japanese Patent Application Laid-open No. 60-1
30742, so the explanation will be omitted, but a long and thin strip-shaped spot light is minutely vibrated on a wafer mark (diffraction grating mark) using a vibrating mirror such as a galvano mirror, and diffracted light or scattered light from the mark is generated. It performs synchronous detection of photoelectric signals corresponding to light, similar to a photoelectric microscope. In this example, the spotlight extending in the X direction is
The position of the wafer mark in the Y direction is detected by making small vibrations in the Y direction.

次に、第1図、第4図を併用して本実施例によるアライ
メント光学系(20に33)、特に本実施例ではLIA
系とLSA系とから成るアライメント光学系(以下、5
ite by 5ite Alignment; SS
A系と呼ぶ)の構成について詳述する。第1図はSSA
系の概略的な構成を示す斜視図、第4図は第1図に示し
たSSA系の主要部をさらに詳細に説明した図である。
Next, using FIG. 1 and FIG.
An alignment optical system (hereinafter referred to as 5) consisting of an LSA system and an LSA system
ite by 5ite Alignment; SS
The configuration of the system (referred to as A system) will be explained in detail. Figure 1 shows SSA
FIG. 4 is a perspective view showing a schematic configuration of the system, and is a diagram illustrating the main parts of the SSA system shown in FIG. 1 in more detail.

第4図ではシャッター24゜25に対して図中で紙面と
平行な偏波面を持つ光をP偏光とし、それと垂直な偏波
面を持つ光をS偏光とする。また、説明を簡単にするた
めに第1図又は第2図中に示したミラー28.32y、
33d、33f及び33gは省略しである。尚、ウェハ
W上にはチップCに付随して、第3B図に示した基準マ
ークlox、10yと同一形状のLSAマークWMxs
、WMysを含むウェハマークWMxSWMyが形成さ
れている。
In FIG. 4, light having a plane of polarization parallel to the plane of the paper in the figure with respect to the shutter 24° 25 is defined as P-polarized light, and light having a plane of polarization perpendicular thereto is defined as S-polarized light. In addition, the mirrors 28, 32y shown in FIG. 1 or 2 for ease of explanation,
33d, 33f and 33g are omitted. Incidentally, on the wafer W, an LSA mark WMxs having the same shape as the reference marks lox and 10y shown in FIG. 3B is attached to the chip C.
, WMys is formed as a wafer mark WMxSWMy.

第1図において、所定波長の直交直線偏光のアライメン
ト用照明光(ビーム)ALはレーザ光源20から射出さ
れ、偏光状態を変化させる偏波面回転部材(以下、単に
波面回転板と呼ぶ)21を介して偏光ビームスプリッタ
−22に至り、P偏光成分から成るビームALpとS偏
光成分から成るビームALsとに波面分割される。尚、
レーザ光源20はレジスト層に対してほとんど感度を持
たない波長(非露光波長)、例えば波長633nmのH
e−Neレーザを光源とすることが望ましい。さて、偏
光ビームスプリッタ−22を通過したビームALpは、
シャッター24を介してシリンドリカルレンズ等を含む
第1ビーム成形光学系(以下、LSA光学系と呼ぶ)2
6に入射する。
In FIG. 1, alignment illumination light (beam) AL of orthogonal linearly polarized light having a predetermined wavelength is emitted from a laser light source 20, and is passed through a polarization plane rotation member (hereinafter simply referred to as a wavefront rotation plate) 21 that changes the polarization state. The light then reaches the polarizing beam splitter 22, where the wavefront is split into a beam ALp consisting of a P-polarized component and a beam ALs consisting of an S-polarized component. still,
The laser light source 20 emits a wavelength that has almost no sensitivity to the resist layer (non-exposure wavelength), for example, H with a wavelength of 633 nm.
It is desirable to use an e-Ne laser as the light source. Now, the beam ALp that has passed through the polarizing beam splitter 22 is
A first beam shaping optical system (hereinafter referred to as LSA optical system) 2 including a cylindrical lens etc. via a shutter 24
6.

一方、偏光ビームスプリッタ−22で反射されたビーム
ALsは、ミラー23及びシャッター25を介して2光
束周波数シフター等を含む第2ビーム成形光学系(以下
、LIA光学系と呼ぶ)27に入射する。シャッター2
4..25は、それぞれビームALp、ALsの光路の
閉鎖、開放を行う、例えば4枚羽根のロータリーシャッ
ターであって、常にいずれか一方の光路のみを開放する
ように同時に回転制御される。尚、シャッター24.2
5を設ける位置は、偏光ビームスプリッタ−22と後述
するビームスプリッタ−29との間であればどこでも構
わない。従って、本件発明の多光束化手段としてのLS
A光学系26、LIA光学系27及び、切換手段として
のシャッター24.25を含む照明系(20〜27)は
、LSA光学系26、LIA光学系27からそれぞれ射
出する照明光を切換可能に発生することが可能となって
、いずれか一方の照明光のみを後述する如く投影レンズ
PLの入射瞳PLaに通すと共に、ウェハマークの形状
(本実施例では、LSAマークWMxs。
On the other hand, the beam ALs reflected by the polarizing beam splitter 22 enters a second beam shaping optical system (hereinafter referred to as an LIA optical system) 27 including a two-beam frequency shifter and the like via a mirror 23 and a shutter 25. Shutter 2
4. .. Reference numeral 25 is a rotary shutter with, for example, four blades, which closes and opens the optical paths of the beams ALp and ALs, respectively, and is controlled to rotate at the same time so that only one of the optical paths is always open. In addition, shutter 24.2
5 may be provided anywhere between the polarizing beam splitter 22 and a beam splitter 29, which will be described later. Therefore, the LS as the multi-luminous flux means of the present invention
The illumination systems (20 to 27) including the A optical system 26, the LIA optical system 27, and the shutter 24.25 as a switching means switchably generate illumination light emitted from the LSA optical system 26 and the LIA optical system 27, respectively. This allows only one of the illumination lights to pass through the entrance pupil PLa of the projection lens PL as will be described later, and the shape of the wafer mark (in this embodiment, the LSA mark WMxs).

WMysか、ウェハマークWMx、WMyか)に応じて
照明光の切換えを行うことができるようになる。
The illumination light can be switched depending on the wafer mark (WMys, wafer mark WMx, WMy).

ここで、波面回転板21として1/2波長板を回転可能
に設けると、ビームALは1/2波長板の回転角に応じ
た光強度(光I)比で波面分割され、LSA光学系26
とLIA光学系27の必要光量に応じて、ビームALp
、ALsの光量比を最適なものに調整できることになる
。しかも、このことは波面回転板21及び偏光ビームス
プリッタ−22がシャッター機能を持つことを意味し、
特にシャッター24.25を省略することも可能である
。また、ビームALと路間−光量のビームALp (又
はALs)がLSA光学系26(又はLIA光学系27
)に入射することになり、ビームALの光量損失がない
といった利点もある。しかし、1/2波長板の厚さ精度
(シャッターとしての遮光精度)や光量調整の容易さ等
を考慮し、本実施例では上記の如(シャッター24.2
5を別設し、波面回転板(1/2波長板)21は所定の
回転角で固定しておくものとする。また、波面回転板2
1及び偏光ビームスプリッタ−22は、共にレーザ光源
20の光軸に対して微小角度(例えば、l°程度)だけ
第1図中のXY平面内で傾けて配置されている。このた
め、ビームAL(ALp、ALs)の光路中に配置され
た波面回転板21等の光学部材からの反射光がレーザ光
源20に戻ることによって、ビームALの発振を不安定
にする現象、所謂バックトークの発生が防止される。
Here, if a 1/2 wavelength plate is rotatably provided as the wavefront rotating plate 21, the beam AL is wavefront split at a light intensity (light I) ratio according to the rotation angle of the 1/2 wavelength plate, and the LSA optical system 26
and the required light amount of the LIA optical system 27, the beam ALp
, the light amount ratio of ALs can be adjusted to the optimum one. Moreover, this means that the wavefront rotation plate 21 and the polarizing beam splitter 22 have a shutter function.
In particular, it is also possible to omit the shutters 24,25. In addition, the beam ALp (or ALs) between the beam AL and the beam amount is the LSA optical system 26 (or LIA optical system 27).
), which has the advantage that there is no loss in the amount of light of the beam AL. However, in consideration of the thickness accuracy of the 1/2 wavelength plate (light shielding accuracy as a shutter) and the ease of adjusting the light amount, in this embodiment, the above (shutter 24.
5 is provided separately, and the wavefront rotating plate (1/2 wavelength plate) 21 is fixed at a predetermined rotation angle. In addition, the wave front rotating plate 2
Both the polarizing beam splitter 1 and the polarizing beam splitter 22 are arranged so as to be inclined by a small angle (for example, about 1°) in the XY plane in FIG. 1 with respect to the optical axis of the laser light source 20. For this reason, reflected light from optical members such as the wavefront rotating plate 21 placed in the optical path of the beam AL (ALp, ALs) returns to the laser light source 20, resulting in a so-called phenomenon that destabilizes the oscillation of the beam AL. Backtalk is prevented from occurring.

次に、LSA光学系26の構成を簡単に説明する。第4
図に示すようにシャッター24を通過したビームALp
は、ビームエクスパンダ−26aで所定のビーム径に拡
大され、シリンドリカルレンズ26bにより細長い楕円
ビームSPに成形された後、第1リレーレンズ26c1
平行平面板26d及び第2リレーレンズ26eを介して
平行平面板26fに至る。平行平面板26d、26fは
、共にLSA光学系26の光軸AXaに対して2次元傾
斜可能に設けられ、第2リレーレンズ26eはその後側
焦点位置が後述するレンズ31x、31yの前側焦点位
置と一致するように配置される。
Next, the configuration of the LSA optical system 26 will be briefly described. Fourth
The beam ALp passing through the shutter 24 as shown in the figure
is expanded to a predetermined beam diameter by the beam expander 26a, shaped into an elongated elliptical beam SP by the cylindrical lens 26b, and then passed through the first relay lens 26c1.
It reaches the parallel plane plate 26f via the parallel plane plate 26d and the second relay lens 26e. The parallel plane plates 26d and 26f are both provided to be two-dimensionally tiltable with respect to the optical axis AXa of the LSA optical system 26, and the rear focal position of the second relay lens 26e is the same as the front focal position of lenses 31x and 31y, which will be described later. arranged to match.

平行平面板26fを通過、即ちLSA光学系26を射出
した第1光束としての楕円ビームSPは、ミラー28で
反射された後、本件発明の光分割手段としてのビームス
プリッタ−29によって、同一光量となるように2分割
(振幅分割)される。
The elliptical beam SP as the first light flux that passes through the parallel plane plate 26f, that is, exits the LSA optical system 26, is reflected by the mirror 28, and then split into the same amount of light by the beam splitter 29 as the light splitting means of the present invention. It is divided into two (amplitude division) so that

ビームスプリッタ−29で2分割された楕円ビームSP
は、それぞれ第2リレーレンズ26eの後側焦点位置に
配置された視野絞り30x、30yで一度スリット状に
収束した後、第1図に示すようにレンズ31x、31y
及びミラー32x、32yを介して位置検出系33x、
33yに達する。
Elliptical beam SP divided into two by beam splitter 29
are converged into a slit shape by the field stops 30x and 30y, which are placed at the rear focal position of the second relay lens 26e, respectively, and then the lenses 31x and 31y as shown in FIG.
and a position detection system 33x via mirrors 32x and 32y,
It reaches 33y.

さらに、位置検出系33x、33yを通過した楕円ビー
ムSPは、それぞ′れミラー33g、33gを介して投
影レンズPLの入射瞳PLaに至り、入射瞳PLaの略
中央を通って露光フィールド内でそれぞれY、X方向に
伸び、且つ光軸AXに向かうように、細長い帯状スポッ
ト光(シートビーム)SPとしてウェハW上に形成され
る。尚、入射瞳PLaにおいて楕円ビームの長手方向は
それぞれX、Y方向と略一致しており、この入射瞳PL
aにおける楕円ビームの長手方向とウェハW上に照射さ
れるスポット光の長手方向とは互いに略直交している。
Further, the elliptical beam SP that has passed through the position detection systems 33x and 33y reaches the entrance pupil PLa of the projection lens PL via deflection mirrors 33g and 33g, and passes through the approximate center of the entrance pupil PLa within the exposure field. They are formed on the wafer W as elongated strip-shaped spot lights (sheet beams) SP extending in the Y and X directions and toward the optical axis AX, respectively. In addition, in the entrance pupil PLa, the longitudinal direction of the elliptical beam approximately coincides with the X and Y directions, respectively, and this entrance pupil PLa
The longitudinal direction of the elliptical beam at a and the longitudinal direction of the spot light irradiated onto the wafer W are substantially orthogonal to each other.

また、位置検出系33x、33yは同一構成であるため
、第2図及び第4図では位置検出系33yのみ図示しで
ある。
Furthermore, since the position detection systems 33x and 33y have the same configuration, only the position detection system 33y is shown in FIGS. 2 and 4.

ここで、第2図中に示した位置検出系33yにおいて楕
円ビーム5P(P偏光)は、偏光ビームスプリッタ−3
3a11/4波長板33b1及び本件発明の偏向部材と
しての2次元傾斜可能な平行手面板33cを通った後、
ミラー33dを介して対物レンズ33eに達する。1/
4波長板33bにより円偏光となった楕円ビームSPは
ミラー33fで反射され、位置検出系33y内の空間上
の焦点33α(ウェハ共役面)で、対物レンズ33eに
より一度スリット状に収束した後、ミラー33g及び投
影レンズPLを介してウェハW上にスポット光SP(円
偏光)として形成される。次に、スポット光SPがLS
A?−りWMysをY方向に相対走査すると、LSAマ
ークWMysからは正反射光(0次光)34以外に、回
折光(1次光以上)35や散乱光36(不図示)が生じ
る。
Here, in the position detection system 33y shown in FIG.
After passing through the 3a11/4 wavelength plate 33b1 and the two-dimensional tiltable parallel palm plate 33c as a deflection member of the present invention,
The light reaches the objective lens 33e via the mirror 33d. 1/
The elliptical beam SP, which has become circularly polarized by the four-wavelength plate 33b, is reflected by a mirror 33f, and once converged into a slit shape by an objective lens 33e at a spatial focal point 33α (wafer conjugate plane) within the position detection system 33y, A spot light SP (circularly polarized light) is formed on the wafer W via the mirror 33g and the projection lens PL. Next, the spot light SP is LS
A? - When WMys is relatively scanned in the Y direction, diffracted light (first order or higher order light) 35 and scattered light 36 (not shown) are generated from the LSA mark WMys in addition to specularly reflected light (0th order light) 34.

これら光情報(円偏光)は再び投影レンズPL等を通っ
て、1/4波長板33bによりS偏光となった後、偏光
ビームスプリッタ−33aで反射され、瞳リレー系33
hを介して瞳共役面に配置された光電検出器(受光素子
)331により受光される。光電検出器33iは、これ
ら光情報のうちの高次回折光、例えば±1〜3次回折光
35と散乱光36とをそれぞれ光電検出し、この回折光
35、散乱光36の各強度に応じた光電信号SDi。
This optical information (circularly polarized light) passes through the projection lens PL, etc. again, becomes S-polarized light by the quarter-wave plate 33b, is reflected by the polarizing beam splitter 33a, and is reflected by the pupil relay system 33.
The light is received by a photoelectric detector (light receiving element) 331 arranged on the pupil conjugate plane via h. The photoelectric detector 33i photoelectrically detects the higher-order diffracted light of the optical information, for example, the ±1st to third-order diffracted light 35 and the scattered light 36, and generates photoelectric signals according to the respective intensities of the diffracted light 35 and the scattered light 36. Signal SDi.

SDrをアライメント信号処理回路(以下、AsCと呼
ぶ)14に出力する。
The SDr is output to an alignment signal processing circuit (hereinafter referred to as AsC) 14.

次に、LIA光学系27の構成について説明する。第4
図において、シャッター25を通過したビームALsは
、2つの音響光学変調器等から成る2光束周波数シフタ
ー27aに入射し、互いに周波数が異なり、且つ共に直
交した直線偏光を含む2本のビームLBI、LB2に変
換される。ここで、2光束周波数シフター27aの構成
を第5図に示す。第5図において、ビームALs (S
偏光)はミラー40で反射され、1/4波長板41及び
レンズ42を通った後、偏光ビームスプリッタ−43に
よって、同一光量となるようにP偏光ビームとS偏光ビ
ームとに波面分割される。偏光ビームスプリッタ−43
を通過したP偏光ビームは、ミラー44を介して第1音
響光学変調器45a(以下、単にAOM45aと呼ぶ)
に入射し、偏光ビームスプリッタ−43で反射されたS
偏光ビームは、第2音響光学変調器45b(以下、単に
AOM45bと呼ぶ)に入射する。AOM45aは周波
数flの高周波信号SFlでドライブされ、第5図には
示していないが、その周波数f1で決まる回折角だけ偏
向された1次光をビームLBlとして出力する。一方、
AOM45bは周波数f1であるビームLBIとの差周
波数がΔfとなるように、周波数f2(f2=fl−Δ
f)の高周波信号SF2でドライブされ、同様にその周
波数f2で決まる回折角だけ偏向された1次光をビーム
LB2として出力する。尚、AOM45 a。
Next, the configuration of the LIA optical system 27 will be explained. Fourth
In the figure, the beam ALs that has passed through the shutter 25 is incident on a two-beam frequency shifter 27a consisting of two acousto-optic modulators, etc., and two beams LBI and LB2 containing linearly polarized light having different frequencies and orthogonal to each other are generated. is converted to Here, the configuration of the two-beam frequency shifter 27a is shown in FIG. In FIG. 5, the beam ALs (S
The polarized light is reflected by a mirror 40, passes through a quarter-wave plate 41 and a lens 42, and then is wavefront-split by a polarizing beam splitter 43 into a P-polarized beam and an S-polarized beam so that the amount of light is the same. Polarizing beam splitter-43
The P-polarized beam that has passed through passes through a mirror 44 to a first acousto-optic modulator 45a (hereinafter simply referred to as AOM 45a).
S incident on the polarizing beam splitter 43 and reflected by the polarizing beam splitter 43
The polarized beam enters a second acousto-optic modulator 45b (hereinafter simply referred to as AOM 45b). The AOM 45a is driven by a high frequency signal SF1 having a frequency fl, and although not shown in FIG. 5, it outputs as a beam LB1 primary light that is deflected by a diffraction angle determined by the frequency f1. on the other hand,
The AOM45b has a frequency f2 (f2=fl−Δ
f) is driven by the high frequency signal SF2, and outputs the primary light as a beam LB2, which is similarly deflected by the diffraction angle determined by the frequency f2. In addition, AOM45 a.

45bに対する入射ビームのうちの0次光は、適当な位
置に配置されたスリット(不図示)で遮光される。また
、ドライブ周波数f1、f2と差周波数Δfとの関係は
、fl>Δf、f2>Δfであることが望ましく、Δf
の上限は光電検出器331等の応答性によって決まる。
The zero-order light of the beam incident on the beam 45b is blocked by a slit (not shown) placed at an appropriate position. Further, it is desirable that the relationship between the drive frequencies f1, f2 and the difference frequency Δf is fl>Δf, f2>Δf, and Δf
The upper limit of is determined by the responsiveness of the photoelectric detector 331 and the like.

本実施例ではAOM45a、45bのドライブ周波数f
Lf2を、例えばそれぞれ80.025MHz、80゜
000MHzとし、その周波数差Δfを25KH2と低
く設定しているため、2つのAOM45 a。
In this embodiment, the drive frequency f of AOM45a and 45b is
Lf2 is, for example, 80.025 MHz and 80°000 MHz, respectively, and the frequency difference Δf is set as low as 25 KH2, so two AOM45 a.

45bでの1次回折光の回折角は共に等しくなっている
。さて、AOM45aにより周波数flに変調されたビ
ームLBIは、平行平面板46を介してSSA系の瞳面
に配置された偏向ビームスプリッタ−49に入射する一
方、AOM45bにより周波数f2に変調されたビーム
LB2は、平行平面板47及びミラー48を介して偏向
ビームスプリッタ−49に入射する。偏光ビームスプリ
ッタ−49は、ビームLBI、LB2を完全に同軸に合
成するのではなく、所定量だけ間隔をあけるようにビー
ムLBI、LB2を互いに平行に合成する。従って、平
行平面板46.47はビームLBl、LB2の進行方向
に所定角度だけ傾斜して配置され、その2次元的な傾斜
角を任意に調整できるように設定される。この結果、偏
光ビームスプリッタ−49、即ち2光束周波数シフター
27aから射出するビームLBI、LB2は、第4図に
示すようにLIA光学系27の光軸AXbを挟んで対称
に射出されることになる。
The diffraction angles of the first-order diffracted lights at 45b are the same. Now, the beam LBI modulated to the frequency fl by the AOM 45a enters the deflection beam splitter 49 arranged on the pupil plane of the SSA system via the parallel plane plate 46, while the beam LB2 modulated to the frequency f2 by the AOM 45b. is incident on a deflection beam splitter 49 via a parallel plane plate 47 and a mirror 48. The polarizing beam splitter 49 does not combine the beams LBI and LB2 completely coaxially, but combines the beams LBI and LB2 parallel to each other so as to be spaced apart by a predetermined amount. Therefore, the parallel plane plates 46, 47 are arranged to be inclined by a predetermined angle in the traveling direction of the beams LBl and LB2, and are set so that the two-dimensional angle of inclination can be arbitrarily adjusted. As a result, the beams LBI and LB2 emitted from the polarizing beam splitter 49, that is, the two-beam frequency shifter 27a, are emitted symmetrically across the optical axis AXb of the LIA optical system 27, as shown in FIG. .

2光束周波数シフター27aから射出した2本の平行な
ビームLBI(P偏光で周波数fl)とLB2(S偏光
で周波数f2)とは、共に1/2波長板27bにより偏
光方向が45°だけ回転させられた後、偏光ビームスプ
リッタ−27cに入射する。これより、ビームLBIは
周波数flのP偏光ビームLBlpとS偏光ビームLB
Isとに波面分割され、ビームLB2は周波数f2のP
偏光ビームLB2pとS偏光ビームLB2sとに波面分
割される。さて、偏光ビームスプリッタ−27cで反射
される2本のS偏光ビームLBIs(周波数f l)、
LB2s (同f2)は、瞳を像面に変換するレンズ系
(逆フーリエ変換レンズ)27dを介して、装置上で固
定されている参照用回折格子27eに、異なる2方向か
ら所定の交差角θで入射し結像(交差)する。光電検出
器(受光素子)27fは、参照用回折格子27eを透過
した0次光以外の回折光(干渉光)を受光し、回折光強
度に応じた正弦波状の光電信号SRを出力する。この光
電信号SRは、ビームLBIs、LB2sの差周波数Δ
fに比例した周波数となり、光ビート信号となる。
The two parallel beams LBI (P polarized light, frequency fl) and LB2 (S polarized light, frequency f2) emitted from the two-beam frequency shifter 27a have their polarization directions rotated by 45 degrees by a 1/2 wavelength plate 27b. After that, it enters the polarizing beam splitter 27c. From this, beam LBI is P polarized beam LBlp with frequency fl and S polarized beam LB.
The wavefront of beam LB2 is divided into P and Is of frequency f2.
The wavefront is split into a polarized beam LB2p and an S-polarized beam LB2s. Now, the two S-polarized beams LBIs (frequency f l) reflected by the polarized beam splitter 27c,
LB2s (f2) is a reference diffraction grating 27e fixed on the device through a lens system (inverse Fourier transform lens) 27d that converts the pupil into an image plane at a predetermined intersection angle θ from two different directions. The light enters at the center and forms an image (intersects). The photoelectric detector (light receiving element) 27f receives the diffracted light (interference light) other than the zero-order light transmitted through the reference diffraction grating 27e, and outputs a sinusoidal photoelectric signal SR according to the intensity of the diffracted light. This photoelectric signal SR has a difference frequency Δ between the beams LBIs and LB2s.
The frequency becomes proportional to f, and becomes an optical beat signal.

一方、偏光ビームスプリッタ−27cを通過する2本の
P偏光ビームLB1p(周波数f1)。
On the other hand, two P-polarized beams LB1p (frequency f1) pass through the polarized beam splitter 27c.

LB2p (同f2)は、瞳リレー系27gの内部で平
行光束となって、−度交差した後に射出され、各主光線
がLIA光学系27の光軸AXbに対して平行となると
共に、瞳面内で光軸AXbを挟んで点対称な2点にスポ
ットとして集光する結像光束となる。ビームLB1p、
LB2pは上記瞳面内若しくはその近傍に配置された平
行平面板27hを通った後、レンズ27iにより所定角
度だけ傾いた平行光束となって平行平面板27jに入射
する。平行平面板27h、27jは、共にLIA光学系
27の光軸AXbに対して2次元傾斜可能に設けられ、
レンズ27iはその後側焦点位置がレンズ31x、31
yの前側焦点位置と一致するように配置される。平行平
面板27jを通過、即ちLIA光学系27を射出した2
本の第2光束としてのビームLB1p、LB2pは、上
述したスポット光SPと同様に、ビームスプリッタ−2
9により同一光量となるように2分割(振幅分割)され
、それぞれ視野絞り30x、30yで一度交差した後、
レンズ31x、317等を介して位置検出系33x、3
:3yに入射する。ビームLBIp、LB2pは位置検
出系33y内の焦点33αで一度交差し、入射瞳PLa
においてスポット光(楕円ビーム)SPの中心に関して
略点対称となるように、−度スポット状に集光して入射
瞳PLaを通った後、ウェハマークのピッチ方向に関し
て光軸AXを挟んで互いに対称的な角度で傾いた平行光
束となって、ウェハマーク上に異なる2方向から交差角
θで入射し結像(交差)する。ここで、入射瞳PLaに
おいてビームLB1p、LB2pの各スポットは、スポ
ット光SPの中心を通り、且つスポット光SPの長手方
向(Y方向)に伸びた直線上に、上述した如くスポット
光SPの中心に関して略点対称となるように形成される
LB2p (same f2) becomes a parallel light flux inside the pupil relay system 27g, and is emitted after intersecting by − degrees, and each principal ray becomes parallel to the optical axis AXb of the LIA optical system 27, and the pupil plane An imaging light beam is condensed as a spot at two symmetrical points with the optical axis AXb in between. Beam LB1p,
After passing through the plane-parallel plate 27h disposed in or near the pupil plane, the LB2p becomes a parallel light flux tilted by a predetermined angle by the lens 27i and enters the plane-parallel plate 27j. The parallel plane plates 27h and 27j are both provided so as to be two-dimensionally tiltable with respect to the optical axis AXb of the LIA optical system 27,
The rear focal position of the lens 27i is the lens 31x, 31
It is arranged to coincide with the front focus position of y. 2 that passed through the parallel plane plate 27j, that is, exited the LIA optical system 27.
Beams LB1p and LB2p as the second light flux of the book are transmitted to the beam splitter 2 as well as the spot light SP mentioned above.
9 to have the same amount of light (amplitude division), and after crossing each other once at field apertures 30x and 30y,
Position detection systems 33x, 3 via lenses 31x, 317, etc.
:Injects at 3y. The beams LBIp and LB2p intersect once at the focal point 33α in the position detection system 33y, and the entrance pupil PLa
After condensing into a -degree spot shape and passing through the entrance pupil PLa so that the spot light (elliptical beam) SP is approximately point symmetrical with respect to the center, the beams are symmetrical with respect to the pitch direction of the wafer mark across the optical axis AX. The light beam becomes a parallel light beam tilted at an angle of , and is incident on the wafer mark from two different directions at an intersection angle θ to form an image (intersect). Here, each spot of the beams LB1p and LB2p in the entrance pupil PLa is on a straight line passing through the center of the spot light SP and extending in the longitudinal direction (Y direction) of the spot light SP, as described above. It is formed so as to be approximately point symmetrical with respect to.

また、ビームLB1p、LB2pの交差角θは、大きく
ても投影レンズPLの射出(ウェハW)側の開口数(N
、 A、 )を越えることはない。さらに、ウェハ表面
と共役(像共役)に配置された視野絞り30x、30y
は、ウェハW上でのアライメント用照明光の形状(照射
領域)を任意に設定するためのものであり、その形状は
スポット光SPとビームLB1p、LB2pとで共用さ
れるように定められている。尚、第4図においてウェハ
マークWMyのピッチ方向は紙面内の左右方向であり、
ビームLB1p、LB2pの各々の光軸AXからの傾き
方向も第4図の紙面内に定められる。
Furthermore, even if the intersection angle θ of the beams LB1p and LB2p is large, the numerical aperture (N
, A, ) will not be exceeded. Furthermore, field stops 30x and 30y are placed conjugate (image conjugate) with the wafer surface.
is for arbitrarily setting the shape (irradiation area) of the alignment illumination light on the wafer W, and the shape is determined to be shared by the spot light SP and the beams LB1p and LB2p. . In addition, in FIG. 4, the pitch direction of the wafer mark WMy is the left-right direction in the plane of the paper,
The direction of inclination of each of the beams LB1p and LB2p from the optical axis AX is also determined within the paper plane of FIG.

さて、ビームLB1p、LB2pが交差角θでウェハマ
ークWMy上に入射すると、ビームLBlp、LB2p
が交差している空間領域内で、光軸AXと垂直な任意の
面内(ウェハ面)には、格子ピッチPに対して整数倍の
ピッチP’  (P’P/2)で、1次元の干渉縞が作
られることになる。この干渉縞はウェハマークWMYの
ピッチ方向(Y方向)に、ビームLB1p、LB2pの
差周波数Δfに対応して移動(流れる)ことになり、そ
の速度Vは、■=Δf−P’なる関係式で表される。こ
れより、ウェハマークWMYからは光軸AX上に沿って
進行し、干渉縞の移動によって明暗の変化を周期的に繰
り返すビート波面になる±1次回折光(干渉光)37が
発生する。この回折光37は投影レンズPL、1/4波
長板33b等を通り、偏光ビームスプリッタ−33aで
反射された後、瞳リレー系33hを介して光電検出器3
3iにより受光される。光電検出器33iから出力され
る光電信号SDwは、干渉縞の明暗変化の周期に応じた
正弦波状の交流信号(ビート周波数、以下光ビート信号
と呼ぶ)SDwとなってASCI4に出力される。
Now, when the beams LB1p and LB2p are incident on the wafer mark WMy at the intersection angle θ, the beams LBlp and LB2p
In the spatial region where the lattice pitch intersects, in any plane (wafer surface) perpendicular to the optical axis AX, a one-dimensional interference fringes will be created. This interference fringe moves (flows) in the pitch direction (Y direction) of the wafer mark WMY in response to the difference frequency Δf between the beams LB1p and LB2p, and its velocity V is calculated by the relational expression ■=Δf−P'. It is expressed as As a result, ±1st-order diffracted light (interference light) 37 is generated from the wafer mark WMY, which travels along the optical axis AX and becomes a beat wavefront that periodically repeats changes in brightness and darkness due to the movement of the interference fringes. This diffracted light 37 passes through the projection lens PL, the 1/4 wavelength plate 33b, etc., is reflected by the polarizing beam splitter 33a, and then passes through the pupil relay system 33h to the photoelectric detector 3.
3i. The photoelectric signal SDw output from the photoelectric detector 33i is output to the ASCI 4 as a sinusoidal alternating current signal (beat frequency, hereinafter referred to as optical beat signal) SDw according to the period of brightness change of the interference fringes.

ここで、上述した光電検出器33iの概略的な構成を第
6図に示す。第6図に示すように光電検出器33iは、
スポット光SPの照射によってLSAマークWMysか
ら発生する、例えば±1〜3次回折光35の分布に合わ
せた受光面38a。
Here, FIG. 6 shows a schematic configuration of the photoelectric detector 33i described above. As shown in FIG. 6, the photoelectric detector 33i is
The light-receiving surface 38a is adapted to the distribution of, for example, the ±1st to third-order diffracted light 35 generated from the LSA mark WMys by irradiation with the spot light SP.

38bと、そのエツジから発生する散乱光36の分布に
合わせた受光面39a、39b及び、ビームLB1p、
LB2pの照射によってウェハマークWMVから発生す
る回折光37を受光するように配置された受光面37D
を有する分割受光素子である。尚、上述した如くスポッ
ト光SPをLSAマークWMysに照射すると、LSA
マークWMysからは回折光35と共に正反射光34や
散乱光36も発生し、この正反射光34や散乱光36は
受光面37D上に集光される。しかし、本実施例ではシ
ャッター24.25を回転制御して、スポット光SPと
ビームLBlp、LB2pとが同時にウェハW上に照射
されないように切換えを行っているため、受光面37D
で正反射光34及び散乱光36と回折光37とが混在し
てしまうクロストークは防止される。
38b, light-receiving surfaces 39a and 39b that match the distribution of scattered light 36 generated from the edge thereof, and beam LB1p,
A light receiving surface 37D arranged to receive diffracted light 37 generated from the wafer mark WMV by irradiation with LB2p.
It is a split light receiving element having Furthermore, when the spot light SP is irradiated on the LSA mark WMys as described above, the LSA
Along with the diffracted light 35, specularly reflected light 34 and scattered light 36 are also generated from the mark WMys, and the specularly reflected light 34 and scattered light 36 are focused on the light receiving surface 37D. However, in this embodiment, the rotation of the shutters 24 and 25 is controlled so that the spot light SP and the beams LBlp and LB2p are not irradiated onto the wafer W at the same time.
This prevents crosstalk in which the specularly reflected light 34, the scattered light 36, and the diffracted light 37 coexist.

次に、ASC14は上記LSA系(スポット光SP)を
用いる時、光電検出器33iから出力される光電信号5
Di(又は5Dr)と、レーザ干渉計8からの位置信号
とを入力し、ウェハステージWSの単位移動量(0,0
2μm)毎に発生するアップ・ダウンパルス信号に同期
して光電信号5Di(又は5Dr)をサンプリングする
。そして、各サンプリング値をデジタル値に変換してメ
モリに番地順に記憶させた後、所定の演算処理によって
ウェハマークWMyのY方向の位置を検出する。尚、A
SC14は光電信号SDi、SDrの波形処理を並行し
て行い、両方の検出結果からウェハマークWMYの位置
を決定することが望ましい。また、LIA系(ビームL
B1p、LB2p)を用いる時、光電検出器33iから
出力される光ビート信号SDwと、参照信号として光電
検出器27fから出力される光ビート信号SRとを入力
し、光ビート信号SRを基準とした光ビート信号SR,
SDwの波形上の位相差を検出する。
Next, when the ASC 14 uses the LSA system (spot light SP), the photoelectric signal 5 output from the photoelectric detector 33i is
Di (or 5Dr) and the position signal from the laser interferometer 8 are input, and the unit movement amount (0,0
The photoelectric signal 5Di (or 5Dr) is sampled in synchronization with up/down pulse signals generated every 2 μm). After each sampling value is converted into a digital value and stored in the memory in address order, the position of the wafer mark WMy in the Y direction is detected by a predetermined calculation process. Furthermore, A
It is desirable that the SC 14 process the waveforms of the photoelectric signals SDi and SDr in parallel, and determine the position of the wafer mark WMY from the detection results of both. In addition, LIA system (beam L
B1p, LB2p), the optical beat signal SDw output from the photoelectric detector 33i and the optical beat signal SR output from the photoelectric detector 27f are input as a reference signal, and the optical beat signal SR is used as a reference signal. optical beat signal SR,
Detect the phase difference on the SDw waveform.

この位相差(±180°)は、ウェハマークWMyのP
/2内の相対位置ずれ量に一義的に対応している。ここ
で、ウェハマークWMx、WMyのピッチPを8μmと
し、ASC14の位相検出の分割能が0. 2°である
ものとすると、位置ずれの計測分解能は0.0044μ
mにもなる。実際にはノイズ等の影響も受けるため、実
用的な計測分解能は0.01μm(位相で0.4°)程
度になる。この検出方式は所謂ヘテロダイン方式であり
、ウェハWがP/2の位置誤差範囲内であれば、静止状
態であっても高分解能で位置ずれを検出できるものであ
る。主制御装置I5は、シャッター24.25を同時に
駆動制御したり、ASC14からのマーク位置や位相差
(位置ずれ量)の情報、レーザ干渉計6,8からの位置
情報等に基づいて、駆動部5,7に所定の駆動指令を出
力し、レチクルRとウェハWとのアライメントを行う他
、焦点検出系I L WGAl 2.13等を含む装置
全体を統括制御する。
This phase difference (±180°) is the P of wafer mark WMy.
It uniquely corresponds to the relative positional deviation amount within /2. Here, the pitch P of the wafer marks WMx and WMy is 8 μm, and the phase detection resolution of the ASC 14 is 0. Assuming that it is 2°, the measurement resolution of positional deviation is 0.0044μ
It also becomes m. In reality, since it is affected by noise and the like, the practical measurement resolution is about 0.01 μm (0.4° in phase). This detection method is a so-called heterodyne method, and as long as the wafer W is within a positional error range of P/2, positional deviation can be detected with high resolution even in a stationary state. The main controller I5 controls the drive of the shutters 24 and 25 simultaneously, and controls the drive unit based on the mark position and phase difference (positional deviation amount) information from the ASC 14, position information from the laser interferometers 6 and 8, etc. In addition to outputting predetermined drive commands to 5 and 7 to perform alignment between the reticle R and the wafer W, the control unit 5 and 7 also collectively control the entire apparatus including the focus detection system I L WG Al 2.13 and the like.

〔以下、余白〕[Margin below]

さて、第1図、第4図中に示した本件発明の光分割手段
としてのビームスプリッタ−29は、このビームスプリ
ッタ−29より後方に配置された光学部材、即ち視野絞
り30x、30yや位置検出系33x、337等におい
て、LSA光学系26の光軸AXaとLIA光学系27
の光軸AXbとを正確に合致させ、スポット光SPとビ
ームLBlp、LB2pとで位置検出系33x、337
等を共有させるため、スポット光SPとビームLBlp
、LB2pとが、同一平面(レチクルRと平行な平面)
内で互いに略直交して分割面29aに入射するように配
置されている。この際、ビームスプリッタ−29の位置
を調整するだけでは、精度良く光軸AXaとAXbとを
合致させることは難しい。そこで、本実施例ではステッ
パーの製造時或いはイニシャライズ時に、LSA光学系
26及びLIA光学系27の内部にそれぞれ設けられた
平行平面板26f、27jの傾斜角を調整しておく。つ
まり、スポット光SPとビームLBIp、LB2pとを
それぞれ微小量だけシフトさせることによって、スポッ
ト光SPとビームLBIp、LB2pとのビームスプリ
ッタ−29への入射位置の微調整を行っておくものとす
る。
Now, the beam splitter 29 as the light splitting means of the present invention shown in FIGS. In the systems 33x, 337, etc., the optical axis AXa of the LSA optical system 26 and the LIA optical system 27
The spot light SP and the beams LBlp and LB2p are used to accurately match the optical axis AXb of the position detection system 33x, 337.
etc., the spot light SP and the beam LBlp
, LB2p are on the same plane (plane parallel to reticle R)
They are arranged so as to be substantially orthogonal to each other and incident on the dividing surface 29a. At this time, it is difficult to align the optical axes AXa and AXb with high precision just by adjusting the position of the beam splitter 29. Therefore, in this embodiment, the inclination angles of the parallel plane plates 26f and 27j provided inside the LSA optical system 26 and the LIA optical system 27 are adjusted at the time of manufacturing or initializing the stepper. That is, by shifting the spot light SP and the beams LBIp, LB2p by minute amounts, the positions of incidence of the spot light SP and the beams LBIp, LB2p on the beam splitter 29 are finely adjusted.

また、第5図に示した平行平面板46.47を所定角度
だけ傾けると、SSA系の瞳面、例えば入射瞳PLaに
おいて、光軸AXを挟んで形成されるビームLBI、L
B2のスポットは、それぞれ傾斜角に応じて2次元移動
する。このことは、入射瞳PLaでのビームLB1p、
LB2pのスポット間隔、即ちウェハマークWMx、W
My 上での交差角θが、平行平面板46.47の傾斜
角により規定されることを意味する。従って、本実施例
では予めビームALs (AL)の波長に応じて平行平
面板46.47を傾斜させ、ビームLBlp、LB2p
の交差角θを調整しておくものとする。この際、同時に
ビームLB1p、LB2pによって作られる干渉縞のピ
ッチ方向と、入射瞳PLaでのビームLB1p、LB2
pの各スポットを結ぶ直線とが略平行となるように、交
差角θを維持しながら(即ち、入射瞳PLaでの2つの
スポットの位置間隔を一定に保ったまま)、平行平面板
46.47の少なくとも一方を傾斜させる。
Furthermore, when the parallel plane plates 46 and 47 shown in FIG.
The spots B2 each move two-dimensionally depending on the inclination angle. This means that the beam LB1p at the entrance pupil PLa,
Spot spacing of LB2p, i.e. wafer marks WMx, W
This means that the intersection angle θ on My is defined by the inclination angle of the parallel plane plates 46 and 47. Therefore, in this embodiment, the parallel plane plates 46 and 47 are tilted in advance according to the wavelength of the beam ALs (AL), and the beams LBlp and LB2p are
It is assumed that the intersection angle θ is adjusted in advance. At this time, at the same time, the pitch direction of the interference fringes created by the beams LB1p and LB2p and the beams LB1p and LB2 at the entrance pupil PLa
The parallel plane plate 46. 47 is tilted.

この結果、ウェハW上では干渉縞のピッチ方向とウェハ
マークのピッチ方向とが正確に一致することになり、光
ビート信号SDwを高いコントラストで得ることができ
る。
As a result, the pitch direction of the interference fringes and the pitch direction of the wafer marks accurately match on the wafer W, and the optical beat signal SDw can be obtained with high contrast.

また、上述した平行平面板26d、27hは、共にSS
A系の瞳面又はその共役面若しくはそれらの近傍のいず
れかの面内に配置される。このため、平行平面板26d
、27hをそれぞれ所定角度だけ傾け、入射瞳PLaで
のスポット光SPとビームLB1p、LB2pとの各ス
ポットを2次元的に移動させれば、投影レンズPLの射
出(ウェハW)側でのスポット光SPの主光線と、ビー
ムLB1p、LB2pの2等分線となる2ビームの主光
線との光軸AXに対する傾き(以下、簡単にテレセン傾
きと呼ぶ)を調整できる。そこで、スポット光spとビ
ームLBlp、LB2pとのテレセン傾きが零、若しく
は所定の許容範囲内に入るように、本実施例では、例え
ばステッパーのイニシャライズ時に、各テレセン傾きに
応じて平行平面板26d、27hの傾斜角が調整される
Further, the above-mentioned parallel plane plates 26d and 27h are both SS
It is arranged within the pupil plane of the A system, its conjugate plane, or any plane near them. For this reason, the parallel plane plate 26d
. It is possible to adjust the inclination of the principal ray of SP and the principal ray of two beams that bisect the beams LB1p and LB2p with respect to the optical axis AX (hereinafter simply referred to as telecentric inclination). Therefore, in this embodiment, for example, when initializing the stepper, the parallel plane plate 26d, The tilt angle of 27h is adjusted.

尚、上述した如く平行平面板46.47及び26d、2
7hの傾斜角の調整が終了すると、入射瞳PLaにおけ
るスポット光SPの中心と、ビームLB1p、LB2p
の各スポット(中心)とを結ぶ直線の方向が、ウェハマ
ークのピッチ方向(周期方向)と略平行となる。
In addition, as mentioned above, the parallel plane plates 46, 47 and 26d, 2
When the adjustment of the inclination angle in 7h is completed, the center of the spot light SP in the entrance pupil PLa and the beams LB1p and LB2p are
The direction of the straight line connecting each spot (center) is approximately parallel to the pitch direction (periodic direction) of the wafer marks.

ここで、上述した平行平面板46.47をそれぞれ同方
向に同一角度だけ傾斜させれば、入射瞳PLaにおいて
ビームLBIp、LB2pの各スポットは間隔が一定の
まま、その傾斜角に応じて2次元移動されることになる
。従って、平行平面板46.47もテレセン傾きの補正
機能を有することになって、平行平面板27hを別設す
る必要がなくなる。しかしながら、本実施例では調整時
間や調整の容易さ等の点から、平行平面板46゜47は
ビームLBlp、LB2pの交差角θ、即ち干渉縞のピ
ッチを調整するものとし、そのテレセン傾きの補正は平
行平面板27hにより行うものとする。尚、ビームLB
1p、LB2pの波長をλ、ウェハマークWMyのピッ
チをP1ウエノ1WへのビームLB1p、LB2pの入
射角を、それぞれ光軸AXを挟んでθa、θb(但し、
交差角θ=θa+θb)とすると、平行平面板46゜4
7及び27hは、以下に示す式(1)の関係を満たすよ
うにその傾斜角が調整される。
Here, if the above-mentioned parallel plane plates 46 and 47 are respectively tilted in the same direction and at the same angle, the respective spots of the beams LBIp and LB2p at the entrance pupil PLa will be two-dimensional depending on the inclination angle while keeping the interval constant. It will be moved. Therefore, the parallel plane plates 46 and 47 also have the function of correcting the telecentric inclination, and there is no need to separately provide the parallel plane plate 27h. However, in this embodiment, from the viewpoint of adjustment time and ease of adjustment, the parallel plane plates 46 and 47 are used to adjust the intersection angle θ of the beams LBlp and LB2p, that is, the pitch of the interference fringes, and correct the telecenter tilt. shall be performed using the parallel plane plate 27h. Furthermore, beam LB
The wavelengths of the beams LB1p and LB2p are λ, the pitch of the wafer mark WMy is P1, the incident angles of the beams LB1p and LB2p to the wafer 1W are θa and θb across the optical axis AX, respectively (however,
If the intersection angle θ = θa + θb), then the parallel plane plate 46°4
The inclination angles of 7 and 27h are adjusted so as to satisfy the relationship of formula (1) shown below.

sinθa=sinθb=nλ/P (n=1.2.−
) ”(1)この結果、ビームLB1p、LB2pの入
射角θa、θbの対称性が維持され、テレセン傾き等が
補正されると共に、ウェハマークから発生する回折光3
7は常に光軸AX上に沿って進行することになる。
sinθa=sinθb=nλ/P (n=1.2.-
) ” (1) As a result, the symmetry of the incident angles θa and θb of the beams LB1p and LB2p is maintained, the telecentric tilt, etc. are corrected, and the diffracted light 3 generated from the wafer mark is
7 will always travel along the optical axis AX.

また、第2図及び第4図中に示した平行平面板33c(
本発明の偏向部材)も、SSA系の瞳共役面の近傍に配
置されており、平行平面板26d。
In addition, the parallel plane plate 33c shown in FIGS. 2 and 4 (
The deflection member of the present invention) is also arranged near the pupil conjugate plane of the SSA system, and is a parallel plane plate 26d.

27hと全く同様の機能、即ちテレセン傾きの補正機能
を有する。特に、平行平面板33cは位置検出系33y
内に配置され、入射瞳PLaでのスポット光SP及びビ
ームLB1p、LB2pの各スポットを、同時に同量だ
け移動させるように構成されている。従って、投影レン
ズPLのウェハW側でのテレセン傾きは共に等しいと考
えられるため、どちらか一方のテレセン傾きに応じて平
行平面板33cの傾斜角を調整すれば、スポット光SP
及びビームLB1p、LB2pのテレセン傾きが同時に
補正されることになる。尚、本実施例ではステッパーの
イニシャライズ時に平行平面板33cの傾斜角調整を行
わず、例えば平行平面板33cがSSA系の光軸(AX
a、AXb)と正確に直交するように設定されている状
態で、平行平面板26d、27hの傾斜角のみを調整し
て、スポット光SP及びビームLB1p、LB2pのテ
レセン傾きを補正しておくものとする。
It has exactly the same function as 27h, that is, a telecenter tilt correction function. In particular, the parallel plane plate 33c is the position detection system 33y.
The light spot SP and each spot of the beams LB1p and LB2p at the entrance pupil PLa are moved by the same amount at the same time. Therefore, since the telecentric inclinations of the projection lens PL on the wafer W side are considered to be equal, if the inclination angle of the parallel plane plate 33c is adjusted according to the telecentric inclination of either one, the spot light SP
And the telecentric inclinations of beams LB1p and LB2p are corrected at the same time. In this embodiment, the inclination angle of the parallel plane plate 33c is not adjusted at the time of initializing the stepper, and for example, the parallel plane plate 33c is aligned with the optical axis (AX) of the SSA system.
a, AXb), and adjust only the inclination angle of the parallel plane plates 26d and 27h to correct the telecentric inclination of the spot light SP and the beams LB1p and LB2p. shall be.

次に、第7図〜第11図を参照して本実施例による装置
の調整動作とマーク検出動作について説明する。第7図
は、本実施例の動作の一例を示す概略的なフローチャー
ト図である。
Next, the adjustment operation and mark detection operation of the apparatus according to this embodiment will be explained with reference to FIGS. 7 to 11. FIG. 7 is a schematic flowchart showing an example of the operation of this embodiment.

ステップ100において、主制御装置15は駆動部7に
よりウェハステージWSを移動させ、第8図に示すよう
に基準部材10、即ち基準マークtoyをビームLBl
p、LB2pの照射位置に設定する。次に、位置検出系
33yから射出するビームLBlp、LB2pで基準マ
ーク10yを照射した状態で、焦点検出系11を用いて
投影レンズPLと基準部材10とのZ方向の間隔をモニ
ターしながら、ウェハステージWSを構成するZステー
ジ(不図示)を所定の範囲内で、X、Y方向に横ずれが
生じないように2(光軸AX)方向に上下動させる。そ
して、ASC14は光電検出器27fからの光ビート信
号SRと、光電検出器33iからの光ビート信号SDw
との位相差φWの変化を検出する。主制御装置15は、
位相差情報(位相差φWの変化)と、焦点検出系11か
らの位置情報とに基づいて、位相差φWの変化をZステ
ージのZ方向への微小変位量毎にサンプリングしていき
、第9図に示すような特性VTを算出する。第9図にお
いて、横軸は基準部材10のZ方向の位置を、縦軸は位
相差φWを表し、位置Z4で基準部材IOが最も投影レ
ンズPLに近づ(ものとする。従って、主制御装置15
は第9図に示した特性VTに基づいて、ビームLB1p
、LB2pのテレセン傾き(即ち、第9図中での特性V
Tの傾き)ΔMを、以下の式(2)から求める。
In step 100, the main controller 15 moves the wafer stage WS by the drive unit 7, and as shown in FIG.
p, set to the irradiation position of LB2p. Next, with the reference mark 10y irradiated with the beams LBlp and LB2p emitted from the position detection system 33y, the distance between the projection lens PL and the reference member 10 in the Z direction is monitored using the focus detection system 11, and the wafer is A Z stage (not shown) constituting the stage WS is moved up and down in the 2 (optical axis AX) direction within a predetermined range so that no lateral deviation occurs in the X and Y directions. The ASC 14 receives the optical beat signal SR from the photoelectric detector 27f and the optical beat signal SDw from the photoelectric detector 33i.
The change in the phase difference φW between the two is detected. The main controller 15 is
Based on the phase difference information (changes in the phase difference φW) and the position information from the focus detection system 11, the change in the phase difference φW is sampled for each minute displacement of the Z stage in the Z direction. The characteristic VT as shown in the figure is calculated. In FIG. 9, the horizontal axis represents the position of the reference member 10 in the Z direction, and the vertical axis represents the phase difference φW. It is assumed that the reference member IO is closest to the projection lens PL at position Z4. Therefore, the main control device 15
is the beam LB1p based on the characteristic VT shown in FIG.
, the telecentric slope of LB2p (i.e., the characteristic V in Fig. 9)
The slope of T) ΔM is obtained from the following equation (2).

ΔM=ΔL/ IZl−Z41・・・・(2)但し、Δ
Lは位相差1φl−φ41に相当するY方向の横ずれ量
であるものとする。
ΔM=ΔL/IZl-Z41...(2) However, Δ
It is assumed that L is the amount of lateral shift in the Y direction corresponding to the phase difference 1φl−φ41.

次に、主制御装置15は上記式(2)から算出したテレ
セン傾きΔMが、所定の許容範囲内か否かを判断する。
Next, the main controller 15 determines whether the telecenter slope ΔM calculated from the above equation (2) is within a predetermined allowable range.

この判断の結果、テレセン傾きΔMが許容範囲を越えて
いる場合のみ、主制御装置15はテレセン傾きΔMに基
づいて平行平面板33cの傾斜角を算出する。そして、
この傾斜角に応じて平行平面板33cを傾け、ビームL
B1p。
As a result of this determination, only if the telecentering inclination ΔM exceeds the allowable range, the main controller 15 calculates the inclination angle of the parallel plane plate 33c based on the telecentering inclination ΔM. and,
The parallel plane plate 33c is tilted according to this inclination angle, and the beam L
B1p.

LB2pのテレセン傾きを補正する。同様に、位置検出
系33xから射出するビームLB1p、LB2pのテレ
セン傾きも計測し、上述と同様の動作でテレセン傾きが
許容範囲を越えている場合のみ補正を行う。この結果、
ウェハW上へ照射されるビームLB1p、LB2pの入
射角θa、θbの対称性が高精度に維持されると共に、
ビームLBlp、LB2pのテレセン傾き補正と同時に
、スポット光SPのテレセン傾きも自動的に補正される
ことになる。尚、本ステップ100では、焦点深度が2
0μm程度のスポット光SPと比べて、Z方向に関する
実効的な検出範囲が広いビームLBlp、LB2p (
焦点深度300μm程度)を用い、基準部材IOをZ方
向に上下動させているだけなので、高精度、高速にテレ
セン傾きを計測し、補正できる。これより、SSA系の
テレセン傾きチエツクが終了し、次のステップlO1を
実行する。
Correct the telecenter tilt of LB2p. Similarly, the telecentric inclinations of the beams LB1p and LB2p emitted from the position detection system 33x are also measured, and correction is performed in the same manner as described above only when the telecentric inclinations exceed the allowable range. As a result,
The symmetry of the incident angles θa and θb of the beams LB1p and LB2p irradiated onto the wafer W is maintained with high precision, and
At the same time as the telecentric tilt of the beams LBlp and LB2p is corrected, the telecentric tilt of the spot light SP is also automatically corrected. Note that in this step 100, the depth of focus is 2.
Beams LBlp, LB2p (
Since the reference member IO is simply moved up and down in the Z direction using a focal depth of about 300 μm, the telecenter tilt can be measured and corrected with high accuracy and high speed. This completes the SSA system telecenter tilt check and executes the next step lO1.

ステップ101において、シャッター24,25を同時
に回転制御し、LSA光学系26に入射するビームAL
pの光路を開放する一方、LIA光学系27に入射する
ビームALsの光路を閉鎖する。この結果、ビームAL
pのみがLSA光学系26に入射し、ウェハW上にはビ
ームLB1p。
In step 101, the shutters 24 and 25 are simultaneously controlled to rotate, and the beam AL incident on the LSA optical system 26 is
The optical path of the beam ALs entering the LIA optical system 27 is closed while the optical path of the beam ALs entering the LIA optical system 27 is opened. As a result, beam AL
Only the beam p enters the LSA optical system 26, and a beam LB1p is placed on the wafer W.

LB2pの代わりにスポット光SPが照射されることに
なる。これより、LIA系からLSA系への切換えが終
了し、次のステップ102を実行する。
Spot light SP is irradiated instead of LB2p. This completes the switching from the LIA system to the LSA system, and the next step 102 is executed.

ステップ102において、レチクルマークRMyのY方
向の位置と、SSA系のY方向のマーク検出基準位置、
即ち位置検出系33yから射出するスポット光SPの光
軸位置とを検出し、Y方向のベースラインΔBYを算出
する。そこで、第10図に示すように基準部材10を露
光光で下方から照明し、投影レンズPLを介してレチク
ルRに十字パターン10aの投影像を結像させる。そし
て、投影像がレチクルマークRMy (矩形の透明窓)
を相対走査するようにウェハステージWSをY方向に微
動し、レチクルマークRMyを透過した照明光を光量検
出系9により受光する。この際、投影像とレチクルマー
クRMyとが合致した時に最大光量が通過し、順次その
ずれに応じて光量が減少する。これより、ASC,14
は光量検出系9からの光電信号とレーザ干渉計8からの
位置信号とに基づいて、レチクルマークRMyのY方向
の位置を算出する。次に、基準部材IO上に形成された
基準マークlOyを用いて、スポット光SPのY方向の
光軸位置を計測する。そこで、スポット光spをLSA
マークl Oysと平行に基準部材10上に形成した後
、主制御装置15はウェハステージWSをY方向に微動
させ、LSAマーク10ysから発生する回折光35及
び散乱光36を光電検出器331 (受光面38a、3
8b及び39a、39b)により受光する。そして、A
SC14は光電検出器33iからの光電信号SDi。
In step 102, the position of the reticle mark RMy in the Y direction, the mark detection reference position of the SSA system in the Y direction,
That is, the optical axis position of the spot light SP emitted from the position detection system 33y is detected, and the baseline ΔBY in the Y direction is calculated. Therefore, as shown in FIG. 10, the reference member 10 is illuminated from below with exposure light, and a projected image of the cross pattern 10a is formed on the reticle R via the projection lens PL. The projected image is the reticle mark RMy (rectangular transparent window)
Wafer stage WS is slightly moved in the Y direction so as to perform relative scanning, and light amount detection system 9 receives illumination light that has passed through reticle mark RMy. At this time, the maximum amount of light passes when the projected image and the reticle mark RMy match, and the amount of light sequentially decreases in accordance with the deviation. From this, ASC, 14
calculates the position of the reticle mark RMy in the Y direction based on the photoelectric signal from the light amount detection system 9 and the position signal from the laser interferometer 8. Next, the optical axis position of the spot light SP in the Y direction is measured using the reference mark lOy formed on the reference member IO. Therefore, the spot light SP is
After forming the mark l Oys on the reference member 10 in parallel, the main controller 15 moves the wafer stage WS slightly in the Y direction to transmit the diffracted light 35 and scattered light 36 generated from the LSA mark 10ys to the photoelectric detector 331 (light receiving Surface 38a, 3
8b and 39a, 39b). And A
SC14 is a photoelectric signal SDi from the photoelectric detector 33i.

SDrと、レーザ干渉計8からの位置信号とに基づいて
、LSAマーク10ysの位置を算出する。
The position of the LSA mark 10ys is calculated based on the SDr and the position signal from the laser interferometer 8.

以上の検出結果から、主制御装置15はSSA系のY方
向のベースラインΔByを求め、さらに上述と全く同様
の動作でX方向のベースラインΔBXも算出する。この
際、精度向上の点から同様な計測を複数回行ない、それ
らを平均化した値をベースラインΔBx、  ΔBYと
して記憶すると良い。
From the above detection results, the main controller 15 calculates the baseline ΔBy of the SSA system in the Y direction, and further calculates the baseline ΔBX in the X direction in exactly the same manner as described above. At this time, in order to improve accuracy, it is preferable to perform similar measurements multiple times and store the averaged values as the baselines ΔBx and ΔBY.

次のステップ103において、主制御装置15はWGA
系12.13及びSSA系を用い、ウェハWのプリアラ
イメントを行う。そこで、WGA系12.13はウェハ
Wの外周付近に、且つウェハセンタに関して左右(Y軸
)対称な位置に形成された2個のチップのY方向の位置
を検出し、方SSA系はステップ102と同様の動作で
ウェハWの外周付近に、且つ上記2個のチップから等距
離にあるチップのX方向の位置を検出する。そして、主
制御装置15は3つのチップの位置情報に基づいて、座
標系XYに対するウェハWの位置ずれ量(回転誤差を含
む)を算出し、この位置ずれ量に応じてウェハWのプリ
アライメントを行う。
In the next step 103, the main controller 15
Pre-alignment of the wafer W is performed using the system 12.13 and the SSA system. Therefore, the WGA system 12.13 detects the Y-direction positions of two chips formed near the outer periphery of the wafer W and at positions symmetrical to the left and right (Y-axis) with respect to the wafer center, and the SSA system In a similar operation, the position of a chip near the outer periphery of the wafer W and at the same distance from the above two chips in the X direction is detected. Then, the main controller 15 calculates the amount of positional deviation (including rotation error) of the wafer W with respect to the coordinate system XY based on the positional information of the three chips, and performs pre-alignment of the wafer W according to this amount of positional deviation. conduct.

次のステップ104において、主制御装置15はステッ
プ102,103と同様の動作で、SSA系を用いてウ
ェハW上の少な(とも2個のチップCの座標値(X、Y
方向の位置)を計測する。
In the next step 104, the main controller 15 performs the same operation as in steps 102 and 103, and uses the SSA system to calculate the coordinate values (X, Y
position).

この際、ウェハWの表面荒れ等によるランダム誤差のた
め、計測不可能若しくは計測結果が疑わしいチップCに
関しては、再度計測を行うか、或いは改めてその近傍の
チップCの計測を行うようにする。そして、ウェハWの
伸縮(ランアウト)によるスケーリング誤差等を除去す
るため、これら計測結果とステップ102で計測したベ
ースラインΔBx、 ΔBYとに基づいてチップの位置
情報(設計値)に補正を加え、新たにこの位置情報を配
列マツプとして記憶する。これより、配列マ・ツブに応
じてウェハステージWSをステッピングさせれば、常に
ウェハマークWMx、WMyはビームLB1p、LB2
pに対して、±P/4内に位置決めされることになる。
At this time, if the chip C cannot be measured or the measurement result is questionable due to random errors due to surface roughness of the wafer W, the measurement is performed again, or the chip C in the vicinity thereof is measured again. Then, in order to remove scaling errors caused by expansion and contraction (runout) of the wafer W, the chip position information (design value) is corrected based on these measurement results and the baselines ΔBx and ΔBY measured in step 102, and a new This position information is stored as an array map. From this, if the wafer stage WS is stepped according to the array map, the wafer marks WMx and WMy will always be set to the beams LB1p and LB2.
It will be positioned within ±P/4 with respect to p.

尚、ステップ103での計測結果を利用して配列マツプ
を算出しても良く、この場合には配列マツプの算出精度
を向上させることができるか、或いは計測すべきチ・ツ
ブCの数を減らすことができる。
Incidentally, the array map may be calculated using the measurement results in step 103. In this case, it is possible to improve the calculation accuracy of the array map or reduce the number of chips C to be measured. be able to.

次のステップ105において、上述したステップ101
と同様にシャッター24.25を回転制御し、スポット
光SPの代わりにビームLBlp。
In the next step 105, step 101 described above
Similarly, the shutters 24 and 25 are rotated and the beam LBlp is generated instead of the spot light SP.

LB2pをウェハW上に照射する。これより、LSA系
からLIA系への切換えが終了し、次のステップ106
を実行する。
LB2p is irradiated onto the wafer W. This completes the switching from the LSA system to the LIA system, and the next step 106
Execute.

ステップ106において、主制御装置15はSSA系を
用い、ウェハWの中心及びその外周付近に位置する複数
個(5〜10個程度)のチップCの座標値を計測する。
In step 106, the main controller 15 uses the SSA system to measure the coordinate values of a plurality of chips C (approximately 5 to 10) located near the center of the wafer W and its outer periphery.

そこで、ステップ104で求めた配列マツプに基づいて
、ウェハステージWSをステッピングさせ、座標値を計
測すべきチップCのウェハマークWMyを、ビームLB
lp。
Therefore, based on the array map obtained in step 104, the wafer stage WS is stepped, and the wafer mark WMy of the chip C whose coordinate values are to be measured is set to the beam LB.
lp.

LB2pに対して±P/4内に位置決めする。次に、ビ
ームLB1p、LB2pをウェハマークWMYに照射し
、ウェハマークWMyから発生する回折光37を光電検
出器331 (受光面37D)により受光する。ASC
14は、光電検出器331からの光ビート信号SDwと
光電検出器27fからの光ビート信号(参照信号)SR
とに基づいて、光ビート信号SDw、SRの位相差φW
(±180°)を検出し、このP/2内の位相差φWか
らウェハマークWMYのY方向の位置を算出する。以下
、上記動作を繰り返し行うことによって、主制御装置1
5は統計的手法によりチップ配列を算出する。これより
、LIA系によるEGA計測が完了し、次のステップ1
07を実行する。
Position within ±P/4 with respect to LB2p. Next, the beams LB1p and LB2p are irradiated onto the wafer mark WMY, and the diffracted light 37 generated from the wafer mark WMy is received by the photoelectric detector 331 (light receiving surface 37D). ASC
14 is an optical beat signal SDw from the photoelectric detector 331 and an optical beat signal (reference signal) SR from the photoelectric detector 27f.
Based on, the phase difference φW between the optical beat signals SDw and SR
(±180°) and calculates the position of the wafer mark WMY in the Y direction from this phase difference φW within P/2. Hereafter, by repeatedly performing the above operations, the main controller 1
5 calculates the chip arrangement by a statistical method. From this point, the EGA measurement using the LIA system is completed, and the next step 1 is
Execute 07.

ステップ107において、主制御装置15はステップ1
02で計測したベースラインΔBx、ΔByと、ステッ
プ106で算出したチップ配列とに基づいて、ウェハス
テージWSをステッピングさせ、1チツプ毎にレチクル
Rを回転制御しながらレチクルパターンの投影像とチッ
プCとを正確に重ね合わせて露光を行う。
In step 107, the main controller 15
Based on the baselines ΔBx and ΔBy measured in step 02 and the chip arrangement calculated in step 106, the wafer stage WS is stepped, and the projected image of the reticle pattern and the chip C are controlled while rotating the reticle R for each chip. Exposure is performed by accurately overlapping the images.

次のステップ108において、主制御装置15はレチク
ルRの交換を行うか否か判断する。ここでは、同じレチ
クルRを使用して同一ロット内に収納された未処理ウェ
ハへの露光を続けて行うものとし、再びステップ103
を実行する。以後、同一ロット内の全てのウェハWの露
光が完了するまで、上記ステップ103からステップ1
08が繰り返し実行される。これより、スループットや
アライメント計測精度等を低下させることなく、高精度
、高速に重ね合わせ露光を行うことが可能になる。
In the next step 108, the main controller 15 determines whether or not the reticle R is to be replaced. Here, it is assumed that unprocessed wafers stored in the same lot are continuously exposed using the same reticle R, and step 103 is performed again.
Execute. Thereafter, steps 103 to 1 are repeated until the exposure of all wafers W in the same lot is completed.
08 is executed repeatedly. This makes it possible to perform overlay exposure with high precision and high speed without reducing throughput, alignment measurement accuracy, etc.

尚、機械的な振動等を要因としてベースラインΔBx、
ΔByが変動し得る場合、特に短時間でベースラインが
ドリフトしてしまうエキシマレーザ装置を露光用照明光
源とするステッパーでは、例えば第7図中に点線で示す
ように、複数枚(例えば、5〜10枚程度)のウェハW
への露光が完了したら、ステップ108終了後にステッ
プ1゜3ではなくステップ102を実行するようなシー
ケンスを採用すると良い。
In addition, due to factors such as mechanical vibration, the baseline ΔBx,
When ΔBy can vary, the baseline drifts particularly in a short time.In a stepper using an excimer laser device as the exposure illumination light source, for example, as shown by the dotted line in FIG. 10 wafers W
When the exposure is completed, it is preferable to adopt a sequence in which step 102 is executed instead of step 1.3 after step 108 is completed.

また、本実施例では第3B図に示した基準マーク10y
と同一形状、つまりLSA系の回折格子マーク(L S
 Av−りWMys)と、LIA系の回折格子マーク(
バーパターン)とを一体に形成したウェハマークWMY
を用いている。従って、LSAマークWMysは現像等
の各種処理プロセスの影響を受は難く、そのエツジ破壊
等が大幅に低減される。そこで、上述したステップ10
4においてチップCの座標値を計測する際、主制御装置
15はその計測結果(例えば、光電信号SDiの波形等
)に基づいて、ウェハW(レジスト層)の表面状態が良
好か否か判断する。そして、この判断結果が不良であれ
ば、本実施例と同様に続けてステップ105を実行する
が、逆に良好であれば、このままLSA系を用いてEG
A計測を行ってしまい、ステップ105(LSA系から
LIA系への切換)及びステップ106(LIA系によ
るEGA計測)を行なわず、続けてステップ107を実
行するようなシーケンスを採用しても良い。
Further, in this embodiment, the reference mark 10y shown in FIG. 3B is
The same shape as the LSA diffraction grating mark (LS
Av-ri WMys) and the LIA system diffraction grating mark (
Wafer mark WMY integrated with bar pattern)
is used. Therefore, the LSA mark WMys is hardly affected by various processing processes such as development, and edge breakage and the like are greatly reduced. Therefore, step 10 mentioned above
4, when measuring the coordinate values of the chip C, the main controller 15 determines whether the surface condition of the wafer W (resist layer) is good or not based on the measurement result (for example, the waveform of the photoelectric signal SDi, etc.) . If the judgment result is bad, step 105 is executed in the same way as in this embodiment, but if the judgment result is good, the LSA system is used as it is to perform EG.
A sequence may be adopted in which the A measurement is performed, step 105 (switching from the LSA system to the LIA system) and step 106 (EGA measurement using the LIA system) are not performed, and step 107 is subsequently performed.

また、本実施例ではHe−Neレーザ(波長633nm
)を光源とするレーザ光源20を用いるものとしたが、
このように単一波長のレーザビームではレジスト層の膜
厚等との関係から、レジスト層による薄膜干渉等の影響
を受けてアライメント精度が低下し得る。そこで、次に
薄膜干渉等の影響を除去できる本実施例の変形例につい
て、第11図を参照して簡単に説明する。尚、第11A
図、第11B図には本実施例と構成が異なる部材のみ図
示し、本実施例と同一の部材には同じ符号を付しである
In addition, in this example, a He-Ne laser (wavelength 633 nm) is used.
) was used as the laser light source 20, but
As described above, in the case of a laser beam of a single wavelength, the alignment accuracy may deteriorate due to the influence of thin film interference caused by the resist layer due to the relationship with the film thickness of the resist layer. Next, a modification of this embodiment that can eliminate the effects of thin film interference and the like will be briefly described with reference to FIG. 11. Furthermore, the 11th A
11B, only members having different configurations from this embodiment are shown, and the same members as in this embodiment are given the same reference numerals.

第11A図に示すように、SSA系の照明光源として上
述したレーザ光源20と、例えばHe−Cdレーザ(波
長538nm)を光源とするレーザ光源50とを設け、
レーザ光源20.50からそれぞれ射出するビームAL
、ALcが、同軸に波面回転板21に入射するようにグ
イクロイックミラー51を配置する。さらに、第11B
図に示すように位置検出系33yにおいて、光電検出器
33iの前にグイクロイックミラー52を斜設すると共
に、第6図に示した光電検出器33iと同一構成の光電
検出器53を瞳共役面に別設し、ウェハマークWMYか
ら発生する回折光37を、波長に応じて光電検出器33
i、53がそれぞれ独立に検出するように構成する。ま
た、SSA系を構成する対物レンズ33e等の各光学部
材は、2つの波長に対して色消しされていることが望ま
しい。各光学部材が色消しされていない場合には、予め
基準部材lOを用いてウェハW上での波長に応じたスポ
ット光SP及びビームLB1p、LB2pの照射位置の
ずれ量を計測しておき、主制御装置15がそれらずれ量
をオフセットとして持つようにしておくと良い。
As shown in FIG. 11A, the laser light source 20 described above as an SSA-based illumination light source and a laser light source 50 whose light source is, for example, a He-Cd laser (wavelength 538 nm) are provided,
Beam AL emitted from each laser light source 20.50
, ALc are coaxially incident on the wavefront rotating plate 21. Furthermore, the 11th B
As shown in the figure, in the position detection system 33y, a gicroic mirror 52 is obliquely installed in front of the photoelectric detector 33i, and a photoelectric detector 53 having the same configuration as the photoelectric detector 33i shown in FIG. A photoelectric detector 33 is installed separately on the surface and detects the diffracted light 37 generated from the wafer mark WMY according to the wavelength.
i, 53 are configured to be detected independently. Furthermore, it is desirable that each optical member such as the objective lens 33e constituting the SSA system be achromatic with respect to two wavelengths. If each optical member is not achromatized, use the reference member IO to measure the amount of deviation in the irradiation position of the spot light SP and beams LB1p and LB2p according to the wavelength on the wafer W in advance. It is preferable that the control device 15 has these deviation amounts as an offset.

さて、上記の如く構成されたSSA系においてスポット
光SPを用いる場合には、レーザ光源20.50からビ
ームAL、ALcを同時に射出し、LSA光学系26に
より互いに波長が異なる2つのスポット光SPをウェハ
W上に形成する。そして、ウェハマークWMyから発生
する光情報(回折光)を、その波長に応じて光電検出器
331゜53により受光する。ASC14は、光電検出
器33i、53からの光電信号とレーザ干渉計、8から
の位置信号とに基づいて、ウェハマークWMYのY方向
の位置を検出する。この際、光電検出器33i、53に
よってウェハマークWMyの位置情報が同時に2つ検出
されることになるため、どちらか一方の波長のスポット
光SPが薄膜干渉等の影響を受けても、常に精度良くウ
ェハマークWMyの位置を検出できる。
Now, when using spot light SP in the SSA system configured as described above, beams AL and ALc are simultaneously emitted from the laser light source 20.50, and two spot lights SP having different wavelengths are generated by the LSA optical system 26. Formed on wafer W. Then, optical information (diffraction light) generated from the wafer mark WMy is received by a photoelectric detector 331.53 according to its wavelength. The ASC 14 detects the position of the wafer mark WMY in the Y direction based on the photoelectric signals from the photoelectric detectors 33i and 53 and the position signal from the laser interferometer 8. At this time, since two positional information of the wafer mark WMy are detected simultaneously by the photoelectric detectors 33i and 53, even if the spot light SP of either wavelength is affected by thin film interference etc., the accuracy is always high. The position of wafer mark WMy can be detected well.

一方、ビームLB1p、LB2pを用いる場合には、レ
ーザ光源20.50からビームAL、ALcを同時に射
出せず、薄膜干渉等の影響を受は得る時のみ、例えばレ
ーザ光源20からレーザ光源50への切換えを行う。そ
して、レーザ光源50から射出するビームALc1即ち
波長538nmのビームLB1p、LB2pを用い、ス
テップ106と同様の動作でウェハマークWMYを検出
する。このため、ビームLB1p、LB2pにおいても
薄膜干渉等によるアライメント精度の低下が防止される
。尚、ビームLB1p、LB2pの波長が変化すると、
ウェハマークWMyから発生する回折光37は投影レン
ズPLの光軸AX上に沿って進行せず、この回折光37
を光電検出器33i、53で検出することが不可能とな
る。そこで、常に回折光37が光軸AX上を進行するよ
うに、レーザ光源20.50の切換えと同時に、式(1
)に基づいて平行平面板46.47の傾斜角を調整し、
ビームLB1p、LB2pの交差角θを最適なものにし
ておく。また、第5図に示した2光束周波数シフター2
7aでは、AOM45 a。
On the other hand, when using the beams LB1p and LB2p, the beams AL and ALc are not emitted simultaneously from the laser light source 20.50, and only when they are affected by thin film interference, for example, from the laser light source 20 to the laser light source 50. Perform switching. Then, using the beam ALc1 emitted from the laser light source 50, that is, the beams LB1p and LB2p with a wavelength of 538 nm, the wafer mark WMY is detected in the same operation as step 106. Therefore, deterioration in alignment accuracy due to thin film interference etc. is also prevented for the beams LB1p and LB2p. Furthermore, when the wavelengths of beams LB1p and LB2p change,
The diffracted light 37 generated from the wafer mark WMy does not travel along the optical axis AX of the projection lens PL;
cannot be detected by the photoelectric detectors 33i and 53. Therefore, at the same time as the laser light source 20.50 is switched so that the diffracted light 37 always travels on the optical axis AX, the equation (1
), adjust the inclination angle of the parallel plane plates 46 and 47,
The intersection angle θ of the beams LB1p and LB2p is set to an optimum value. In addition, the two-beam frequency shifter 2 shown in FIG.
7a, AOM45 a.

45bが周波数fl、f2で決まる回折角だけ偏向され
た1次光をビームLBI、LB2として出力している。
45b outputs primary light that is deflected by a diffraction angle determined by frequencies fl and f2 as beams LBI and LB2.

このため、ビームALsの波長変化に応じてAOM45
a、45bによる1次光の回折角も変化してしまい、同
様に回折光37を光電検出器33i、53で検出するこ
とが不可能となる。そこで、AOM45 a、  45
 bによる1次光の回折角が常に一定となるように、2
光束周波数シフター27aでもビームALsの波長に応
じてAOM45a、45bのドライブ信号SFI、SF
2の周波数fl、f2を微調整しておく。
Therefore, depending on the wavelength change of the beam ALs, the AOM45
The diffraction angle of the primary light by a, 45b also changes, and it becomes impossible to detect the diffracted light 37 by the photoelectric detectors 33i, 53 as well. Therefore, AOM45 a, 45
2 so that the diffraction angle of the first-order light due to b is always constant.
The beam frequency shifter 27a also changes the drive signals SFI and SF of the AOMs 45a and 45b according to the wavelength of the beam ALs.
2 frequencies fl and f2 are finely adjusted.

以上の通り本発明の一実施例においては、2本のビーム
LB1p、LB2pに所定の周波数差Δfを持たせる、
所謂ヘテロダイン法を採用したLIA系を用いていたが
、ビームLB1p、LB2pに周波数差を与えず、静止
した干渉縞に対して回折格子マーク(ウェハマーク)を
そのピッチ方向に移動させることにより、干渉縞を基準
として回折格子マークの位置を検出する、所謂ホモダイ
ン法を採用したLIA系を用いても、同様の効果を得る
ことができるのは明らかである。
As described above, in one embodiment of the present invention, the two beams LB1p and LB2p have a predetermined frequency difference Δf.
The LIA system that adopted the so-called heterodyne method was used, but the interference was eliminated by moving the diffraction grating mark (wafer mark) in the pitch direction with respect to the stationary interference fringes without giving a frequency difference to the beams LB1p and LB2p. It is clear that the same effect can be obtained by using an LIA system that employs the so-called homodyne method, which detects the position of the diffraction grating mark using the fringe as a reference.

また、本実施例ではLIA系をLSA系と組み合わせて
いたが、例えば投影レンズPLを介して照明光(露光光
、He−Cdレーザ等)をウェハW上の所定領域に照射
し、ウェハマークからの光を、ウェハ表面と共役(像共
役)に配置された所定形状の指標マークを有する指標板
(焦点板)を介して、ITV、CCDカメラ等の撮像素
子(イメージセンサ)により受光し、その画像信号を処
理する方式のアライメント光学系(TTL方式)と組み
合わせても良い。尚、照明光としてHe−Cdレーザ等
の非露光波長の光を用いる場合には、アライメント光学
系内に収差補正光学系を設けておく。さらに、第2図中
に示したような振動鏡を用いたスポットスキャン方式の
WGA系12,13や、LSA系のようなステージスキ
ャン方式或いは上述した画像信号処理方式を採用したオ
フ・アクシス方式のウェハ・アライメント系と組み合わ
せても良い。
In addition, in this embodiment, the LIA system is combined with the LSA system, but for example, illumination light (exposure light, He-Cd laser, etc.) is irradiated onto a predetermined area on the wafer W through the projection lens PL, and from the wafer mark. The light of It may be combined with an alignment optical system (TTL method) that processes image signals. Note that when using light of a non-exposure wavelength such as a He-Cd laser as the illumination light, an aberration correction optical system is provided within the alignment optical system. Furthermore, WGA systems 12 and 13 using a spot scan method using a vibrating mirror as shown in Fig. 2, a stage scan method such as the LSA system, or an off-axis method using the image signal processing method described above It may also be combined with a wafer alignment system.

また、本実施例ではLSA系の回折格子マーク(ドツト
マーク)と、LIA系の回折格子マーク(バーパターン
)とを、ウェハマークWMx、WMyとして一体に形成
していたが、予め両方の回折格子マークの設計上の間隔
をオフセットとして持つようにしておけば、両方の回折
格子マークを別々にウェハW上に形成しても同様の効果
を得ることができる。さらに、LSA系の回折格子マー
クとして、複数のドツトマークをスポット光SPの長手
方向に配列したマークを用いていたが、単に長手方向に
伸びたバーパターンを代用しても良い。また、ウェハW
は現像処理等の各種基板処理を施されるため、デユーテ
ィが1:1のレチクルマークを転写しても、常に本実施
例のようなウェハマークがデユーティ比l:lで形成さ
れるとは限らない。そこで、予め各種基板処理によるウ
ェハマークのデユーティの変化量を予測しておき、ウェ
ハマークのデユーティが1:】となるように、この予測
値から算出したデユーティ比でレチクルマークを形成す
ると良い。さらに、デユーティ比1:1で形成したウェ
ハマークを用いても、レジスト層の膜厚との関係でウェ
ハマークから発生する回折光37の強度が弱くなり、光
ビート信号SDwを高いコントラストで得ることができ
なくなる。このような場合には、予めレジスト層の膜厚
に応じて回折光強度が最も強(なるウェハマークのデユ
ーティ比を求めておき、この最適なデユーティ比でウェ
ハマークが形成されるように、各種基板処理によるデユ
ーティの変化量等を考慮してレチクルマークを形成する
と良い。
Furthermore, in this embodiment, the LSA diffraction grating mark (dot mark) and the LIA diffraction grating mark (bar pattern) were integrally formed as wafer marks WMx and WMy, but both diffraction grating marks The same effect can be obtained even if both diffraction grating marks are formed separately on the wafer W by setting the designed interval as an offset. Further, although a mark in which a plurality of dot marks are arranged in the longitudinal direction of the spot light SP is used as the LSA-based diffraction grating mark, a bar pattern simply extending in the longitudinal direction may be used instead. Also, wafer W
Since the wafer is subjected to various substrate processing such as development processing, even if a reticle mark with a duty ratio of 1:1 is transferred, a wafer mark like the one in this example will not always be formed with a duty ratio of 1:1. do not have. Therefore, it is preferable to predict the amount of change in the duty of the wafer mark due to various substrate processes in advance, and form the reticle mark with a duty ratio calculated from this predicted value so that the duty of the wafer mark becomes 1:. Furthermore, even if a wafer mark formed with a duty ratio of 1:1 is used, the intensity of the diffracted light 37 generated from the wafer mark becomes weak in relation to the thickness of the resist layer, making it difficult to obtain the optical beat signal SDw with high contrast. become unable to do so. In such a case, the duty ratio of the wafer mark is determined in advance so that the intensity of the diffracted light becomes the strongest depending on the thickness of the resist layer, and various methods are used so that the wafer mark is formed with this optimal duty ratio. It is preferable to form a reticle mark in consideration of the amount of change in duty due to substrate processing, etc.

さらに、本発明によるアライメント光学系を適用するの
に好適な露光装置はステッパーに限られるものではなく
、例えばコンタクト方式或いはプロキシミティ一方式の
露光装置やX線露光装置等に適用しても、本実施例と全
く同様の効果を得ることができる。
Furthermore, the exposure apparatus suitable for applying the alignment optical system according to the present invention is not limited to a stepper; for example, it may be applied to a contact type or proximity type exposure apparatus, an X-ray exposure apparatus, etc. Exactly the same effects as in the embodiment can be obtained.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように本発明によれば、異なる2種類のアライメ
ント光学系を組み合わせる際、本発明の光分割手段(ビ
ームスプリッタ−)を始めとして、2組のビーム成形光
学系以外の光学部材を最大限共有させている。このため
、露光装置内、特にレチクル周辺でのスペースを最小と
し、且つ2種類のアライメント光学系間でのオフセット
の発生を防止できる。しかも、光学部材の共有化に伴う
アライメント光の光量損失、照明光路の不安定化も防止
できる。また、光分割手段より後方に配置された2組の
光学部材(位置検出系等)の各々で、2種類のアライメ
ント光学系の光軸を正確に合致させる際、いずれか一方
での光軸が正確に合致するように光学調整を行えば、も
う一方での光軸も正確に合致するので、その光学調整に
要する時間も短く済ませることができる。さらに、ヘテ
ロダイン法或いはホモダイン法を採用したアライメント
系(LIA系)とLSA系(或いはWGA系)とを組み
合わせる場合、両方のアライメントマーク(回折格子マ
ーク)を一体に感光基板に形成することができる。この
ため、LSA系の回折格子マークが基板処理プロセスの
影響を受は難くなって、回折格子マークのエツジ破壊等
の発生が大幅に低減され、LSA系のアライメント計測
精度を向上させることができる。また、LIA系及びL
SA系からの照明光の各主光線の角度を同時に偏向する
偏向部材(平行平面板33C)を、少なくとも感光基板
側がテレセントリックな対物光学系の瞳面又はその共役
面、若しくはそれら近傍のいずれかの面内に配置してい
る。このため、LIA系を用いて対物光学系の感光基板
側のテレセン傾きを計測し、このテレセン傾きに応じて
偏向部材の傾斜角を調整するだけで、LIA系及びLS
A系のテレセン傾きを同時(高速)に、しかも精度良く
補正できる。この結果、高精度、高速にアライメント及
びテレセン傾き補正が可能なアライメント光学系を備え
た露光装置を実現し得る。
As described above, according to the present invention, when combining two different types of alignment optical systems, the use of optical members other than the two sets of beam shaping optical systems, including the light splitting means (beam splitter) of the present invention, is maximized. I'm sharing it. Therefore, the space within the exposure apparatus, especially around the reticle, can be minimized, and offset between the two types of alignment optical systems can be prevented. Furthermore, it is possible to prevent loss of the amount of alignment light and instability of the illumination optical path due to sharing of optical members. In addition, when aligning the optical axes of two types of alignment optical systems accurately in each of the two sets of optical members (position detection systems, etc.) placed behind the light splitting means, the optical axis of one of the If the optical adjustment is performed so that they match accurately, the other optical axis will also match exactly, so the time required for the optical adjustment can be shortened. Furthermore, when combining an alignment system (LIA system) employing the heterodyne method or homodyne method with an LSA system (or WGA system), both alignment marks (diffraction grating marks) can be formed integrally on the photosensitive substrate. Therefore, the LSA-based diffraction grating mark is less affected by the substrate processing process, the occurrence of edge breakage of the diffraction grating mark, etc. is significantly reduced, and the accuracy of LSA-based alignment measurement can be improved. Also, LIA series and L
The deflection member (parallel plane plate 33C) that simultaneously deflects the angles of the principal rays of the illumination light from the SA system is placed at least on the photosensitive substrate side at the pupil plane of the telecentric objective optical system, its conjugate plane, or any one of the conjugate planes thereof. It is placed within the plane. Therefore, by simply measuring the telecentric tilt on the photosensitive substrate side of the objective optical system using the LIA system and adjusting the tilt angle of the deflection member according to this telecentric tilt, the LIA system and LS
The telecenter tilt of the A system can be corrected simultaneously (at high speed) and with high precision. As a result, it is possible to realize an exposure apparatus equipped with an alignment optical system that can perform alignment and telecenter tilt correction with high precision and high speed.

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

第1図は本発明によるTTL方式のアライメント光学系
の概略的な構成を示す斜視図、第2図は本発明によるア
ライメント光学系を備えたステッパーの概略的な構成を
示す平面図、第3A図、第3B図は基準部材に設けられ
たフィデューシャル・マークの概略的な構成を示す平面
図、第4図は第1図に示したアライメント光学系の主要
部をさらに詳細に説明した平面図、第5図は2光束周波
数シフターの詳細な構成を示す図、第6図は本発明によ
るアライメント光学系の光電検出器の概略的な構成を示
す図、第7図は本発明の実施例の動作の一例を示す概略
的なフローチャート図、第8図はテレセン傾きの説明に
供する平面図、第9図はテレセン傾き補正の説明に供す
るテレセン性の計測データを表すグラフ、第10図はレ
チクルマークの位置計測動作の説明に供する図、第11
A図、第11B図は本発明の詳細な説明に供する平面図
である。 IM・・・結像面、W・・・ウェハ、WS・・・ウニ/
)ステージ。
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a TTL type alignment optical system according to the present invention, FIG. 2 is a plan view showing a schematic configuration of a stepper equipped with an alignment optical system according to the present invention, and FIG. 3A , FIG. 3B is a plan view showing a schematic configuration of the fiducial mark provided on the reference member, and FIG. 4 is a plan view illustrating the main parts of the alignment optical system shown in FIG. 1 in more detail. , FIG. 5 is a diagram showing the detailed configuration of the two-beam frequency shifter, FIG. 6 is a diagram showing the schematic configuration of the photoelectric detector of the alignment optical system according to the present invention, and FIG. 7 is a diagram showing the schematic configuration of the photoelectric detector of the alignment optical system according to the present invention. A schematic flowchart diagram showing an example of the operation, Fig. 8 is a plan view for explaining the telefocusing tilt, Fig. 9 is a graph showing measurement data of the telefocusing property for explaining the telefocusing tilt correction, and Fig. 10 is a reticle mark. Figure 11 for explaining the position measurement operation of
Figures A and 11B are plan views for explaining the present invention in detail. IM...imaging surface, W...wafer, WS...sea urchin/
)stage.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)マスクに形成されたパターンを感光基板上に露光
する装置に設けられ、所定波長のコヒーレントな光ビー
ムを発生する照明系と、少なくとも前記感光基板側がテ
レセントリックな対物光学系を含み、前記光ビームを前
記感光基板上に照射する照射光学系と、前記感光基板に
形成された所定形状の位置合わせマークから発生する光
情報を前記対物光学系を介して受光する光電検出器とを
有し、該光電検出器の検出信号に応じて前記マスクと前
記感光基板とを相対的に位置合わせする装置において、 前記照明系内に設けられ、前記光ビームとして前記対物
光学系の瞳面の略中央を通る第1光束と、前記第1光束
の中心に関して略点対称となるように前記瞳面を通る2
本の第2光束とを射出する多光束化手段と;前記第1光
束と2本の第2光束とのいずれか一方のみを前記対物光
学系の瞳面に通すように切換える切換手段とを備え、前
記位置合わせマークの形状に応じて前記第1光束と2本
の第2光束との切換えを行うことを特徴とする位置合わ
せ装置。
(1) A device that exposes a pattern formed on a mask onto a photosensitive substrate includes an illumination system that generates a coherent light beam of a predetermined wavelength, and an objective optical system that is telecentric at least on the photosensitive substrate side; comprising an irradiation optical system that irradiates a beam onto the photosensitive substrate, and a photoelectric detector that receives optical information generated from an alignment mark of a predetermined shape formed on the photosensitive substrate via the objective optical system; A device for relatively aligning the mask and the photosensitive substrate according to a detection signal from the photoelectric detector, the device being provided within the illumination system and configured to direct the light beam approximately at the center of the pupil plane of the objective optical system. A first light beam passing through the pupil plane and a second light beam passing through the pupil plane so as to be approximately point symmetrical with respect to the center of the first light beam.
a multi-beam converting means for emitting a second light beam from the book; and a switching means for switching so that only one of the first light beam and the two second light beams passes through the pupil plane of the objective optical system. . A positioning device, characterized in that the first light beam and two second light beams are switched according to the shape of the positioning mark.
(2)前記2本の第2光束は、前記対物光学系の瞳面で
略スポット状に集光した後、前記2本の第2光束の各々
が略平行光束となって、前記対物光学系から所定の角度
で交差するように射出されることを特徴とする請求項第
1項記載の位置合わせ装置。
(2) After the two second light beams are condensed into a substantially spot shape on the pupil plane of the objective optical system, each of the two second light beams becomes a substantially parallel light beam, and the objective optical system 2. The alignment device according to claim 1, wherein the alignment device is ejected so as to intersect at a predetermined angle.
(3)前記位置合わせマークは、所定の周期構造で形成
され、前記対物光学系の瞳面での前記第1光束の中心と
前記2本の第2光束の各中心を結ぶ直線の方向が、前記
位置合わせマークの周期方向と略平行となるように、前
記第1光束と2本の第2光束とを前記瞳面に入射させる
ことを特徴とする請求項第1項又は第2項記載の位置合
わせ装置。
(3) The alignment mark is formed in a predetermined periodic structure, and the direction of the straight line connecting the center of the first light beam and each center of the two second light beams on the pupil plane of the objective optical system is 3. The first light beam and the two second light beams are made to enter the pupil plane so as to be substantially parallel to the periodic direction of the alignment marks. Alignment device.
(4)前記照射光学系は、前記対物光学系の前記感光基
板側での前記第1光束の主光線の角度と前記2本の第2
光束の各主光線の角度との各々を同時に偏向する偏向手
段を有し、該偏向手段は前記対物光学系の瞳面又はその
共役面若しくはそれらの近傍のいずれかの面内に配置さ
れることを特徴とする請求項第1項乃至第3項記載の位
置合わせ装置。
(4) The irradiation optical system is configured to adjust the angle of the principal ray of the first light beam on the photosensitive substrate side of the objective optical system to the angle of the principal ray of the two second beams.
It has a deflection means for simultaneously deflecting each principal ray angle of the light beam, and the deflection means is disposed within the pupil plane of the objective optical system, its conjugate plane, or any plane in the vicinity thereof. 4. A positioning device according to claim 1, characterized in that:
(5)前記照射光学系は、前記第1光束と2本の第2光
束とが互いに略直交して入射するように配置され、前記
第1光束と2本の第2光束との各々を2分割する光分割
手段を有し、該光分割手段で2分割した前記第1光束と
2本の第2光束とを、夫々前記対物光学系を介して前記
感光基板上に照射することを特徴とする請求項第1項乃
至第4項記載の位置合わせ装置。
(5) The irradiation optical system is arranged so that the first light beam and the two second light beams are incident approximately orthogonally to each other, and each of the first light beam and the two second light beams is It is characterized by having a light splitting means for splitting, and irradiating the first light beam and two second light fluxes, which are split into two by the light splitting means, onto the photosensitive substrate via the objective optical system, respectively. The alignment device according to any one of claims 1 to 4.
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