JPH06224104A - Alignment device - Google Patents

Alignment device

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JPH06224104A
JPH06224104A JP5012188A JP1218893A JPH06224104A JP H06224104 A JPH06224104 A JP H06224104A JP 5012188 A JP5012188 A JP 5012188A JP 1218893 A JP1218893 A JP 1218893A JP H06224104 A JPH06224104 A JP H06224104A
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light
alignment
mark
alignment mark
wafer
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Hiroki Okamoto
洋基 岡本
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Abstract

PURPOSE:To lessen the effect of dissymmetrical property of bottom part of a recessed part in an alignment device with which position detection is conducted using the light emitted from an alignment mark by projecting a position detection light on the alignment mark consisting of recessed parts arranged periodically in the direction of alignment. CONSTITUTION:A wafer mark WM is formed by arranging recessed parts 2a of width (d) on a metal film 2 at pitch (p) in X-direction which is the direction of measurement. The width (d) of the recessed parts 2a is set at about the wavelength of the light used for detection of position, and a linear polarized light, which is polarised in Y-direction vertical to X-direction which is the periodical direction of the recessed parts 2a, is formed.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体素子、液
晶表示素子又は薄膜磁気ヘッド等を製造する際に使用さ
れる投影露光装置のアライメント系に適用して好適なア
ライメント装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an alignment apparatus suitable for application to an alignment system of a projection exposure apparatus used when manufacturing a semiconductor element, a liquid crystal display element, a thin film magnetic head or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子、液晶表示素子又は薄膜磁気
ヘッド等をフォトリソグラフィ技術を用いて製造する際
に、フォトマスク又はレチクル(以下、「レチクル」と
総称する)のパターンの像を投影光学系を介して感光基
板上に転写する投影露光装置が使用されている。一般に
半導体素子等は多数層のパターンから形成されているた
め、それを製造する際には感光基板上に種々のレチクル
のパターンを所定の順序で転写する必要がある。このよ
うに、既に各ショット領域にパターンが転写された感光
基板に対して別のレクチルの回路パターンを転写する際
には、その感光基板の各ショット領域と今回露光するレ
クチルのパターンとのアライメントを正確に行う必要が
ある。
2. Description of the Related Art When a semiconductor element, a liquid crystal display element, a thin film magnetic head, or the like is manufactured by using a photolithography technique, an image of a pattern of a photomask or reticle (hereinafter referred to as "reticle") is projected onto an optical projection system. There is used a projection exposure apparatus that transfers the image onto a photosensitive substrate via the. Generally, a semiconductor element or the like is formed of a multi-layered pattern, and therefore, when manufacturing it, it is necessary to transfer various reticle patterns onto a photosensitive substrate in a predetermined order. In this way, when transferring the circuit pattern of another reticle to the photosensitive substrate on which the pattern has already been transferred to each shot area, the alignment between each shot area of the photosensitive substrate and the reticle pattern to be exposed this time is performed. You need to be accurate.

【0003】そのようなアライメントを正確に行う方法
として、例えば特開平2−227603号公報及び特開
平2−272305号公報に開示されたように、2本の
レーザービームを用いる2光束干渉方式が知られてい
る。図8に示すように、その2光束干渉方式では、感光
基板としてのウエハ1上の各ショット領域の近傍に、ア
ライメントマークとしての位相型の回折格子よりなるウ
エハマークWMが形成されている。位置の計測方向をX
方向とすると、ウエハマークWMはX方向にピッチPで
形成されている。このウエハマークWMに投影光学系を
介して2本のレーザービームLB1及びLB2が対称に
照射される。この場合、レーザービームLB1によるウ
エハマークWMからの+1次回折光LB11とレーザー
ビームLB2によるウエハマークWMからの−1次回折
光LB21とが互いに平行で、且つウエハ1から垂直上
方に反射されるように、ピッチP及びそれらレーザービ
ームLB1,LB2の入射角が設定されている。
As a method for accurately performing such alignment, a two-beam interference method using two laser beams is known, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2-227603 and 2-272305. Has been. As shown in FIG. 8, in the two-beam interference method, a wafer mark WM made of a phase type diffraction grating as an alignment mark is formed in the vicinity of each shot area on the wafer 1 as a photosensitive substrate. X is the measurement direction of the position
Direction, the wafer marks WM are formed at a pitch P in the X direction. The two laser beams LB1 and LB2 are symmetrically applied to the wafer mark WM via the projection optical system. In this case, the + 1st order diffracted light LB11 from the wafer mark WM by the laser beam LB1 and the −1st order diffracted light LB21 from the wafer mark WM by the laser beam LB2 are parallel to each other and reflected vertically upward from the wafer 1, The pitch P and the incident angles of the laser beams LB1 and LB2 are set.

【0004】それら回折光LB11及びLB21を投影
光学系を介してアライメント光学系で干渉させ、干渉光
を光電変換することにより、ウエハマークWMの位置に
応じた信号が得られる。そして、レーザービームLB1
とLB2との周波数を異ならしめるヘテロダイン方式の
場合には、その干渉による信号は所定のビート周波数の
信号となり、この信号の位相と基準信号の位相とを比較
することによりX方向のウエハ1の位置を正確に検出す
ることができる。同様にX方向に直交するY方向にもウ
エハマークが形成され、このウエハマークによりY方向
の位置が検出される。また、レクチル側にもアライメン
トマークとしての振幅型の回折格子等よりなるレクチル
マークが形成され、このレクチルマークによりレクチル
の位置検出が行われる。そして、ウエハマークとレクチ
ルマークとを直接的に又は間接的に所定の位置関係に設
定することにより、アライメントが行われる。
A signal corresponding to the position of the wafer mark WM is obtained by causing the diffracted lights LB11 and LB21 to interfere with each other in the alignment optical system via the projection optical system and photoelectrically converting the interference light. Then, the laser beam LB1
In the case of the heterodyne system in which the frequencies of WB and LB2 are made different, the signal due to the interference becomes a signal of a predetermined beat frequency, and the position of the wafer 1 in the X direction is compared by comparing the phase of this signal with the phase of the reference signal. Can be accurately detected. Similarly, a wafer mark is also formed in the Y direction orthogonal to the X direction, and the position in the Y direction is detected by this wafer mark. Further, a reticle mark composed of an amplitude type diffraction grating or the like is formed as an alignment mark on the reticle side, and the position of the reticle is detected by this reticle mark. Then, the alignment is performed by directly or indirectly setting the wafer mark and the reticle mark in a predetermined positional relationship.

【0005】次に、ウエハマークWMの形成工程の従来
例につき説明する。図9はウエハマークWMの詳細な構
成を示し、この図9に示すように、ウエハマークWMの
形成時には、先ずウエハ1の表面上にX方向にピッチP
で凹部1aが形成される。その後、その凹部1aを含む
ウエハ1の表面にアルミニウム等の金属膜2をスパッタ
リング又は蒸着等により堆積することにより、凹部1a
に対応してそれぞれX方向にピッチPで幅dの凹部2a
が形成される。図9ではその凹部2aの幅dは狭く表現
されているが、従来のウエハマークではその凹部2aの
幅dはピッチPの1/2程度である。このようにX方向
にピッチPで配列された凹部2aよりウエハマークWM
が形成されている。但し、隣り合う2個の凹部2aの中
間は凸部とも言えるので、ウエハマークWMは、X方向
にピッチPで配列された凸部より形成されているとも言
え、更に、ウエハマークWMは、凸部と凹部とを計測方
向に周期的に配列して形成されているとも言える。
Next, a conventional example of the process of forming the wafer mark WM will be described. FIG. 9 shows the detailed structure of the wafer mark WM. As shown in FIG. 9, when the wafer mark WM is formed, first, the pitch P in the X direction is formed on the surface of the wafer 1.
Thus, the concave portion 1a is formed. After that, a metal film 2 of aluminum or the like is deposited on the surface of the wafer 1 including the concave portion 1a by sputtering, vapor deposition, or the like to form the concave portion 1a.
Corresponding to the concave portions 2a having a pitch d in the X direction and a width d.
Is formed. In FIG. 9, the width d of the recess 2a is expressed narrowly, but in the conventional wafer mark, the width d of the recess 2a is about ½ of the pitch P. As described above, the wafer marks WM are formed from the concave portions 2a arranged at the pitch P in the X direction.
Are formed. However, since it can be said that the middle of the two adjacent concave portions 2a is a convex portion, it can be said that the wafer mark WM is formed of convex portions arranged at the pitch P in the X direction, and further, the wafer mark WM is convex. It can be said that the portions and the concave portions are formed by periodically arranging in the measurement direction.

【0006】また、従来はウエハマークWM上に照射さ
れるレーザービームLB1及びLB2の偏光状態は、共
に円偏光の状態に設定されていた。図10は、ウエハマ
ークWMへのレーザービームとウエハマークWMからの
レーザービームとを分離するための従来の光学系(アイ
ソレータ)を示し、この図10において、図示省略され
た合成プリズムから射出された2本のレーザービームL
B1,LB2が偏光ビームスプリッター51に入射す
る。偏光ビームスプリッター51に入射するレーザービ
ームLB1,LB2の偏光状態は、図10の紙面に平行
な方向の直線偏光、即ち偏光ビームスプリッター51の
接合面に対してP偏光の直線偏光である。従って、レー
ザービームLB1,LB2はそのまま偏光ビームスプリ
ッター51の接合面を通過する。
Further, conventionally, the polarization states of the laser beams LB1 and LB2 with which the wafer mark WM is irradiated are both set to the circular polarization state. FIG. 10 shows a conventional optical system (isolator) for separating the laser beam to the wafer mark WM and the laser beam from the wafer mark WM. In FIG. 10, the light is emitted from a synthetic prism (not shown). Two laser beams L
B1 and LB2 enter the polarization beam splitter 51. The polarization states of the laser beams LB1 and LB2 incident on the polarization beam splitter 51 are linearly polarized light in a direction parallel to the paper surface of FIG. 10, that is, P polarized light with respect to the joint surface of the polarizing beam splitter 51. Therefore, the laser beams LB1 and LB2 directly pass through the joint surface of the polarization beam splitter 51.

【0007】偏光ビームスプリッター51を通過したP
偏光のレーザビームLB1,LB2は、1/4波長板5
2を通過して円偏光となり、ミラー53で反射された
後、例えば投影光学系を介してウエハマークWM上に照
射される。この際に、ウエハマークWMから垂直上方に
回折される回折光(図8の回折光LB11,LB21)
は、逆回りの円偏光であり、この逆回りの円偏光の回折
光は投影光学系及びミラー53を経て1/4波長板52
に入射する。従って、このように戻された回折光は1/
4波長板52を通過することによりS偏光に変換され、
このS偏光の回折光は偏光ビームスプリッタ51の接合
面で全部反射されて受光素子54に入射していた。この
従来例では、偏光ビームスプリッター51と1/4波長
板52とを組み合わせることにより、光量損失が最小に
抑えられていた。
P passing through the polarization beam splitter 51
The polarized laser beams LB1 and LB2 are transmitted by the quarter wavelength plate 5
After passing through 2, the light becomes circularly polarized light, is reflected by the mirror 53, and is then irradiated onto the wafer mark WM via, for example, a projection optical system. At this time, diffracted lights diffracted vertically upward from the wafer mark WM (diffracted lights LB11 and LB21 in FIG. 8).
Is circularly polarized light in the reverse direction, and the diffracted light of the circularly polarized light in the reverse direction passes through the projection optical system and the mirror 53, and the quarter wavelength plate 52
Incident on. Therefore, the diffracted light returned in this way is 1 /
It is converted to S-polarized light by passing through the four-wave plate 52,
The S-polarized diffracted light was totally reflected by the joint surface of the polarization beam splitter 51 and was incident on the light receiving element 54. In this conventional example, the light amount loss was suppressed to the minimum by combining the polarization beam splitter 51 and the quarter-wave plate 52.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
においては、図9に示すように、ウエハマークの各凹部
2aの底部は計測方向(X方向)に対して一般に平行で
はなく、計測方向に対して非対称に形成されている。そ
のため、ウエハマークの凹部2aの底部から反射されて
来る光には所定の方向性があり、その反射光を検出して
ウエハマークの位置検出を行うと、ウエハマークの実際
の位置と計測された位置との間に誤差が生じるという不
都合があった。
In the prior art as described above, as shown in FIG. 9, the bottom of each recess 2a of the wafer mark is not generally parallel to the measurement direction (X direction), but the measurement direction is not parallel. Is formed asymmetrically with respect to. Therefore, the light reflected from the bottom of the recess 2a of the wafer mark has a predetermined directionality, and when the reflected light is detected to detect the position of the wafer mark, it is measured as the actual position of the wafer mark. There is an inconvenience that an error occurs between the position and the position.

【0009】このような位置検出結果の誤差を解消する
ため、本出願人は特開平4−284370号でウエハマ
ークが金属膜であるとして、それら凹部2aの計測方向
の幅をレーザービームの波長の3倍程度以下、特に波長
程度より小さくすることを提案した。ところで、従来例
ではウエハマークに照射されるレーザビームLB1,L
B2が円偏光状態であり、ウエハマークの計測方向に対
するレーザービームLB1,LB2の電気ベクトル(電
場ベクトル)には、計測方向に平行な方向の偏光成分及
び計測方向に垂直な方向の偏光成分が含まれている。こ
の場合、ウエハマークの計測方向、即ち凹部2aの周期
方向(X方向)に垂直な方向の偏光成分は凹部2aの底
部に達するまでに吸収及び減衰があるが、凹部2aの周
期方向に平行な偏光成分は減衰が無く、凹部2aの底部
まで達して反射される。従って、レーザービームLB
1,LB2が円偏光の状態でウエハマークに照射される
と、仮に凹部2aの計測方向の幅をレーザービームの波
長程度に設定しても、凹部2aの非対称性による計測誤
差が生じ得るという不都合があった。
In order to eliminate such an error in the position detection result, the applicant of the present application has disclosed that the wafer mark is a metal film in Japanese Patent Laid-Open No. 4-284370, and the width of the recesses 2a in the measuring direction is defined by the laser beam wavelength. It has been proposed to make it about 3 times or less, especially smaller than about the wavelength. By the way, in the conventional example, the laser beams LB1, L radiated on the wafer mark
B2 is in a circularly polarized state, and the electric vectors (electric field vectors) of the laser beams LB1 and LB2 with respect to the measurement direction of the wafer mark include a polarization component parallel to the measurement direction and a polarization component perpendicular to the measurement direction. Has been. In this case, the polarization component in the measurement direction of the wafer mark, that is, in the direction perpendicular to the periodic direction (X direction) of the concave portions 2a is absorbed and attenuated before reaching the bottom of the concave portions 2a, but is parallel to the periodic direction of the concave portions 2a. The polarized component has no attenuation and reaches the bottom of the recess 2a and is reflected. Therefore, the laser beam LB
When 1 and LB2 are irradiated on the wafer mark in a circularly polarized state, even if the width of the recess 2a in the measurement direction is set to about the wavelength of the laser beam, a measurement error due to the asymmetry of the recess 2a may occur. was there.

【0010】本発明は斯かる点に鑑み、位置合わせ方向
に周期的に配列された凹部よりなるアライメントマーク
に位置検出用の光を照射して、そのアライメントマーク
から発生する光を用いて位置検出を行うアライメント装
置において、その凹部の底部の非対称性の影響を小さく
することを目的とする。
In view of the above point, the present invention irradiates a position detecting light to an alignment mark composed of concave portions periodically arranged in the alignment direction, and detects the position by using the light generated from the alignment mark. It is an object of the present invention to reduce the influence of the asymmetry of the bottom of the recess in the alignment apparatus for performing the above.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明によるアライメン
ト装置は、例えば図1及び図2に示す如く、被検物
(1)上に位置合わせ方向に周期的に配列された凹部
(2a)よりなるアライメントマーク(WM)と、アラ
イメントマーク(WM)に位置検出用の光を照射する照
射光学系(12)と、その位置検出用の光の照射により
アライメントマーク(WM)から発生する光を受光する
受光光学系(12)とを有し、アライメントマーク(W
M)から発生する光を用いて被検物(1)の位置を検出
するアライメント装置において、その位置検出用の光の
アライメントマーク(WM)上での偏光状態を、アライ
メントマーク(WM)の周期方向によって定まる方向の
直線偏光にしたものである。
An alignment apparatus according to the present invention comprises, for example, as shown in FIGS. 1 and 2, concave portions (2a) which are periodically arranged in the alignment direction on an object (1) to be inspected. An alignment mark (WM), an irradiation optical system (12) that irradiates the alignment mark (WM) with light for position detection, and receives light generated from the alignment mark (WM) by the irradiation of the light for position detection. It has a light receiving optical system (12) and has an alignment mark (W
In the alignment apparatus that detects the position of the object (1) using the light generated from M), the polarization state of the light for position detection on the alignment mark (WM) is determined by the period of the alignment mark (WM). It is a linearly polarized light whose direction is determined by the direction.

【0012】この場合、アライメントマーク(WM)が
金属より形成されているときに、その位置検出用の光の
アライメントマーク(WM)上での電気ベクトル(電場
ベクトル)の方向を、アライメントマーク(WM)の周
期方向に垂直にすることが望ましい。但し、そのアライ
メントマーク(WM)が金属より形成されているとき
に、その位置検出用の光のアライメントマーク(WM)
上での電気ベクトルの方向を、アライメントマーク(W
M)の周期方向にしても良い場合がある。また、そのア
ライメントマーク(WM)の凹部(2a)の周期方向の
幅をその位置検出用の光の波長の3倍程度以下にするこ
とが望ましい。また、その位置検出用の光のアライメン
トマーク(WM)上での直線偏光の方向を、アライメン
トマーク(WM)の周期方向によって定まる方向に設定
するための偏光状態可変手段を設けることが望ましい。
In this case, when the alignment mark (WM) is formed of metal, the direction of the electric vector (electric field vector) on the alignment mark (WM) of the light for position detection is changed to the alignment mark (WM). ) It is desirable to make it perpendicular to the cycle direction. However, when the alignment mark (WM) is made of metal, the alignment mark (WM) of the light for position detection
The direction of the electric vector above is aligned with the alignment mark (W
In some cases, the direction M) may be used. Further, it is desirable that the width of the concave portion (2a) of the alignment mark (WM) in the periodic direction is set to about 3 times the wavelength of the light for position detection or less. Further, it is desirable to provide polarization state changing means for setting the direction of the linearly polarized light of the light for position detection on the alignment mark (WM) to the direction determined by the periodic direction of the alignment mark (WM).

【0013】[0013]

【作用】斯かる本発明によれば、アライメントマーク
(WM)に照射される位置検出用の光は直線偏光であ
る。その直線偏光の方向を、アライメントマーク(W
M)の周期方向に応じて定まる方向に設定することによ
り、凹部(2a)の底部の非対称性の影響が少なくな
り、位置検出誤差が小さくなる。
According to the present invention, the position detecting light applied to the alignment mark (WM) is linearly polarized light. The alignment mark (W
By setting the direction to be determined according to the periodic direction of M), the influence of the asymmetry of the bottom of the recess (2a) is reduced, and the position detection error is reduced.

【0014】また、アライメントマーク(WM)が金属
より形成されているときに、その位置検出用の光のアラ
イメントマーク(WM)上での電気ベクトルの方向を、
アライメントマーク(WM)の周期方向に垂直にした場
合には、以下の作用を奏する。即ち、位置検出用の光の
電気ベクトルの方向が凹部(2a)の内面に平行(周期
方向に垂直)になっていると、電気ベクトルの振動に応
じて凹部(2a)の内面の電子も振動するため、位置検
出用の光は凹部(2a)の中を伝播する際に指数関数的
に減衰する。従って、たとえ凹部(2a)の底部が非対
称であったとしても、その非対称性の影響が非常に小さ
くなり、位置検出の誤差も非常に小さくなる。
When the alignment mark (WM) is made of metal, the direction of the electric vector of the position detecting light on the alignment mark (WM) is
When the alignment mark (WM) is perpendicular to the periodic direction, the following action is obtained. That is, when the direction of the electric vector of the light for position detection is parallel to the inner surface of the recess (2a) (perpendicular to the period direction), the electrons on the inner surface of the recess (2a) also vibrate in response to the vibration of the electric vector. Therefore, the light for position detection is exponentially attenuated when propagating in the recess (2a). Therefore, even if the bottom of the recess (2a) is asymmetric, the influence of the asymmetry becomes very small, and the error in position detection becomes very small.

【0015】これに対して、位置検出用の光の電気ベク
トルの方向が凹部(2a)の内面に垂直(周期方向に平
行)になっていると、電気ベクトルが振動しても凹部
(2a)の内面の電子は振動せず、位置検出用の光は凹
部(2a)の中を伝播する際でも減衰することがなく凹
部(2a)の底部に達する。従って、凹部(2a)の底
部の非対称性の影響を受けてしまう。ところが、アライ
メントマークの凹部の幅が波長の3倍程度以下、特に波
長よりも狭くなった場合、アライメントマークの凹部
(2a)の底部は対称に形成されるようになる(形成さ
れていると見なせることがある)。このとき、周期方向
に平行な偏光状態の光は減衰がないので、その回折光の
強度は、周期方向に垂直な偏光の光よりも大きくなって
検出精度が向上する。また、アライメントマークによっ
ては周期方向と偏光方向とを一致させた方が、凹部(2
a)の溝に沿った方向と偏光方向とを一致させる場合に
比べて、S/N比の点で有利になることもある。
On the other hand, if the direction of the electric vector of the light for position detection is perpendicular to the inner surface of the concave portion (2a) (parallel to the period direction), the concave portion (2a) will be generated even if the electric vector vibrates. The electrons on the inner surface of No. 2 do not vibrate, and the light for position detection reaches the bottom of the recess (2a) without being attenuated even when propagating through the recess (2a). Therefore, it is affected by the asymmetry of the bottom of the recess (2a). However, when the width of the concave portion of the alignment mark is about three times the wavelength or less, particularly narrower than the wavelength, the bottom portion of the concave portion (2a) of the alignment mark comes to be formed symmetrically (it can be regarded as being formed). Sometimes). At this time, since the light in the polarization state parallel to the periodic direction is not attenuated, the intensity of the diffracted light is larger than that of the polarized light perpendicular to the periodic direction, and the detection accuracy is improved. In addition, depending on the alignment mark, it may be possible to make the concave portion (2
It may be advantageous in terms of S / N ratio as compared with the case where the direction along the groove in (a) and the polarization direction are matched.

【0016】なお、凹部(2a)の幅が波長の3倍程度
以下、特に波長以下になると、回折光の強度が低下する
という問題がある。凹部幅が波長以下になると、底部が
対称に形成される(形成されると見なせることがある)
ため、入射光の偏光方向には左右されなくなる。この場
合アライメントマーク(WM)の周期方向に垂直にする
よりも平行に入射させた方が光量が得られ易くなり、S
/N比が向上する。また、凹部(2a)の幅を波長の3
倍程度以下とすると、より精度が向上する。また、その
位置検出用の光のアライメントマーク(WM)上での直
線偏光の方向を、アライメントマーク(WM)の周期方
向及びアライメントマーク(WM)の材質によって定ま
る方向に設定するための偏光状態可変手段を設けた場合
には、アライメントマーク(WM)の周期方向及び材質
が変化したときでも、アライメントマーク(WM)の凹
部(2a)の底部に達する位置検出用の光の量を少なく
することができる。
There is a problem that the intensity of the diffracted light is reduced when the width of the concave portion (2a) is about 3 times the wavelength or less, particularly the wavelength or less. When the width of the recess is less than the wavelength, the bottom is formed symmetrically (may be considered to be formed).
Therefore, it is not affected by the polarization direction of the incident light. In this case, it is easier to obtain the amount of light when the light is made incident in parallel to the alignment mark (WM) than when it is made perpendicular to the periodic direction.
The / N ratio is improved. In addition, the width of the recess (2a) is set to 3
If it is about double or less, the accuracy is further improved. In addition, the polarization state variable for setting the direction of the linearly polarized light of the position detecting light on the alignment mark (WM) to the direction determined by the periodic direction of the alignment mark (WM) and the material of the alignment mark (WM). When the means is provided, it is possible to reduce the amount of light for position detection reaching the bottom of the concave portion (2a) of the alignment mark (WM) even when the period direction and material of the alignment mark (WM) change. it can.

【0017】[0017]

【実施例】以下、本発明によるアライメント装置の第1
実施例につき図1〜図4を参照して説明する。図2は本
例のアライメント装置を備えた投影露光装置の要部を示
し、この図2において、レチクルRをレクチルホルダー
3上に保持し、レクチルRに形成された回路パターンを
図示省略された照明光学系からの露光光ILで照明す
る。その回路パターンが投影光学系4によって例えば5
分の1に縮小されて、レジスト等の感光材が塗布された
ウエハ1上に転写される。ウエハ1の各ショット領域の
近傍にはそれぞれ計測方向に所定ピッチでアライメント
マークとしてのウエハマークWMが形成されている。
EXAMPLE A first example of an alignment apparatus according to the present invention will be described below.
An embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2 shows a main part of a projection exposure apparatus provided with the alignment apparatus of this example. In FIG. 2, the reticle R is held on the reticle holder 3 and the circuit pattern formed on the reticle R is omitted from the illumination. Illuminate with exposure light IL from the optical system. The circuit pattern is, for example, 5 by the projection optical system 4.
It is reduced by a factor of 1 and transferred onto the wafer 1 coated with a photosensitive material such as resist. Wafer marks WM as alignment marks are formed in the vicinity of each shot area of the wafer 1 at a predetermined pitch in the measurement direction.

【0018】図1はウエハ1の各ショット領域の近傍に
形成されたウエハマークWMを示し、この図1におい
て、ウエハの基板(例えばシリコン基板)上に金属膜2
が堆積され、金属膜2上にX方向にピッチPでそれぞれ
幅dの凹部2aが形成されている。従って、このウエハ
マークWMの周期方向はX方向であり、このX方向が計
測方向(位置合わせ方向)でもある。また、本例では凹
部2aのX方向の幅dは、位置検出用の光の波長λの3
倍程度以下、特に波長λより小さく設定されている。こ
れにより、凹部2a内で位置検出用の光が減衰し易くな
っている。
FIG. 1 shows a wafer mark WM formed in the vicinity of each shot area of the wafer 1. In FIG. 1, a metal film 2 is formed on a substrate (for example, a silicon substrate) of the wafer.
Are deposited, and recesses 2a having a width d are formed on the metal film 2 at a pitch P in the X direction. Therefore, the cycle direction of the wafer mark WM is the X direction, and this X direction is also the measurement direction (positioning direction). Further, in this example, the width d of the concave portion 2a in the X direction is 3 of the wavelength λ of the light for position detection.
It is set to about twice or less, particularly smaller than the wavelength λ. Thereby, the light for position detection is easily attenuated in the recess 2a.

【0019】図2に戻り、ウエハ1をウエハホルダー5
を介してウエハステージ6上に載置する。ウエハステー
ジ6は投影光学系4の光軸に垂直な2次元平面内でウエ
ハ1を位置決めするXYステージ及びその光軸方向にウ
エハ1を位置決めするZステージ等より構成されてい
る。ウエハステージ6上には移動鏡7を設置し、レーザ
ー干渉計8のレーザービームを移動鏡7で反射すること
により、ウエハステージ6中のXYステージの座標を常
時計測する。また、駆動装置9を介してウエハステージ
6を動作させることにより、例えばステップ・アンド・
リピート方式でウエハ1の各ショット領域の位置決めを
行う。
Returning to FIG. 2, the wafer 1 is placed on the wafer holder 5
It is mounted on the wafer stage 6 via the. The wafer stage 6 is composed of an XY stage for positioning the wafer 1 in a two-dimensional plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system 4, a Z stage for positioning the wafer 1 in the optical axis direction, and the like. A movable mirror 7 is installed on the wafer stage 6, and the laser beam of the laser interferometer 8 is reflected by the movable mirror 7 to constantly measure the coordinates of the XY stage in the wafer stage 6. Further, by operating the wafer stage 6 via the driving device 9, for example, step and
Positioning of each shot area of the wafer 1 is performed by the repeat method.

【0020】ウエハ1上の各ショット領域に既に形成さ
れているパターンとレクチルRのパターンとは、通常は
パターンの幅寸法の5分の1程度以下の精度で位置合わ
せする必要がある。この位置合わせを行うために、ウエ
ハステージ6上のウエハ1の近傍に基準マーク10を取
り付け、レクチルRの上部側方に露光光ILと同じ波長
の照明光の光源を備えたアライメント顕微鏡11を配置
する。また、投影光学系4の側方にアライメント光学系
12を配置し、ウエハ1上のウエハマークWMの位置を
アライメント光学系12によって検出する(詳細は特開
平2−272305号公報等に開示されている)。
The pattern already formed in each shot area on the wafer 1 and the pattern of the reticle R usually need to be aligned with an accuracy of about 1/5 or less of the width dimension of the pattern. In order to perform this alignment, a reference mark 10 is attached near the wafer 1 on the wafer stage 6, and an alignment microscope 11 provided with a light source of illumination light having the same wavelength as the exposure light IL is arranged on the upper side of the reticle R. To do. Further, an alignment optical system 12 is arranged on the side of the projection optical system 4, and the position of the wafer mark WM on the wafer 1 is detected by the alignment optical system 12 (details are disclosed in JP-A-2-272305, etc.). Exist).

【0021】アライメント光学系12からは2本のレー
ザービームLB1及びLB2が射出され、これらレーザ
ービームは折り返しミラー13及び投影光学系4を経て
ウエハ1上に照射される。この場合、ウエハマークWM
からウエハ1に対してほぼ垂直上方に回折光LB0が発
生するように、2本のレーザービームの入射角及びウエ
ハマークWMのピッチPを設定する。その回折光LB0
はレーザービームLB1の+1次回折光とレーザービー
ムLB2の−1次回折光とが混合された光であり、その
回折光LB0は投影光学系4及び折り返しミラー13を
経てアライメント光学系12に入射する。
Two laser beams LB1 and LB2 are emitted from the alignment optical system 12, and these laser beams are irradiated onto the wafer 1 through the folding mirror 13 and the projection optical system 4. In this case, the wafer mark WM
The incident angles of the two laser beams and the pitch P of the wafer marks WM are set so that the diffracted light LB0 is generated substantially vertically above the wafer 1. The diffracted light LB0
Is a light in which the + 1st order diffracted light of the laser beam LB1 and the −1st order diffracted light of the laser beam LB2 are mixed, and the diffracted light LB0 enters the alignment optical system 12 via the projection optical system 4 and the folding mirror 13.

【0022】この場合、ウエハ1上に照射されるそれら
2本のレーザービームLB1,LB2の位置とレクチル
Rとの相対位置は、ウエハステージ6上に設けられた基
準マーク10をアライメント顕微鏡11を用いてレクチ
ルR越しに観察し、且つその同じ基準マーク10をアラ
イメント光学系12で検出することにより知ることがで
きる。
In this case, the relative position between these two laser beams LB1 and LB2 irradiated on the wafer 1 and the reticle R is determined by using the alignment microscope 11 with the reference mark 10 provided on the wafer stage 6. It can be known by observing through the reticle R and detecting the same reference mark 10 by the alignment optical system 12.

【0023】図3は、図2中のアライメント光学系12
の構成を示し、この図3において、レーザー光源14か
ら射出されたレーザービームLBは、2分割プリズム1
5によって2本のレーザービームLB1及びLB2に分
割される。一方のレーザービームLB1は、第1の音響
光学変調素子(AOM)16及び直角プリズム17を経
て合成プリズム20に入射し、他方のレーザービームL
B2は直角プリズム18及び第2の音響光学変調素子
(AOM)19を経て合成プリズム20に入射する。音
響光学変調素子16及び19はそれぞれ異なる周波数f
1 及びf2 で駆動され、音響光学変調素子16及び19
によって回折された光の内の+1次回折光はそれぞれの
駆動周波数f1 及びf2 の分だけ周波数が高くなる。こ
れら周波数の異なる2本の+1次回折光(これらをもレ
ーザービームLB1及びLB2と呼ぶ)が合成プリズム
20に入射する。
FIG. 3 shows the alignment optical system 12 shown in FIG.
In FIG. 3, the laser beam LB emitted from the laser light source 14 is the two-division prism 1
The laser beam is divided into two laser beams LB1 and LB2. One laser beam LB1 is incident on the combining prism 20 via the first acousto-optic modulator (AOM) 16 and the rectangular prism 17, and the other laser beam L
B2 enters the combining prism 20 through the right-angle prism 18 and the second acousto-optic modulator (AOM) 19. The acousto-optic modulators 16 and 19 have different frequencies f
Acousto-optic modulators 16 and 19 driven by 1 and f 2.
Of the light diffracted by, the + 1st order diffracted light becomes higher in frequency by the driving frequencies f 1 and f 2 . Two + 1st order diffracted lights having different frequencies (also called laser beams LB1 and LB2) enter the combining prism 20.

【0024】合成プリズム20を透過したレーザービー
ムLB1及び合成プリズム20で反射されたレーザービ
ームLB2は、対物レンズ21により参照格子22上に
集束され、この参照格子22を透過した光の内で参照格
子22に対してほぼ垂直下方に回折される2つの回折光
が受光素子23で混合されて検出される。一方、合成プ
リズム20で反射されたレーザービームLB1及び合成
プリズム20を透過したレーザービームLB2は、偏光
ビームスプリッター24を透過した後に対物レンズ25
により集束されて図2の折り返しミラー13に入射す
る。この際、偏光ビームスプリッター24に入射するレ
ーザービームLB1,LB2は直線偏光であり、その偏
光方向(電気ベクトルの方向)は偏光ビームスプリッタ
ー24に関してP偏光(偏光ビームスプリッター24の
接合面に対する入射面に平行な方向)に設定されてい
る。
The laser beam LB1 transmitted through the synthesizing prism 20 and the laser beam LB2 reflected by the synthesizing prism 20 are focused on the reference grating 22 by the objective lens 21, and the reference grating in the light transmitted through the reference grating 22 is used. Two diffracted lights that are diffracted substantially vertically downward with respect to 22 are mixed and detected by the light receiving element 23. On the other hand, the laser beam LB1 reflected by the synthesizing prism 20 and the laser beam LB2 transmitted by the synthesizing prism 20 pass through the polarization beam splitter 24 and then the objective lens 25.
Are focused by and are incident on the folding mirror 13 shown in FIG. At this time, the laser beams LB1 and LB2 incident on the polarization beam splitter 24 are linearly polarized light, and the polarization direction (direction of the electric vector) is P polarization with respect to the polarization beam splitter 24 (the incident surface with respect to the joint surface of the polarization beam splitter 24). Parallel direction) is set.

【0025】また、図3では図示省略しているが、図3
の偏光ビームスプリッター24と対物レンズ25との間
に、図4に示すように、偏光方向を45°回転させるフ
ァラデーローテータ28及び所定の回転角に調整した1
/2波長板29を配置する。図4において、偏光ビーム
スプリッター24を通過したP偏光のレーザビームLB
1,LB2はファラデーローテータ28に入射する。フ
ァラデーローテータ28から射出されるレーザービーム
LB1,LB2は、入射時の偏光方向から45°回転し
た方向に偏光した直線偏光である。それらレーザービー
ムLB1,LB2が更に1/2波長板29を通過するこ
とにより、それらレーザービームLB1,LB2の偏光
方向が更に+45°又は−45°回転する。
Although not shown in FIG. 3, FIG.
As shown in FIG. 4, a Faraday rotator 28 for rotating the polarization direction between the polarization beam splitter 24 of FIG.
The half wave plate 29 is arranged. In FIG. 4, the P-polarized laser beam LB that has passed through the polarization beam splitter 24.
1, 1 and LB2 enter the Faraday rotator 28. The laser beams LB1 and LB2 emitted from the Faraday rotator 28 are linearly polarized light polarized in a direction rotated by 45 ° from the polarization direction at the time of incidence. When the laser beams LB1 and LB2 further pass through the half-wave plate 29, the polarization directions of the laser beams LB1 and LB2 are further rotated by + 45 ° or −45 °.

【0026】このように偏光状態が設定されたレーザー
ビームが対物レンズ25、折り曲げミラー13及び投影
光学系4を経て図1のウエハマークWM上に照射され
る。本例では、1/2波長板29の回転角を調整するこ
とにより、図1のウエハマークWM上に照射されるレー
ザービームLB1,LB2の偏光方向は、凹部2aの周
期方向に垂直なY方向、周期方向であるX方向に設定で
きる。
The laser beam whose polarization state is set in this way is irradiated onto the wafer mark WM of FIG. 1 through the objective lens 25, the bending mirror 13 and the projection optical system 4. In this example, by adjusting the rotation angle of the half-wave plate 29, the polarization directions of the laser beams LB1 and LB2 irradiated on the wafer mark WM in FIG. 1 are the Y direction perpendicular to the periodic direction of the concave portions 2a. , Can be set in the X direction, which is the periodic direction.

【0027】そのウエハマークWMからほぼ垂直上方に
回折される回折光LB0は、直線偏光を保ったまま投影
光学系4、折り曲げミラー13及び対物レンズ25を経
て図4の1/2波長板29に入射する。1/2波長板2
9を透過した回折光LB0は、元のように偏光方向が4
5°回転した直線偏光ビームとなってファラデーローテ
ータ28に入射する。ファラデーローテータ28を透過
した回折光LB0の偏光方向は更に45°回転してお
り、偏光ビームスプリッター24に戻って来るまでに偏
光方向が90°回転したことになる。従って、回折光L
B0は、S偏光のレーザービームとして偏光ビームスプ
リッター24に入射し、偏光ビームスプリッター24の
接合面で全て反射される。偏光ビームスプリッター24
で反射された回折光LB0は受光素子26に入射する。
The diffracted light LB0 diffracted substantially vertically upward from the wafer mark WM passes through the projection optical system 4, the bending mirror 13 and the objective lens 25 while maintaining the linearly polarized light, and then reaches the ½ wavelength plate 29 of FIG. Incident. 1/2 wave plate 2
The diffracted light LB0 transmitted through 9 has a polarization direction of 4
It becomes a linearly polarized beam rotated by 5 ° and enters the Faraday rotator 28. The polarization direction of the diffracted light LB0 transmitted through the Faraday rotator 28 is further rotated by 45 °, which means that the polarization direction is rotated by 90 ° before returning to the polarization beam splitter 24. Therefore, the diffracted light L
B0 is incident on the polarization beam splitter 24 as an S-polarized laser beam and is all reflected by the joint surface of the polarization beam splitter 24. Polarizing beam splitter 24
The diffracted light LB0 reflected by is incident on the light receiving element 26.

【0028】図3に戻り、受光素子23からの参照信号
及び受光素子26からのアライメント信号をそれぞれア
ライメント処理ユニット27に供給する。受光素子26
により回折光LB0を光電変換して得られたアライメン
ト信号は、音響光学変調素子16及び19のそれぞれの
駆動周波数f1 及びf2 の差の周波数Δfを周波数とす
る正弦波であり、同様に受光素子23から出力される参
照信号も周波数がΔfの正弦波である。この参照信号と
アライメント信号との位相差を検出することにより、ウ
エハ1の位置ずれを知ることができる。アライメント処
理ユニット27によって検出されたウエハの位置ずれ量
は装置全体の動作を制御するメインコンピュータへ送ら
れる。
Returning to FIG. 3, the reference signal from the light receiving element 23 and the alignment signal from the light receiving element 26 are supplied to the alignment processing unit 27, respectively. Light receiving element 26
The alignment signal obtained by photoelectrically converting the diffracted light LB0 by means of is a sine wave whose frequency is the frequency Δf of the difference between the driving frequencies f 1 and f 2 of the acousto-optic modulators 16 and 19, respectively. The reference signal output from the element 23 is also a sine wave having a frequency of Δf. By detecting the phase difference between the reference signal and the alignment signal, the positional deviation of the wafer 1 can be known. The amount of wafer positional deviation detected by the alignment processing unit 27 is sent to a main computer that controls the operation of the entire apparatus.

【0029】次に、図1を参照して本例の動作につき説
明する。図1は本例のウエハマークWMを示し、この図
1において、ウエハマークWM上に照射されるレーザー
ビームは、従来は円形の矢印P3で示すように円偏光で
照射されていた。それに対して本例のレーザービームの
偏光状態は、矢印P1で示すようにウエハマークWMの
凹部2aの周期方向(X方向)に平行な直線偏光、又は
矢印P2で示すように凹部2aの周期方向に垂直な直線
偏光となっている。
Next, the operation of this example will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a wafer mark WM of this example. In FIG. 1, the laser beam irradiated onto the wafer mark WM is conventionally irradiated with circularly polarized light as shown by a circular arrow P3. On the other hand, the polarization state of the laser beam in this example is linearly polarized light parallel to the periodic direction (X direction) of the concave portions 2a of the wafer mark WM as shown by an arrow P1, or the periodic direction of the concave portions 2a as shown by an arrow P2. It is a linearly polarized light perpendicular to.

【0030】そして、本例のようにウエハマークWMが
金属膜2上にX方向に周期的に形成された凹部2aから
なる場合には、そのウエハマークWMに照射される直線
偏光のレーザービームの偏光方向(電気ベクトルの方
向)を、矢印P2で示すようにX方向に垂直なY方向に
設定する。これにより、凹部2a内をレーザービームが
通過する際に、電気ベクトルがY方向に振動するのに応
じて、凹部2aの側面の電子もY方向に振動するため、
レーザービームは指数関数的に急激に減衰する。そのた
め、レーザービームは凹部2aの底部に達する前にほと
んど減衰し、その底部からの反射光はほとんど存在する
ことがなく、凹部2aの底部がX方向に非対称になって
いる場合でも、ウエハマークWMの位置検出結果の誤差
は極めて小さくなる。
When the wafer mark WM is composed of the concave portions 2a which are periodically formed in the X direction on the metal film 2 as in the present example, the linearly polarized laser beam irradiated to the wafer mark WM. The polarization direction (direction of electric vector) is set to the Y direction perpendicular to the X direction as indicated by arrow P2. As a result, when the laser beam passes through the recess 2a, the electrons on the side surface of the recess 2a also vibrate in the Y direction as the electric vector vibrates in the Y direction.
The laser beam decays exponentially and sharply. Therefore, the laser beam is almost attenuated before reaching the bottom of the recess 2a, and the reflected light from the bottom is almost nonexistent. Even when the bottom of the recess 2a is asymmetric in the X direction, the wafer mark WM The error in the position detection result is extremely small.

【0031】また、そのウエハマークWMが凹部2aを
Y方向に所定ピッチで形成したものである場合には、そ
のウエハマークWMに照射されるレーザービームの偏光
方向はY方向に垂直なX方向に設定する。これにより、
Y方向の位置検出結果の誤差も小さくなる。但し、ウエ
ハマークWMが非導電性の物体(絶縁体等)上にX方向
に周期的に凹部を形成したものである場合には、必ずし
もそのレーザービームの偏光方向をX方向に垂直なY方
向に設定する必要はない。
When the wafer mark WM is formed by forming the concave portions 2a in the Y direction at a predetermined pitch, the polarization direction of the laser beam with which the wafer mark WM is irradiated is in the X direction perpendicular to the Y direction. Set. This allows
The error in the position detection result in the Y direction is also small. However, when the wafer mark WM is one in which concave portions are periodically formed in the X direction on a non-conductive object (insulator or the like), the polarization direction of the laser beam is not necessarily the Y direction perpendicular to the X direction. Need not be set to.

【0032】次に、本実施例においてウエハマークWM
に入射するレーザービームの偏光方向を種々に切り換え
る手法について説明する。この場合、図4に示すよう
に、ファラデーローテータ28によって45°回転した
直線偏光ビームが得られるというのは上述の通りであ
る。そして、45°回転した直線偏光ビームをウエハマ
ークWMの凹部2aの周期方向に対して垂直、又は平行
な方向等に偏光させて入射させるためには、第1の手法
として、1/2波長板29を回転させればよい。1/2
波長板29の回転角を調整することにより、所望の方向
に直線偏光したレーザービームをウエハマークWM上に
照射することができる。
Next, in the present embodiment, the wafer mark WM
A method of changing the polarization direction of the laser beam incident on the laser beam will be described. In this case, as described above, as shown in FIG. 4, the Faraday rotator 28 can obtain a linearly polarized beam rotated by 45 °. Then, in order to make the linearly polarized beam rotated by 45 ° polarized in a direction perpendicular to, or parallel to, the periodic direction of the concave portions 2a of the wafer mark WM and to be incident, a ½ wavelength plate is used as a first method. 29 may be rotated. 1/2
By adjusting the rotation angle of the wave plate 29, it is possible to irradiate the wafer mark WM with a laser beam linearly polarized in a desired direction.

【0033】また、ウエハマークWMに照射されるレー
ザービームの直線偏光の方向を所望の方向に設定するた
めの第2の手法は、図4の1/2波長板29の代わりに
ポッケルス素子を用いることである。ポッケルス素子
は、印加される電圧の大きさによって、射出されるレー
ザービームの直線偏光の角度を変えることができる素子
である。従って、45°回転した直線偏光の入射光に対
して、ポッケルス素子に例えば±45°回転するような
電圧を付加してやることにより、それぞれウエハマーク
WMの凹部2aの周期方向に対して垂直又は平行な方向
に偏光した直線偏光ビームを得ることができる。
A second method for setting the direction of linearly polarized light of the laser beam with which the wafer mark WM is irradiated is to use a Pockels element instead of the half-wave plate 29 of FIG. That is. The Pockels element is an element that can change the angle of linearly polarized light of the emitted laser beam depending on the magnitude of the applied voltage. Therefore, by applying a voltage such as ± 45 ° rotation to the Pockels element with respect to the incident light of linearly polarized light rotated by 45 °, the incident light is perpendicular or parallel to the periodic direction of the concave portions 2a of the wafer mark WM. A linearly polarized beam polarized in the direction can be obtained.

【0034】次に、本実施例のアライメント光学系12
において、図3のレーザー光源14としてレーザーダイ
オードを用いた場合につき図5を参照して説明する。図
5はレーザーダイオード30を示し、この図5におい
て、レーザーダイオード30から出力されるレーザービ
ームは、レーザーダイオード30の電場方向の拡がりが
接合面に沿った方向の拡がりより大きくなる。従って、
レーザーダイオード30から射出されるレーザービーム
の断面形状は楕円状となり、しかもそのレーザービーム
はその楕円状の断面の幅が短い方向に直線偏光してい
る。
Next, the alignment optical system 12 of the present embodiment.
A case where a laser diode is used as the laser light source 14 of FIG. 3 will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows a laser diode 30, in which the laser beam output from the laser diode 30 has a greater spread in the direction of the electric field of the laser diode 30 than in the direction along the joint surface. Therefore,
The cross-sectional shape of the laser beam emitted from the laser diode 30 is elliptical, and the laser beam is linearly polarized in the direction in which the width of the elliptical cross section is short.

【0035】一般に、図1のウエハマークWM上に照射
されるレーザービームの断面形状は平行四辺形であり、
この断面形状はウエハと共役な位置に置かれた視野スリ
ットによって形成されている。そこで、レーザーダイオ
ード30を光源とした場合、そのレーザーダイオード3
0から射出されるレーザービームの楕円状の断面の長手
方向が、その視野スリットの長手方向と合致する様に調
整することにより、光量の損失が少なくなる。また、図
1のウエハマークWM上に照射されるレーザービーム
は、断面の幅が狭い方向が一般に凹部2aの周期方向に
垂直なY方向に設定されるため、図5のレーザーダイオ
ード30を用いた場合には、ウエハマークWMの凹部2
aの周期方向に垂直なY方向に偏光した直線偏光ビーム
を得やすいという利点がある。
Generally, the cross-sectional shape of the laser beam with which the wafer mark WM of FIG. 1 is irradiated is a parallelogram,
This sectional shape is formed by a field slit placed at a position conjugate with the wafer. Therefore, when the laser diode 30 is used as the light source, the laser diode 3
By adjusting the longitudinal direction of the elliptical cross section of the laser beam emitted from 0 to match the longitudinal direction of the field slit, the loss of the light quantity is reduced. Further, the laser beam irradiated onto the wafer mark WM in FIG. 1 is set such that the width of the cross section is narrow in the Y direction which is generally perpendicular to the periodic direction of the recesses 2a, so the laser diode 30 in FIG. 5 is used. In this case, the concave portion 2 of the wafer mark WM
There is an advantage that it is easy to obtain a linearly polarized beam polarized in the Y direction perpendicular to the periodic direction of a.

【0036】次に、本発明の第2実施例につき図6及び
図7を参照して説明する。図6は本実施例でウエハ上に
形成されるウエハマークWMを示し、この図6に示すよ
うに、ウエハ上に金属膜2が堆積され、この金属膜2上
にX方向にピッチP1で配列された凹部2a及びY方向
にピッチP2(通常はピッチP1に等しい)で配列され
た凹部2bが形成されている。凹部2aのX方向の幅は
d1、凹部2bのY方向の幅はd2であり、幅d1及び
d2はそれぞれ位置検出用のレーザービームの波長の3
倍程度より狭く設定されている。これらの凹部2a及び
2bよりなる2次元的な回折格子よりウエハマークWM
が構成されている。本例ではこのウエハマークWMに対
して、X方向の位置計測用の2本のレーザービームとY
方向の位置計測用の2本のレーザービームとを混合して
照射することにより、ウエハマークWMのX方向及びY
方向の位置検出を同時に行う。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7. FIG. 6 shows a wafer mark WM formed on a wafer in the present embodiment. As shown in FIG. 6, a metal film 2 is deposited on the wafer and arranged on the metal film 2 at a pitch P1 in the X direction. The recesses 2a are formed, and the recesses 2b are arranged at a pitch P2 (normally equal to the pitch P1) in the Y direction. The width of the recess 2a in the X direction is d1, the width of the recess 2b in the Y direction is d2, and the widths d1 and d2 are each 3 times the wavelength of the laser beam for position detection.
It is set narrower than about twice. From the two-dimensional diffraction grating composed of these recesses 2a and 2b, the wafer mark WM
Is configured. In this example, with respect to the wafer mark WM, two laser beams for position measurement in the X direction and Y laser beam are used.
By mixing and irradiating with two laser beams for position measurement in the direction, the X direction and the Y direction of the wafer mark WM can be obtained.
Directional position detection is performed simultaneously.

【0037】図7は、本例のアライメント光学系の要部
を示し、この図7において、図示省略された光学系(例
えば図3の合成プリズム20)から射出された2本の平
行なレーザービームLB1,LB2が、接合面が図7の
紙面に垂直な偏光ビームスプリッター31に入射する。
レーザービームLB1,LB2は図7の紙面に垂直な方
向から45°傾斜した方向に直線偏光しており、それら
レーザービームの内のS偏光成分(図7の紙面に垂直な
偏光成分)が偏光ビームスプリッター31の接合面で反
射され、X方向の位置計測用のレーザービームLB1
X,LB2Xとして取り出される。一方、それらレーザ
ービームの内のP偏光成分(図7の紙面に平行な偏光成
分)が偏光ビームスプリッター31の接合面を透過し
て、Y方向の位置計測用のレーザービームLB1Y,L
B2Yとして取り出される。
FIG. 7 shows a main part of the alignment optical system of this example. In FIG. 7, two parallel laser beams emitted from an optical system (not shown) (for example, the combining prism 20 of FIG. 3) are emitted. LB1 and LB2 are incident on the polarization beam splitter 31 whose joint surface is perpendicular to the paper surface of FIG.
The laser beams LB1 and LB2 are linearly polarized in a direction inclined by 45 ° from the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 7, and the S-polarized component (polarization component perpendicular to the paper surface of FIG. 7) of these laser beams is a polarized beam. A laser beam LB1 for position measurement in the X direction, which is reflected by the joint surface of the splitter 31
It is taken out as X, LB2X. On the other hand, the P-polarized component (polarized component parallel to the paper surface of FIG. 7) of these laser beams passes through the joint surface of the polarization beam splitter 31, and the laser beams LB1Y, L for position measurement in the Y direction are obtained.
It is taken out as B2Y.

【0038】Y方向の位置計測用のレーザビームLB1
Y,LB2Yは、ミラー39a及び1/4波長板33b
を経て円偏光の状態で偏光ビームスプリッター34bに
入射する。それらレーザービームLB1Y,LB2Yの
内のS偏光成分は、偏光ビームスプリッター34bで反
射され、不図示の対物レンズ及び参照格子を経て受光素
子23bに入射する。一方、P偏光成分は偏光ビームス
プリッター34bを透過し、更に偏光ビームスプリッタ
ー35bを透過した後、ファラデーローテータ36b及
びポッケルス素子37bを通過する。これらファラデー
ローテータ36b及びポッケルス素子37bにより、ウ
エハマークWM上における偏光方向が最適な方向に調整
されたレーザービームLB1Y,LB2Yが、ミラー3
9bで反射されて例えば偏光ビームスプリッターよりな
る分離合成ミラー38に入射する。
Laser beam LB1 for position measurement in the Y direction
Y and LB2Y are a mirror 39a and a quarter-wave plate 33b.
And enters the polarization beam splitter 34b in a circularly polarized state. The S-polarized light component of the laser beams LB1Y and LB2Y is reflected by the polarization beam splitter 34b, and enters the light receiving element 23b through an unillustrated objective lens and reference grating. On the other hand, the P-polarized component passes through the polarization beam splitter 34b, further passes through the polarization beam splitter 35b, and then passes through the Faraday rotator 36b and the Pockels element 37b. The laser beams LB1Y and LB2Y whose polarization direction on the wafer mark WM is adjusted to the optimum direction by the Faraday rotator 36b and the Pockels element 37b are reflected by the mirror 3
The light is reflected by 9b and is incident on the separating / combining mirror 38 including, for example, a polarization beam splitter.

【0039】また、X方向の位置計測用のレーザービー
ムLB1X,LB2Xは、ウエハマークWM上でY方向
に直交する方向に交差して照射されるように、ダブプリ
ズム32によって光軸が90°回転される。その後、レ
ーザビームLB1X,LB2Xは、1/4波長板33a
を経て円偏光の状態で偏光ビームスプリッター34aに
入射する。それらレーザービームの内のS偏光成分は、
偏光ビームスプリッター34aで反射され、不図示の対
物レンズ及び参照格子を経て受光素子23aに入射す
る。一方、P偏光成分は偏光ビームスプリッター34a
を透過し、更に偏光ビームスプリッター35aを透過し
た後、ファラデーローテータ36a及びポッケルス素子
37aを通過する。これらファラデーローテータ36a
及びポッケルス素子37aにより、ウエハマークWM上
における偏光方向が最適な方向に調整されたレーザービ
ームLB1X,LB2Xが分離合成ミラー38に入射す
る。
Further, the laser beams LB1X and LB2X for measuring the position in the X direction are rotated by 90 ° by the dove prism 32 so that the laser beams LB1X and LB2X are irradiated on the wafer mark WM while intersecting in the direction orthogonal to the Y direction. To be done. After that, the laser beams LB1X and LB2X emit the quarter-wave plate 33a.
And enters the polarization beam splitter 34a in the state of circularly polarized light. The S-polarized component of those laser beams is
The light is reflected by the polarization beam splitter 34a, and enters the light receiving element 23a through an unillustrated objective lens and reference grating. On the other hand, the P polarization component is the polarization beam splitter 34a.
After passing through the polarization beam splitter 35a, the light passes through the Faraday rotator 36a and the Pockels element 37a. These Faraday rotators 36a
The laser beams LB1X and LB2X whose polarization directions on the wafer mark WM are adjusted to the optimum directions by the Pockels element 37a are incident on the separating / combining mirror 38.

【0040】分離合成ミラー38で反射された4本のレ
ーザービームLB1X,LB2X及びLB1Y,LB2
Yは、対物レンズ25、折り返しミラー40及び投影光
学系4を経て図6のウエハマークWM上に照射される。
このとき、レーザービームLB1X,LB2Xの光軸と
レーザービームLB1Y,LB2Yの光軸とは直交して
おり、偏光方向も互いに直交している。ウエハマークW
Mに照射されたレーザービームLB1X,LB2X及び
レーザービームLB1Y,LB2Yにより、ウエハマー
クWMからそれぞれ偏光方向の直交した回折光LB0X
及びLB0Yが発生し、これら回折光は図7の投影光学
系4、折り返しミラー40及び対物レンズ25を経て分
離合成ミラー38に入射する。
Four laser beams LB1X, LB2X and LB1Y, LB2 reflected by the separating / combining mirror 38.
Y is irradiated onto the wafer mark WM in FIG. 6 via the objective lens 25, the folding mirror 40 and the projection optical system 4.
At this time, the optical axes of the laser beams LB1X and LB2X are orthogonal to the optical axes of the laser beams LB1Y and LB2Y, and the polarization directions are also orthogonal to each other. Wafer mark W
The laser beams LB1X and LB2X and the laser beams LB1Y and LB2Y with which M is irradiated, respectively, diffracted light LB0X whose polarization directions are orthogonal to each other from the wafer mark WM.
And LB0Y are generated, and these diffracted lights enter the separating / combining mirror 38 via the projection optical system 4, the folding mirror 40 and the objective lens 25 of FIG.

【0041】分離合成ミラー38によって反射されたY
方向の位置計測用の回折光LB0Yは、ミラー38b、
ポッケルス素子37b、ファラデーローテータ36b及
び偏光ビームスプリッター35bを経て受光素子26b
に入射する。受光素子23bから出力されるY方向用の
参照信号及び受光素子26bから出力されるY方向用の
アライメント信号がそれぞれアライメント処理ユニット
27に供給される。また、分離合成ミラー38を透過し
たX方向の位置計測用の回折光LB0Xは、ポッケルス
素子37a、ファラデーローテータ36a及び偏光ビー
ムスプリッター35aを経て受光素子26aに入射す
る。受光素子23aから出力されるX方向用の参照信号
及び受光素子26aから出力されるX方向用のアライメ
ント信号がそれぞれアライメント処理ユニット27に供
給される。アライメント処理ユニット27は、供給され
た2組の信号より図6のウエハマークWMのX方向及び
Y方向の位置を検出する。
Y reflected by the separating / combining mirror 38
The diffracted light LB0Y for measuring the position in the direction is reflected by the mirror 38b,
The Pockels element 37b, the Faraday rotator 36b, and the polarization beam splitter 35b, and then the light receiving element 26b.
Incident on. The Y direction reference signal output from the light receiving element 23b and the Y direction alignment signal output from the light receiving element 26b are supplied to the alignment processing unit 27, respectively. Further, the diffracted light LB0X for position measurement in the X direction transmitted through the separating / combining mirror 38 enters the light receiving element 26a via the Pockels element 37a, the Faraday rotator 36a, and the polarization beam splitter 35a. The reference signal for the X direction output from the light receiving element 23a and the alignment signal for the X direction output from the light receiving element 26a are respectively supplied to the alignment processing unit 27. The alignment processing unit 27 detects the position of the wafer mark WM in FIG. 6 in the X direction and the Y direction from the supplied two sets of signals.

【0042】本例において、図6のウエハマークWMは
金属膜2上に形成されているので、X方向の位置計測用
のレーザービーム(図7のレーザービームLB1X,L
B2X)は、偏光方向がY方向の直線偏光としてウエハ
マークWM上に照射される。また、Y方向の位置計測用
のレーザービーム(図7のレーザービームLB1Y,L
B2Y)は、偏光方向がX方向の直線偏光としてウエハ
マークWM上に照射される。これにより、位置計測用の
レーザービームはウエハマークWMの凹部2a及び2b
内で急激に減衰し、ほとんど底部に達することがない。
従って、凹部2a及び2bの底部がそれぞれ計測方向に
非対称であっても、位置検出結果の誤差が小さくなる。
In this example, since the wafer mark WM of FIG. 6 is formed on the metal film 2, a laser beam for measuring the position in the X direction (laser beams LB1X, L of FIG. 7) is used.
B2X) is irradiated onto the wafer mark WM as linearly polarized light having a polarization direction of Y direction. Further, a laser beam for measuring the position in the Y direction (the laser beams LB1Y, L in FIG.
B2Y) is irradiated onto the wafer mark WM as linearly polarized light whose polarization direction is the X direction. As a result, the laser beam for position measurement is applied to the concave portions 2a and 2b of the wafer mark WM.
It decays rapidly inside and rarely reaches the bottom.
Therefore, even if the bottoms of the recesses 2a and 2b are asymmetric in the measurement direction, the error in the position detection result is small.

【0043】図7のアライメント光学系のように、X方
向及びY方向の位置検出を同時に行うには、次のような
手法も考えられる。先ず第1の手法では、X方向とY方
向とで音響光学変調素子に対する駆動周波数f1 及びf
2 の差の周波数△fを変え、X方向用の△fx の周波数
差のアライメント信号及びY方向用の△fy の周波数差
のアライメント信号を1つの受光素子で受光する。そし
て、その受光素子から出力される光電変換信号を、周波
数フィルタ回路で周波数△fx の成分と周波数△fy
成分とに分離することにより、X方向及びY方向の位置
計測を同時に行うことができる。
As in the alignment optical system of FIG. 7, in order to detect the positions in the X direction and the Y direction at the same time, the following method can be considered. First, in the first method, the drive frequencies f 1 and f for the acousto-optic modulator in the X and Y directions are set.
The frequency difference Δf of 2 is changed, and the alignment signal of the frequency difference Δf x for the X direction and the alignment signal of the frequency difference Δf y for the Y direction are received by one light receiving element. Then, the photoelectric conversion signal output from the light receiving element is separated into a component of frequency Δf x and a component of frequency Δf y by a frequency filter circuit, so that position measurement in the X direction and the Y direction can be performed simultaneously. You can

【0044】更に、第2の手法では、図6のウエハマー
クWMのX方向のピッチP1及びY方向のピッチP2
(通常P1に等しい)をそれぞれ1/2にする。ウエハ
マークWMのピッチP1(P2)を半分にすると、ウエ
ハマークWMに照射されたレーザービームの回折角が2
倍になるため、例えば一方のレーザービームLB1の入
射方向に、他方のレーザービームLB2の0次回折光と
レーザービームLB1の+1次回折光とが重なって射出
される。同様に、レーザービームLB2の入射方向に、
レーザービームLB1の0次回折光とレーザービームL
B2の−1次回折光とが重なって射出される。従って、
ウエハマークWMの垂直上方に回折光は発生しないた
め、X方向の位置検出用の回折光とY方向の位置検出用
の回折光との混合が無くなる。
Further, in the second method, the pitch P1 in the X direction and the pitch P2 in the Y direction of the wafer mark WM shown in FIG. 6 are used.
(Normally equal to P1) is halved. When the pitch P1 (P2) of the wafer mark WM is halved, the diffraction angle of the laser beam with which the wafer mark WM is irradiated becomes 2
Therefore, the 0th-order diffracted light of the other laser beam LB2 and the + 1st-order diffracted light of the laser beam LB1 are emitted in an overlapping manner, for example, in the incident direction of the one laser beam LB1. Similarly, in the incident direction of the laser beam LB2,
0th-order diffracted light of laser beam LB1 and laser beam L
The -1st-order diffracted light of B2 overlaps and is emitted. Therefore,
Since no diffracted light is generated vertically above the wafer mark WM, there is no mixing of the diffracted light for position detection in the X direction and the diffracted light for position detection in the Y direction.

【0045】以上の実施例では、アライメントマークの
凹部の幅をアライメント波長の3倍程度以下としたが、
アライメント光(直線偏光)の偏光偏光が周期方向と垂
直な方向と一致していれば、凹部の幅が波長の3倍を越
えても、凹部の非対称性の影響を低減することが可能で
ある。また、図1においてアライメントマーク(WM)
の凹部2aの幅dが、例えばアライメント光の波長の3
倍程度以下、特に波長よりも狭いとき、凹部2aの底部
は対称的に形成されていると見做せることがある。この
ような場合には、アライメントマークWMに照射される
レーザービームLB1,LB2の偏光方向を周期方向で
あるX方向と一致させると良い。このとき、凹部2aの
底部は対称なので、凹部2aからの回折光を用いても正
確に位置検出が行われる。従って、周期方向と垂直なY
方向と偏光方向とが一致している場合に比べて、回折光
が凹部2aで減衰しない分、回折光強度が大きくなる、
すなわちS/N比が良くなるという利点が得られる。
In the above embodiment, the width of the concave portion of the alignment mark is about 3 times the alignment wavelength or less.
If the polarized light of the alignment light (linearly polarized light) matches the direction perpendicular to the periodic direction, it is possible to reduce the influence of the asymmetry of the recess even if the width of the recess exceeds three times the wavelength. . Further, in FIG. 1, the alignment mark (WM)
The width d of the concave portion 2a is, for example, 3 times the wavelength of the alignment light.
When it is about twice or less, particularly narrower than the wavelength, it may be considered that the bottom of the recess 2a is formed symmetrically. In such a case, the polarization directions of the laser beams LB1 and LB2 with which the alignment mark WM is irradiated may be matched with the X direction which is the periodic direction. At this time, since the bottom of the recess 2a is symmetrical, the position can be accurately detected even using the diffracted light from the recess 2a. Therefore, Y perpendicular to the cycle direction
Compared with the case where the direction and the polarization direction are the same, the diffracted light is not attenuated in the concave portion 2a, so that the diffracted light intensity increases.
That is, there is an advantage that the S / N ratio is improved.

【0046】さらに、アライメントマークの凹部の幅、
及び/又はその底部の非対称性の程度に応じて、アライ
メント光の偏光方向を適宜変更するように構成しておく
と良い。すなわち、偏光方向を周期方向と垂直な方向に
一致させる第1モードと、偏光方向を周期方向に一致さ
せる第2モードを用意(例えば装置全体を統括制御する
制御ユニット内に設定)しておき、アライメントマーク
の凹部の幅、及び/又はその底部の非対称性の程度に応
じて第1モードと第2モードの一方を選択し、この選択
されたモードに従って偏光方向を調整(又は確認)した
上でマーク検出を行うようにすると良い。例えば、ウエ
ハ上のアライメントマークの凹部の幅がアライメント波
長を越えている場合には第1モードを選択し、凹部の幅
が波長よりも狭い場合には第2モードを選択する。この
とき、凹部の幅が波長よりも狭くても、その低部で非対
称性が存在している場合には、偏光方向を周期方向と垂
直な方向と一致させるようにすることが望ましい。
Further, the width of the concave portion of the alignment mark,
And / or the polarization direction of the alignment light may be appropriately changed depending on the degree of asymmetry of the bottom portion. That is, a first mode for matching the polarization direction with the direction perpendicular to the cycle direction and a second mode for matching the polarization direction with the cycle direction are prepared (for example, set in a control unit that integrally controls the entire device), Depending on the width of the concave portion of the alignment mark and / or the degree of asymmetry of its bottom, one of the first mode and the second mode is selected, and the polarization direction is adjusted (or confirmed) according to the selected mode. It is better to perform mark detection. For example, the first mode is selected when the width of the recess of the alignment mark on the wafer exceeds the alignment wavelength, and the second mode is selected when the width of the recess is narrower than the wavelength. At this time, even if the width of the concave portion is narrower than the wavelength, if asymmetry exists in the lower portion, it is desirable to make the polarization direction coincide with the direction perpendicular to the periodic direction.

【0047】尚、マーク情報(凹部の幅、底部が非対称
性であるか否か等)に応じてオペレータがモードを選択
した上でキーボードを介して装置に設定するようにして
も、あるいは装置自身がウエハ、又はウエハカセットの
バーコードに記された情報(凹部の幅、底部が非対称性
であるか否か、又はウエハ名等)に従って自動的に選択
するようにしても良い。また、例えば特開平2−541
03号公報、特開平4−65603号公報に開示されて
いるような画像処理方式を採用したアライメントセンサ
ーを用いてアライメントマークを検出し、この検出結果
から求まる凹部の非対称性と凹部の幅とに応じてモード
選択を行うようにしても良い。尚、上記公報に開示され
たアライメントセンサーは、所定の波長幅を有する照明
光(例えば白色光)をアライメントマークに照射し、当
該マークの像をウエハと共役な面内に配置された指標板
上に結像する。さらに、リレーレンズ系によってアライ
メントマークの像と指標板上の指標マークの像とを撮像
素子の受光面上に結像して、両マークの相対的な位置ず
れ量を検出するものである。また、以上の実施例では2
光束干渉方式を採用したアライメントセンサーを例に挙
げて説明を行ったが、前述の如き画像処理方式を採用し
たアライメントセンサーに本発明を適用しても良く、上
記実施例と全く同様の効果を得ることができる。
The operator may select a mode according to the mark information (width of the recess, whether the bottom is asymmetric, etc.) and then set the mode in the apparatus via the keyboard, or the apparatus itself. May be automatically selected according to the information (width of recess, whether bottom is asymmetric, wafer name, etc.) written on the barcode of the wafer or wafer cassette. Further, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2-541
No. 03, Japanese Patent Laid-Open No. 4-65603 discloses an alignment sensor using an alignment sensor that employs an image processing method, and the asymmetry of the concave portion and the width of the concave portion are obtained based on the detection result. The mode may be selected accordingly. The alignment sensor disclosed in the above publication irradiates an alignment mark with illumination light (for example, white light) having a predetermined wavelength width, and an image of the mark on an index plate arranged in a plane conjugate with the wafer. Image on. Further, the image of the alignment mark and the image of the index mark on the index plate are formed on the light receiving surface of the image pickup element by the relay lens system, and the relative positional deviation amount of both marks is detected. Further, in the above embodiment, 2
Although the description has been given by taking the alignment sensor adopting the light flux interference method as an example, the present invention may be applied to the alignment sensor adopting the image processing method as described above, and the same effect as in the above-described embodiment is obtained. be able to.

【0048】なお、上述の実施例のアライメント系はヘ
テロダイン方式を採用しているものとしたが、例えばホ
モダイン方式、あるいは偏光方向が異なる2光束をアラ
イメントマークに照射し、マークからの回折光を検光子
等を介して干渉させて受光する方式等に対しても、本発
明を適用して全く同様の効果を得ることができる。ま
た、アライメントマークからの回折光の位相を検出する
方式のみならず、例えば所謂レーザー・ステップ・アラ
イメント方式で位置検出を行う場合、又は撮像素子を用
いた画像処理方式のアライメント装置に対しても、本発
明を適用して全く同様の効果を得ることができる。例え
ば、レーザー・ステップ・アライメント方式の場合に
は、アライメントマークとスリット状のプローブ光とを
相対的に走査し、そのプローブ光によりそのアライメン
トマークから所定の方向に射出される回折光の強度変化
を検出することにより、位置検出が行われる。
Although the alignment system of the above-described embodiment employs the heterodyne method, for example, the homodyne method or two light beams having different polarization directions are applied to the alignment mark and the diffracted light from the mark is detected. The same effect can be obtained by applying the present invention to a method of receiving light by interfering via photons or the like. Further, not only the method of detecting the phase of the diffracted light from the alignment mark, for example, when performing position detection by a so-called laser step alignment method, or for an alignment apparatus of an image processing method using an image sensor, The present invention can be applied to obtain exactly the same effect. For example, in the case of the laser step alignment method, the alignment mark and the slit-shaped probe light are relatively scanned to change the intensity of the diffracted light emitted from the alignment mark in a predetermined direction by the probe light. The position is detected by the detection.

【0049】また、実際のプロセスでは、例えば図1の
金属膜2上に所定の膜厚(1μm程度)のフォトレジス
ト層が形成されるが、本発明はそのようなフォトレジス
ト層の有無に関係なく、アライメントマークの凹部の底
部の非対称に対して有効なものである。このように、本
発明は上述実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲で種々の構成を取り得る。
Further, in an actual process, for example, a photoresist layer having a predetermined film thickness (about 1 μm) is formed on the metal film 2 of FIG. 1, but the present invention relates to the presence or absence of such a photoresist layer. However, it is effective against the asymmetry of the bottom of the concave portion of the alignment mark. As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.

【0050】[0050]

【発明の効果】本発明によれば、アライメントマークに
照射される位置検出用の光の偏光状態が直線偏光であ
る。その位置検出用の光の偏光方向を、そのアライメン
トマークの凹部内でその位置検出用の光が減衰される方
向に設定することにより、その凹部の底部の非対称性の
影響を小さくすることができる。従って、アライメント
マークの位置検出の誤差を小さくできる利点がある。
According to the present invention, the polarization state of the position detecting light with which the alignment mark is irradiated is linearly polarized light. By setting the polarization direction of the light for position detection to the direction in which the light for position detection is attenuated in the recess of the alignment mark, the influence of the asymmetry of the bottom of the recess can be reduced. . Therefore, there is an advantage that an error in detecting the position of the alignment mark can be reduced.

【0051】また、アライメントマークが金属より形成
されているときに、位置検出用の光のそのアライメント
マーク上での電気ベクトルの方向を、そのアライメント
マークの周期方向に垂直にした場合、そのアライメント
マークの凹部の周期方向の幅を例えばその位置検出用の
光の波長程度に狭くしたときに、その凹部内でその位置
検出用の光が急激に減衰する。従って、その凹部の底部
の非対称性の影響が小さくなる。但し、アライメントマ
ークの凹部の底部がほぼ対称であるような場合には、そ
の位置検出光のアライメントマーク上での電気ベクトル
の方向をその周期方向にすることで、検出信号のS/N
比を高めることができる。
When the alignment mark is made of metal and the direction of the electric vector of the light for position detection on the alignment mark is made perpendicular to the periodic direction of the alignment mark, the alignment mark is When the width of the concave portion in the periodic direction is narrowed to, for example, about the wavelength of the position detecting light, the position detecting light is rapidly attenuated in the concave portion. Therefore, the influence of the asymmetry of the bottom of the recess is reduced. However, when the bottom of the concave portion of the alignment mark is almost symmetrical, the direction of the electric vector of the position detection light on the alignment mark is set to the periodic direction, so that the S / N of the detection signal is changed.
The ratio can be increased.

【0052】特に、アライメントマークの凹部の幅を位
置検出光の波長の3倍程度以下、特に波長以下にする
と、凹部の底部が対称に形成される。このとき、位置検
出用の光のアライメントマーク上での電気ベクトルの方
向を、そのアライメントマークの周期方向に平行にする
と、凹部での減衰がないので回折光の強度が保たれる。
また、位置検出用の光のアライメントマーク上での直線
偏光の方向を、そのアライメントマークの周期方向によ
って定まる方向に設定するための偏光状態可変手段を設
けた場合には、アライメントマークの周期方向及び材質
が変化したときでも、そのアライメントマークの凹部の
底部の非対称性の影響を小さくできる。
In particular, when the width of the concave portion of the alignment mark is about 3 times the wavelength of the position detection light or less, particularly the wavelength or less, the bottom of the concave portion is formed symmetrically. At this time, if the direction of the electric vector of the light for position detection on the alignment mark is made parallel to the periodic direction of the alignment mark, there is no attenuation in the recesses, so the intensity of the diffracted light is maintained.
Further, when the polarization state changing means for setting the direction of linearly polarized light on the alignment mark of the light for position detection to the direction determined by the cycle direction of the alignment mark is provided, Even when the material changes, the influence of the asymmetry of the bottom of the concave portion of the alignment mark can be reduced.

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

【図1】本発明によるアライメント装置の第1実施例で
位置検出の対象とされるウエハマークを示す拡大平面図
である。
FIG. 1 is an enlarged plan view showing a wafer mark which is an object of position detection in a first embodiment of an alignment apparatus according to the present invention.

【図2】第1実施例のアライメント装置が装着された投
影露光装置の要部を示す構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram showing a main part of a projection exposure apparatus equipped with the alignment apparatus of the first embodiment.

【図3】図2中のアライメント光学系を示す一部を省略
した構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram showing a part of the alignment optical system in FIG. 2 with omission.

【図4】図3のアライメント光学系において、ウエハマ
ークへのレーザービームとウエハマークからのレーザー
ビームとを分離するための光学系を示す構成図である。
4 is a configuration diagram showing an optical system for separating a laser beam to a wafer mark and a laser beam from a wafer mark in the alignment optical system of FIG.

【図5】レーザー光源の他の例としてのレーザーダイオ
ードを示す斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view showing a laser diode as another example of the laser light source.

【図6】本発明の第2実施例で位置検出の対象とされる
ウエハマークを示す拡大平面図である。
FIG. 6 is an enlarged plan view showing a wafer mark which is an object of position detection in the second embodiment of the present invention.

【図7】第2実施例のアライメント光学系の要部を示す
構成図である。
FIG. 7 is a configuration diagram showing a main part of an alignment optical system of a second example.

【図8】従来のウエハマークの位置検出の原理の説明に
供する側面図である。
FIG. 8 is a side view for explaining the principle of conventional wafer mark position detection.

【図9】従来のウエハマークの製造工程の説明に供する
断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining a conventional wafer mark manufacturing process.

【図10】従来のアライメント光学系において、ウエハ
マークへのレーザービームとウエハマークからのレーザ
ービームとを分離するための光学系を示す構成図であ
る。
FIG. 10 is a configuration diagram showing an optical system for separating a laser beam to a wafer mark and a laser beam from a wafer mark in a conventional alignment optical system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

R レチクル 1 ウエハ 2 金属膜 2a 凹部 4 投影光学系 10 基準マーク 11 アライメント顕微鏡 12 アライメント光学系 14 レーザー光源 16,19 音響光学変調素子 22 参照格子 23,26 受光素子 24 偏光ビームスプリッター 27 アライメント処理ユニット 28 ファラデーローテータ 29 1/2波長板 32 ダブプリズム 36a,36b ファラデーローテータ 37a,37b ポッケルス素子 R Reticle 1 Wafer 2 Metal film 2a Recess 4 Projection optical system 10 Reference mark 11 Alignment microscope 12 Alignment optical system 14 Laser light source 16, 19 Acousto-optic modulator 22 Reference grating 23, 26 Light receiving element 24 Polarizing beam splitter 27 Alignment processing unit 28 Faraday rotator 29 1/2 wave plate 32 Dove prism 36a, 36b Faraday rotator 37a, 37b Pockels element

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被検物上に位置合わせ方向に周期的に配
列された凹部よりなるアライメントマークと、該アライ
メントマークに位置検出用の光を照射する照射光学系
と、前記位置検出用の光の照射により前記アライメント
マークから発生する光を受光する受光光学系とを有し、
前記アライメントマークから発生する光を用いて前記被
検物の位置を検出するアライメント装置において、 前記位置検出用の光の前記アライメントマーク上での偏
光状態を、前記アライメントマークの周期方向によって
定まる方向の直線偏光にした事を特徴とするアライメン
ト装置。
1. An alignment mark composed of concave portions periodically arrayed in an alignment direction on an object to be inspected, an irradiation optical system for irradiating the alignment mark with light for position detection, and the light for position detection. And a light receiving optical system for receiving light generated from the alignment mark by irradiation of
In an alignment apparatus that detects the position of the object to be measured using light generated from the alignment mark, the polarization state of the light for position detection on the alignment mark is determined by the periodic direction of the alignment mark. An alignment device characterized by using linearly polarized light.
【請求項2】 前記アライメントマークが金属より形成
されているときに、前記位置検出用の光の前記アライメ
ントマーク上での電気ベクトルの方向を、前記アライメ
ントマークの周期方向に垂直にした事を特徴とする請求
項1記載のアライメント装置。
2. When the alignment mark is made of metal, the direction of the electric vector of the light for position detection on the alignment mark is perpendicular to the periodic direction of the alignment mark. The alignment apparatus according to claim 1.
【請求項3】 前記アライメントマークが金属より形成
されているときに、前記位置検出用の光の前記アライメ
ントマーク上での電気ベクトルの方向を、前記アライメ
ントマークの周期方向にした事を特徴とする請求項1記
載のアライメント装置。
3. When the alignment mark is made of metal, the direction of the electric vector of the light for position detection on the alignment mark is set to the periodic direction of the alignment mark. The alignment apparatus according to claim 1.
【請求項4】 前記アライメントマークは、前記周期方
向に関する前記凹部の幅が前記位置検出用の光の波長の
3倍程度以下に定められている事を特徴とする請求項
1、2、又は3記載のアライメント装置。
4. The alignment mark is characterized in that the width of the concave portion in the periodic direction is set to about 3 times or less the wavelength of the light for position detection. The alignment device described.
【請求項5】 前記位置検出用の光の前記アライメント
マーク上での直線偏光の方向を、前記アライメントマー
クの周期方向によって定まる方向に設定するための偏光
状態可変手段を設けた事を特徴とする請求項1記載のア
ライメント装置。
5. A polarization state changing means is provided for setting a direction of linearly polarized light of the light for position detection on the alignment mark to a direction determined by a periodic direction of the alignment mark. The alignment apparatus according to claim 1.
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