JPH0428217A - Positioning device - Google Patents

Positioning device

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Publication number
JPH0428217A
JPH0428217A JP2133401A JP13340190A JPH0428217A JP H0428217 A JPH0428217 A JP H0428217A JP 2133401 A JP2133401 A JP 2133401A JP 13340190 A JP13340190 A JP 13340190A JP H0428217 A JPH0428217 A JP H0428217A
Authority
JP
Japan
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light
alignment
optical system
frequency
exposure
Prior art date
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Pending
Application number
JP2133401A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Takeuchi
宏之 竹内
Masaki Yamamoto
正樹 山本
Yoshiyuki Sugiyama
杉山 吉幸
Shinichiro Aoki
新一郎 青木
Takeo Sato
佐藤 健夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2133401A priority Critical patent/JPH0428217A/en
Publication of JPH0428217A publication Critical patent/JPH0428217A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To make it possible to align two substances in a highly precise manner even when an exposing operation is being conducted by a method wherein an interference fringe is formed by interfering two-frequency alignment lights, having the wavelength differentiated from an exposing light, with each other, and the above-mentioned interference fringe is projected on the substances. CONSTITUTION:After the alignment light 10 emitted from a laser light source 9 has been split into two components in a split optical system 1, the light 10 is brought into a circularly polarized light. The split two-component light 10 is interfered by a downward-reflecting mirror 17 and it is made to irradiate on a reticle 1. Then, the alignment light 10, which passed through a correction optical system 18 is made incident on an alignment light deflection element 20, guided into exposure light flux and made incident on a projection lens 4. The light 10 which is made incident on the projection lens 4 is image-formed on a wafer alignment diffraction grating 6, and a progressing type interference fringe is formed again. A beat signal is picked up from the laser light source 9, the beat signal is led to outside an exposure light 8 by an element 20 through the lens 4, and it is inputted to a phase indicator together with the intensity signal of the diffracted beam 21 detected by a light detector 25. As a result, the amount of positional deviation of a wafer 2 can be recognized accurately.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、例えば、レクチル上のパターンを投影光学系
を介してウェハ上に転写する露光装置に用いる位置合わ
せ装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to an alignment device used in, for example, an exposure apparatus that transfers a pattern on a reticle onto a wafer via a projection optical system.

従来の技術 近年、半導体装置はまずまず高密度化され、各々の素子
の微細パターンの寸法は0.5μm以下に及ぼうとして
いる。このような微細パターンの露光において、半導体
製造時に必要とされるような多数回にわたる重ね合わせ
露光を行うためには、各露光間の位置合わせが極めて大
切であり、その重ね合わせ精度は0.1μm以下が必要
とされる。
BACKGROUND OF THE INVENTION In recent years, semiconductor devices have become extremely dense, and the dimensions of fine patterns of each element are on the verge of reaching 0.5 μm or less. In the exposure of such fine patterns, alignment between each exposure is extremely important in order to perform multiple overlapping exposures as required in semiconductor manufacturing, and the overlay accuracy is 0.1 μm. The following is required:

従来の位置合わせ装置として、特開昭63−78004
号公報に記載されている構成が知られている。以下、図
面を参照しながら−1−記従来の位置合わせ装置につい
て説明する。
As a conventional positioning device, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-78004
The configuration described in the publication is known. Hereinafter, the conventional positioning device described in -1- will be explained with reference to the drawings.

第13図は従来の露光装置を示す構成図である。FIG. 13 is a block diagram showing a conventional exposure apparatus.

第13図において、レーザ光源101から出射したコヒ
ーレントな2周波のアライメント光はミラ102で2光
束に分割され、レチクル103上に形成された1対の第
1の回折格子104a、 104bで回折される。各回
折光は第1.第2のレンズ系105a、  105bの
スペクトル面で適当な光束になり、空間フィルタ1.0
6 a 、 106 bを通過し、更に第2のレンズ系
1.07 a 、 107 bと投影光学系108を通
過して、ウェハ109」二に設けられた第2の1対の回
折格子上110a、 11.Obに投影する。この回折
光111a、  l1lbは逆方向に投影光学系108
、第2のレンズ系107a、 l07bを通過し、光検
出器]12a112bに導かれる。そして、ウェハ10
9」二の第2の回折格子110a、 110bに2光束
を適当な方向から投影すると、回折光同志が重なった方
向に回折され、各々が干渉する。この干渉した1対の回
折光強度を光検出器112a、 112bで検出し、こ
の検出結果をコンパレータ113で比較し、制御系11
4の駆動によりウェハ109を移動させ、上記一対の回
折光強度の差が零となる箇所を選択することにより、レ
チクル103とウェハ109との位置合わせが可能とな
る。
In FIG. 13, coherent two-frequency alignment light emitted from a laser light source 101 is split into two beams by a mirror 102, and diffracted by a pair of first diffraction gratings 104a and 104b formed on a reticle 103. . Each diffracted light is the first. The spectral plane of the second lens systems 105a and 105b produces an appropriate light flux, and the spatial filter 1.0
6a, 106b, and further passes through the second lens system 1.07a, 107b and the projection optical system 108, and then onto the second pair of diffraction gratings 110a provided on the wafer 109''2. , 11. Project to Ob. These diffracted lights 111a and l1lb are transmitted to the projection optical system 108 in the opposite direction.
, second lens system 107a, 107b, and is guided to a photodetector] 12a112b. And wafer 10
When two beams of light are projected onto the second diffraction gratings 110a and 110b of 9'' from appropriate directions, the diffracted beams are diffracted in overlapping directions and interfere with each other. The intensity of this pair of interfering diffracted lights is detected by photodetectors 112a and 112b, and the detection results are compared by a comparator 113, and the control system 11
The reticle 103 and the wafer 109 can be aligned by moving the wafer 109 by driving 4 and selecting a location where the difference in intensity between the pair of diffracted light beams is zero.

一方、レチクル〕03のパターンは投影用光源115お
よび照明光学系116により照明され、その投影像は投
影レンズ108を介してウェハ1091に結像する。
On the other hand, the pattern on the reticle [03] is illuminated by a projection light source 115 and an illumination optical system 116, and its projected image is formed on the wafer 1091 via the projection lens 108.

発明が解決しようとする課題 しかし、以」−のような従来例の構成では、投影用光源
115から出射した露光光とレーザ光#10]から出射
したアライメント光がほぼ同波長であり、投影光学系1
08が両者に対して同様に良好な結像性能を発揮する場
合にのみ有効である。例えば、将来、露光光の主流とな
ると期待されているエキシマレーザ等の紫外光に対して
は、屈折光学系を構成するための硝子材料が限られるた
め、色収差を補正した色消し投影光学系を構成すること
は極めて困難である。このため、投影光学系108は露
光波長でのみ十分に色補正されるように設計され、他の
波長の光に対しては非常に大きな色収差を示す。このた
め、アライメント光の波長は露光波長に十分に近いこと
が望ましい。ところが、半導体製作のプロセスからは、
アライメント波長が露光波長から十分に離れていること
が要望される。この理由として、化学増感レジスト等の
高感度レジストの使用に伴い、アライメント光によるレ
ジスI・の露光が心配される点、投影光学系108の結
像性能の限界を補うために使用される多層しシストや多
重反射を防止する染料人りレンズ1−が露光波長に近い
アライメント光を吸収してしまう点などを挙げることが
できる。つまり、半導体製作プロセス上の理由によりア
ライメント光の波長は露光波長から十分前れていなけれ
ばならない。
Problems to be Solved by the Invention However, in the configuration of the conventional example shown below, the exposure light emitted from the projection light source 115 and the alignment light emitted from the laser beam #10 have approximately the same wavelength, and the projection optical System 1
It is only effective if 08 exhibits similarly good imaging performance for both. For example, for ultraviolet light such as excimer lasers, which are expected to become the mainstream exposure light in the future, the glass materials used to construct the refractive optical system are limited, so an achromatic projection optical system that corrects chromatic aberration is used. It is extremely difficult to configure. For this reason, the projection optical system 108 is designed to be sufficiently color corrected only at the exposure wavelength, and exhibits extremely large chromatic aberration for light of other wavelengths. For this reason, it is desirable that the wavelength of the alignment light is sufficiently close to the exposure wavelength. However, from the semiconductor manufacturing process,
It is desired that the alignment wavelength be sufficiently separated from the exposure wavelength. The reason for this is that with the use of a highly sensitive resist such as a chemically sensitized resist, there is a concern about exposure of the resist I by alignment light, and that the multi-layer For example, the dye-filled lens 1-, which prevents cysts and multiple reflections, absorbs alignment light close to the exposure wavelength. That is, for reasons related to the semiconductor manufacturing process, the wavelength of the alignment light must be sufficiently ahead of the exposure wavelength.

したがって、上記従来例の構成では、レチクルとウェハ
の高精度な位置合わせが困難になってしま謀 うという巷題がある。
Therefore, with the configuration of the conventional example described above, there is a problem that it becomes difficult to align the reticle and the wafer with high precision.

謹 本発明は、上記のような従来技術の柵題を解決するもの
であり、アライメント光として露光波長とは異なる波長
を用いても回折格子を用いた投影光学系を通して行うス
ルー・ザ・レンズ・アライメント(TTLアライメント
)において、露光時以外は勿論のこと、露光中でも、第
1と第2の物体の高精度な位置合ねせを行うことができ
るようにした位置合わせ装置を提供することを目的とす
るものである。
The present invention solves the problems of the prior art as described above, and allows through-the-lens alignment light to be performed through a projection optical system using a diffraction grating even when a wavelength different from the exposure wavelength is used as the alignment light. In alignment (TTL alignment), an object is to provide an alignment device that can perform highly accurate alignment of a first and second object not only during exposure but also during exposure. That is.

課題を解決するための手段 上記課題を解決するための本発明の技術的手段は、投影
光学系の物体面上および像面上に位置する第1および第
2の物体にそれぞれ設けられた位置合わせ用マークと、
露光波長と異なる波長を持つ2周波のコヒーレンI・な
アライメント光を」二層載1の物体−I−で互いに干渉
させる手段と、上記第1の物体トで干渉縞が作られる特
定領域に対応して上記投影光学系の色収差を補正する補
正光学系と、この補正光学系と上記投影光学系の間に配
置され、露光光を遮らないように−」二層アライメント
光を導くアライメント光偏向素子と、上記第2の物体の
位置合わせマークの反則光からスペックルパターンを除
去する空間フィルタリング用光学系と、この空間フィル
タリング用光学系を透過した光から光ビート信号を検出
するための光検出手段を備えたものである。
Means for Solving the Problems The technical means of the present invention for solving the above problems is an alignment system provided on the first and second objects located on the object plane and the image plane of the projection optical system, respectively. mark and
A means for causing two-frequency coherent alignment light having a wavelength different from the exposure wavelength to interfere with each other using a two-layered object I, and a specific area where interference fringes are created by the first object. a correction optical system for correcting chromatic aberration of the projection optical system, and an alignment light deflection element that guides the two-layer alignment light so as not to block the exposure light and is placed between the correction optical system and the projection optical system. and a spatial filtering optical system for removing speckle patterns from the reflected light of the alignment mark of the second object, and a light detection means for detecting an optical beat signal from the light transmitted through the spatial filtering optical system. It is equipped with the following.

そして、」二層載1.第2の物体上の位置合わせ用マー
クの少なくとも一方が回折格子であり、また、上記第1
の物体上の位置合わせ用マークが2周波のアライメント
光の干渉により等ビッヂの直線干渉縞を発生ずるのが好
ましい。
And, ``Two-layered 1. At least one of the alignment marks on the second object is a diffraction grating, and the first
It is preferable that the alignment mark on the object generates equal-bitch linear interference fringes by interference of two-frequency alignment light.

また、上記2周波のアライメント光を」−記載1の物体
−にで互に干渉させる手段は2周波のコヒレントなアラ
イメント光を出射する光源と、この光源から出射した2
周波のアライメント光を2つの光束に分割するための分
割光学系と、分割された2光束を上記第1の物体上の同
一位置に照明するための合成光学系とから構成し、また
は、1周波のコヒーレントなアライメント光を出射する
光源と、この光源から出射したアライメント光を2光束
に分割した後、ドツプラー効果を用いて2光束の周波数
に差を与える分割光学系と、分割された2光束を上記第
1の物体上の同一位置に照明するための合成光学系とか
ら構成することができる。
Further, the means for causing the two-frequency alignment light to interfere with each other on the object described in Description 1 includes a light source that emits a two-frequency coherent alignment light, and a light source that emits a two-frequency coherent alignment light, and two
It consists of a splitting optical system for splitting the frequency alignment light into two light beams, and a combining optical system for illuminating the two divided light beams at the same position on the first object, or one frequency alignment light. A light source that emits a coherent alignment light, a splitting optical system that divides the alignment light emitted from this light source into two beams and then uses the Doppler effect to create a difference in the frequency of the two beams, and a split optical system that uses the Doppler effect to differentiate the frequencies of the two beams. and a synthetic optical system for illuminating the same position on the first object.

また、上記合成光学系が上記第1の物体上の位置合わせ
用マークで作られる干渉縞のピッチを調整し、上記補正
光学系および」二層投影光学系の倍率誤差を吸収するよ
うにし、また、上記分割光学系が2周波のコヒーレント
なアライメント光を分割するために偏光光学素子を用い
ることができる。また、上記アライメント光偏向素子は
露光光を透過し、アライメント光を反射するダイクロイ
ックミラー膜を用いて形成することができる。
Further, the synthetic optical system adjusts the pitch of interference fringes created by the alignment marks on the first object to absorb magnification errors of the correction optical system and the two-layer projection optical system, and , a polarizing optical element can be used in order for the splitting optical system to split the two-frequency coherent alignment light. Further, the alignment light deflection element can be formed using a dichroic mirror film that transmits exposure light and reflects alignment light.

作用 したがって、本発明によれば、露光光とは波長を異にす
る2周波のアライメント光を第1の物体上の位置合わせ
用マークで互に干渉さセて任意ピンチの干渉縞を形成し
、この干渉縞を補正光学系、アライメント光偏向素子、
投影光学系を介して第2の物体トに投影する。この第2
の物体にの位置合わせ用マークからの反射光は空間フィ
ルタリング光学系でスペックルパターンを除去した後、
光検出器で受光する。この光検出器で得られる光ビート
信号の位相比較から得られる位置ずれ信号から第1と第
2の物体の相対位置を制御して位置合わせすることがで
きる。そして、上記のようにアライメント光の干渉によ
り干渉縞が作られる特定領域に対応して補正光学系によ
り投影光学系の色収差を補正することができ、また、ア
ライメント光偏向素子により露光光を遮らないようにア
ライメント光を導くことができる。
Therefore, according to the present invention, two-frequency alignment lights having different wavelengths from the exposure light are caused to interfere with each other at the alignment mark on the first object to form arbitrary pinch interference fringes, An optical system that corrects this interference fringe, an alignment optical deflection element,
The image is projected onto a second object via a projection optical system. This second
After the speckle pattern is removed from the reflected light from the alignment mark on the object using a spatial filtering optical system,
The light is received by a photodetector. The relative positions of the first and second objects can be controlled and aligned based on a positional deviation signal obtained from a phase comparison of optical beat signals obtained by this photodetector. As mentioned above, the correction optical system can correct the chromatic aberration of the projection optical system in response to specific areas where interference fringes are created due to the interference of the alignment light, and the alignment light deflection element does not block the exposure light. The alignment light can be guided in this way.

実施例 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。
EXAMPLES Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings.

まず、本発明の第1の実施例について説明する。第1図
ないし第8図は本発明の第1の実施例における位置合わ
せ装置を示し、第1図は全体の構成図、第2図は第1図
の■矢視部の拡大図、第3Mは第1図の■矢視部の拡大
図、第4図は色補正を行う投影レンズの画角内の特定領
域を示すレチクルの平面図、第5図はレーザ光源から出
射されるレーザ光の偏光方向図、第6図は空間フィルタ
リング光学系内の空間フィルタの働きの説明用平面図、
第7図(a)と(b)はそれぞれアライメント光偏向素
子の斜視口と断面図、第8図(a)〜(dlは上記実施
例の動作説明用で、同図(al、 (b)、 (C)は
ウェハ(第2の物体)における干渉縞と位置合わせ用回
折格子の重なり具合の変化説明図、同図(d)はスキャ
ン領域の説明図である。
First, a first embodiment of the present invention will be described. 1 to 8 show a positioning device according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1 is an overall configuration diagram, FIG. 2 is an enlarged view of the section viewed from the is an enlarged view of the part shown by the arrow ■ in Figure 1, Figure 4 is a plan view of the reticle showing a specific area within the field of view of the projection lens that performs color correction, and Figure 5 is an enlarged view of the laser beam emitted from the laser light source. Polarization direction diagram, Figure 6 is a plan view for explaining the function of the spatial filter in the spatial filtering optical system,
FIGS. 7(a) and (b) are respectively a perspective view and a cross-sectional view of the alignment light deflection element, and FIGS. 8(a) to (dl) are for explaining the operation of the above embodiment; , (C) is an explanatory diagram of changes in the degree of overlap between interference fringes and alignment diffraction gratings on the wafer (second object), and (d) of the same figure is an explanatory diagram of the scan area.

本実施例においては、x、y、  θの3軸の位置合わ
せ系の内、X方向の1軸の位置合わせについて説明する
が、その他の軸についても同様にして位置合わゼするこ
とができる。
In this embodiment, alignment of one axis in the X direction out of a three-axis alignment system of x, y, and θ will be described, but alignment can be performed in the same manner for other axes.

第1Mにおいて、1は第1の物体である露光原盤のレチ
クル、2はレチクル1のパターンが露光される第2の物
体であるウェハ、3はウェハ2を移動させるウェハステ
ージ、4は投影レンズ(投影光学系)であり、この投影
レンズ4の物体面−ににレチクル1が配置され、像面−
Lにウェハ2か配置されている。5はレヂクル〕上に設
+:lられた位置合わせ用マーク(以下、位置合わせ用
ブランクと呼ぶ)、6はウェハ2上に設けられた位置合
わせ用マーク(以下、位置合わせ用回折格子と呼ぶ)、
7は照明光学系、8は照明光学系7を透過した露光光で
ある。9は位置合わせ用の光源であり、直交偏光した2
つの異なる周波数(ff2)のアライメント光10を出
射する。11は分割光学系であり、レーザ光源9から出
射したアライメント光10を分割する偏光ビームスプリ
ッタ12と、偏光ビームスプリッタ12で分割されたf
f2成分のアライメント光10を円偏光化する波長板1
3とからなる。14は合成光学系であり、分割光学系1
1で分割されたf、、f2成分のアライメン]・光】0
を反射するミラー15と、このミラー15の角度を調整
する微調機構16とからなる。17はミラー15で反射
されたf+、f2成分のアライメント光10を干渉させ
てレチクル1の位置合わせ用ブランク5に照射させる落
射ミラー、18は位置合わせ用ブランク5でアライメン
ト光10が干渉して特定領域で発生ずる進行型干渉縞1
9(第2図参照)に対応して投影レンズ4の色収差を補
正するための補正光学系、20は補正光学系18と投影
レンズ4との間に配置され、露光光8を遮らないように
アライメント光10を導くアライメント光偏向素子、2
1はウェハ2」二の位置合わせ用回折格子6により回折
された回折光、22は空間フィルタリング光学系であり
、空間フィルタ23を有し、投影レンズ4、補正光学系
18、レチクル1を通過し、落射ミラー17、ミラー2
4で反射された回折光21の中央部のみを透過させる。
In the first M, 1 is the first object, which is the reticle of the exposure master, 2 is the wafer, which is the second object to which the pattern of the reticle 1 is exposed, 3 is the wafer stage that moves the wafer 2, and 4 is the projection lens ( The reticle 1 is placed on the object plane of the projection lens 4, and the image plane is placed on the object plane of the projection lens 4.
Wafer 2 is placed at L. Reference numeral 5 indicates an alignment mark provided on the wafer 2 (hereinafter referred to as an alignment blank), and 6 indicates an alignment mark provided on the wafer 2 (hereinafter referred to as an alignment diffraction grating). ),
7 is an illumination optical system, and 8 is exposure light transmitted through the illumination optical system 7. 9 is a light source for positioning, and the orthogonally polarized light 2
Alignment light 10 of two different frequencies (ff2) is emitted. 11 is a splitting optical system, which includes a polarizing beam splitter 12 that splits the alignment light 10 emitted from the laser light source 9;
Wave plate 1 that circularly polarizes f2 component alignment light 10
It consists of 3. 14 is a synthetic optical system, and a dividing optical system 1
Alignment of f, f2 components divided by 1]・light]0
It consists of a mirror 15 that reflects the light, and a fine adjustment mechanism 16 that adjusts the angle of the mirror 15. Reference numeral 17 indicates a reflection mirror that causes the alignment light 10 of f+ and f2 components reflected by the mirror 15 to interfere with each other and irradiates it onto the alignment blank 5 of the reticle 1. Reference numeral 18 indicates an alignment blank 5 that causes the alignment light 10 to interfere with the alignment light 10 for identification. Progressive interference fringes occurring in the area 1
A correction optical system 20 for correcting the chromatic aberration of the projection lens 4 corresponding to 9 (see FIG. 2) is disposed between the correction optical system 18 and the projection lens 4 so as not to block the exposure light 8. Alignment light deflection element for guiding alignment light 10, 2
1 is a diffracted light diffracted by the alignment diffraction grating 6 of the wafer 2''; 22 is a spatial filtering optical system having a spatial filter 23; , reflected mirror 17, mirror 2
Only the central portion of the diffracted light 21 reflected by the light source 4 is transmitted.

25は空間フィルタリング光学系22を透過した回折光
21が導かれる光検出器、26はし−ザ干渉計、27は
ウェハステージ3上に設けられたL型ミラーである。
25 is a photodetector to which the diffracted light 21 transmitted through the spatial filtering optical system 22 is guided; 26 is a laser interferometer; and 27 is an L-shaped mirror provided on the wafer stage 3.

以上の構成をその動作と共に、更に詳細に説明する。The above configuration will be explained in more detail along with its operation.

位置合わせ用のレーザ光#9は第5図に示すように、互
に直交偏光し、周波数がf4.r2のコヒーレントなア
ライメント光10を出射する光学ユニ・7トであり、本
実施例では、レーザ管に磁場をかけることにより2周波
を得るゼーマンレーザを用いている。この他、このよう
な光学ユニソ1−としては、一方向に伝播する超音波を
用いた光変調器や、回転回折格子を用い、周波数をトン
ブラーシフトさせることにより、2周波を得るような装
置を利用することができる。また、f、とf2の周波数
差としては数十kHz〜数十M Hzが一般的である。
As shown in FIG. 5, the laser beams #9 for alignment are mutually orthogonally polarized and have frequencies of f4. This is an optical unit 7 that emits coherent alignment light 10 of r2, and in this embodiment, a Zeeman laser that obtains two frequencies by applying a magnetic field to a laser tube is used. In addition, such optical unidirectional devices include optical modulators that use ultrasonic waves that propagate in one direction, and devices that obtain two frequencies by using a rotating diffraction grating and shifting the frequency. can be used. Further, the frequency difference between f and f2 is generally several tens of kHz to several tens of MHz.

レーザ光源9から出射したアライメント光10は、分割
光学系11において、偏光ビームスプリッタ12により
f1構成とf2成分に分割された後、波長板13により
直線偏光から円偏光化される。分利用光学系】1として
は、偏光ビームスプリッタ12のような誘電体多層膜を
用いたものの他、ウォランストンプリズムのような複屈
折を用いたものが使用可能である。また、アライメント
光10が直線偏光のままであると、多重反射による強度
変動の影響を受けやすく、ウェハ2のアライメント時の
アライメント信号強度マージンが少ないため、円偏光化
する。
The alignment light 10 emitted from the laser light source 9 is split into an f1 component and an f2 component by a polarizing beam splitter 12 in a splitting optical system 11, and then converted from linearly polarized light to circularly polarized light by a wavelength plate 13. As the optical system 1, it is possible to use one using a dielectric multilayer film such as the polarizing beam splitter 12, or one using birefringence such as a Wollanston prism. Furthermore, if the alignment light 10 remains linearly polarized, it is susceptible to intensity fluctuations due to multiple reflections, and the alignment signal intensity margin during alignment of the wafer 2 is small, so it becomes circularly polarized.

分割光学系11により分割されたf、成分とf2成分の
アライメント光IOは、合成光学系14におけるミラー
15Lこより反射され、落射ミラー17により干渉され
てレチクル】」二の位置合ねゼ用ブランク5上に照射さ
れる。合成光学系14におりるミラー15は全反射を利
用したプリズム等に代えることも可能である。位置合わ
せ用ブランク5上で交わるfl、ft成分のアライメン
ト光10は互に干渉し、干渉縞を生ずる。干渉縞のピン
チは、約4μmとなるようにミラー15の角度が微調機
構16により調整されているが、後述するような理由か
ら、干渉縞のピンチは数パーセントの範囲で微調可能な
ようになっている。flとf2成分のアライメント光1
0は互に干渉するが、その周波数がわずかに異なってい
るため、干渉縞は第2図に示すように、一方向にヒーI
・周波数で振動しながら進行することになる。このよう
な進行波としての干渉縞を進行型干渉縞19と呼ふこと
にする。
The alignment light IO of the f, component and f2 component divided by the splitting optical system 11 is reflected from the mirror 15L in the combining optical system 14, and is interfered with by the reflection mirror 17 to produce the reticle. irradiated on top. The mirror 15 in the combining optical system 14 can be replaced with a prism or the like that utilizes total reflection. The alignment lights 10 of the fl and ft components that intersect on the alignment blank 5 interfere with each other, producing interference fringes. The angle of the mirror 15 is adjusted by the fine adjustment mechanism 16 so that the pinch of the interference fringes is about 4 μm, but for the reasons described later, the pinch of the interference fringes can be finely adjusted within a range of several percent. ing. Alignment light 1 of fl and f2 components
0 interfere with each other, but their frequencies are slightly different, so the interference fringes are unidirectional as shown in Figure 2.
・It will progress while vibrating at the frequency. Such interference fringes as traveling waves will be referred to as traveling interference fringes 19.

KrFエキシマレーザから出射された露光光8が照明光
学系7を介してレチクル1に照明され、このレチクル1
の像が投影レンズ4によりうエバ2上に投影する。この
ような投影レンズ4は、露光光8の露光波長に合わせて
設計されているため、レーザ光源9から出射されるfl
、ft成分のアライメント光10の干渉により形成され
る進行型干渉縞19を投影レンズ4だけでウェハ2上に
結像することは色収差が大きずぎて不可能である。
Exposure light 8 emitted from the KrF excimer laser is illuminated onto the reticle 1 via the illumination optical system 7.
is projected onto the Eva 2 by the projection lens 4. Since such a projection lens 4 is designed according to the exposure wavelength of the exposure light 8, the fl
, ft components of the alignment light 10, it is impossible to image the progressive interference fringes 19 on the wafer 2 using only the projection lens 4 because the chromatic aberration is too large.

しかし、レチクル1上で進行型干渉縞19が形成される
領域は狭く、この特定領域に対してだけ投影レンズ4の
色収差を十分に補正することが可能である。ここで、補
正光学系18は、例えば、第4図に示すように、投影レ
ンズ4の有効画角28の特定領域29(図中では同一円
環領域)において、投影レンズ4の色収差を補正してお
り、レーザ光源9から出射されるf、、f2成分のアラ
イメント光10によりレチクル1上の特定領域29内に
作られる進行型干渉縞19は、ウェハ2上に正確に投影
結像される。なお、第4図において、3oはパターン領
域を示している。
However, the area on the reticle 1 where the progressive interference fringes 19 are formed is narrow, and it is possible to sufficiently correct the chromatic aberration of the projection lens 4 only in this specific area. Here, the correction optical system 18 corrects the chromatic aberration of the projection lens 4 in a specific area 29 (the same annular area in the figure) of the effective angle of view 28 of the projection lens 4, for example, as shown in FIG. Progressive interference fringes 19 created in a specific area 29 on the reticle 1 by the alignment light 10 of f, , f2 components emitted from the laser light source 9 are accurately projected and imaged onto the wafer 2. In addition, in FIG. 4, 3o indicates a pattern area.

」1記補正光学系18について更に詳細に説明すると、
補正光学系18の働きには大きく分けて次の2つがある
” 1. To explain the correction optical system 18 in more detail,
The functions of the correction optical system 18 can be broadly divided into the following two types.

(1)波長の違いに起因する投影レンズ4の収差を補正
すること。
(1) Correcting aberrations of the projection lens 4 due to differences in wavelength.

KrFエキシマレーザを用いた場合の露光光8(λ−2
48,5nm)に適する投影レンズ4に用いられる合成
石英等の屈折率は、エキシマレーザ光のような紫外光と
、アライメント光10のような可視光に対する屈折率が
太き(異なっている。このため、エキシマレーザ光に合
わせて最適設計された投影レンズ4のアライメント光1
0に対する色収差は極めて大きく、投影レンズ4の全画
角28を色補正できるような補正光学系18を設計する
ことは極めて難しい。そこで、本実施例のように、投影
レンズ4の画角の中で、位置合わせ用ブランク5の存在
するごく限られた特定領域29に対して色補正を行うよ
うな補正光学系18を用いることにより、補正光学系1
8の設計はかなり容易なものとなる。
Exposure light 8 (λ-2
The refractive index of synthetic quartz, etc. used for the projection lens 4 suitable for 48.5 nm) is thick (different) for ultraviolet light such as excimer laser light and visible light such as alignment light 10. Therefore, the alignment light 1 of the projection lens 4 is optimally designed to match the excimer laser light.
The chromatic aberration with respect to 0 is extremely large, and it is extremely difficult to design a correction optical system 18 that can color correct the entire angle of view 28 of the projection lens 4. Therefore, as in this embodiment, a correction optical system 18 is used that performs color correction on a very limited specific area 29 where the alignment blank 5 exists within the angle of view of the projection lens 4. Accordingly, the correction optical system 1
8 is considerably easier to design.

このようにして、アライメント波長で形成される進行型
干渉縞19を、小さな収差と十分なMTFを持つ光学系
によりウェハ2」二へ投影することが可能となる。
In this way, it becomes possible to project the traveling interference fringes 19 formed at the alignment wavelength onto the wafer 2'' by an optical system having small aberrations and sufficient MTF.

(2)アライメント光10に対するレチクル1、ウェハ
2間の投影倍率を補正すること。
(2) Correcting the projection magnification between the reticle 1 and the wafer 2 with respect to the alignment light 10.

露光光8の波長より長波長のアライメント光10に対し
、投影レンズ4はより長い焦点距離を持つ。例えば、t
(e −N eレーザに対する投影レンズ4の焦点距離
は、KrF露光波長の数10倍あり、当然、結像倍率も
数10倍となる(結像位置ももちろん異なる)。このよ
うな関係のもとで、アライメント光10での投影倍率を
露光光8の波長での投影倍率と等しくすることは、補正
光学系18の設計ヒ無理が多い。このため、露光光8の
波長での投影倍率が5であるとしても、アライメント光
lOでの投影倍率は1程度に抑えることが好ましい。一
方、補正光学系■8と投影レンズ4の合成倍率を、色収
差を完全に補正しつつ正確に1にすることは、レンズの
製造、組立トかなり芹しいので、この合成倍率誤差を補
正するような機構を他に設けることが必要となる。この
補正機構は上記合成光学系14中の微jJi1機構16
である。つまり、合成倍率が1.01となった場合には
、進行型干渉縞19のピッチを0.99倍になるように
微調機構16を調整すれば、ウェハ2上に投影される進
行型T渉縞31(第3図参照)のピッチは不変である。
The projection lens 4 has a longer focal length for the alignment light 10 having a wavelength longer than the wavelength of the exposure light 8. For example, t
(The focal length of the projection lens 4 for the e-N e laser is several tens of times the KrF exposure wavelength, and of course the imaging magnification is also several tens of times (the imaging position is also different, of course). Therefore, it is often difficult to design the correction optical system 18 to make the projection magnification at the alignment light 10 equal to the projection magnification at the wavelength of the exposure light 8. Therefore, the projection magnification at the wavelength of the exposure light 8 is 5, it is preferable to suppress the projection magnification with the alignment light lO to about 1. On the other hand, the combined magnification of the correction optical system 8 and the projection lens 4 should be set to exactly 1 while completely correcting chromatic aberration. This means that manufacturing and assembling the lens is quite complicated, so it is necessary to provide another mechanism for correcting this composite magnification error.
It is. In other words, when the composite magnification is 1.01, if the fine adjustment mechanism 16 is adjusted so that the pitch of the progressive interference fringes 19 is 0.99 times, the progressive interference fringes projected onto the wafer 2 can be The pitch of the stripes 31 (see FIG. 3) remains unchanged.

補正光学系18は、通常、露光光8を蹴らないように配
置されるため、補正光学系18によりウェハ2−ヒに結
像される位置合わせ用回折格子は第14図に示す従来例
の回折格子1.10 a 、 1.1.Obのように露
光エリア115の外になってしまう(−船釣にウェハ上
の位置合わせ用回折格子は露光により作られるため、露
光エリア115内に存在する。)。このため、アライメ
ント位置と露光位置が異なることになり、アライメント
後にウェハステージ3を移動させて露光位置に移動する
というアライメントシーゲンス(○If−Axisアラ
イメン(・)とならざるを得ない。このアライメンlシ
ーゲンスでは、最終的な重ね合わせ精度にウェハステー
ジ3の移動精度が含まれてしまうため、装置の構成−1
−1不利である。このため、上記のようにアライメンI
〜光10を露光光束中に導くアライメント光偏向素子2
0を補正光学系18と投影レンズ4の間に挿入すること
により、補正光学系]8を通過したアライメント光10
はアライメント光偏向素子20に入射し、第7図(a)
、 (b)に示すように、互いに平行な全反射面32と
グイクロイックミラー膜33で反射され、露光光束中に
導かれて投影レンズ4に入射する。なお、グイクロイッ
クミラー膜33は、アライメント光10を反射し、露光
光8を透過するように設計されており、露光光8の結像
を悪化させないようになっている。投影レンズ4に入射
したアライメント光10は、露光エリア内にあるウェハ
位置合わせ用回折格子61に結像し、再び進行型干渉縞
31を形成する。
Since the correction optical system 18 is normally arranged so as not to kick the exposure light 8, the alignment diffraction grating that is imaged onto the wafer 2-A by the correction optical system 18 has a conventional diffraction grating shown in FIG. Lattice 1.10a, 1.1. Like Ob, it is outside the exposure area 115 (-Since the alignment diffraction grating on the wafer is created by exposure, it exists within the exposure area 115). For this reason, the alignment position and the exposure position are different, and the alignment sequence (○If-Axis alignment (・) in which the wafer stage 3 is moved after alignment and moved to the exposure position is inevitable. In Siegen, the movement accuracy of the wafer stage 3 is included in the final overlay accuracy, so the device configuration-1
-1 disadvantage. For this reason, as mentioned above, the alignment I
~Alignment light deflection element 2 that guides the light 10 into the exposure light beam
0 between the correction optical system 18 and the projection lens 4, the alignment light 10 that has passed through the correction optical system]8
is incident on the alignment light deflection element 20, as shown in FIG. 7(a).
, (b), the light is reflected by the total reflection surface 32 and the gicroic mirror film 33 which are parallel to each other, and is guided into the exposure light beam and enters the projection lens 4. The guichroic mirror film 33 is designed to reflect the alignment light 10 and transmit the exposure light 8, so as not to deteriorate the imaging of the exposure light 8. The alignment light 10 incident on the projection lens 4 forms an image on a wafer positioning diffraction grating 61 within the exposure area, forming progressive interference fringes 31 again.

この進行型干渉縞31はウェハ2上の位置合わ−U用回
折格子6と等ピンチになるようにあらかじめ合成光学系
14を調整しであるため、進行型干渉縞31と位置合わ
せ用回折格子6により生じる垂直方向の回折光21の強
度はビート周波数(f、とf。
Since the combining optical system 14 is adjusted in advance so that the progressive interference fringes 31 are in the same pinch as the alignment-U diffraction grating 6 on the wafer 2, the progressive interference fringes 31 and the alignment diffraction grating 6 The intensity of the vertically diffracted light 21 generated by the beat frequency (f, and f.

の周波数差)で変化するようになる。進行型下渉縞31
が位置合わせ用回折格子6ともようと重なったときに回
折光21は強度ピークになり、180度位置ずれしてい
るときに回折光21は強度最低どなる。つまり、この回
折光21の強度は位置合わせ用回折格子6の位置ずれ情
報を交流成分の位相の中に含んでいることになる。した
がって、2周波レーザ光源9から基準となるビート信号
を取り出し、更に、上記とは逆に投影レンズ4を介して
アライメント光偏向素子20で露光光8の夕)に導き、
続いて補正光学系〕8、レチクル1、落射ミラー17、
ミラー24および空間フィルタリング光学系22を介し
て光検出器25で検出した回折光21の強度(8号と共
に、位相計に入力することにより、ウェハ2の位置ずれ
量を正確に知ることができる。
frequency difference). Progressive lower striations 31
The intensity of the diffracted light 21 reaches its peak when it overlaps with the positioning diffraction grating 6, and the intensity of the diffracted light 21 reaches its lowest when the position is shifted by 180 degrees. In other words, the intensity of this diffracted light 21 includes positional shift information of the positioning diffraction grating 6 in the phase of the alternating current component. Therefore, a reference beat signal is extracted from the dual-frequency laser light source 9, and further, contrary to the above, it is guided to the exposure light 8 by the alignment light deflection element 20 via the projection lens 4,
Next, a correction optical system] 8, a reticle 1, a reflection mirror 17,
By inputting the intensity of the diffracted light 21 detected by the photodetector 25 via the mirror 24 and the spatial filtering optical system 22 (along with No. 8 to the phase meter), the amount of positional deviation of the wafer 2 can be accurately determined.

ここで、空間フィルタリング用光学系22の役割を説明
する。例えば、ウェハ2の表面がアルミパターン等で荒
れていた場合を考えると、回折光21の中にはアルミパ
ターンからのスペックルも混じることになる。この時の
空間フィルタリング光学系22のフーリエ面上での光パ
ターンを第6図に示す。同図より、中央部のみを透過す
るような空間フィルり23ヲ用いることで、スペンクル
パターン34を落とすことができることがわかる。
Here, the role of the spatial filtering optical system 22 will be explained. For example, if the surface of the wafer 2 is roughened by an aluminum pattern or the like, speckles from the aluminum pattern will be mixed into the diffracted light 21. The light pattern on the Fourier plane of the spatial filtering optical system 22 at this time is shown in FIG. From the figure, it can be seen that the speckled pattern 34 can be removed by using a spatial fill 23 that transmits only the central part.

本実施例において、補正光学系18の投影レンズ4に対
する取付は位置精度は極めて重要である。
In this embodiment, positional accuracy is extremely important when attaching the correction optical system 18 to the projection lens 4.

仮に、補正光学系18が何らかの原因で位置ずれしたと
すると、レチクル1上の位置合わせマーク5とウェハ2
−Lの位置合わせ用マーク6との共役関係がずれてしま
う。したがって、補正光学系18は投影レンズ4に対し
て長時間安定性を持って強固に固定されなければならな
い。そのために、補正光学系18を投影レンズ4と一体
構造に作製する等の工夫が存効である。
If the correction optical system 18 is misaligned for some reason, the alignment mark 5 on the reticle 1 and the wafer 2
-The conjugate relationship between L and the alignment mark 6 is shifted. Therefore, the correction optical system 18 must be firmly fixed to the projection lens 4 with long-term stability. To this end, it is effective to make the correction optical system 18 integral with the projection lens 4.

また、本実施例においては、X方向の1軸の位置合わせ
について説明したが、X−Y、θの3軸のアライメント
系においては、アライメント光偏向素子20が露光光8
の均一性を損なわないようにする必要があるため、アラ
イメント光偏向素子20の1例として、第7 IF(a
)、 (b)に示すよ・)な四角錐の側面をダイクロイ
ックミラー膜33で被覆した構成を用いることができる
In addition, in this embodiment, alignment in one axis in the X direction has been described, but in an alignment system in three axes of
Since it is necessary not to impair the uniformity of the alignment light deflection element 20, the seventh IF (a
) and (b), a structure in which the side surfaces of a quadrangular pyramid are covered with a dichroic mirror film 33 can be used.

更に、上記位置ずれ検出法が、使用している位置合わせ
用マークの周期性のために、ウェハ2の位置合わせ用回
折格子6のピッチの半分の検出レンジしか持たないこと
に対し、レチクル1上の位置合わせ用ブランク5の投影
像とビート信号強度を用いることにより、検出レンジを
事実」二無限大にできることについて第1図および第8
図を参照しながら説明する。ウェハ2は一定速度でスキ
ャン可能なウェハステージ3−ヒに載せられており、ウ
ェハステージ3は位置ずれ量が零と想定される位置を含
んだスキャン領域35(第8図(d)参照)をスキャン
するものとする。第8図(a)、 (b)、 (C)に
示すように、進行型干渉縞31と位置合わせ用回折格子
6の重なり具合が変化して行く(第8図(a)(b)、
 (C)はそれぞれ第8図(d)の点A、B、Cに相当
する。)。このとき、光検出器25からのビート信号を
振幅検出回路に入力し、スキャン時のウェハステージ3
のレーザ干渉計26による座標を横軸に、ビート信号の
振幅を縦軸にとると、第8図(d)に示すような3角形
に近いパターンが一般的に141られる。この3角形状
パターンの中心位置を計算することにより、位置ずれ足
零のウェハ2の位置を知ることができる。このときの検
出精度は、最終的なウェハ2とレチクル1の位置合わせ
精度には十分ではないが、粗アライメントとしては十分
な精度を持っており、前述の位相検出による位置ずれ検
出法と組合わせることにより、極めて広い検出レンジを
持ったアライメント系の構成が可能である。
Furthermore, the above positional deviation detection method has a detection range that is only half the pitch of the alignment diffraction grating 6 on the wafer 2 due to the periodicity of the alignment marks used. Figures 1 and 8 show that the detection range can actually be made infinite by using the projected image of the alignment blank 5 and the beat signal intensity.
This will be explained with reference to the figures. The wafer 2 is placed on a wafer stage 3-hi that can be scanned at a constant speed, and the wafer stage 3 scans a scan area 35 (see FIG. 8(d)) that includes a position where the amount of positional deviation is assumed to be zero. shall be scanned. As shown in FIGS. 8(a), (b), and (C), the overlapping degree of the progressive interference fringes 31 and the alignment diffraction grating 6 changes (FIGS. 8(a), (b),
(C) corresponds to points A, B, and C in FIG. 8(d), respectively. ). At this time, the beat signal from the photodetector 25 is input to the amplitude detection circuit, and the wafer stage 3 at the time of scanning is
If the horizontal axis is the coordinates obtained by the laser interferometer 26 and the vertical axis is the amplitude of the beat signal, a pattern 141 that is close to a triangle as shown in FIG. 8(d) is generally obtained. By calculating the center position of this triangular pattern, it is possible to know the position of the wafer 2 with zero positional deviation. Although the detection accuracy at this time is not sufficient for the final alignment accuracy of wafer 2 and reticle 1, it has sufficient accuracy for rough alignment, and can be combined with the positional deviation detection method using phase detection described above. This makes it possible to construct an alignment system with an extremely wide detection range.

本位置ずれ検出法の1つの特徴は、進行型干渉縞19を
一度しチクルII−に形成し、それをウェハ2上に投影
することである。このため、ウェハ2のアライメントだ
けでなくレチクル1のアライメントも同時に行うことが
可能である。この場合の装置を第2の実施例として第9
図〜第12図に示す。
One feature of this positional deviation detection method is that the progressive interference fringes 19 are formed once in the form of a tickle II-, and then projected onto the wafer 2. Therefore, it is possible to perform not only the alignment of the wafer 2 but also the alignment of the reticle 1 at the same time. The device in this case is used as the second embodiment and the ninth embodiment
It is shown in Fig. 12.

第9図ないし第12図は本発明の第2の実施例における
位置合わせ装置を示し、第9図は全体の構成図、第10
図は第9図のX矢視部の拡大図、第11図、第12図は
レチクル上の位置合わせ用マークの配置図である。
9 to 12 show a positioning device according to a second embodiment of the present invention, FIG. 9 is an overall configuration diagram, and FIG.
The figure is an enlarged view of the X-arrow section in FIG. 9, and FIGS. 11 and 12 are layout diagrams of alignment marks on the reticle.

本実施例においては、レチクル1上に設けられた位置合
わせ用回折格子36からの回折光37(第10図参照)
が別の空間フィルタリング光学系38を介して別の光検
出器39により検出される。光検出器25の前段に設け
られた視野絞り40は位置合わせ用ブランク5からの光
だけを光検出器25に導くためのものである。レチクル
1上の進行型干渉縞19は前述の理由によりピッチを合
成光学系14により微調されているため、レチクル1の
位置合わせ用回折格子36とのピンチ誤差が生じる可能
性がある。
In this embodiment, diffracted light 37 from a positioning diffraction grating 36 provided on the reticle 1 (see FIG. 10) is used.
is detected by another photodetector 39 via another spatial filtering optics 38 . A field stop 40 provided in front of the photodetector 25 is used to guide only the light from the alignment blank 5 to the photodetector 25. Since the pitch of the progressive interference fringes 19 on the reticle 1 is finely adjusted by the combining optical system 14 for the above-mentioned reason, a pinch error may occur with respect to the positioning diffraction grating 36 of the reticle 1.

このため、レチクル1の位置合わせ用回折格子36の回
折格子本数はできるだけ少ないことが望ましい。レチク
ル1は一般的に石英硝子上にCrパターンを描画したも
のであり、回折効率が高い。このため、多少、レチクル
lの位置合わせ用回折格子36の面積が小さくとも、ビ
ート信号を光検出器39で拾うことに支障ばないからで
ある。レチクル1の位置合わせ用回折格子36の様子を
第11図に示す。光検出器25と光検出器39のビート
信号の両方を検出すると、レチクル1とウェハ2の相対
合わせが可能となり、レチクル】、ウェハ2の単独アラ
イメントより更に高いアライメント精度が期待できる(
スルー・ザ・レチクル・アライメント、またはTTRア
ライメン1〜)。更に、第12図に示すようなレチクル
位置合わせ用回折格子36の配置も使用可能である。こ
の位置合わせ用回折格子36の特徴は、たとえ進行型干
渉縞19にローテーション(位置合わせ用回折格子36
の格子方向と、進行型干渉縞19の線方向がずれること
)が発生しても、ウェハ1とレチクル2の相対位置ずれ
量検出にアラへ誤差を生しないことである。なぜなら、
進行型干渉縞19のローテーションの有無にかかわらず
、ウェハ2、レチクル1の位置ずれ検出量は(位置合わ
せ用回折格子6.36のパターンの一様性を仮定すると
、)位置合わせ用回折格子6.36の重心位置で代表さ
れるものであり、第12図に示すパターンではウェハ2
、レチクル1の位置合わせ用回折格子6,36の重心位
置が見かり上一致するからである。
For this reason, it is desirable that the number of diffraction gratings in the positioning diffraction grating 36 of the reticle 1 be as small as possible. The reticle 1 generally has a Cr pattern drawn on quartz glass, and has high diffraction efficiency. Therefore, even if the area of the positioning diffraction grating 36 of the reticle l is somewhat small, it does not interfere with the photodetector 39 picking up the beat signal. FIG. 11 shows the positioning diffraction grating 36 of the reticle 1. When both the beat signals of the photodetector 25 and the photodetector 39 are detected, it becomes possible to align the reticle 1 and the wafer 2 relative to each other, and higher alignment accuracy can be expected than when aligning the reticle] and the wafer 2 alone (
Through-the-reticle alignment, or TTR alignment (1~). Furthermore, the arrangement of the reticle alignment diffraction grating 36 as shown in FIG. 12 can also be used. The feature of this positioning diffraction grating 36 is that even if the progressive interference fringes 19 rotate (the positioning diffraction grating 36
The object is to prevent errors from occurring in the detection of the amount of relative positional deviation between the wafer 1 and the reticle 2 even if a deviation occurs between the grating direction of the wafer 1 and the line direction of the progressive interference fringes 19. because,
Regardless of whether or not the progressive interference fringes 19 are rotated, the amount of detected positional deviation between the wafer 2 and reticle 1 is the same as that of the positioning diffraction grating 6 (assuming uniformity of the pattern of the positioning diffraction grating 6.36). This is represented by a center of gravity position of .36, and in the pattern shown in Fig. 12, wafer 2
This is because the positions of the centers of gravity of the alignment diffraction gratings 6 and 36 of the reticle 1 apparently coincide.

このように本発明では、特定位置に置かれたレヂク刀用
上の位置合わせ用ブランク5を、露光波長とは異なるコ
ヒーレントな2周波のアライメント光10を用いて照明
し、進行型干渉縞19を形成し、補正光学系18と、ア
ライメント光偏向素子2゜と、投影レンズ4によって、
ウェハ2上の位置合わせ用回折格子6上に投影し、回折
光21を空間フィルタリング光学系22を透過して光検
出器25に導き、ビート信号を検出し、その位相情報を
調べることでウェハ2の位置ずれを知ることができ、こ
の位置ずれ検出量に基づいてウェハステージ3を操作し
て位置ずれをなくし、正確な位置合わせを行うことがで
き、アライメント完了位置が即露光位置であるので、高
い重ね合わせ精度を得ることができる。
In this way, according to the present invention, the upper alignment blank 5 for a rejiku knife placed at a specific position is illuminated using the alignment light 10 of two coherent frequencies different from the exposure wavelength, and the progressive interference fringes 19 are formed. The correction optical system 18, the alignment light deflection element 2°, and the projection lens 4,
The diffraction light 21 is projected onto the positioning diffraction grating 6 on the wafer 2, passes through the spatial filtering optical system 22 and is guided to the photodetector 25, detects the beat signal, and examines its phase information. Based on the detected amount of positional deviation, the wafer stage 3 can be operated to eliminate the positional deviation and perform accurate alignment. Since the alignment completion position is the immediate exposure position, High overlay accuracy can be obtained.

発明の効果 以七述べたように本発明によれば、露光光とは波長を異
にする2周波のアライメント光を第1の物体の位置合ね
一已用マークで互に干渉させ゛ζ任意のピンチの干渉縞
を形成し、この干渉縞を補正光学系、アライメント光偏
向素子、投影光学系を介して第2の物体上に投影する。
Effects of the Invention As described above, according to the present invention, two-frequency alignment light having a different wavelength from that of the exposure light is caused to interfere with each other at the alignment mark of the first object. A pinch of interference fringes are formed, and these interference fringes are projected onto the second object via a correction optical system, an alignment light deflection element, and a projection optical system.

この第2の物体J−の位置合わせ用マークからの反射光
は空間フィルタリング光学系でスペックルパターンを除
去した後、光検出器で受光する。この光検出器で得られ
る光ビート信号の位相比較から得られる位置ずれ信号か
ら第1と第2の物体の相対位置を制御して位置合わせす
ることができる。そして、上記のようにアライメント光
の干渉により干渉縞が作られる特定領域に対応して補正
光学系により投影光学系の色収差を補正することができ
、また、アライメント光偏向素子により露光光を遮らな
いようにアライメント光を導くことができるようにして
いるので、露光波長とは異なる波長のアライメント光を
用いても、露光時以外は勿論のこと露光中でも、第1と
第2の物体を高精度に位置合わせすることができる0n
−Axis  TTLアライメント系を構成することが
できる。
The speckle pattern of the reflected light from the positioning mark of the second object J- is removed by a spatial filtering optical system, and then the light is received by a photodetector. The relative positions of the first and second objects can be controlled and aligned based on a positional deviation signal obtained from a phase comparison of optical beat signals obtained by this photodetector. As mentioned above, the correction optical system can correct the chromatic aberration of the projection optical system in response to specific areas where interference fringes are created due to the interference of the alignment light, and the alignment light deflection element does not block the exposure light. Since the alignment light can be guided in such a manner that the first and second objects can be guided with high precision even during exposure as well as other times, even when using alignment light with a wavelength different from the exposure wavelength, 0n that can be aligned
- An Axis TTL alignment system can be constructed.

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

第1図ないし第8図は本発明の第1の実施例における位
置合わせ装置を示し、第1図は全体の構成図、第2図は
第1回の■矢視部の拡大図、第3図は第1図の■矢視部
の拡大図、第4図は色補正を行う投影レンズ内の画角内
の特定領域を示すレチクルの平面図、第5図はレーザ光
源から出射されるレーザ光の偏光方向図、第6図は空間
フィルタリング光学系内の空間フィルタの働きの説明用
平面図、第7図(a)と(b)はそれぞれアライメント
光偏向素子の斜視図と断面図、第8図(a)〜(d)は
上記実施例の動作説明用で、同図(a)、 (b)、 
(C)はウェハ(第2の物体)における干渉縞と位置合
わせ用回折格子の重なり具合の変化説明し1、同図(d
)はスキャン領域の説明図、第9図ないし第12図は本
発明の第2の実施例における位置合わせ装置を示し、第
9図は全体の構成図、第10図は第9図のX矢視部の拡
大図、第11回、第12回はレチクル上の位置合わせ用
マークの配置口、第13図は従来の位置合わせ装置を示
す全体構成図、第14図は本発明のプライメン1〜光偏
向素子を用いない場合におけるうエバ」二に結像される
位置合わせ用回折格子の位置を示す説明図である。 1・・・・・・レチクル、2・・・・・・ウェハ、3・
・・・・・ウェハステージ、4・・・・・・投影レンズ
、5・・・・・・位置合わせ用ブランク(位置合わせ用
マーク)、6・・・・・・位置合わせ用回折格子(位置
合わせ用マーク)、7・・・・・・照明光学系、8・・
・・・・露光光、9・・・・・・光源、10・アライメ
ント光、11・・・・・・分割光学系、14・・・・・
・合成光学系、18・・・・・・補正光学系、19・・
・・・・進行型干渉縞、20・・・・・・アライメント
光偏向素子、21・・・・・・回折光、22・・・・・
空間フィルタリング光学系、25・・・・光検出器、2
6・・・・・レーザ干渉εI、31・・・・・進行型干
渉縞、36・・・・・・位置合わせ回折格子、37・・
・・・・回折光、38・・・・・・空間フィルタリング
光学系、39・・・・・・光検出器。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか1名第 図 第 図 第 第 図 図 9児源、 第 図 91易フイルタ23のC′A−ル 回折光21のス小°ット
1 to 8 show a positioning device according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1 is an overall configuration diagram, FIG. 2 is an enlarged view of the first section viewed from the The figure is an enlarged view of the part shown by the ■ arrow in Figure 1, Figure 4 is a plan view of the reticle showing a specific area within the angle of view within the projection lens that performs color correction, and Figure 5 is the laser beam emitted from the laser light source. 6 is a plan view for explaining the function of the spatial filter in the spatial filtering optical system; FIGS. 7(a) and 7(b) are a perspective view and a cross-sectional view of the alignment light deflection element; FIG. Figures 8 (a) to (d) are for explaining the operation of the above embodiment;
(C) explains the change in the degree of overlap between the interference fringes on the wafer (second object) and the alignment diffraction grating.
) is an explanatory diagram of the scanning area, FIGS. 9 to 12 show the positioning device in the second embodiment of the present invention, FIG. 9 is an overall configuration diagram, and FIG. 10 is an illustration of the X arrow in FIG. The 11th and 12th views are enlarged views of the viewing section, the placement openings for positioning marks on the reticle, Figure 13 is an overall configuration diagram showing the conventional positioning device, and Figure 14 is the primers 1 to 1 of the present invention. FIG. 7 is an explanatory diagram showing the position of the alignment diffraction grating that is imaged on the wafer when no optical deflection element is used. 1... Reticle, 2... Wafer, 3...
... Wafer stage, 4 ... Projection lens, 5 ... Blank for positioning (positioning mark), 6 ... Diffraction grating for positioning (position alignment mark), 7... illumination optical system, 8...
...Exposure light, 9...Light source, 10. Alignment light, 11.....Divided optical system, 14.....
・Composition optical system, 18...Correction optical system, 19...
...Progressing interference fringes, 20...Alignment light deflection element, 21...Diffracted light, 22...
Spatial filtering optical system, 25... Photodetector, 2
6...Laser interference εI, 31...Progressing interference fringes, 36...Positioning diffraction grating, 37...
... Diffracted light, 38 ... Spatial filtering optical system, 39 ... Photodetector. Name of agent: Patent attorney Shigetaka Awano (1 person)

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)投影光学系の物体面上および像面上に位置する第
1および第2の物体にそれぞれ設けられた位置合わせ用
マークと、露光波長と異なる波長を持つ2周波のコヒー
レントなアライメント光を上記第1の物体上で互いに干
渉させる手段と、上記第1の物体上で干渉縞が作られる
特定領域に対応して上記投影光学系の色収差を補正する
補正光学系と、この補正光学系と上記投影光学系の間に
配置され、露光光を遮らないように上記アライメント光
を導くアライメント光偏向素子と、上記第2の物体の位
置合わせマークの反射光からスペックルパターンを除去
する空間フィルタリング用光学系と、この空間フィルタ
リング用光学系を透過した光から光ビート信号を検出す
るための光検出手段を備えた位置合わせ装置。
(1) Alignment marks provided on the first and second objects located on the object plane and the image plane of the projection optical system, respectively, and two-frequency coherent alignment light having a wavelength different from the exposure wavelength. means for causing interference with each other on the first object; a correction optical system that corrects chromatic aberration of the projection optical system corresponding to a specific area where interference fringes are formed on the first object; an alignment light deflection element disposed between the projection optical system and guiding the alignment light so as not to block the exposure light; and a spatial filtering element for removing speckle patterns from the reflected light of the alignment mark of the second object. A positioning device comprising an optical system and a light detection means for detecting an optical beat signal from light transmitted through the spatial filtering optical system.
(2)第1、第2の物体上の位置合わせ用マークの少な
くとも一方が回折格子である請求項1記載の位置合わせ
装置。
(2) The alignment device according to claim 1, wherein at least one of the alignment marks on the first and second objects is a diffraction grating.
(3)第1の物体上の位置合わせ用マークが2周波のア
ライメント光の干渉により等ピッチの直線干渉縞を発生
する請求項1または2記載の位置合わせ装置。
(3) The positioning apparatus according to claim 1 or 2, wherein the positioning mark on the first object generates linear interference fringes of equal pitch by interference of two-frequency alignment light.
(4)2周波のアライメント光を第1の物体上で互に干
渉させる手段が2周波のコヒーレントなアライメント光
を出射する光源と、この光源から出射した2周波のアラ
イメント光を2つの光束に分割するための分割光学系と
、分割された2光束を上記第1の物体上の同一位置に照
明するための合成光学系を有する請求項1ないし3のい
ずれかに記載の位置合わせ装置。
(4) A light source that emits two-frequency coherent alignment light, and a means for causing two-frequency alignment light to interfere with each other on the first object, and splits the two-frequency alignment light emitted from this light source into two light beams. 4. The positioning apparatus according to claim 1, further comprising a dividing optical system for illuminating the two divided light beams to the same position on the first object.
(5)2周波のアライメント光を第1の物体上で互に干
渉させる手段が1周波のコヒーレントなアライメント光
を出射する光源と、この光源から出射したアライメント
光を2光束に分割した後、ドップラー効果を用いて2光
束の周波数に差を与える分割光学系と、分割された2光
束を上記第1の物体上の同一位置に照明するための合成
光学系を有する請求項1ないし3のいずれかに記載の位
置合わせ装置。
(5) The means for interfering two-frequency alignment light with each other on the first object includes a light source that emits a single-frequency coherent alignment light, and after splitting the alignment light emitted from this light source into two beams, Doppler 4. Any one of claims 1 to 3, further comprising a splitting optical system that uses an effect to give a difference in frequency between the two light beams, and a combining optical system that illuminates the two split light beams at the same position on the first object. The alignment device described in .
(6)合成光学系が第1の物体上の位置合わせ用マーク
で作られる干渉縞のピッチを調整し、補正光学系および
投影光学系の倍率誤差を吸収する請求項4または5記載
の位置合わせ装置。
(6) Alignment according to claim 4 or 5, wherein the synthetic optical system adjusts the pitch of interference fringes created by the alignment marks on the first object and absorbs magnification errors of the correction optical system and the projection optical system. Device.
(7)分割光学系が2周波のコヒーレントなアライメン
ト光を分割するために偏光光学素子を用いる請求項1な
いし6のいずれかに記載の位置合わせ装置。
(7) The positioning apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the splitting optical system uses a polarizing optical element to split the two-frequency coherent alignment light.
(8)アライメント光偏向素子が露光光を透過し、アラ
イメント光を反射するダイクロイックミラー膜を用いて
形成された請求項1ないし7のいずれかに記載の位置合
わせ装置。
(8) The alignment device according to any one of claims 1 to 7, wherein the alignment light deflection element is formed using a dichroic mirror film that transmits exposure light and reflects alignment light.
JP2133401A 1990-05-23 1990-05-23 Positioning device Pending JPH0428217A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008286321A (en) * 2007-05-18 2008-11-27 Nsk Ltd Linear motion guide
JP2009503377A (en) * 2005-07-27 2009-01-29 ギュデル グループ アーゲー Linear guide

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